基于时序高光谱和多任务学习的水稻病害早期预测研究

水稻病害是影响水稻产量的重要因素之一,水稻病害的早期预测对水稻病害防治至关重要。为了实现水稻白叶枯病害的预测,连续采集了从接种病菌到早期发病共7d的白叶枯病害胁迫下的叶片高光谱图像。利用Savitzky-Golay算法对高光谱图像进行预处理,并利用主成分分析（Principal component analysis, PCA）和随机森林（Random forest, RF）算法提取光谱特征,构建多任务学习(Multi-task learning, MTL)与长短期记忆（Long short-term memory, LSTM）网络融合的预测模型,对水稻病害发病率和潜伏期进行预测,并利用鲸鱼优化算法（Whale optimization algorithm, WOA）对MTL-LSTM模型进行优化。实验结果表明：PCA和RF可以有效地从高光谱图像中提取光谱特征,降低高光谱数据维度,且基于光谱特征构建的预测模型性能优于全波段光谱构建的预测模型性能,建模时间降低约98%。基于时序高光谱构建的预测模型对发病率和潜伏期的预测取得了预期效果,基于前10个特征波长构建的WOA-MTL-LSTM模型取得了最优的预测性能,对发病率和潜伏期预测测试集的R2分别为0.93和0.85,RMSE分别为0.34和2.12,RE分别为0.33%和1.21%。通过WOA算法可以提升MTL-LSTM的预测性能,对发病率和潜伏期预测的R2均提升0.05。研究结果表明RF提取高光谱特征能有效表征全波段光谱,基于时序高光谱的WOA-MTL-LSTM模型可以准确预测白叶枯病害发病率和潜伏期,为水稻白叶枯病害的预防提供了技术支持。     

内蒙古马铃薯黑胫病病原菌的分离和鉴定

 马铃薯是我国的第四大主粮。内蒙古是我国最大的马铃薯生产基地,马铃薯产业是当地农民收入的主要来源。2017年8月,内蒙古锡林郭勒盟部分马铃薯田块发生了一种细菌性黑胫病,发病面积约为200亩,发病率约为20%。发病初期,植株的茎基部变色、发黑,伴有臭味,严重时茎秆腐烂,植株死亡。为明确该地区马铃薯细菌性黑胫病的病原菌种类,本研究对该病原菌进行了分离,并利用生理生化测定,Biolog分析和分子生物学手段将该病原菌鉴定为胡萝卜软腐果胶杆菌巴西亚种(Pectobacterium carotovorum subsp. brasiliense)。据以往报道,我国马铃薯黑胫病主要由黑腐果胶杆菌(P. atrosepticum)和胡萝卜软腐果胶杆菌胡萝卜亚种(P. carotovorum subsp. carotovorum)两种病原菌引起,本研究是P. carotovorum subsp. brasiliense引起马铃薯黑胫病在国内的首次报道。     

胡萝卜软腐果胶杆菌clpP基因的功能研究

为探索clpP基因对胡萝卜软腐果胶杆菌胡萝卜亚种(Pectobacterium carotovorum subsp.carotovorum,P.c.c)生物学特性及致病性等方面的影响,采用同源重组法构建clpP基因缺失突变体ΔclpP和互补菌株ΔclpP(clpP),测定突变体及互补菌株的运动性、生物膜、抗氧化压力,以及在不同培养基和不同温度下的生长能力、部分致病因子活性及致病性等表型,并采用RT-PCR分析了果胶酸裂解酶(Pel)、纤维素酶(Cel)、蛋白酶(Prt)和坏死诱导蛋白(necrosis-inducing protein,Nip)等相关致病因子的编码基因转录水平变化。结果表明:ΔclpP的运动性无变化,生物膜形成、高温和营养饥渴耐受力及抗氧化压力等均下降;果胶酶、纤维素酶与蛋白酶活性有不同程度降低,酶活性检测平板上水解圈的直径分别比野生株下降19.35%、34.38%和35.00%;ΔclpP的致病性显著下降,离体接种‘黄花马蹄莲’叶片和大白菜叶柄,病斑面积分别比野生株的减小99.00%和99.60%;在4个毒力因子中,qRT-PCR显示:ΔclpP果胶酸裂解酶与纤维素酶mRNA相对表达量为野生菌株的40.00%左右。由此可见,clpP基因对胡萝卜软腐果胶杆菌的生长和致病性具有多方面的决定作用。     

瓜类细菌性果斑病菌luxR基因的功能分析

luxR基因作为信号分子受体蛋白的编码基因,在革兰氏阴性菌群体感应(quorum sensing,QS)LuxI/LuxR环路中起重要作用.本研究采用PCR技术从瓜类细菌性果斑病菌(Acidovgorax avenae subsp.citrulli)xjL12中扩增出luxR同源基因,应用同源重组的方法构建了突变株(△luxR),并对其功能进行初步研究.实验结果表明,△luxR与野生型菌株相比产生的群体感应信号分子浓度降低,抗生素耐受水平有所提高,对哈密瓜(Cucuumis melo var.cantalupensis))幼苗的致病能力下降;RT-PCR实验表明,luxR基因的缺失对luxI基因的表达有抑制作用.本研究为今后对以luxR基因为靶标,利用信号干扰技术综合防治瓜类细菌性果斑病提供基础资料.     

南京地区西花蓟马发生调查及其分子检测

以西花蓟马和烟蓟马的线粒体DNA的COI基因设计特异性引物,建立了西花蓟马PCR快速检测方法,该方法可以检测1/120单头成虫,对各种虫态均可进行特异性检测.对南京54种植物花器中蓟马种类进行了调查,通过形态特征和线粒体DNA的COI基因分子检测,均证明西花蓟马已在其中25种植物上发生,西花蓟马种群数量达蓟马总量20%的有11种植物,超过30%的有5种.     

几个彩色马蹄莲品种的离体培养与快速繁殖

对彩色马蹄莲的组织培养研究表明:①休眠期块茎比生长期块茎的诱导培养成功率高4～5倍,消毒时间可缩短50%;②1.0 mg·L-1 的6-BA有利于优质种苗生产;③皇后(Yellow Queen)和北极星(Majestic Red)组培苗栽培后形成的块茎再次用于组培,培养5代的增殖倍数分别比引进块茎直接用于组培提高144.70%和5.60%;④相同条件下,彩色马蹄莲黄花品种比红花、紫花品种的增殖系数高;⑤多代培养,保持植物生长调节剂浓度不变,增殖系数呈下降趋势,1.0 mg·L-1与2.0 mg·L-1的6-BA隔代交替使用,可以克服增殖系数下降.     

红叶石楠组培苗玻璃化影响因子及其克服技术研究

通过改良MS+6-BA无菌培养红叶石楠,结果表明:培养基离子浓度或细胞分裂素浓度偏高,组培苗玻璃化的比例均增加,降低培养温度或提高培养基硬度玻璃化苗均减少,相近凝固效果的卡拉胶比琼脂易导致玻璃化苗;繁殖代数增加,玻璃化比例降低.培养温度由恒温改为变温、6-BA浓度由1.5 mg/L降为0.5 mg/L、卡拉胶由7.0 g/L增加到8.0 g/L,培养60 d后分别能将61.67%、57.92%和47.08%的仅部分叶片出现玻璃化的红叶石楠组培苗转为正常,部分叶片玻璃化如培养条件不变,或茎、叶完全玻璃化,即使改变培养条件,均不能转变.     

红叶石楠组织培养技术比较研究

[目的]研究红叶石楠组织培养技术。[方法]通过对红叶石楠外植体不同取样方式、不同增殖条件及不同生根方法的比较,研究其组织培养技术。[结果]结果表明,以休眠芽为外植体的红叶石楠的初始培养成功率较高,利用GA3浸泡消毒处理过的休眠芽,可促进其组织快速生长。培养基为50%MS、6-BA 1.00 mg/L、卡拉胶7.0 g/L时,红叶石楠组培增殖率最高。NAA直接生根培养,易产生愈伤组织,有效生根率最高为54.83%,IAA最高生根率可达57.83%。两步生根法愈伤组织形成少,NAA 3.0 mg/L＋IAA 3.0 mg/L浸泡幼茎72 h,有效生根率达81.33%。[结论]该研究结果为红叶石楠组培技术的产业化应用提供参考。     

芦蒿细菌性软腐病的病原鉴定

芦蒿是一种因其具有独特气味而广受市民欢迎的野菜,尤其在南京被广泛种植与消费。南京的八卦洲地区每年因芦蒿可获得数亿的产值。自2012年,该地区芦蒿在8~9月份相继出现一种新病害。病害发生初期,扦插在土壤下部的植株茎秆外皮变褐色,伴有臭味,随着病害发生严重,植株表现枯萎直至全株死亡。在八卦洲每年该病害的发生率在10%~20%左右,部分田块绝产。本研究采集发病植株,进行组织分离,通过科赫氏法则验证,共获得了30余株具有致病性的分离物。随机挑选了12株细菌,通过生理生化反应、Biolog测定以及多位点序列分析,将该病原菌鉴定为胡萝卜软腐果胶杆菌胡萝卜亚种(Pectobacterium carotovorum subsp.carotovorum)。本研究为芦蒿细菌性软腐病的首次报道。     

水稻白叶枯病菌tatB基因的克隆及功能分析

根据水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)PXO99的tatB基因序列设计引物,采用PCR方法从PXO99中克隆了tatB基因,命名为tatBXoo。通过同源重组的方法,构建了tatBXoo的插入突变株TBM,在含有X-gluc的抗性平板上筛选,并经Southern blot杂交验证确认。表型测定结果表明:与野生型相比,tatB突变株在水稻(寄主)上的致病性减弱,但在烟草(非寄主)上仍具有引起过敏反应的能力;tatB突变导致Xoo致病相关的重要表型如胞外多糖减少,游动性及趋化性减弱。但是,tatB突变不影响Xoo在基本培养基(MMX)中正常生长、胞外纤维素酶产生和生物膜形成。