应用数字图像技术估测冬小麦冠层生物量垂直分布特征的研究

用数字图像技术研究了冬小麦冠层生物量的垂直分布。表明用一行小麦图像比多行小麦图像估测小麦生物量能更好地满足线性回归关系,估测效果更佳,以此为基础进一步研究了分层像素数估测小麦冠层分层现存生物量和有效生物量的方法。利用分层绿色像素数(LGPN)指标定性分析了不同栽培模式下冬小麦群体有效生物量的垂直分布和动态变化,并确定了基于图像特征的可用于定量分析的小麦群体垂直分布指数（I）。     

基于数字图像的棉花长势空间变异分析

为了尽快获取棉花长势信息,分析大田棉花长势空间变异特性,采用计算机数字图像处理技术,在常规光照条件下,利用网格取样方法,采集棉花冠层长势数字图像,提取图像色调值H,研究冠层图像H值的空间分布特点以及数字图像H值与相关农艺性状的关系。结果表明,棉花冠层数字图像H值的空间分布具有中度空间相关性,其变异半方差函数模型为球状模型;数字图像H值与LAI有较好的对数关系,决定系数R2=0.8123;表明群体冠层数字图像H值是可以用来描述棉花田间长势信息的潜在可靠性指标。研究结果将为生产实践提供指导作用,为精准农业田间信息采集与快速检测提供理论依据。     

基于无人机和地面图像的田间水稻冠层参数估测与评价

田间水稻表型监测可用于分析水稻产量相关性状,对指导水稻栽培管理以及产量预测具有重要意义。本研究以3种氮肥处理下6个不同栽培品种的水稻为研究对象,估测并评价了水稻冠层的主要表型参数,以探讨利用图像分析方法评价多品种及栽培环境下田间水稻长势的适用性。基于无人机和田间固定相机图像,本研究通过图像处理、三维建模和机器学习自动测算出田间水稻冠层覆盖度、株高、穗数,并结合实际测量结果进行了精度评价。结果表明:(1)基于无人机图像使用决策树分类模型提取的水稻冠层图像与人工勾绘结果一致性较好(Qseg均值为0.75,方差为0.08),由此计算的冠层覆盖度与人工勾绘计算的冠层覆盖度相关性较高(R~2=0.83,RMSE=5.36%);(2)使用冠层高度模型估测的各小区水稻株高均值与田间实测高度均值相关性较高(R~2=0.81, RMSE=9.81 cm),但整体呈现低估;(3)基于地面图像使用决策树分类和形态参数过滤得到的穗数计数结果与实测穗数相关性较高(R~2=0.83,RMSE=10.99)。总体而言,结合图像分析算法,应用低空无人机遥感技术高通量自动化估测水稻冠层覆盖度、株高的精度较高,而应用地面...     

用高光谱数据诊断水分胁迫下棉花冠层叶片氮素状况的研究

利用ASD地物光谱仪,获取北疆棉花冠层关键生育时期的高光谱数据,应用一阶微分光谱,衍生出基于光谱位置变量的分析方法,以红边积分面积(SDr)为自变量,冠层全氮(TN)含量为因变量,做相关分析,结果表明:红边积分面积变量与冠层TN含量呈显著的相关性,相关系数是0.7394(n=40),利用构建的相关模型可以较为精确地估测棉花两个品种新陆早6号与8号冠层叶片的全氮含量,均方差(RMSE)分别为0.3859和0.4272。研究认为面积变量具有预测棉花冠层全氮含量的应用潜力。     

种苗级别对半枫荷生长发育的影响

在半枫荷幼苗期,进行不同等级种苗盆栽试验,探讨种苗级别对半枫荷苗木不同部位生长发育和生物量积累的影响.结果表明,种苗级别显著影响半枫荷种苗的形态与生物量分配指标.其中一级苗的株高、地径、冠幅等地上形态指标,主根长/粗、侧根数等地下形态指标以及各部分生物量均显著高于二、三级苗,而二级苗上述多数指标又优于三级苗,虽然不同等级半枫荷苗木长势差别较大,但半枫荷3个苗级植株的株高、地径、冠幅、叶片数以及分枝数的生长动态曲线均呈基本一致的变化趋势.半枫荷各苗级的生物量分配存在显著差异,其中随着个体大小的增大,半枫荷的根生物量比和支持结构生物量比增大,叶生物量比和冠根比减小.即通过一级苗培育出来的半枫荷植株更为高大、粗壮,根系发达.     

光照对芦苇生物生产力及光合能力的影响

为研究水陆交错带优良造林材料芦苇(Phragmites australis)对光照环境的响应规律,选择水岸不同光照生境分布的芦苇种群为对象,测定分析光照强度对芦苇生长、生物量积累及光合能力的影响规律。本试验在野外原位观测全光照和林冠遮荫条件下芦苇株高、地径、叶片SPAD值以及叶绿素荧光参数的基础上,采用全株收获法进行不同器官生物量的室内测定。结果表明：（1）林冠遮荫条件下,芦苇株高、叶片生物量和茎生物量比全光照条件下分别高30.95%,56.08%和84.37%;芦苇株高与地径和茎干重达到极显著正相关水平,分别为0.692、0.875。（2）种光照条件下的芦苇叶片的SPAD值存在显著差异;林冠遮荫条件下,芦苇叶片SPAD值大于全光照条件下25.98%。（3）林冠遮荫条件下显著促进了芦苇叶绿素荧光参数Fm与PSII最大光化学量子产量Fv/Fm的值,分别高达34.14%、10.73%。     

棉花叶绿素密度和叶片氮积累量的高光谱监测研究

利用非成像高光谱仪,获取棉花不同品种、不同密度冠层关键生育时期的反射光谱数据,应用光谱多元统计分析技术,研究表明,棉花冠层叶绿素密度（CH.D）和叶片氮积累量（LNA）分别在反射光谱762 nm和763 nm处的相关系数达最大值（R_CH.D= 0.8845**和R_LNA= 0.7870**,n = 47）;而一阶微分光谱数据对CH.D、LNA最敏感的波段均发生在750 nm处(R_CH.D= 0.9098**和R_LNA = 0.9164**,n = 47);采用47个建模样本的一阶微分光谱750 nm处的数值与棉花冠层CH.D建立线性相关模型方程,估算47个检验样本的棉花冠层CH.D,再根据CH.D与LNA建立的线性相关方程估算检验样本的LNA,47个检验样本的实测LNA与估测LNA极显著线性相关（R = 0.8982**,n = 94）,模型方程的估算精度达86.3%,实测值与估算值的R_MSE = 1.0155,相对误差为0.1380。说明基于高光谱数据的棉花冠层叶绿素密度的遥感估测,可以间接用于棉花冠层叶片氮积累量的监测研究。     

基于吸收光合有效辐射和光合有效辐射截获量监测棉花生长状况

 通过光量子传感器,获取了2个棉花品种不同种植密度冠层6个关键生育时期的光合有效辐射（PAR）,分析了吸收光合有效辐射（APAR）和光合有效辐射截获量（FAPAR）与棉花冠层生长特征的关系。结果表明;棉花开花期和花铃期,为APAR与FAPAR高值期,盛铃期和盛铃末期下降,吐絮期为低值期;利用多元统计分析技术,分别建立了棉花APAR、FAPAR与棉花冠层叶面积指数、覆盖度、地上鲜生物量和地上净初级生产力的相关关系模型。采用APAR与覆盖度,FAPAR与叶面积指数相关性最高的模型方程,分别估算棉花覆盖度和叶面积指数,实测值与估测值之间呈极显著的线性相关关系,估算精度分别为99.1%和99.5%。     

基于红边参数的棉花冠层叶片氮积累量之估算研究

测试了棉花2个品种4水平种植密度的4个关键生育时期冠层反射光谱,应用微分技术处理棉花冠层反射光谱,提取了红边(680～750nm)波段范围的最大一阶微分值(Dr)和红边面积(SDr)参数。分析了棉花冠层红边参数在不同生育期的变化特征和棉花吐絮期的两种生长类型的冠层红边状况,表明红边位置可以指示它们的氮素状况。以新陆早8号的SDr为自变量与对应的LNA为因变量进行相关分析,SDr与冠层LNA达1%极显著相关(R=0.9186**,n=32),利用其构建的模型方程估算新陆早6号的LNA,实测LNA和估测LNA的估计标准差为0.8909g/m2,估算精度为88.1%(R=0.9277**,n=32),说明采用高光谱提取的红边参数信息是无损实时、快捷评价棉花氮素状况的有效方法。     

地面数字图像技术在棉花氮素营养诊断中的初步研究

为了探讨利用图像处理技术进行棉花氮素营养诊断的可行性,通过多水平的氮肥田间试验,采用数码相机获取棉花冠层图像,分析了不同氮水平下棉花冠层图像色彩参数与施氮量、产量及多个氮素营养诊断指标之间的关系.研究表明:南疆畦灌条件下,氮素营养水平直接影响到棉花冠层光谱反射特性.红、蓝光标准化值与铃期施氮量、产量之间有极显著的线性负相关关系,采用R/(R G B)、B/(R G B)值可以直接用来诊断棉花铃期的氮素营养状况,或间接估测产量;铃期绿光值G和绿光与红光比值G/R与叶柄硝酸盐浓度、植株全氮和地上部生物量之间都有较大的相关性,可以较为灵敏地反映棉花氮素营养水平,适宜作为氮素营养诊断指标.因此,应用数字图像技术进行棉花氮素营养诊断是可行的.     

剑麻悬浮细胞体系的建立

为了获取良好的剑麻悬浮细胞体系,以剑麻无菌幼苗嫩叶为诱导材料,对剑麻胚性愈伤组织的获得,建立细胞悬浮系和影响悬浮细胞增殖的主要影响因子进行了探讨。结果表明:幼叶在培养基为MS+2.0 mg/L 2,4-D+1.0 mg/L 6-BA上诱导的愈伤组织,经1～2次继代培养后获得了颗粒状、浅黄色的胚性愈伤组织;接种于液体培养基接种量为2 g (鲜重),继代周期为7 d,经4～5次继代震荡培养建立了细胞悬浮系,细胞生长符合"S"型曲线,细胞浓度可达6.1×105～4.6×106个/m L以上;在悬浮细胞生长前期,pH值明显下降,在细胞对数生长期,pH值略有升高,并趋于平缓;最适宜的细胞悬浮培养基为(MS+1.5 mg/L 2,4-D+4.0 mg/L6-BA+350 mg/L水解酪蛋白, 30 g/L蔗糖, pH值为5.8)。通过建立剑麻悬浮细胞培养体系的方法,为进一步应用于剑麻悬浮细胞转化体系和多倍体育种等研究。     

番木瓜育种研究进展与展望

番木瓜是一种药食兼用的植物,长期食用可以增强人体免疫力,达到改善体质的目的。因此提高番木瓜的产量、品质和药用价值变得十分重要。育种技术是改善番木瓜相应指标的重要途径。本综述通过介绍番木瓜传统育种、多倍体育种、辐射诱变育种、细胞工程育种、分子标记辅助育种和基因工程育种等育种手段,并根据目前育种学发展的趋势,指明今后番木瓜的育种研究方向。目前分子模块设计育种是今后番木瓜育种研究的一个新的有效途径。因此本综述通过对利用自然变异的抗病性品种、运用现代生物技术等手段筛选和培育出新的番木瓜品种的概述,以期为对番木瓜育种技术发展情况进行了较为全面的总结,并对番木瓜育种发展进行提供理论参考。     

芒果MinSPS1基因的克隆及表达载体的构建

蔗糖磷酸合成酶(sucrose phosphate synthase, SPS)既是调控蔗糖合成的关键酶又是限速酶,为了研究其在芒果果实中蔗糖合成的作用机理,本研究从芒果果肉中克隆得到一个与蔗糖合成相关的基因,将其命名为MinSPS1,其cDNA全长序列为3 344 bp,开放阅读框为3 168 bp,编码1 055个氨基酸,蛋白质分子量为118.13 k D,等电点为6.08,对MinSPS1基因编码的蛋白进行系统发育分析,发现其与柑橘具有较近的亲缘关系。采用qRT-PCR对该基因在后熟处理的贵妃芒果肉中的表达量进行分析,结果显示在完熟期贵妃芒果肉中表达量较高,而在青熟期表达量较低。本研究为深入了解芒果蔗糖合成的分子机理,进一步构建了p CAMBIA1301-MiSPS1过表达载体,为MinSPS1的功能鉴定提供理论依据。     

菠萝AcSAP转录因子对非生物胁迫和生物胁迫的应答响应

STERILE APETALA (SAP)是调节花序、花和胚珠发育,调控分生组织细胞的增殖和器官大小的多功能基因。本研究利用生物信息学的方法对菠萝SAP转录因子进行序列分析,并通过qRT-PCR技术研究了非生物胁迫和生物胁迫对菠萝SAP基因表达的影响。结果表明,菠萝SAP蛋白为稳定疏水酸性蛋白且含有3个WD40重复区域,蛋白质二级结构显示,菠萝SAP蛋白主要结构元件为延伸链和无规则卷曲;qRT-PCR分析显示,逆境胁迫下,AcSAP的表达量与对照差异显著。在H2O2、NaCl、SA、ABA、Eth、低温(4℃)和病菌侵染胁迫下,AcSAP的表达量显著升高。研究表明,逆境胁迫能使AcSAP基因的表达受到影响,进而直接或间接影响植物生长发育,为今后菠萝的抗逆研究和分子育种提供了理论依据。     

广藿香法呢基焦磷酸合成酶基因(FPS)的克隆及生物信息学分析

为进一步阐明广藿香(Pogostemon cablin (Blanco) Benth.)中百秋李醇(Patchouli alcohol)生物合成的分子调控机制,本研究采用RT-PCR技术从广藿香叶片中克隆得到法呢基焦磷酸合成酶(farnesyl diphosphate synthase) FPS基因,并通过qRT-PCR技术分析FPS基因在广藿香幼苗期(扦插后60 d)与成熟期(扦插后240 d)叶片中的相对表达量。对克隆得到的广藿香FPS基因进行生物信息学分析,序列片段长为1 177 bp,其中包含1个长度为1 050 bp的开放阅读框,编码由349个氨基酸残基构成的蛋白质,与其它已知FPS氨基酸序列的唇形科植物一致性高达93.10%,与已知的米团花(Leucosceptrum canum Smith) FPS蛋白亲缘关系最近。预测FPS蛋白质分子质量约为40.09 kD,理论等电点(pI)为5.34,推测其为亲水性蛋白,无跨膜区且不含信号肽,属于类异戊二烯生物合成家族。qRT-PCR结果表明FPS基因在成熟期叶片中表达量高于幼苗期,与转录组数据分析结果一致。本研究结果为进一步研究FPS基因在广藿香中的应用,探究广藿香中百秋李醇生物合成途径中关键酶的表达模式及通过调控百秋李醇生物合成提高广藿香挥发油中有效成分含量提供了理论依据。     

广藿香幼苗期茎和叶的转录组数据组装和分析

本研究以石牌广藿香幼苗期茎和叶为样本,对转录组测序之后,共得到66 133 450条和65 148 526条reads序列。然后使用De novo拼接后把Unigene对比到各个数据库,经过对Unigene的统计分析,在有类似功能基因的92 974条Unigene中,有65 467条Unigene可注释到Nr数据库;有71 330条的Unigene可对比到KOG数据库,依据其功能信息将这些基因分成25类;有86 716条Unigene被发现与GO数据库中的基因具有相似性并将它们分为生物过程、细胞成分和分子功能3个大类共54个小类;以KEGG作为数据库参考比对到66 055条Unigene,并根据代谢通路将转录组数据分为137类,包括内质网蛋白处理、甘油磷脂代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、硫辛酸的代谢等。本研究将为广藿香的活性物质的生物合成与代谢、功能基因的发掘、分子标记的开发应用等研究提供依据。     

橡胶树中碱性转化酶基因HbNIN7的克隆与表达分析

蔗糖主要由植物光合作用产生,其水解依赖于转化酶和蔗糖合成酶。其中,转化酶催化蔗糖不可逆分解为葡萄糖与果糖。本研究基于橡胶树的基因组和转录组数据库,采用RT-PCR技术克隆得到一个中碱性转化酶基因HbNIN7基因,预测编码683个氨基酸。同源与亚细胞定位分析表明HbNIN7属于α类中碱性转化酶,定位于线粒体。通过原核表达获得其重组蛋白,酶活性分析表明,HbNIN7重组蛋白最适酶活pH值7.2;最适酶活温度45℃;最大反应速率32.69 mmol hexose·mg^-1protein·h^-1;Km值25.04 mmol/L。利用荧光定量方法分析基因的表达特征,结果显示:HbNIN7基因在雄花中表达水平最高,且在雄花发育的不同阶段差异显著,说明Hb NIN7很可能参与橡胶树花组织中糖利用及糖信号调控。     

橡胶树中碱性转化酶HbNIN9表达及酶学特性分析

转化酶作为蔗糖分解代谢的关键酶,在植物生长发育、生物与非生物胁迫响应等生理过程中发挥重要作用。基于对橡胶树不同组织转录组数据库的分析,本研究克隆了一个在橡胶树种子中有较高丰度表达的中碱性转化酶基因HbNIN9;系统进化分析和在线软件预测均显示其亚细胞定位为线粒体,属于中碱性转化酶α亚族成员;利用原核表达体系成功获得Hb NIN9优化表达的重组蛋白,优化表达的诱导条件为0.5 mmol/L IPTG,25℃培养6 h;酶学特性分析表明,HbNIN9蛋白酶活反应的最适温度为45℃,最适pH值为7.5,米氏常数Km值为18.09 mmol/L。本研究从蛋白水平证实了Hb NIN9为典型的中碱性转化酶,有助于深入揭示线粒体型转化酶在橡胶树种子糖代谢中生理功能,丰富橡胶树中碱性转化酶家族成员的生理生化研究。     

基于转录组的荔枝XTH家族基因的鉴定及分析

为了研究木葡聚糖内切葡聚糖酶/水解酶(xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase, XTH)基因家族在荔枝花穗发育过程中的分布及表达情况,本研究基于‘妃子笑’荔枝花穗转录组数据,利用生物信息学研究方法,首次对‘妃子笑’荔枝XTH基因家族进行鉴定,包括基因的基本物理和化学特征,亚细胞定位,蛋白质保守结构域,进化关系和表达模式。结果表明:Lc XTH基因家族成员有29个,其蛋白长度范围在37~311 AA之间,对应的相对分子量范围在4.398~35.711 k D之间,等电点(pI)范围为4.39~9.46。此外,亚细胞定位分析显示所有LcXTH蛋白均位于细胞壁;Lc XTH含有2个相对保守的结构域(Glyco_hydro_16结构域和XET_C结构域);系统发育树分析表明LcXTH基因家族分为四组(Ⅰ~Ⅳ组),不同发育阶段LcXTHF基因的表达模式不同。本研究为进一步对XTH基因的功能研究提供理论依据。     

喜马拉雅樱花嫩枝扦插影响因子探究

扦插是一种简单并且常用的樱花苗木繁殖方法,喜马拉雅樱花作为一种优秀的樱花种类,关于其扦插繁殖的研究还未见报道。本研究开展了喜马拉雅樱花的嫩枝扦插试验,主要目的是研究栽培基质和同一枝条不同部位的插穗等因子对喜马拉雅樱花生根率、成活率以及新梢生长的影响。研究结果表明:栽培基质对插穗生根、成活和新梢生长影响显著,以细河沙、珍珠岩(1∶1)为栽培基质插穗平均生根率最高为92.0%,以草炭土、珍珠岩(2∶1)为栽培基质插穗成活率最高,可达到85.3%,插穗在草炭土、珍珠岩(3∶1)基质中新梢生长最快,平均长度可达11.5 cm;插穗部位方面,中部插穗平均生根率和平均成活率最高分别可达97.3%和92.7%。本研究对促进喜马拉雅樱花的规模化繁殖,加速该樱花种类在中国的普及应用,具有重要的实践意义。