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%。     

玉米单倍体化学加倍效果研究

利用单倍体诱导系获得玉米单倍体,再加倍获得自交系是当前应用最广泛的玉米育种方法,可以加快玉米育种的进程,提高育种效率,而单倍体加倍方法是其中的关键环节。采用大田注射法研究了秋水仙素不同配方对10个玉米材料的单倍体加倍效果。结果表明,秋水仙素具有很好的加倍作用,剂量以0.06%秋水仙素+2%二甲基亚砜(DMSO)为优,加倍率为6.5%～31.3%,平均加倍率17.47%。     

基于核磁共振的玉米不同籽粒类型单粒质量和含油率分析

针对现有玉米单倍体核磁共振分选系统基于一个含油率阈值,无法对胚败育籽粒和单倍体籽粒正确分选的问题,分别对玉米生物诱导产生的二倍体、单倍体和胚败育3种不同籽粒类型的单粒质量和含油率进行分析,提出了利用籽粒含油率双阈值提高单倍体正确识别率的分选方法。该研究以2个普通玉米杂交种和3个自交系为母本,以高油型诱导系为父本,进行生物诱导产生的3种不同类型籽粒为研究对象,利用核磁共振分选系统分别对不同类型籽粒的单粒质量和含油率进行测定,结果表明：单粒质量整体表现为单倍体>二倍体>胚败育,除二倍体籽粒与胚败育籽粒间存在极显著差异外,其他籽粒类型间差异不显著;不同类型籽粒的单粒质量平均变异系数为16.62%,并且每个材料的3种籽粒类型间出现较大的重叠区域。而不同类型籽粒含油率整体表现为二倍体>单倍体>胚败育,变异性以二倍体最小,平均变异系数仅为12.52%,其次是单倍体,而胚败育籽粒最高（34.14%）,但其含油率最低且均≤2%;每个材料各自的3种类型籽粒间含油率呈现梯度分布,存在较明显的界限。由此可见,利用籽粒含油率能够区分玉米生物诱导的3种不同籽粒类型,而单粒质量则不能;通过设置二倍体籽粒的最小含油率为上限,胚败育籽粒的最大含油率为下限,利用含油率的双阈值可提高单倍体的正确识别率,为玉米生物诱导单倍体高效自动化分选提供依据。     

玉米单倍体种子胚部特征提取及动态识别方法

为了实现基于机器视觉方法的玉米单倍体种子识别,该文研究了一种玉米单倍体种子胚部特征提取及动态识别方法。采用一种基于B通道平均像素值的胚部特征提取方法,提取了具有Navajo标记的玉米种子的胚部图像,基于此在RGB颜色空间内提取了样本的Navajo标记图像,从而得到一套玉米单倍体种子快速识别RGB组合算法。在玉米分选试验台上进行了动态分选试验。试验结果表明,该算法对LC09124-UH400品种玉米单倍体的识别正确率为98.04%,对杂合体的识别正确率为94.44%。该文提出的玉米单倍体种子RGB组合快速识别算法与玉米分选试验台结合形成的动态分选系统,有助于实现玉米单倍体种子的自动化分选。     

不同处理方法对玉米单倍体加倍效率的影响研究

用秋水仙素溶液采用不同的方法处理玉米单倍体,结果表明:(1)处理的玉米单倍体加倍效率比自然加倍明显提高,其中浸根法和浸种法的加倍效率提高最大;(2)用不同因素处理玉米单倍体,采用0.06%秋水仙素浸泡胚芽切口的单倍体种子,浸泡处理12 h单倍体加倍效率最高。     

提高小麦X玉米杂交产生单倍体胚的频率

Laurie和Bennett（1986）用普通小麦与玉米杂交，并进行幼胚培养，获得了小麦单倍体植株。但要真正用于育种实践，必须首先获得较高并且相对稳定的得胚率。目前报道的单倍体胚诱导频率差异较大，最高的已达48．6％，最低的不足10％（顾坚等，2005）。本实验通过在2，4-D中加入不同体积浓度的二甲基亚砜，研究其对得胚率的影响。     

小麦×玉米诱导小麦单倍体高效系统的建立

为建立一套高效的小麦×玉米单倍体诱导系统用于构建小麦DH群体,采用杂交后剪穗进行人工控制环境条件的室内离体培养法和田间常规杂交法诱导小麦×玉米单倍体,研究了不同培养环境、离体培养时环境温度、常规杂交法时T>10℃有效积温对单倍体成胚率和成苗率的影响。结果表明:就平均成胚率而言,离体培养法(23.6%)>常规杂交法(18.1%),获得最高成胚率的环境温度为21℃~23℃,T>10℃有效积温为188℃;就平均成苗率而言,离体培养法(18.7%)高于常规杂交法(15.1%),获得最高成苗率的环境温度为23℃,T>10℃有效积温为188℃。并在此基础上建立了一套高效、可靠、重复性好的小麦×玉米单倍体诱导系统。实验还表明大田条件下,授粉后12~14d的培养时间不宜作为小麦×玉米单倍体剥胚的时间标准,而应以授粉后外界环境提供的T>10℃有效积温作为剥胚的时间标准可能更准确。     

小麦×玉米胚培养产生小麦单倍体植株

通过小麦与玉米远缘杂交诱导小麦单倍体,经染色体人工加倍后第一代即可获得纯合稳定的加倍单倍体DH系,与花药培养获得的DH系相比,具有不受小麦基因型差异的影响、没有无性系变异发生等优点,因此在小麦的遗传研究和育种实践中具有重要意义.对小麦×玉米诱导单倍体胚的研究已有较多报道,而对单倍体胚培养再生成苗,特别是培养过程中环境温度和光照等对单倍体成苗率的影响国内尚无系统报道.     

提高小麦×玉米杂交产生单倍体胚的频率

Laurie和Bennet(t1986)用普通小麦与玉米杂交,并进行幼胚培养,获得了小麦单倍体植株。但要真正用于育种实践,必须首先获得较高并且相对稳定的得胚率。目前报道的单倍     

盐胁迫下玉米种子萌发过程低场核磁共振研究

为探究盐胁迫对玉米种子萌发过程中水分的分布和种子活性的影响,以非糯性玉米郑单958种子为检测对象,对不同NaCl浓度（0 nmol/L,50 nmol/L,100 nmol/L,150 nmol/L,200 nmol/L）环境下试验样本进行低场核磁共振成像以及核磁共振波谱试验。结果表明：玉米萌发过程中,胚乳和胚部位的含水率均在0～2 d迅速增加,2 d之后胚乳水分波动增长,而胚部位水分则出现水平波动的现象。随着盐胁迫程度上升,种子发芽率从90%降至0,盐浓度在50 nmol/L及以下时,不同相态水信号幅值变化趋势受盐胁迫影响较小,达到100 nmol/L时自由水信号幅值被抑制在低水平,达到150 nmol/L时结合水和半结合水信号幅值的变化速率均被大幅延缓。T2弛豫谱图中结合水主峰左侧出现信号微弱,弛豫时间为0.1 ms～1 ms的副峰,副峰的出现和玉米种子发芽密切关联,是一种标志着种子发芽的结合水。试验为玉米种子萌发过程对盐碱胁迫的反应机制后续研究提供理论支持和数据参考。     

基于低场核磁共振的柑橘汁胞粒化评级

为更加准确、客观、快速地评定柑橘汁胞粒化程度,改变目前主要依靠肉眼感官评级的现状。该文进行了机器打分研究,并与感官评价进行了相关分析。该研究将低场核磁成像及磁弛豫时间测试结果与柑橘汁胞含水率及汁胞粒化程度的感官分级等指标相对应,应用于柑橘汁胞粒化程度的人工智能鉴定和识别。相关分析、F检验和多重比较等数学分析表明,利用低场核磁横向弛豫时间的响应值可有效反应汁胞粒化程度。横向弛豫时间3个峰的响应值与不同汁胞粒化程度柑橘的感官评价等级及汁胞含水率、果实失重率等存在显著相关(P0.05)或极显著相关(P0.01)。经成对t检验分析,基于低场核磁建立的汁胞粒化评级模型与评价员得到感官平均评分的评价结果间没有显著差异(P=0.4982t=0.7143)。研究结果为柑橘汁胞粒化程度感官分级的理化技术替代研究提供了有益尝试。     

基于~(31)P核磁共振分析的植物体内磷分级研究

为了深入了解植株残体中磷的分级情况以及在降解过程中的供磷情况,采用~(31)P核磁共振(31phosphorus nuclear magnetic resonance,~(31)P-NMR)技术,分析了油菜、蚕豆不同部位的磷的分级情况,并采用室内模拟的方法评价不同植物材料还田后的有效性。结果表明,不同植物材料中都以正磷酸盐所占比例最高,在60%~67%之间,其次为磷酸单酯,占浓缩液全磷的比例为20%~28%;高磷植株的正磷酸盐和磷酸单酯含量显著高于中磷和低磷植株,这与植物吸收磷的特性以及磷在植物体内的储存方式有关。结果表明,~(31)P-NMR分析技术能较好地反应植物材料还田后的供磷潜力。     

玉米种子萌发过程内部水分流动规律的低场核磁共振检测

为研究玉米种子萌发过程中内部水分的流动规律,分析其内部生理代谢状态,该文利用低场核磁共振技术,连续60 h对3个品种玉米种子的吸胀、萌动和发芽3个阶段的萌发过程进行动态监测。分别在萌发时间为0、12、36和60 h这4个典型的萌发时刻,对处于25和31℃的2个恒温萌发环境中的玉米种子进行核磁共振横向弛豫时间信号采集,并通过反演运算得到其横向弛豫时间T_2反演谱。试验结果表明:通过横向弛豫时间可以将玉米种子内部水分划分为结合水(0.1T_210 ms)、半结合水(10T_2100 ms)及自由水(100T_21 000 ms)3种水分相态;随着萌发时间的延长,3个品种玉米种子在2个不同温度的萌发环境中,结合水均呈现先迅速增加后逐渐降低的趋势,自由水均反映为先降低后不断增加的态势,而半结合水和总体水分含量则表现为持续增加的现象;外界温度对3种相态水分含量的影响不尽相同,但提高萌发温度可以明显促进玉米种子吸水,同时提高玉米种子的发芽率。本试验快速并直接揭示了玉米种子在萌发过程中的水分分布情况,可为玉米种子萌发过程的机理研究提供重要参考。     

利用NMR技术测定小麦胚芽中的脂质成分

为深入探究小麦胚芽中的脂质成分,该研究采用不同溶剂分别提取小麦胚芽中的磷脂和中性脂质,利用核磁共振技术 （nuclear magnetic resonance,NMR）对小麦胚芽中的脂质成分进行分析,结果表明：³¹P NMR在小麦胚芽中检测到6种磷脂和相对应的5种溶血性磷脂,以及非脂质含磷化合物甘油磷脂酰胆碱（GPC）;磷脂中含量最高的是磷脂酰胆碱(PC),其摩尔浓度为0.42 μmol/g,摩尔分数为28.50%,质量浓度为0.31 mg/g,质量分数为30.2%;¹H NMR测定小麦胚芽中的多种中性脂质组成及含量,包括甘油三酯（TG）、甘油二酯（DG）、甘油单酯（MG）和游离脂肪酸（FA）,其中含量最高的甘油酯是TG,占比为77.25%,含量最低的是2-甘油单酯（2-MG）,占比为0.03%;小麦胚芽的甘油三酯和磷脂中检测出亚油酸（L）、油酸（O）和亚麻酸（Ln）等6种不饱和脂肪酸,其中亚油酸的含量最高,在甘油三酯中占比56.26%,在磷脂中占比45.37%。溶血性磷脂和GPC是磷脂的水解产物,DG、MG和FA是甘油三酯的水解产物,这些物质可以反映样品中脂质的水解程度。研究结果表明,利用NMR不仅能够对小麦胚芽脂质的组分进行定性定量分析,而且可以监测小麦胚芽脂质水解程度的变化。NMR技术在小麦胚芽相关产品的脂质分析研究具有重要作用。     

Soil phosphorus characterisation by 31p nuclear magnetic resonance

Abstract

Five New Zealand topsoils, including three sampled under introduced pasture and two in native tussock grasslands, were extracted with 0.5 M NaOH, and the different classes of phosphorus compounds in the extracts distinguished by ³¹p nuclear magnetic resonance (n.m.r.).

Inorganic orthophosphate and orthophosphate monoesters were the major forms of phosphorus in all soil extracts. The tussock‐grassland soil extracts showed the greatest diversity of phosphorus forms, and included compounds with n.m.r. signals ascribed to phosphonates, a previously unreported form of soil phosphorus.     

低场核磁共振分析聚乙二醇对萌发期水稻种子水分吸收的影响

为研究聚乙二醇(PEG,polyethylene glycol)处理下水稻种子萌发过程中内部水分分布和变化规律,进而揭示水稻耐旱性在水分吸收规律上的重要特征。应用低场核磁共振的T2弛豫谱和质子密度加权成像分析了PEG处理下水稻种子萌发过程中的水分变化,研究了利用蒸馏水(对照)和质量分数分别为10%、20%PEG6000处理对两个水稻品种旱9710、辽星1发芽指标的影响,以及对两个水稻品种萌发0、6、22、48、72 h吸水量的影响,确定单位质量核磁信号幅值与水稻种子湿基含水率的回归函数关系。发芽指标检测结果显示:旱9710耐旱性高于辽星1。质子密度加权成像结果显示:在水分吸收初期,水分子直接通过种子表面裂缝进入种子体内,胚乳中的淀粉粒等物质开始吸水膨胀,种子体积增大。24 h后,种子内营养物质向种胚流动。PEG处理下,水稻种子吸水量明显减少,发芽速度明显降低,且PEG质量分数越高,发芽速度越慢。基于核磁共振理论及T2弛豫谱的多组分特征,当反演频率为10 000时,水稻种子萌发过程中的水分分为束缚水与自由水两部分。T2弛豫谱结果表明:在蒸馏水和质量分数分别为10%、20%PEG处理下,种子湿基含水率和核磁信号幅值均逐渐增长。PEG处理下,核磁信号幅值增长相比对照处理显著降低(P0.05)。PEG处理抑制了两个水稻品种种子对水分的吸收,PEG质量分数越高,抑制作用越强。PEG处理24 h后,耐旱性强的水稻品种吸水率相比对照处理的降低幅度小于耐旱性弱的品种。回归分析表明,3种处理下,核磁信号幅值和湿基含水率具有一致的线性关系(R2=0.983),由回归方程可以求得水稻种子萌发过程中各状态水分的含量。试验为研究水稻种子萌发过程对干旱胁迫的反应机制,开发种子水分微观活体无损检测技术等方面的研究提供理论支持和数据参考。