西南弱光地区机插杂交籼稻“减穴稳苗”栽培的群体冠层质量特征

【目的】探明机插条件下减穴稳苗配置对杂交籼稻群体冠层质量的影响,为西南弱光稻区杂交籼稻机插栽培技术的推广应用提供理论支撑。【方法】2016—2017年采用两因素随机区组田间试验,因素1,2年均为不同田间配置,设常规配置（30 cm×12 cm）和减穴稳苗（30 cm×23 cm）;因素2,2016年为不同株型水稻品种（F优498,中后期株叶型松散;宜香优2115,中后期株叶型上紧下披）,2017年为不同基本苗（42×10⁴/hm²和63×10⁴/hm²）;研究了不同田间配置对机插杂交籼稻群体冠层结构、光合特性和微环境（冠层温度、湿度和透光率）的影响。【结果】（1）减穴稳苗齐穗期能维持与常规配置相当的单茎绿叶面积、粒叶比和上三叶比叶重,其中2017年倒二叶与倒三叶比叶重显著增大;齐穗期剑叶光合速率、气孔导度、蒸腾速率分别较常规配置显著提高23.84%、23.53%和13.79%。（2）较常规配置,减穴稳苗显著增大各时期冠层幅度,提高冠层透光率,降低收敛指数,群体通透性更好;减穴稳苗处理提高了2016年F优498孕穗期和齐穗期的一次分蘖角度,而宜香优2115的一次分蘖角度2年均表现为减穴稳苗小于常规配置。（3）相关分析表明,孕穗期冠层日均温、昼夜温差和昼夜湿差与齐穗期剑叶和倒二叶比叶重呈显著或极显著正相关,与齐穗期收敛指数呈显著负相关;此外,孕穗期冠层日均温和昼夜湿差还与齐穗期冠层幅度呈显著正相关;齐穗期冠层日均温和昼夜温差与分蘖盛期、拔节期及齐穗后20 d的一次分蘖角度呈显著或极显著负相关,日均相对湿度则相反。减穴稳苗有效地改善了植株冠层结构,从而显著提高孕穗期和齐穗期的冠层温度和昼夜温差,提高孕穗期、齐穗期和齐穗后20 d的昼夜湿差,并显著降低日均相对湿度。【结论】减穴稳苗田间配置优化了机插杂交稻的群体冠层结构和光分布,增大了群体内部昼夜温差和湿差,降低了相对湿度,提高了群体质量和光合速率,为高产稳产奠定了基础,是西南弱光稻区进一步推进机插秧发展的重要技术途径。     

不同保存温度和反复冻融次数对鸭疫里默氏杆菌DNA的影响

为探究不同保存温度和反复冻融次数对鸭疫里默氏杆菌DNA的影响,研究了不同保存温度和反复冻融次数对不同浓度梯度组鸭疫里默氏杆菌DNA样品浓度及荧光定量Ct值的影响.根据OmpA基因保守序列设计了鸭疫里默氏杆菌荧光定量PCR特异性引物,产物大小为112 bp,退火温度为56℃.荧光定量循环阈值Ct值随DNA浓度的下降而升高.常温保存的DNA样品7 d后出现明显降解,保存温度为4、-20、-80℃时则对荧光定量PCR检测效率影响不大.较高浓度的A、B组DNA样品Ct值未受冻融次数的影响,而浓度较低的C、D组则在冻融21次后Ct值明显升高.研究建立了鸭疫里默氏杆菌荧光定量PCR鉴定方法,Ct值随DNA浓度的下降而升高,DNA样品应低于4℃保存,低浓度DNA应避免反复冻融.     

基于逆运动学降维求解与YOLO v4的果实采摘系统研究

为提高采摘设备的执行效率，采用六自由度机械臂、树莓派、Android手机端和服务器设计了一种智能果实采摘系统，该系统可自动识别不同种类的水果，并实现自动采摘，可通过手机端远程控制采摘设备的起始和停止，并远程查看实时采摘视频。提出通过降低自由度和使用二维坐标系来实现三维坐标系中机械臂逆运动学的求解过程，从而避免了大量的矩阵运算，使机械臂逆运动学求解过程更加简捷。利用Matlab中的Robotic Toolbox进行机械臂三维建模仿真，验证了降维求解的可行性。在果实采摘流程中，为了使机械臂运动轨迹更加稳定与协调，采用五项式插值法对机械臂进行运动轨迹规划控制。基于Darknet深度学习框架的YOLO v4目标检测识别算法进行果实目标检测和像素定位，在Ubuntu 19.10操作系统中使用2000幅图像作为训练集，分别对不同种类的果实进行识别模型训练，在GPU环境下进行测试，结果表明，每种果实识别的准确率均在94%以上，单次果实采摘的时间约为17s。经过实际测试，该系统具有良好的稳定性、实时性以及对果实采摘的准确性。     

凤梨草莓与黄毛草莓种间杂种果实香气成分的代谢谱分析

【目的】通过比较黄毛草莓和凤梨草莓的2个种间杂种PF（具黄毛草莓浓郁的蜜桃香气）和NF（无蜜桃香气）完熟期果实香气成分的代谢谱,为黄毛草莓蜜桃香气特征成分鉴定及野生草莓优异资源的开发利用提供参考。【方法】采用顶空固相微萃取和气相色谱/质谱联用技术（gas chromatograph tandem mass spectrometer technology,GC-MS）,对供试材料的香气成分进行检测。采用偏最小二乘法判别分析（partial least squares discrimination analysis,PLS-DA）模型第一主成分的变量投影重要度（variable importance in the projection,VIP）值和log2FC（Fold Change,FC）,结合T-test的P值来筛选差异性代谢物,PF相对于NF,设置阈值VIP>1.0, log2FC>1.0或log2FC<-1.0且P value<0.05,差异代谢物的相对含量采用峰面积归一化法计算,CAS号（Chemical Abstracts Service Registry Number）在https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov网站查阅。【结果】从检测到的383种总代谢物中筛选出67种差异代谢物,其中58种上调,9种下调,上调幅度较大的差异代谢物为内酯类物质,log2FC排在前3名的依次是(Z)-7-癸烯-5-酸（5.60）、丁位十一内酯（5.33）、δ-癸内酯（5.30）,下调幅度较大的差异代谢物为酯类物质,-log2FC排在前3名的依次是肉桂酸乙酯、亚硫酸（-7.19）,2-乙基己基异己酯（-6.65）和3-羟基丁酸乙酯（-4.14）。从相对含量来看,酯类在PF（37.69%）中大幅低于NF（57.20%）,内酯类在PF（20.91%）中大幅高于NF（6.12%）,酮类在PF（15.30%）中略高于NF（9.12%）,醇类、醛类、酸类、烯烃类和其他代谢物在PF和NF中的含量相当,NF中相对含量最大的酯是丁酸乙酯（17.92%）,PF中相对含量最大的内酯是δ-癸内酯（12.53%）,PF相对含量最大的酮与NF相同,均为2-庚酮。【结论】肉桂酸乙酯、丁酸乙酯和3-羟基丁酸乙酯等酯类可能是NF的关键香气成分,(Z)-7-癸烯-5-酸、丁位十一内酯和δ-癸内酯等内酯类可能是形成PF蜜桃香气的关键物质。     

增施有机肥改善黑土物理特性与促进玉米根系生长的效果

为改善东北黑土区粘重耕层的土壤物理特性,通过玉米秸秆还田基础上增施有机肥试验,拟明确增施有机肥对黑土物理特性和根系生长的提升效果。利用2015～2018年吉林省公主岭市和黑龙江省克山县黑土区的定位试验,测定了玉米抽雄期3种秸秆还田处理及其增施有机肥(旋耕秸秆还田+有机肥RSM、深翻秸秆还田+有机肥DSM、深松秸秆还田+有机肥SSM)处理的土壤物理指标;并采用微根管法原位测定了根系生长指标,计算出增施有机肥后各土壤物理特性与根系生长指标的变化量。结果表明,相比秸秆还田处理,增施有机肥降低了土壤容重、土壤紧实度,提升了土壤含水量,同时根长密度、根尖数密度和根平均直径均显著增加,其中根长密度和根尖数密度各土层平均增加了0.18 cm/cm~2和34.9×10~(-3)个/cm~2。不同秸秆还田方式增施有机肥后对黑土物理特性和根系生长的改善效果不同,其中0～15 cm土层RSM处理改善效果最明显,15～45 cm土层SSM和DSM处理改善效果最明显。有机肥和秸秆还田方式互作对黑土物理特性和促进根系生长指标具有显著的正向互作效应。上述结果表明,深松秸秆还田和深翻秸秆还田基础上增施有机肥模式更有利于改善黑土物理特性和促进根系生长,是改善东北黑土区粘重耕层的技术选择。     

采用胚挽救获得Ogura CMS甘蓝与甘蓝型油菜的种间杂种

为将甘蓝型油菜细胞质雄性不育系(Ogura CMS)的恢复基因转至甘蓝Ogura CMS材料上,以6份甘蓝Ogura CMS材料为母本,以含恢复基因的甘蓝型油菜为父本,人工杂交结合胚挽救培养,研究取材时期、培养基成分和杂交组合对胚珠成苗的影响,同时对胚挽救培养获得的植株是否为真实F1杂种进行鉴定。结果发现,胚珠培养以剥蕾授粉后16d取材时胚珠成苗数最多,成苗率为4.56%;培养基以MS+GA 0.1 mg·L~(-1)+NAA 0.1 mg·L~(-1)+0.5%水解酪蛋白(CH)+0.5%活性炭(AC)成苗效果最好,成苗率高达6.24%;M09CMS×RFO-46组合成苗数最多,成苗率为5.96%。67株胚挽救培养得到的植株经流式细胞仪、SSR分子标记和形态学鉴定,得出65株为真杂种,真杂种率高达97%。     

大豆PHD家族蛋白的全基因组鉴定及表达特征分析

PHD（Plant Homeodomain Finger）基因家族编码一类锌指转录因子,广泛参与植物的生长发育和逆境应答过程。通过全基因组鉴定获得了95个大豆PHD家族蛋白。通过共线性分析、进化树构建、基因结构和功能结构域鉴定、GO注释分析、不同组织间和非生物胁迫下表达分析等,获得了大豆PHD家族基因复制、家族进化、保守结构域及基因表达等信息。结果表明,大豆PHD基因在家族进化、基因结构和保守结构域上存在较大变异,可能参与Zn ²⁺结合、DNA结合及表观遗传调控等分子过程,参与调控植物生长发育和逆境应答。这些结果为进一步研究大豆PHD家族在生长发育和逆境应答中的生物学功能提供重要线索。     

正交设计优化青蒿SRAP-PCR反应体系及引物筛选

为了建立青蒿的SRAP最佳扩增体系,并筛选出SRAP多态性引物,本研究以青蒿叶片DNA为模板,采用正交试验设计,以Mg^2+、dNTP Mix、Taq DNA聚合酶、引物和DNA模板5种因素5个水平,对青蒿SRAP反应体系进行研究。结果表明,青蒿SRAP-PCR最佳反应体系为:引物0.6μmol/L、Mg^2+2.0 mmol/L、模板DNA 5.1 ng、Taq DNA聚合酶2.0 U、dNTPs 0.25 mmol/L,总体积为25μL。各因素对扩增反应均有不同影响,其中引物浓度的影响最大,dNTPs的影响最小。运用该体系对不同种质资源的青蒿进行验证,证明该体系稳定可靠,并在30个引物组合中筛选出了25对扩增条带清晰,多态性丰富的引物组合。这一结论为今后利用SRAP标记技术进行青蒿分子遗传学研究提供了科学依据。     

豆-禾混播草地中紫花苜蓿比例对其固氮效率的影响及潜在生理机制

【目的】 通过研究豆草比例对紫花苜蓿-羊草混播草地豆科植物生物固氮的影响及其生理生态机制,深化对混播群落结构和生物固氮功能关系的理解,辅助豆-禾混播草地的科学建植和管理,提高混播草地生物固氮和土壤肥力,提升草地资源生产和生态保障能力。【方法】 2017年5月,利用紫花苜蓿和羊草为试验材料,采取随机区组设计,于中国科学院长岭草地农牧生态研究站内建植不同豆草比例（紫花苜蓿占比为25%、50%、75%、100%）的紫花苜蓿-羊草混播草地,4次重复。建植一年后,通过样方取样法调查混播草地群落结构变化,测定紫花苜蓿叶片、枝条和根系生长发育、光合和水分等生理代谢特征,在测定根系结瘤特征基础上,采取¹⁵N同位素自然丰度法评估紫花苜蓿固氮效率,结合土壤水分动态监测,分析豆草比例对紫花苜蓿生物固氮的影响及其生理生态机制。【结果】 （1）混播草地建植一年后,对应25%、50%、75% 和100%设计的豆草混播比例,混播草地实际紫花苜蓿占比分别为11%、27%、53%和100%。（2）对比25%、75%和100%的初始豆草种植比例,50%的初始豆草比例下,生长季平均土壤水分含量分别增加了21.4%、36.4%和51.7%。（3）50%豆草种植比例下,紫花苜蓿植株有更大的枝条和根系生物量、叶片数量、叶片面积、叶片厚度和叶片生物量,上述指标最小值出现在100%的豆草播种比例。（4）50%豆草种植比例下,紫花苜蓿具有最大的光合速率,枝条和根系中淀粉含量最高,但枝条和根系中可溶性糖含量最低。（5）50%的初始豆草混播比例下,紫花苜蓿根瘤发育更完善,其生物固氮率较25%、75%和100%的豆草混播比例分别提高了13.5%、44.6%和79.2%。回归分析表明,随豆草比例变化,紫花苜蓿生物固氮效率与土壤含水量呈正相关。【结论】 紫花苜蓿-羊草混播草地中,紫花苜蓿生物固氮能力与豆草比例间存在非直线型变化关系。当初始豆草种植比例为50%时,紫花苜蓿生物固氮率最大。豆草比例驱动土壤水分变化,进而通过调控叶片发育和光合等途径改变了紫花苜蓿植株和根瘤发育,是其影响生物固氮的潜在机制。     

一株抑草真菌发酵液中的抑草成分分析

为了鉴定从桉树根际筛选到的微生物的抑草潜力和抑草成分,以桉树根际土壤中筛选到的一株真菌为材料,利用生物测试验证菌株发酵液的抑草潜力,利用GC-MS对菌株发酵液抑草成分进行验证。结果表明,不同浓度菌株发酵液对稗草的根长、株高和干重都有显著的抑制作用,对稗草根长抑制率最大为稀释50倍时,抑制率为7.55%;对稗草株高和干重抑制率最高为原液,抑制率分别为56.53%和25.46%。GC-MS鉴定共检测到86个物质,含氮化合物最多,占59.10%,其次为羧酸及酯类化合物,占19.26%。抑草物质生物测试结果表明,邻香豆酸、柠檬醛和胡椒碱在低浓度时对莴苣的根长和株高都有很强的抑制作用。表明该菌株能够产生多种化感物质的结构类似物,使得菌株发酵液具有很强的抑草作用,具有开发为微生物除草剂的潜力。