基于植物电信号的小麦苗期等渗干旱胁迫与盐胁迫辨识

针对早期干旱胁迫与盐胁迫在植物处于逆境时难以区分的问题,提出一种基于光诱导植物电信号的干旱胁迫与盐胁迫辨识方法。使用光/暗循环刺激获取了小麦幼苗在正常状态以及等渗干旱胁迫与盐胁迫下的植物叶表面电位,并利用一对一分类策略的支持向量机（One-versus-one support vector machine,OVOSVM）对获取的植物电信号样本进行分类。三折交叉验证结果显示：对正常状态与干旱胁迫下小麦幼苗叶表面电位进行二分类,分类准确率达到100%;对正常状态与盐胁迫下小麦幼苗叶表面电位进行二分类,准确率为94.44%;进行三分类时准确率达到96.30%;对等渗干旱胁迫与盐胁迫下获取的小麦叶表面电位进行二分类,分类准确率为100%。研究表明,植物电信号作为一种辨识逆境胁迫的方法,可对等渗条件下早期干旱胁迫与盐胁迫进行准确区分。     

植物生长营养液对干旱复水马铃薯根系及光合特性的影响

基于盆栽试验,研究了不同干旱胁迫(重度胁迫,中度胁迫和正常供水)与复水条件下植物生长营养液处理对马铃薯根系活力、叶片光合速率、气孔导度和蒸腾速率及产量的影响。结果表明,不同干旱胁迫与复水条件下,植物生长营养液均能有效改善马铃薯根系活力及光合特性。与CK相比,根系活力增加3.19%～20.23%,光合速率增加6.36%～32.70%,气孔导度降低5.49%～32.32%,蒸腾速率降低2.30%～28.10%。马铃薯产量增加3.19%～7.55%,增产幅度为:重度胁迫>中度胁迫>正常供水。3种干旱胁迫下,植物生长营养液对重度胁迫马铃薯产量的增幅最大。     

氯化镧对干旱条件下玉米幼苗抗氧化特性的影响

为了给氯化镧在玉米水分管理中的应用提供依据,采用10%PEG模拟干旱胁迫的方法,研究了外源氯化镧对干旱胁迫下玉米幼苗抗氧化特性的影响。结果表明,干旱胁迫显著提高了根叶细胞质膜透性、MDA及叶片SOD和CAT活性、根叶POD和APX活性,显著降低了叶绿素、根系活力和生物量;与单独干旱处理相比,外源氯化镧处理使干旱下幼苗根系SOD、POD、APX活性和根系活力分别增加了43.9%、20.2%、50%和30%,使根系细胞质膜透性和MDA分别降低了20%和21.7%,外源氯化镧使叶片SOD、POD、APX活性和叶绿素分别增加了25.3%、27.2%、16.9%和17%,使叶片细胞质膜透性和MDA分别降低了17.5%和21.3%;氯化镧使玉米幼苗生物量增加了20.2%。外源氯化镧处理可以明显增强玉米幼苗的抗氧化能力,从而缓解干旱对玉米植株所造成的伤害。     

植物表型平台与图像分析技术研究进展与展望

近年来,植物基因组得到迅猛发展,但因缺乏足够的表型数据而限制了人类解析数量性状遗传学的能力。通过开发植物表型信息采集平台和进行图像分析可以加以解决。高通量、自动化、高分辨率的植物表型信息采集平台与分析技术对于加快植物改良和育种、提高产量和抗病虫害能力至关重要。将植物表型平台信息采集平台与分析技术用于解析基因组信息,定量研究与生长、产量和适应生物或非生物胁迫相关的复杂性状,是建立植物生长模型和采集农作物高维、丰富表型数据集的重要途径,能够满足填补基因组信息与植物表型可塑性之间空白的需要。阐述了基于光学成像的植物表型信息采集平台与图像分析技术的研究进展,从室内、田间不同的使用环境出发,根据不同搭载方式,总结分析了各表型平台的功能和特点。最后,分析了目前植物表型信息采集平台与分析技术存在的瓶颈问题,提出了以下建议与展望:开发植物表型信息采集平台的多传感器集成系统;将植物生长环境监测模块融入植物表型信息采集平台中;开发针对林木的表型信息采集平台;对传感器获取的表型数据进行更好的集成与挖掘;采用无损原位根系信息采集技术得到植物地下部分的表型数据;构建表型数据统一开放的标准,进行学科交叉的深度合作。     

水分调控对冬小麦根系生长及抗旱性的影响

为了研究干旱半干旱地区土壤剖面深层水分对冬小麦根系生长及抗旱性的影响,采用PVC管土柱法进行冬小麦生长水分调控试验,设计了4个处理,即处理Ⅰ为地面灌溉、处理Ⅱ为计划湿润层取根系分布深度的60%、处理Ⅲ为计划湿润层取根系分布深度的75%、处理Ⅳ为计划湿润层取根系分布深度的90%,测定了冬小麦各生育期根系形态指标和地上部分植株体干重的变化,结果表明:灌水总量一定,改变灌水方式、考虑计划湿润层的深层灌溉,能够促进冬小麦根系深扎,至成熟期,处理Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的根长比处理Ⅰ长27~37 cm,总根干重均增加,但根冠比减小,产量增加。适宜的根冠比能更好地协调冬小麦地上部分与地下部分之间生长关系,提高抗旱能力。处理Ⅱ和处理Ⅲ是冬小麦根冠层生长协调、提高抗旱能力较适宜的灌溉方案,可为我国北方地区冬小麦节水灌溉提供参考。     

干旱胁迫下不同抗旱型小麦品种生理 及产量特征分析

为研究不同水分处理条件下不同品种冬小麦的生理响应特征和产量的变化,及评价其地区种植适宜性,在干旱胁迫和正常水分条件下对安徽省淮北地区2个主推抗旱型小麦品种(烟农19、矮抗58)的生理特性及产量进行分析研究。结果表明,单生育期轻旱及全生育期轻旱对冬小麦生长及产量无明显影响,单生育期重旱和全生育期中旱均会显著抑制小麦正常生长,并造成永久胁迫;在不旱或轻旱条件下烟农19生理指标及产量均优于矮抗58,但是当干旱程度增大时矮抗58对环境适应能力更强,减产幅度明显小于烟农19;淮北平原南部推广种植烟农19,北部推广种植矮抗58更有利于水资源高效利用及粮食生产安全。     

基于腐蚀生长算法的不同活力玉米种子根系表型研究

针对图像法根系表型检测中因土壤遮挡而导致根系图像断裂的问题,提出一种基于腐蚀生长算法的玉米根系修复方法,并进行了不同活力玉米种子早期根系表型研究。首先,采用长方形扁平结构透明培养容器种植玉米,迫使其根系贴壁生长,可得到清晰的玉米根系图;通过偏振镜和单反相机采集图像,并采用灰度化、二值化、水漫算法等对图像进行预处理,可有效去除因设备反光和土壤色差造成的各类噪声。其次,基于玉米根系的向水性、向地性、连续性等生理特性,提出5条图像修补规则,即端点判定规则、分叉点判定规则、内部连续性规则、片段生长规则、近邻生长规则,在以上规则约束下,通过细化图像得到单像素连接的根系骨干,以各个根段的末端点为起点向中心腐蚀,并为属于不同根段的点集标记不同编号,根据不同根段间的端点导数值和平均导数值等参数,连接根段,实现根系的修补,从而得到完整根系图像。最后,基于所提图像修复算法对不同活力的玉米种子根系图像进行表型研究,发现在相同时间,根系数目、根系宽度、根系长度、根系延展长度与玉米种子活力均呈现明显负相关;以上4个生理参数的增速与种子活力呈现明显正相关。研究表明,本文所提的根系修复算法可用于作物根系高通量表型无损检测。     

干旱及旱后复水对夏玉米根系生长的影响

为研究不同干旱条件下夏玉米根系生长的适应能力以及根系在旱后复水情况下的恢复能力,以'登海618'为试验材料,通风棚下设置轻旱、中旱、重旱、特旱后同等复水条件4个处理组以及1个正常供水对照组,分析了不同干旱及旱后复水下土壤含水量的变化以及对夏玉米根系形态和根生物量的影响.结果表明:①4种干旱处理下,土壤深度10、30、5...     

小型小麦断根机的设计

根据冬小麦栽培的农艺要求,设计了小型小麦断根机.分析了断根机的工作原理,设计了断根铲和仿形机构等.新型仿形机构保证了断根深度的一致性.试验结果表明：小麦断根平均深度为10.6 cm.3种断根方式均使小麦产量增加,机械断根比不断根增产9.96%～11.41%,锄铲与刀片组合断根效果最好.     

花前干旱胁迫对冬小麦生长指标的影响

【目的】研究干旱胁迫对冬小麦生长指标的影响。【方法】选用周麦22为试验材料,在拔节期和抽穗期分别设置轻度干旱(土壤含水率控制在田间持水率的60%~70%)、中度干旱(土壤含水率控制在田间持水率的50%~60%)和重度干旱(土壤含水率控制在田间持水率的40%~50%),对比分析了冬小麦根系形态、根系分布、株高及叶面积的变化过程。【结果】干旱胁迫处理根长相比CK均降低,T1、T2、T3处理总根长随干旱程度的加深而增长;经过连续处理的各根系特征在轻旱、中旱条件下均大于单阶段处理,重旱条件下各根系特征则明显降低;但复水后拔节期处理的根系补偿恢复能力高于抽穗期。随着干旱胁迫程度及时间增加,根系向下伸展生长,使各根系指标向深层转移,但根系总体绝对量明显减少,T9处理根干质量相比CK降低64.79%,并且株高、叶面积所受的抑制增大。其中拔节期对株高影响更大,T1、T2、T3处理株高相比CK降低3.78%、7.59%、16.09%;抽穗期对叶面积影响更大,T4、T5、T6处理叶面积相比CK降低8.11%、23.45%、29.43%;而经连续干旱处理后的株高和叶面积都明显低于各单阶段处理;抽穗期经干旱胁迫处理的株高、叶面积在干旱胁迫1周后就表现出较强补偿效应,而拔节期表现则相对迟缓;在经历连续干旱胁迫后均无明显补偿。【结论】在冬小麦实际生产中应避免连续干旱,花前若需控水,应尽量满足拔节期供水,控水在抽穗期保持轻旱水平。     

Deficiency of water can enhance root respiration rate of drought-sensitive but not drought-tolerant spring wheat

Root respiration was measured in vivo by infrared gas analysis of complete root systems in drought-sensitive (Longchun 8139-2) and drought-tolerant (Dingxi 24) spring wheat (Triticum aestivum) cultivars. Plants were grown in sand culture for 3 weeks under the following regimes: (a) water sufficiency, (b) moderate drought stress or (c) severe drought stress. The aim was to study the acclimation to drought stress in terms of changes in root growth, root respiration and energy requirement for water uptake. Drought stress increased the root:shoot ratio of both varieties. Roots of water-sufficient treatments respired 4.03 and 2.87 mg glucose h⁻¹ g⁻¹ in Longchun 8139-2 and Dingxi 24, respectively. However, severe drought stress enhanced root respiration of Longchun 8139-2 and Dingxi 24 to 6.52 and 3.01 mg glucose h⁻¹ g⁻¹, respectively. Compared with water-sufficient plants, drought-sensitive spring wheat (Longchun 8139-2) used a relatively higher amount of glucose to absorb water in drought stress treatment, especially in severe drought stress. The drought-resistant spring wheat Dingxi 24 used lower amount of glucose to absorb water in drought stress conditions, relative to drought-sensitive plants. In the arid and semi-arid region of the Losses Plateau, drought-resistant wheat species have many advantages over drought-sensitive species.     

面向植物抗旱性研究的多源表型信息采集和分析技术

利用表型信息采集系统获取不同生长环境下的植物形态结构和生理生化数据,研究植物体对不同胁迫的反应,从而进行抗性育种和筛选优质良种.本文构建了一套由双CCD相机、热成像仪、水分控制模块、称量模块、光源等组成的多源表型信息采集系统,采用YOLO v3目标检测算法和图像处理算法提取了植物投影叶面积、株高、叶片数量、冠层温度等表...     

冬小麦节水耐旱系数研究

抗旱系数在品种的抗旱筛选中有较为广泛的应用。在抗旱系数的基础上加入水分利用效率因子,得到了作物节水耐旱系数(WSDT)。由于考虑了作物耗水量和水分利用效率,WSDT能够表征作物的受旱程度,体现作物对土壤水分的利用能力。利用2007~2008年桓台863计划项目区冬小麦试验资料,对4个小麦品种的抗旱性能进行了评价,并与抗旱系数评价结果进行了比较,WSDT结果更合理,可以在作物抗旱品种筛选中应用。     

灌浆期干旱胁迫对不同冬小麦品种水分利用率的影响

以衡观35、开麦21、郑麦366这3个河南省种植面积较大的小麦品种为试验材料,通过室内培养箱与田间试验,研究3种不同冬小麦品种的水分利用率差异。结果表明:灌浆期相同干旱胁迫条件下,衡观35与开麦21抗旱性要比郑麦366高,只有在重度干旱胁迫下产量才有显著降低;不同品种冬小麦水分利用率皆于中度干旱胁迫下增加,在重度胁迫下降低,而衡观35、开麦21水分利用率在重度胁迫下降幅均较郑麦366小;不同水分处理措施对不同品种小麦旗叶水分利用率影响有所差异,影响时间从长到短依次是郑麦366、衡观35、开麦21;整体来看,衡观35、开麦21属于抗旱性较强的小麦品种;郑麦366虽是抗旱性较弱的品种,但在正常灌水条件下其产量最高。      

基于RS的河南省赵口灌区小麦最佳配水量计算

应用河南赵口灌区的遥感影像数据,获得该区的NDVI、LST等影像指标。采用植被温度指数法,通过ENVI遥感影像处理软件,得到植被条件指数、温度条件指数和干旱指数(DI)。将研究区划分为5个干旱等级,根据DI指数制作赵口灌区干旱等级分类图,计算该时期土壤含水量。分析计算小麦各生育阶段作物需水量,与该阶段土壤含水量对比计算各种干旱类别区域的配水量。     

格点天气预报数据与机理模型耦合的冬小麦干旱预警方法

为了开展大范围的冬小麦干旱预警,以中国北方冬小麦区为实例,构建了土壤水分动态预报模型,结合未来10 d高精度天气要素预报、土壤自动水分观测和冬小麦发育期观测数据,建立了北方冬小麦区干旱预警系统。利用该系统对2018年4—5月进行逐日的冬小麦干旱预警,对干旱预警产品的分析表明:系统对未来10 d土壤相对湿度预报的决定系数在0. 63～0. 91之间,均方根误差在5. 6%～18. 2%之间,预报时效越近,准确率越高。从不同的干旱等级预测准确率看,对于干旱等级较高的重旱和特旱预报准确率较高,轻旱和中旱的预报准确率略低。该系统基本满足冬小麦干旱预警需求,对国家级农业气象部门大范围农业干旱监测和预警业务是有益的补充。     

Water potential and turgor pressure as a selection basis for wind-grown winter wheat

Two varieties of winter wheat (Triticum aestivum L. em. Thell. ‘Ponca’ and ‘KanKing’), one considered drought sensitive (‘Ponca’) and one considered drought resistant (‘KanKing’), were grown from seed in pots of soil placed in wind or still air for 36 days to determine the effect of wind on water potentials, turgor pressure, and stomatal resistance of leaves. During the experiment, plants were well watered and soil was moist. In wind and still air, water potentials and turgor pressures of the drought sensitive wheat were higher, and stomatal resistances were lower, than those of the drought resistant wheat. Plants grown in wind had lower turgor pressures than plants grown in still air.The results showed that wind reduced turgor pressure and that measurements of water potential, turgor pressure, and stomatal resistance could be used to select varieties for windy areas.