玉米籽粒大小特征检测方法研究

提出一种自动获取玉米籽粒大小特征和总粒数的方法:通过振动给料机实现玉米籽粒快速喂料,利用输送带和线阵相机的无偏差匹配,准确获取玉米籽粒图像,对籽粒图像进行二值化、除杂、筛选、粘连籽粒分割等处理,测量玉米籽粒的粒长、粒宽和籽粒总粒数。研究了图像处理过程中不同阈值、不同粘连籽粒处理方法对测量结果的影响。对100个样品进行的试验结果表明:阈值数设定为24、采用平均面积法时,测量的误差最小,测量结果与人工测量值相比较,玉米籽粒总粒数、粒长、粒宽的相关系数分别为0.999 3、0.900 0、0.930 0,平均相对误差分别为0.26%、3.85%、3.63%。     

基于单幅图像的玉米果穗数量性状测量方法

[目的]玉米果穗数量性状是玉米考种和产量预测的重要参数,主要包括穗行数、行粒数和总粒数。快速精确地测量果穗数量性状是玉米自动化考种的难点问题。[方法]选用干玉米果穗进行试验,以单幅果穗图像为研究对象,在改进YCrCb色彩空间的基础上利用双峰法提取果穗轮廓,将图像沿穗轴等分为20部分,对每部分采用像素累计法得到穗行的定位点,对定位点线性插值得到穗行线,通过分析穗行线上的像素变化得到行粒数,利用果穗横截面的几何模型估算穗行数,并采用补偿法校正单幅果穗图像的成像误差以提高其计算精度,最后将行粒数与行数相乘得到总粒数。[结果]该方法对光照环境和图像背景要求较低,能适应较强的背景反光与阴影;避免对穗粒进行图像分割,使穗行线与行间隙定位的可靠性和准确性提高;校正单幅果穗图像的成像误差,使穗行数估算结果的准确性提高。统计结果显示:定位穗行线的失误率在6%以下,穗行数、行粒数和总籽粒数平均计算精度分别为98.84%、96.33%和95.67%,其中穗行数估算的零误差率为90.91%,平均测量速度达到每穗1.936 s。[结论]该方法能快速而精确地测量玉米果穗数量性状。     

小麦麦穗几何表型测量的精准分割方法研究

[目的]小麦麦穗表型获取涉及麦穗到籽粒不同几何尺度的参数精确测量,本文针对麦穗籽粒图像分割粘连现象,研究达到像素级别的精准分割算法,并基于该方法给出籽粒的基本几何参数。[方法]田间随机采集小麦麦穗,对采集的麦穗标本获取表型信息并采集图像,进行数据增广和标注,构建1个包括深度残差网络(deep residual network,Res Net)、区域建议网络(region proposal networks,RPN)和全卷积网络(fully convolutional networks,FCN)的实例分割算法Mask R-CNN,对训练集图片进行迭代训练获得模型。[结果]测试集测量结果表明,在测试麦粒上获得的籽粒像素测量平均精度(averageprecision,AP)值为0.85,F_1(F_1-measure)值为0. 830,对麦穗长度测量穗长的平均绝对误差为3. 30 mm,平均相对误差为3.40%,宽度测量的平均绝对误差为0.72 mm,平均相对误差为4.10%,综合测量误差为3.75%,试验结果显著优于最大类间方差法(OTSU)以及全卷积网络。通过对特征提取网络层数的修改在处理速度上达到4.26 FPS(frames per second),对比FCN处理速度提升了8.5倍。[结论]利用Mask R-CNN分割方法得到1个对整株麦穗和单个籽粒进行目标定位、目标检测和实例分割为一体的端到端、像素级的分割模型,可以对麦穗及部分籽粒进行精确的几何表型测量。     

黄淮麦区小麦品种(系)籽粒硬度分布及其对品质和产量性状的影响

以黄淮麦区主推品种(系)为试验材料,通过测定籽粒硬度的分布概况,分析其与产量性状和品质性状的关系,以期为小麦品质改良提供理论支持.结果表明,黄淮麦区中硬质麦的比例最高,为67.37％,混合型和软质麦的占比较低,分别为11.05％和21.58％,硬度值的分布范围较广,为18～85.通过分析不同硬度类型小麦与产量性状的关系可知,在产量和千粒重指标上软质麦显著高于混合麦和硬质麦,而在穗粒数和单穗重指标上不同硬度表型的材料无显著差异,这说明籽粒硬度主要通过关联千粒重这一指标来实现对产量的影响;不同硬度表型与品质参数的关系表现为,在和面时间和SDS-沉淀值参数上硬质麦显著高于混合麦和软质麦.该研究结果表明,籽粒硬度与产量性状和品质性状联系紧密,在育种过程中可以作为重要的辅助手段应用到小麦育种过程中.     

黄淮区籽粒机收玉米标准及育种模式探讨

基于隆平华研种业的育种实践和农业部关于籽粒机收玉米的现行标准,提出了机收净籽粒和机收干籽粒的品种标准,机收净籽粒和干籽粒的水分分别控制在20%和16%以内,破碎率控制在3%和1%以内。并阐述了实现这个育种目标的杂交模式。通过试验结果的分析,认为早熟和脱水快是机收玉米的首要核心性状,抗倒抗病是机收玉米的必要支持性状;实现机收丰产的主要途径是提高玉米种植密度。     

玉米籽粒脱水速率影响因素分析

玉米收获时籽粒含水率是影响机械粒收质量、安全贮藏和经济效益的关键因素,已经成为一个重要的技术与经济问题。当前玉米品种收获期籽粒含水率偏高不仅制约了中国玉米粒收技术的推广、影响到玉米收获及生产方式的转变,也严重影响了玉米品质。从国内外相关文献综述可见,收获期玉米籽粒含水率主要由生理成熟前后籽粒的脱水速率控制,该性状是可遗传的,品种间具有显著的差异;品种间脱水速率与苞叶、穗轴、籽粒特征及果穗大小等许多农艺性状有关;玉米生育后期的空气湿度(环境水分的饱和亏缺程度)、温度、日辐射、风速、降雨等生态气象因子对籽粒脱水速率具有重要影响;播期、种植密度、株行距、水肥管理等栽培措施对籽粒脱水也有一定影响。通过生理成熟时籽粒含水率和生理成熟后籽粒脱水速率参数可预测籽粒的适宜机械收获时间。本文建议,当前选择适当早熟、籽粒发育后期脱水快、成熟与收获时含水量低的品种是中国各玉米产区实现机械粒收技术的关键措施。同时,鉴于籽粒脱水速率受基因型、生态气象因素和栽培措施的共同作用,而中国玉米种植区域广、种植方式与品种类型多,因此,需要深入研究玉米籽粒脱水的生理机制,并在各产区针对籽粒脱水特征开展系统观测,为玉米机械粒收技术的推广和品质改善提供理论依据和技术支撑。     

不同春玉米品种穗部及籽粒性状对机收品质的影响

玉米是中国最重要的粮食作物之一,为了探究不同春玉米品种穗部及籽粒性状对机收品质的影响,以6个玉米品种为研究材料,对籽粒机收品质(破籽率、落籽率、杂质率)与穗部性状(穗长、穗粗、秃尖长、穗行数及行粒数)和籽粒性状(平均面积、平均周长、平均长度、平均宽度、长宽比、平均粒厚、平均体积)进行相关性分析和通径分析.通过机收品质与...     

玉米籽粒容重QTL 定位

以优良玉米自交系农系531(NX531)和航天诱变后的农系531(M-NX531)为亲本组配F2∶3群体,2012年在邯郸农科院试验田对亲本和定位群体进行夏播,收获后考种测得籽粒容重性状表型数据,利用SSR标记构建此群体的遗传图谱,采用复完备区间作图法(ICIM),对玉米籽粒容重性状进行QTL定位,并对其加性效应和上位性效应进行分析。研究结果表明,构建的遗传图谱总的遗传长度为1 179.8 c M,约占玉米全基因组的85.76%,标记间的平均距离为11.91 c M。通过定位分析,检测到容重的加性QTLs共3个,分别位于第1、6、8条染色体上,共解释20.29%的表型遗传变异;检测到容重的上位性QTLs共3对,涉及6个位点,分布于第1、3、4、10共4条染色体上,并解释67.08%的表型遗传变异。除了加性效应和显性效应外,上位性效应也是容重的重要遗传基础。     

表型性状数据采集系统在玉米区域试验中的应用

玉米品种区域试验是良种选育与推广的重要环节,试验鉴定结果可为玉米品种审定提供翔实的科学依据。目前,随着玉米新品种选育进程的加快,每年通过国审、省审的新品种数量较多,同时,参试的品种数量逐年增加,导致试验数据采集的工作量变大。而传统的表型性状数据采集手段落后、记录数据费时费力、数据管理标准不规范,已无法满足当前玉米区域试验生产管理信息化的实际需求。基于此,构建玉米表型性状数据采集系统,实现玉米表型性状数据的快速采集,为其他作物表型性状信息的快速获取提供参考。试验结果表明,与手工记录方式相比,应用玉米表型性状数据采集系统手持终端APP采集数据可节约时间70.8%,且省去了拍照、数据录入、图片重命名的过程,提高了数据获取效率。该系统具有部署简单、操作便捷、实用性强、设置灵活和界面友好等特点,可以扩展到其他类型作物,具有较好的应用前景。     

玉米籽粒快脱水研究进展

玉米机械化生产尤其是机收是提高中国玉米综合生产能力、促进农民增收的重要措施,而玉米籽粒含水量是影响玉米机收尤其是粒收的主要因素。本文基于已发表的文献分析了玉米籽粒脱水速率的概念及其快脱水品种培育的重要性,归纳了快脱水玉米种质的挖掘、快脱水性状的遗传与基因定位以及快脱水性状的表型选择方面的研究进展,最后从加强玉米籽粒快脱水等机收性状遗传机制的研究,重视早熟、抗倒、抗病、快脱水等优异种质的挖掘和创制,同时重视育种材料的大田和室内的表型选择等三个方面对快脱水玉米育种进行了展望。     

夏玉米主要农艺性状的多元回归与通径分析

采用DPS软件对株高、穗位高、生育期、穗长、穗粗、穗行数、行粒数、轴粗、穗粒重、出籽率和千粒重等11个主要农艺性状与玉米小区产量关系进行多元回归分析和通径分析。结果表明：株高、穗位高、穗粗、穗行数、行粒数、轴粗、出籽率和千粒重对玉米小区产量有显著效应,它们对小区产量的相对作用大小依次为千粒重〉穗行数〉株高〉穗粗〉轴粗〉穗位高〉行粒数〉出籽率．玉米小区产量与8个农艺性状有显著的线性关系。     

基于图像处理的玉米品种的种子形态分析及其分类研究

 【目的】建立中国当代玉米品种的种子重要形态性状的基础信息集。【方法】扫描获得中国当代193个代表性玉米品种各50粒种子的正反面彩色图像,确定大小、形状、纹理和颜色共4大类27个能够系统反映籽粒形态的数量性状,自行编制数字图像处理程序实现了形态特征的自动提取并获得品种各性状的籽粒均值,采用SAS软件的单性状描述统计和单性状或同类性状聚类分析对品种进行评价与分类。【结果】建立了一个含有9 650个玉米粒的19 300幅彩色图像的数据库,明确了籽粒各个形态性状的变化规律,按变异程度分为大中小3个组别,发现中国当代玉米品种在大多数情况下聚集程度都比较高,筛选出36份（次）特异种质材料。【结论】研究结果为玉米粒的形态研究与应用提供了比较系统全面的数据,数字图像处理作为一种简便快速的作物籽粒形态检测技术将有十分广泛的应用前景。     

玉米收获期籽粒含水量与主要农艺性状相关分析

以黑龙江省第一积温带10份熟期相近而收获期含水量差异较大的优良自交系为试验材料,采用完全双列杂交设计配制杂交组合,对田间自然脱水速率、苞叶长等农艺性状与玉米收获期籽粒含水量进行遗传相关和通径分析。相关分析表明,田间自然脱水速率与收获期籽粒含水量表现为极显著负相关(R=-0.4508),苞叶长、粒宽等性状与收获期籽粒含水量表现为极显著正相关;通径分析表明,苞叶长、粒宽等性状对收获期含水量的直接通径系数均为正值,穗长、田间自然脱水速率对收获期含水量的直接通径系数为负值。为选育低收获期含水量的玉米品种,应着重选育田间自然脱水速率快、苞叶长较果穗长略短、穗位稍低、轴细、籽粒偏窄及百粒重稍低的基因型。     

玉米果穗DUS性状测试的图像处理应用研究

 【目的】评价图像处理法采集和数量化玉米果穗特异性、一致性和稳定性测试（DUS）性状的技术适用性。【方法】以4个品种各50个果穗及8个品种93～107个穗轴为材料,通过图像处理采集玉米DUS测试指南规定的7个性状（穗长、穗粗、穗形、粒顶色、穗轴色、穗行数和籽粒排列形式）,应用多性状整体控制单一比较法分析品种特异性。【结果】穗长、穗粗和穗行数的图像处理误差分别为6.2%、1.6%和0.66%。果穗的穗缘角（穗形）在0～2.22°之间变化,各品种穗行角（籽粒排列形式）均值在89.4°～90.7°之间。穗形等4个质量或假质量性状成功转换为数量性状,信息量随之增加。籽粒顶端颜色在果穗间和果穗侧面间的差异都极其微小,其它性状的果穗侧面间差异与果穗间差异相当或者更小。图像处理容易获得同源样品的更多形态性状,可能导致品种伪差异的风险升高。【结论】图像处理具有客观、高效、低成本地采集和数量化玉米果穗DUS性状和其它更多性状的能力,结合多性状整体控制单一比较法等适当的统计分析技术,将在中国的新品种DUS测试中发挥越来越重要的作用。     

籽粒灌浆期高温对不同耐热型玉米品种强弱势粒发育的影响

【目的】灌浆期高温会对玉米籽粒的生长和发育造成不利的影响,是影响玉米稳产和高产的重要因素之一。比较灌浆期高温对不同耐热型玉米品种籽粒形成和生长发育的影响,以期寻找相应的预防和应对措施,避免和缓解高温胁迫伤害。【方法】采用玉米籽粒离体培养技术,以耐热型品种郑单958和热敏感型品种德美亚1号为材料,研究了籽粒灌浆期(授粉后17—28 d)高温对玉米籽粒发育的影响机制。【结果】高温加快了两品种玉米强势粒前期的灌浆速率,但降低了强、弱势粒中后期灌浆速率,总体导致灌浆持续时间缩短,籽粒千粒重下降。在授粉后40 d,郑单958强、弱势粒的干重分别比对照低10.58%和18.95%,德美亚1号强、弱势粒的干重分别比对照低24.78%和28.08%。德美亚1号籽粒干重下降幅度大于郑单958,且差异显著。籽粒灌浆期高温显著降低了玉米籽粒淀粉合成酶的活性,从而影响两品种玉米籽粒的淀粉含量。在授粉后40 d,郑单958强、弱势粒的淀粉含量较对照分别降低了5.20%和6.46%,德美亚1号强、弱势粒的淀粉含量较对照分别降低了13.68%和16.39%,均差异显著。德美亚1号强、弱势粒淀粉合酶的活性较对照分别降低了19.67%和30.03%,均差异显著,郑单958强、弱势粒的淀粉合成酶的活性分别较对照降低了13.70%和11.26%。高温处理后,两种品种玉米籽粒的ABA和IAA含量均上升,ZR含量均下降,而强势粒的GA3含量均上升,弱势粒的GA3含量无明显变化。【结论】籽粒灌浆期高温对德美亚1号强、弱势粒发育的影响均显著高于郑单958,对两品种弱势粒的影响显著高于强势粒。     

杂交玉米产量相关性状的灰色关联度分析

采用灰色关联度分析法,对杂交玉米产量比较试验中11个参试组合的产量与11个相关性状间的关联度进行了分析。结果表明:各性状对产量的影响顺序为:穗粗>出籽率>穗行数>行粒数>籽长>千粒重>株高>穗长>穗位高>茎粗>秃尖长。因而,在杂交玉米品种选育过程中,应当注重选择果穗比较粗、出籽率高、穗行数较多、行粒数比较多、籽粒比较长的组合,对于秃尖长、茎粗、穗位高等可放宽要求。     

华北地区玉米杂交种农艺性状演变规律的研究

为给高产玉米杂交种选育提供理论依据,对华北地区近40年有代表性的25个杂交种农艺性状的演变进行了研究。试验采用方差分析、多重比较、相关和通径分析等方法分析了农艺性状的变化及其与产量的关系。结果表明:密度增大,公顷粒数和千粒重提高、抗病性增强是现代玉米杂交种增产的主要演变规律。在华北地区玉米杂交种选育中,主攻方向是选育公顷粒数多、千粒重高、抗病性和抗倒性好、耐密性强的优良玉米杂交种。     

四川玉米浅丘组合与山区组合产量结构差异比较分析

[目的]研究玉米(Zea mays L.)各种产量构成性状分别对四川省浅丘和山区玉米产量的贡献程度。[方法]以四川省区试浅丘B组和山区I组为材料,对它们的产量结构进行了相关分析和通径分析。[结果]浅丘组合产量构成与产量间的相关系数除秃尖长和出籽率外,均为正值;只有株高和出籽率对产量的直接通径系数为负数,穗位高和行粒数对产量的直接通径系数为正值且较大,分别达1.899 93、0.531 11。山区组合产量构成与产量间的相关系数除秃尖长外,均为正值;只有株高和秃尖长对产量的直接通径系数为负数,穗行数和行粒数对产量的直接通径系数为正值且较大,分别达0.610 61和0.555 60。[结论]在玉米育种时,浅丘组合应着重注意穗位较高和行粒数较多的基因型,山区组合则应着重注意穗行数与行粒数较多的基因型,同时都必须协调好各个性状之间的关系。     

灌浆期低温对离体培养玉米强弱势粒发育的影响

【目的】通过对玉米灌浆过程中籽粒干物质、淀粉的积累,籽粒内源激素含量及淀粉积累相关酶活性的研究,揭示低温对灌浆过程中玉米强、弱势籽粒灌浆生理过程的影响规律,为生产上抗御低温冷害提供理论参考。【方法】选用郑单958为试验品种,采用玉米籽粒离体培养的方式,将大田人工授粉后3 d的玉米果穗按照弱势粒和强势粒进行取样,无菌环境接种到人工培养基培养,低温处理和对照分别设置培养平均温度为16℃及25℃。自授粉后每10 d取样一次,分别测定灌浆过程中玉米强、弱势粒干物质积累量、内源激素、籽粒淀粉含量及淀粉积累相关酶活性。【结果】低温胁迫下强、弱势粒灌浆后期粒重分别比对照低47.58%、50.95%,强、弱势粒灌浆高峰期的平均灌浆速率较对照分别显著降低55.39%、54.72%。低温胁迫下玉米籽粒灌浆速率前期提升和后期减小的速度明显减缓,活跃灌浆时间延长5-7 d。授粉后10 d低温处理显著降低玉米强、弱势粒生长素（IAA）、玉米素（ZR）和脱落酸（ABA）含量,显著提高玉米籽粒赤霉素（GA₃）的含量。授粉后30 d低温处理显著降低了弱势粒的IAA、ZR含量,增加了强势粒的ABA含量。低温胁迫显著减弱了灌浆前期和灌浆中期的可溶性酸性转化酶（SAI）、蔗糖合酶（SS）、淀粉合酶（SSS）及ADPG焦磷酸化酶（APGase）的活性,低温下弱势粒SAI活性降幅大于强势粒,对SS、SSS及APGase活性的降低幅度表现为强势粒大于弱势粒,导致玉米籽粒淀粉含量降低。【结论】受低温胁迫影响,灌浆前期玉米籽粒的IAA、ZR、ABA含量减少,GA₃含量增加,SAI活性降低,导致籽粒库容量减少,库活性不足。在灌浆中期,低温降低SS活性,造成淀粉合成底物供应不足,影响淀粉的合成,降低籽粒淀粉含量。低温处理降低玉米强、弱势粒的灌浆速率,导致籽粒干物质积累减少。低温对玉米强弱、势粒的灌浆过程都造成较大的影响,且对弱势粒的影响大于强势粒。