对草地贪夜蛾高毒力的苏云金芽胞杆菌菌株筛选与杀虫活性研究

草地贪夜蛾是一种世界性重大农业害虫，给玉米等多种主要粮食和经济作物造成严重危害。为实现对草地贪夜蛾的高效、绿色、持续防控，亟需筛选高毒力苏云金芽胞杆菌菌株资源。本研究以前期实验室储备的对斜纹夜蛾、小地老虎具有杀虫活性的363株野生菌株库为候选菌株，基于菌株杀虫基因差异及进化关系，去除冗余菌株后获得172株候选菌株。通过培养获取这些菌株胞晶混合物，进行杀虫蛋白定量后，测定杀虫活性，获得27株对草地贪夜蛾初孵幼虫具有较高杀虫活性的菌株，其中菌株B14-D2的杀虫活性最高，LC₅₀为0.155 μg/g。克隆了该菌株中的cry1Ea3基因并在HD73^-无晶体突变株中表达，Cry1Ea3蛋白对草地贪夜蛾初孵幼虫LC₅₀为1.789 μg/g。本研究为新的Bt产品和杀虫基因的开发利用提供了丰富资源。     

稻曲病菌交配型基因MAT1-2-1和MAT1-2-8的特性分析

 有性生殖在真菌的生活史和进化过程中具有重要作用,而交配型基因是控制有性生殖的关键因子。前期研究发现稻曲病菌(Villosiclava virens)MAT1-2型菌株中包含MAT1-2-1和MAT1-2-8两个交配型基因,但是它们如何调控稻曲病菌有性生殖依然不清楚。本文研究了它们在不同侵染和生长发育时期的表达模式和编码的蛋白结构特性。研究表明MAT1-2-1在侵染不同阶段一直下调表达;而MAT1-2-8在侵染早期(5 dpi)上调表达,在侵染后期下调表达。与营养菌丝阶段比较,MAT1-2-1和MAT1-2-8在有性发育过程菌核形成、菌核萌发、子座原基形成和子座成熟4个阶段的表达量都是下降的,在菌核形成阶段表达量最低。生物信息学分析显示MAT1-2-1和MAT1-2-8具有磷酸化位点,为非分泌蛋白,无明显的跨膜结构域。蛋白同源比对分析表明MAT1-2-1与香柱菌(Epichloë typhina)的MAT1-2-1同源性最高,而MAT1-2-8与绿僵菌(Metarhizium)的MBR_08192蛋白同源性最高。进一步研究发现MAT1-2-1和MAT1-2-8能够互作,并分别主要定位在细胞核和细胞基质中。通过质谱技术鉴定到MAT1-2-1的一些候选互作蛋白,如假定Ran交换因子Prp20/Pim1(KDB12229.1)、假定rRNA处理蛋白Ebp2(KDB12923.1)及组蛋白H1(KDB12711.1)等。因此,以上结果为研究稻曲病菌交配型基因MAT1-2-1和MAT1-2-8调控有性生殖的生物学功能奠定了基础。     

疏干水资源化利用效益评价研究

疏干水资源化利用是将煤矿开采废水经处理后用于煤化工生产,其不仅可以缓解旱区煤炭及化工企业面临的水资源供需矛盾,而且还能改善生态环境。目前疏干水资源化利用项目已在蒙陕地区部分煤化工企业实施,但其具体效益尚未明了,文中以已实施该项目的煤化工企业为典型,采用静态和动态评价分析企业实施该项目产生的经济效益,定义并计算各评价指标,同时定性定量描述其社会、生态环境效益,构建完整综合的评价体系,从而全面阐释该项目各方效益,结果显示疏干水资源化利用项目经济、社会、生态环境效益显著,建议在行业及区域推广以促进旱区水资源可持续发展。     

基于柱塞泵与单片机的可控施肥机设计与喷灌试验

为了实现水肥一体化施肥装备流量精确且无水头损失,设计了一种基于柱塞泵与单片机的高精度可控施肥机,开展了恒流模式下6个流量梯度的喷灌系统施肥均匀性试验;以喷头总流量变化幅度为变量,设计了在1∶10的水肥配比下2种灌溉总流量变化幅度的不同工况,对比启、闭可控施肥机恒定水肥比例模式对水肥一体化支管内肥料浓度稳定性的影响效果.试验结果表明,高精度可控施肥机在流量分别为100,200,400,600,800,1 000 L/h的6种恒流模式时,喷灌均匀系数C_U为99.33%~99.71%、变异系数C_V为0.35%~0.75%;C_U,C_V与施肥机流量分别呈正相关与负相关关系,且喷头喷洒肥液的电导率总平均值E_C_-与施肥机流量之间具有显著的正相关性.在恒定水肥比例模式时,试验组管道内肥液浓度在160 s时趋于稳定,且稳定后肥液电导率与目标值偏差率小于4%.高精度可控施肥机恒流模式试验表明施肥机大流量下施肥均匀性变异系数仅为小流量下的50%,且改变施肥机的流量是水肥一体化喷灌系统实现高均匀度变量施肥的一种有效途径;试验证明恒水肥配比模式可有效减小支管肥料浓度受外界的影响.     

基于迁移学习的GoogLeNet果园病虫害识别与分级

为提高果树病虫害危害程度分级精度进而更好地指导果园病虫害防治，采用迁移学习技术与GoogLeNet模型相结合的方法，对6种果园作物的25类病虫害样本进行识别与危害程度分级研究；同时，探究不同数据集大小以及不同优化算法对模型性能的影响；基于MATLAB平台设计了一款可视化的病虫害识别与分级系统。结果表明:1)基于迁移学习的GoogLeNet模型，对病虫害识别精度可达99.35%，危害程度分级精度可达92.78%；2)在相同训练参数下，本研究模型比AlexNet、VGG-16、ResNet-18、SqueezeNet、原GoogLeNet及MobileNet-v2模型验证精度提高了2.38%~11.44%，并且收敛速度最快；3)本研究模型识别精度随着数据集的增大而提高；在3种优化算法中SGDM算法耗时最短且精度最高，更适合本研究模型。通过拍摄果树叶片病害区域图像，本研究设计的系统能够在0.43 s左右准确识别出果树种类、病害类型以及危害等级等信息。     

Nitrogen transformations across compartments of an aquaponic system

The presence and transformations of nitrogen (N) in the environment depend on a variety of environmental factors but are also strongly influenced by anthropogenic activities such as modern agriculture. Understanding N transformations within the context of agricultural systems is crucial for efficient use thereof. The aim of this study was to investigate the changes in concentration of N forms (ammonium, nitrite, nitrate and organic N) within an aquaponic system, a modern agricultural system, in order to obtain insights into environmental pressures influencing N transformation processes. By measuring the concentrations of the individual N compounds, complemented by the determination of abiotic parameters and other relevant nutrients within the system water at 13 sampling points, significant differences between compartments that build up an aquaponic system could be demonstrated. These differences were attributed to individual microenvironments specific to the aerobic loop, anaerobic loop and radial flow settler as a connection between the two, shaping the microbial processes within the aquaponic system.     

镇江长江豚类省级自然保护区水域生态修复效果的监测与评价

自2006年以来,长江豚类极度濒危的生存状况得到广泛关注,在其自然保护区实施一系列生态修复工程,为镇江长江豚类省级自然保护区内的江豚提供良好的生存环境。于2015—2018年在和畅洲水域建设生态浮岛、人工鱼巢和放流底栖动物进行水域生态修复,对生态修复工程进行跟踪监测和效果评价。结果表明：生态浮岛的建设可提高区域内浮游植物和浮游动物的生物多样性和群落结构复杂程度;人工鱼巢对产黏性卵鱼类具有一定增殖效果,增殖种类主要为鲤、鲫、䱗和黄尾鲴;生态浮岛和人工鱼巢的建设对鱼类均有较好的聚集效果;底栖动物增殖放流显著增加了放流物种的丰度、生物量及保护区底栖动物群落生物量,增殖放流效果评价为中等。该自然保护区水域生态修复效果明显,为工程施工影响下水生生物保护区生态修复提供科学依据。     

根系修剪对枳生长及相关基因表达的影响

以枳实生苗为试验材料,通过两年重复试验分析了不切除主根、切除1/3主根、切除1/2主根、切除2/3主根等4个不同水平根系修剪处理下枳实生苗生长发育、根系构型和营养吸收的情况,并检测了不同水平根系修剪处理对侧根发育关键基因表达量的影响。结果表明,切除1/2主根处理增加了枳实生苗的株高、茎粗、地上部鲜重和根系鲜重,改善了根系构型参数(侧根数、总根长、根表面积和平均长度),增加了根系P、K、Ca、B、Fe、Na和Zn等营养元素含量。另外,实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测发现,根系修剪处理诱导了侧根发育关键基因HOX1和CYP2的积累,并抑制了IAA11和IAA13的表达。综上所述,适度根系修剪可能通过诱导HOX1、CYP2基因的上调和IAA11、IAA13基因的下调来调控枳实生苗侧根的生长发育,改善根系构型,从而提高枳实生苗对营养元素的吸收能力及植株的生长发育。     

畜禽产品水足迹研究进展

畜禽产品的生产过程需要消耗大量水资源,对畜禽产品进行水足迹评价能够清楚地认识其对水资源的消耗情况。目前,人们对畜禽产品的需求日益增长,水资源消耗也在持续升高,因此研究如何缓解畜禽产品生产带来的水资源压力,已成为人们必须要面对的问题。评价畜禽产品的用水量和对不同生产阶段的用水分析,将有助于生产者和消费者确定用水量最大的过程,并针对性地实施提高用水效率的战略。本文介绍了国内外畜禽产品水足迹研究现状,对比分析了不同畜禽产品水足迹评价方法,展望了畜禽产品水足迹的发展,最终提出以下降低畜禽产品水足迹的主要措施:1)减少饲料生产的水足迹;2)提高饲料转化率;3)水资源管理和提高畜禽动物生产性能;4)改变人们的消费习惯。