谷子SiPSY1基因与米色形成相关性分析

为明确谷子八氢番茄红素合成酶基因与谷子米色形成的相关性,本研究从黄色和白色2种不同米色谷子中克隆出SiPSY1基因的cDNA全长序列,并进行生物信息学分析,同时,利用实时荧光定量PCR方法检测该基因在谷子米色形成过程中的表达模式。结果表明,SiPSY1基因编码序列(CDS)全长为1 248 bp,共编码415个氨基酸。SiPSY1蛋白的理论分子量为46.866 kDa,等电点为8.97,为不稳定亲水性蛋白。该蛋白的二级结构由α螺旋(57.35%)、不规则卷曲(29.64%)、延伸链结构(9.88%)和β转角(3.13%)四种结构组成。SiPSY1蛋白与玉米ZmPSY1的同源性较高,二者的亲缘关系较近。在谷子米色形成的初期和中期,黄色米色品种籽粒中SiPSY1基因的表达水平显著高于白色米色品种,而在米色形成后期,该基因在白色米色品种中的表达水平显著提高,并高于在黄色米色品种中的表达水平。随着籽粒成熟米色的形成,SiPSY1基因在黄色米色品种七月黄中的表达量呈先上升后显著下降的趋势,在白色米色品种中呈逐渐上升的趋势。通过对SiPSY1基因结构和表达特性的分析,初步推测谷子米色差异及形成与SiPSY1基因结构无关,而与基因的表达特性有一定的相关性。本研究结果为进一步阐明SiPSY1基因的功能以及谷子米色形成的分子机制奠定了基础。     

基于扩散理论的华北春玉米生理成熟后籽粒脱水过程分析

玉米机收籽粒可以显著提高玉米的生产效率,是玉米生产的发展方向。生理成熟后的籽粒含水率是决定机收质量的关键,受品种、密度和气候等多种因素影响。准确估算生理成熟后玉米籽粒含水率,进而分析其主要影响因素,最终确定玉米收获时间和筛选适宜机收的品种,对玉米主产区华北的春玉米籽粒机收发展具有重要意义。因此,于2017年和2018年在河北省泊头、南大港、玉田和山西榆次进行了两年田间春玉米试验,每年设置7个共性品种,每个品种3个密度,对生理成熟后籽粒含水率、品种性状、气象和管理要素进行了监测,并利用基于扩散理论考虑空气温湿度的脱水模型对籽粒含水率进行了模拟,进而计算脱水曲线下的面积(AUDDC),用以筛选脱水优异的玉米品种。结果表明,基于扩散理论的籽粒脱水模型对玉米生理成熟后籽粒含水率的模拟效果较好;年份、地点和品种对生理成熟时籽粒含水率(M_0)和水分扩散速率(k)具有显著影响,密度对脱水参数影响不显著。逐步线性回归分析得到灌浆期参考作物蒸发蒸腾量(ET_0)、最高气温和灌水量对M_0具有显著的正效应,生理成熟后30 d内ET0和灌浆中后期降雨对k具有显著的正效应,全生育期降雨对k具有显著的负效应。品种性状中对M_0影响最大的为苞叶层数(正效应),对k影响最大的为叶片数(负效应)。通过模型计算得到,生理成熟后10d华北地区春玉米籽粒含水率可以下降到28%,籽粒含水率下降到25%的概率为50%。由模型计算得到各品种生理成熟后10 d内的AUDDC,与AUDDC平均值比较发现‘京农科728’‘张1453’‘华农887’‘广德5’和‘金科玉3306’为脱水表现优异的品种。     

基于机器视觉的多个玉米籽粒胚部特征检测

为了利用机器视觉进行多个玉米种子品种的自动识别,该文提出了一种针对多个玉米籽粒进行胚部检测的方法。该方法基于阈值分割和形态学,在RGB空间,采用自动屏蔽0值像素的大津法（Otsu法）,根据B分量值对多粒玉米籽粒扫描图像进行分割,并采用改进的开闭运算对分割后的图像进行修整,最终得到多个玉米籽粒胚部区域。以4个黄玉米品种各45个籽粒为实验对象,以此方法进行胚部检测,为了验证所得胚部区域有效,提取胚部区域面积、周长分别与手工测量的面积、周长进行线性回归分析,R2的均值分别达到0.9834、0.9578;进一步提取所得胚部区域的形状参数,进行聚类识别,不同品种间的差距值反映了不同品种胚部视觉效果上的差异大小,4个品种中1种识别率为97.8%,其余3种均为100%;多个玉米胚部检测较每个籽粒单独处理的效率提高了29.59%。试验结果表明本文提出的多个玉米籽粒胚部检测方法可行。此研究结果为进一步研究玉米籽粒的胚部特征提供了有利条件,也为实现玉米品种的快速准确分类提供了参考。     

贵卓玉9号的品种特性与冬季高产制种技术

贵卓玉9号是贵州大学玉米研究所用自育自交系GD909作母本与自育自交系P159作父本组配而成的杂交玉米品种。2012年通过贵州省品种审定,审定编号为黔审玉2012015号;并于2014年在东部、西部进行扩审成功,其全生育期132 d,株型半紧凑,叶片较宽,株高256 cm,穗位高106 cm。幼苗叶鞘绿色,雄穗颖壳浅紫色,花药淡紫色;雌穗花丝绿色。果穗苞叶覆盖程度较长,果穗锥型,籽粒排列整齐,穗长20.8 cm,穗行数14~16行,籽粒黄色,硬粒型,穗轴白色,百粒重36.5 g。2014年冬在海南省乐东县九所镇赤塘村进行制种,在其他同类品种制种大减产的情况下,平均制种产量达到3 460.5 kg·hm~(-2),最高单产达到4 519.5 kg·hm~(-2)。     

玉米种子自动精选系统开发

种子精选是种子工程发展中需要解决的关键问题之一。该文设计了动态玉米籽粒品质检测分级系统,利用玉米籽粒的形态特征将种子分为4级,利用颜色特征将种子分为3级,分级合格率分别为81.8%和93.04%;设计了玉米籽粒品种识别系统,利用基于贝叶斯准则的分类器和基于支持向量机的模式识别方法,可实现农大80、农大108、高油115、农大4967、白糯6号共5个玉米品种的识别,平均识别准确率为92%;研制了玉米单倍体籽粒分拣系统,根据其颜色特征及模式识别技术进行玉米单倍体识别后使用二自由度并联机器人机构,采用气吸方式进行分拣,分拣精度为80%。     

基于稀疏表示算法的高通量玉米果穗粒型识别系统

玉米籽粒粒型是评估玉米产量和品质的重要表型参数之一,为了提高籽粒粒型的识别率,同时满足高通量以及无损测量的要求,该文以果穗整体为研究对象,基于稀疏表示的方法构建了高通量玉米果穗籽粒粒型识别系统(果穗未脱粒)。以掉落抓拍法硬件采集平台采集3种不同粒型(硬粒型、马齿型、半马齿型)的玉米穗图像,首先使用帧差法获取果穗轮廓,再通过G通道分离、OTSU算法(最大类间方差法)得到籽粒轮廓信息,提取籽粒部分颜色、形状、纹理特征作为分类依据,每种粒型取200粒作为训练样本构成稀疏表示算法的判别字典,对每一个测试样本计算稀疏表示系数,根据最小重构误差判定籽粒粒型类别。结果表明,该方法不需要传统的果穗脱粒再进行籽粒类型统计,识别正确率达到94.8%,测量速度达到28穗/min,大大提高了玉米粒型统计的效率。     

玉米籽粒的尖端和胚部的计算机视觉识别

对影响计算机视觉检测玉米籽粒品质的尖端和胚部的识别两个问题进行了研究。利用玉米籽粒尖端的形态特征和胚部图像的亮度特征，分别提出了相应的识别算法。算法对4个品种xhg、xn12、wn14、wc玉米籽粒尖端、表面特征的综合识别率分别为92.50%和89.58%，为特征参数计算奠定了基础。     

不同基因型玉米品种对Pb的富集特征

为了研究不同基因型玉米品种对Pb的富集特征,选用2个Pb低富集玉米品种(曲辰11号、曲辰3号)和2个Pb高富集玉米品种(靖丰8号、旭玉1446),开展Pb胁迫(2 000 mg·kg-1)下的大田试验,研究了玉米植株生物量的变化、各部位Pb含量、Pb总吸收量、富集与转运规律、土壤p H值及有效态Pb含量。结果表明:(1)与对照相比,Pb胁迫导致4个玉米品种根、茎、叶和籽粒生物量不同程度的下降,总生物量下降9.65%~20.46%,但低富集玉米品种生物量的下降程度小于高富集玉米品种;(2)玉米各部位的Pb含量分配规律为根叶茎籽粒,分别为95.39~121.02、25.56~43.21、14.06~25.41、2.52~5.38 mg·kg-1;低富集玉米品种根的Pb含量高于高富集玉米品种,而茎、叶和籽粒的Pb含量低于高富集玉米品种;玉米植株对Pb的总吸收量为4.46~7.94 mg·株-1,低富集玉米品种植株的Pb总吸收量显著低于高富集玉米品种;(3)不同基因型玉米品种对Pb的富集系数和转运系数均小于1,表现为低富集玉米品种低于高富集玉米品种;(4)不同基因型玉米品种土壤p H值为6.60~6.82,且低富集玉米品种显著高于高富集玉米品种,土壤有效态Pb含量范围为969.86~1 116.15 mg·kg-1。     

ATR-FTIR技术在小麦籽粒识别上的探索

为探索衰减全反射傅里叶变换红外光谱技术(ATR-FTIR)在小麦籽粒品种(系)识别和籽粒性状突变体鉴别上的应用,本研究采集了91个小麦品种(系)和576个小麦M5突变体及235个对照株系籽粒的ATR-FTIR光谱,其中71个小麦品种(系)用于建立小麦籽粒ATR-FTIR识别模型,20个小麦品种(系)用于外部验证;对建模...     

机械收获方式及籽粒含水率对玉米收获质量的影响

该文选用13个玉米品种为研究对象,通过田间试验系统研究了常规玉米栽培模式下延缓收获期间玉米含水率的变化规律,分析了果穗收获和籽粒收获2种收获方式对玉米收获损失率、籽粒破碎率和含杂率的影响,初步研究了不同机械收获方式及籽粒含水率对不同品种玉米收获质量的影响,建立了含水率与籽粒含杂率之间的数学函数。结果表明,延缓收获期间不同品种玉米的含水率均有显著的降低(P0.05),但其变化率存在差异。同期进行的果穗收获和籽粒收获2种收获方式的收获总损失率之间没有显著差异(P0.05),机械收获方式仅显著影响落粒率(P0.05)。延缓收获使落粒率和落穗率都显著下降(P0.05)。采用果穗收获方式时,籽粒含水率与各损失率之间不存在显著相关性;而籽粒收获时,籽粒含水率与落粒率、总损失率、破碎率和含杂率之间存在显著相关性。延缓进行籽粒收获后,籽粒含杂率均值为1.32%,总损失率均值为1.74%,均低于国标要求;而平均籽粒破碎率达13.23%,高于国标要求。含杂率与籽粒含水率之间满足线性关系,根据二者之间关系预测可知,籽粒含水率低于32.40%的收获就可以保证含杂率满足国标要求。该研究可为玉米籽粒收获技术的研究与推广提供数据支撑和科学依据。     

Profiles of carotenoids, anthocyanins, phenolics, and antioxidant activity of selected color waxy corn grains during maturation

Waxy corns are becoming increasingly consumed as fresh foods or as raw materials for whole grain foods facilitating human consumption in China, so they are usually harvested before complete maturity. Unfortunately, information on functional properties of immature waxy corns is very limited. Therefore, we investigated the profiles of carotenoids, anthocyanins, phenolics, and the antioxidant activity in three types of waxy corn with different colors (white, yellow, and black) during maturation, as well as a normal corn (yellow) used as control. The results showed that black waxy corn had the highest quantity of anthocyanins, phenolics and the best antioxidant activity, yellow corn contained a relatively large amount of carotenoids, while white corn had the lowest amounts of carotenoids, anthocyanins, phenolics, and antioxidant capacity. For each type of waxy corn, the higher carotenoids were found at the M2 stage (no major difference between the M1 and M2 stages for yellow corn). The levels of anthocyanin and phenolics decreased for white and yellow corns, contrary to those for black corn during maturation. The antioxidant activity determined by scavenging 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), the ferric reducing antioxidant power (FRAP), and the Trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC) assays increased with ripening, but no difference was found between the M2 and maturity stages for yellow and black corns. For white corn, the DPPH radical scavenging activity first increased and then decreased, while the antioxidant activity determined by TEAC and FRAP assay decreased during maturation. Differences in these parameters indicate that types and harvesting time have significant influences on functional properties of waxy corns.     

多对象特征提取和优化神经网络的玉米种子品种识别

为了实现机器视觉代替人的视觉,对玉米种子品种进行实时、客观、准确和无损伤识别,研制了玉米品种识别硬件系统和软件系统。针对玉米种子及种子图像的特点,对玉米种子品种识别技术与算法进行了深入地研究和探索,提出了一种基于多对象有效特征提取和主成分分析优化神经网络的玉米种子品种识别方法,提取了玉米种子的几何特征和颜色特征参数,优化了基于机器视觉的玉米种子图像处理策略和品种识别算法,提高了玉米品种识别的速度和准确率。对农大108、鲁单981、郑单958、五岳18共4个品种玉米种子进行了品种识别试验,每粒种子识别的平均耗时为 0.127 s,综合识别率达到97%以上。研究表明,基于机器视觉的玉米种子品种识别与检测方法是可行的,该方法可提高玉米种子品种识别效率和正确率。     

玉米种子的跌落式冲击试验

为降低玉米种子脱粒过程中的机械损伤,掌握玉米籽粒冲击破碎机理,在跌落式冲击试验台上,对不同品种的玉米籽粒进行了冲击破碎试验,分析了在不同籽粒含水率、不同冲击位置下玉米种子籽粒的力学性质。试验结果表明：籽粒破碎的最大冲击力随籽粒含水率的增加而降低;玉米籽粒在不同冲击面下所能承受的最大冲击力有显著差异,在同一籽粒含水率下,腹面承受的最大冲击力最大,侧面次之,顶面最小;在同一冲击面下,不同品种玉米籽粒抵抗冲击破裂的能力不同,其原因与籽粒的内部结构、形状等因素有关。研究成果对进一步研究玉米种子的力学性质、损伤机理、开发有序脱粒工艺具有重要的意义。     

用于定向播种的玉米种穗图像精选方法

玉米定向播种,要求籽粒形状扁平、具有方向性。为了减少玉米粒精选的工作量,该文以玉米种穗为对象,研究适合定向播种的玉米种穗图像精选方法。设计玉米种穗精选传输装置,实现了对玉米种穗的动态图像采集和精选。根据种穗的外形特征判断小种穗;利用R+G-2B方法加强黄色籽粒区域,根据黄色籽粒区域与整个种穗的面积比判断缺粒及霉变种穗;利用种穗图像的横向和纵向像素值累计分布特征,追踪中间穗行的籽粒轮廓,并通过其端面矩形度,判断籽粒合格的种穗。随机抽检50个种穗样本,结果表明:外形特征的检测准确率为100%,缺粒及霉变的检测准确率为96%,穗上籽粒端面矩形度的检测准确率为98%,总体检测准确率为94%。该文为定向播种用玉米籽粒精选前期的种穗精选提供了一种图像识别方法。     

小麦籽粒色泽和质地的辐射诱变

以红粒半硬质品种扬麦5号和红粒粉质品种宁麦3号为材料,用~60Coγ射线不同剂量照射干种子。结果两品种M_1代籽粒色泽的辐射反应有差异,较高剂量辐射可使扬麦5号粒色变深,但对宁麦3号作用不大。两品种M_1代籽粒质地有随剂量提高而变粉的趋势。在扬麦5号M_2代中发现了突变率分别为0.6％和2.0％的籽粒色泽正(向白色)突变和籽粒质地负(向粉质)突实,在宁麦3号M_2代中发现了突变率分别为0.7％和3.6％的色泽负(向红色)突变和质地正(向硬质)突变。扬麦5号色泽正突变和宁麦3号质地正突变经M_3代株系再选,在M_4代获得了多个稳定的突变株系。结果表明,γ射线辐照原品种干种子,能产生对籽粒色泽和质地有选择意义的变异群体。     

12C6+重离子束辐照玉米后代的生物学效应

为给玉米种质创新及品种改良创制优异的资源材料,采用不同剂量0(对照)、30、60、90、120 Gy 的¹²C⁶⁺重离子束辐照自育骨干玉米自交系LY8405干种子,并对各剂量辐照后代植株的生物学效应进行详细的对比分析。结果表明,随着辐照剂量的增加,自交系LY8405 M₁种子发芽率、株高、穗位高和花粉活力均低于对照组,相同剂量辐照的M₂生理损伤检测指标较M₁有较大程度的恢复,但仍显著低于对照组,而90和120 Gy剂量辐照后的M₁、M₂种子发芽率、株高和穗位高均与对照组表现出极显著差异;辐照剂量为30 Gy时,在M₂、M₃植株变异表型筛选中,创制出了多种农艺性状表型变异突变体,说明30 Gy是对自交系LY8405的生物学效应最为明显的辐照剂量,60 Gy影响效应次之,同时60 Gy是辐照半致死阈值;M₂和M₃突变类型包括植株矮化、穗位高度降低,叶片皱缩、叶色黄化、白化、花叶,穗型变大、变长,穗轴颜色由白变红,籽粒颜色由黄变为酒红色,粒型由马齿型变为硬粒型。生物学效应表明,30~40 Gy辐照剂量是0~120 Gy范围内重离子辐照选育玉米自交系LY8405的适宜剂量。本研究结果为不同玉米自交系创制新的种质资源提供了方法,更为玉米选育新品种提供了稳定的遗传材料。     

马齿型玉米种子定向播种推送装置设计与试验

为了实现玉米种子的定向推送,该文以定向处理完毕且呈平躺姿态的马齿型玉米种子为对象,设计了一种玉米种子定向播种推送装置,能够对玉米种子进行定向接收、移动和推送。对装置的定向接收功能进行了原理分析,以分选缺口的2个形状参数圆弧角度和深度为因素,以保留成功率和剔除成功率为指标,分别对尖端朝前和大头朝前的玉米种子进行仿真试验,得到了最佳的分选缺口参数:圆弧角度为14°、深度为3 mm。搭建玉米种子定向播种推送装置试验平台进行性能试验,结果表明装置的定向接收、移动和推送3个功能实现效果良好,对于定向接收功能,尖端朝前玉米种子的保留成功率达到93.8%,大头朝前玉米种子的剔除成功率为100%。该研究为后续的定向玉米种子弹夹制作及玉米机械化定向播种提供了参考。     

DCPTA对干旱胁迫下玉米种子萌发影响的无损检测

为探究2-(3,4-二氯苯氧基)乙基二乙胺(2-(3,4-dichlorophenoxy) ethyl triethylamine,DCPTA)在干旱胁迫下对玉米种子萌发的影响,使用聚乙二醇(polyethylene glycol-6 000,PEG-6 000)和浓度为0.5、1.0、1.5 mg/L的DCPTA混合溶液对玉米种子进行浸泡处理,采用种子标准发芽试验总结得出不同浓度的DCPTA对玉米种子发芽情况影响的规律,再结合低场核磁共振(low field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)及核磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术,通过研究其内部水分变化情况、水分迁移规律及水分分布特征解释造成该结果的原因。试验结果表明:一定浓度的DCPTA可以提高玉米种子萌发过程中的耐旱性能,加快种子内部水分的存储速率,提供种子萌发所需的水分条件,减轻干旱胁迫对玉米种子造成的损害。DCPTA对玉米种子干旱胁迫的缓解效果随着其浓度的升高呈现先上升后下降的趋势,以1.0 mg/L的DCPTA处理效果最显著(P<0.05)...