基于分数阶微分光谱指数的小麦条锈病遥感监测模型构建

为提高小麦条锈病的遥感监测精度,该研究利用分数阶微分能够突出光谱的细微信息以及描述光谱数据间微小差异的优势,在对条锈病胁迫下小麦冠层光谱数据进行分数阶微分处理的基础上,构建了两波段和三波段分数阶微分光谱指数,并将其应用于小麦条锈病的遥感探测。研究结果表明,1.2阶次微分光谱与小麦条锈病冠层病情严重度的相关性最高,较原始反射率光谱、一阶微分光谱和二阶微分光谱分别提高了20.9%、3.9%和20.5%;基于分数阶微分光谱指数的最优分数阶次及其对应波长构建的三波段分数阶微分光谱指数对小麦条锈病的探测能力优于两波段分数阶微分光谱指数,其中分数阶微分光化学指数与冠层病情严重度的相关系数达到0.875;以分数阶微分光谱指数为自变量构建的高斯过程回归（Gaussian Process Regression,GPR）模型对小麦条锈病冠层病情严重度的预测精度优于反射率光谱指数,其训练数据集及验证数据集病情指数（Disease Index,DI）预测值和实测值间的决定系数较反射率光谱指数分别提高了3.8%和19.1%,该研究结果对进一步实现作物健康状况大面积高精度遥感监测具有重要意义。     

基于高光谱遥感估测条锈病下的混种小麦产量分析

为利用高光谱遥感监测小麦条锈病,并对条锈病胁迫下的产量进行估测,通过4个对小麦条锈病具有不同抗病性的品种进行混合种植,从中找出产量最高的品种组合,利用高光谱遥感研究不同发病程度的混合种植小麦的冠层光谱,并用光谱数据提取植被指数,研究病情指数和产量与植被指数之间的关系,建立反演模型。结果表明：A（农大195）︰C（0045）︰D（农大211）=1︰1︰1组合的产量最高。在乳熟期时,归一化植被指数与产量相关性高。利用NDVI对各个生育时期的产量及产量构成因素进行模拟,产量在灌浆期时的模拟效果最好。条锈病发生后利用多时相组合的植被指数NDVI对产量进行模拟精度高。     

利用随机森林法协同SIF和反射率光谱监测小麦条锈病

小麦受到条锈病菌侵染后,作物的光合能力及色素含量等均会发生变化,日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)对作物光合生理的变化比较敏感,而反射率光谱则受作物生化参数的影响较大,为了提高小麦条锈病的遥感探测精度,该文利用随机森林(random forest,RF)等机器学习算法开展了协同冠层SIF和反射率微分光谱指数的小麦条锈病病情严重度的遥感探测研究。首先利用3FLD(three bands fraunhofer line discrimination)算法提取了冠层SIF数据,然后结合对小麦条锈病病情严重度敏感的11种反射率微分光谱指数分别基于RF和后向传播(back propagation,BP)神经网络算法构建了反射率微分光谱指数与冠层SIF协同的小麦条锈病病情严重度预测模型。研究结果表明:RF算法构建的小麦条锈病病情严重度预测模型优于BP神经网络算法,3个样本组中RF模型病情指数(disease index,DI)估测值与实测值间的决定系数R2平均为0.92,比BP神经网络模型(R2的平均值为0.83)提高了11%,均方根误差(root mean square error,RMSE)平均为0.08,比同组BP神经网络模型(RMSE的平均值为0.12)减少了33%,RF算法更适合于小麦条锈病病情严重度的遥感探测。在反射率微分光谱指数中加入冠层SIF数据后,RF模型和BP神经网络模型精度均有所改善,其中RF模型估测值与实测值间的平均R2提高了4%,平均RMSE减少了22%,BP神经网络模型估测值与实测值间的平均R2提高了14%,平均RMSE减少了28%,综合利用冠层SIF和反射率微分光谱指数能够改善小麦条锈病病情严重度的遥感探测精度。研究结果可为进一步实现作物健康状况大面积高精度遥感监测提供新的思路。     

陇南山区小麦条锈病流行程度预测模型

利用1957-2006年陇南山区小麦条锈病资料分析得出：白龙江流域小麦条锈病在海拔1600m以上自生麦苗上越夏，在海拔1000m以下的川坝河谷地无明显的越冬期，春季流行以当地菌源为主，西汉水流域海拔1600m以上区域是陇南小麦条锈病的主要越夏区。小麦感病品种面积比率，上年条锈病越夏菌量、秋苗病情病田率和上年8月、10月及当年1月、3月平均气温与春季小麦条锈病流行程度相关十分显著，10月一次年3月平均气温与小麦条锈病流行程度呈正相关，4—8月平均气温与小麦条锈病流行程度呈负相关，逐月降水量与小麦条锈病流行程度呈正相关，由此建立的预报模型，其历史拟合率可达87．5％，其中偏重到大流行历史拟合率为100％，2006年在业务应用中预报正确。     

The influence of cloudiness on UV global irradiance (295–385 nm)

Two years of continuous measurements of UV (295–385 nm) irradiance recorded at Granada (37.18°N, 3.58°W, 660 m a.m.s.l.), Spain, were combined with concurrent synoptic cloud observations to establish the relative influence of clouds on UV irradiance. A marked influence of cloud cover on UV irradiance is evident, but negligible for fractional cloud coverage below 3 octas. The ratio of UV irradiance to the total solar irradiance increases with cloud cover, especially for cloud cover greater than 4 octas, highlighting the different effects of cloud on total solar irradiance and UV irradiance. In order to determine the effect of cloud on UV irradiance, we considered a cloud modification factor, defined as the ratio between the UV measurements and the corresponding clear sky UV irradiance that would be expected for the same time period and atmospheric conditions. It is shown that the effect of cloud for UV wavelengths is less than that for the whole solar spectrum and less than that for the visible part of the spectrum. On the other hand, the small influence of cloud cover for intermediate cloudiness was accompanied by low variability and variability increases with increasing cloud cover.     

间作系统氮调控对小麦氮钾营养及条锈病发生的影响

通过探讨间作和施氮对小麦植株氮钾养分吸收、分配及条锈病发生的影响,明确氮钾养分吸收和分配与小麦条锈病发生的关系,以期为合理施肥实现控病增产提供理论依据。在云南安宁和峨山两地布置田间小区试验,研究3种施氮水平(0 kg×hm~(–2)、90 kg×hm~(–2)和180 kg×hm~(–2))和2种种植模式(小麦单作、小麦||蚕豆间作)对小麦植株氮钾含量与分配以及小麦条锈病发病率及病情指数的影响。结果表明,施氮增加了小麦产量,且间作增产效应显著;与单作相比,间作小麦平均显著增产31.9%(安宁)和18.0%(峨山);小麦||蚕豆间作产量优势明显,土地当量比为1.20～1.37(安宁)和1.16～1.27(峨山),但间作增产优势随施氮量增加而降低。施氮在提高产量的同时也加重了小麦条锈病危害,随施氮量增加,单、间作小麦条锈病的发病率和病情指数均呈增加趋势。间作有较好的控病效果,与单作相比,间作小麦发病率、病情指数分别显著降低9.6%～22.0%、23.7%～33.7%(安宁)和29.5%～36.5%、29.3%～39.6%(峨山)。施氮增加了小麦植株氮含量,且主要累积在叶片,叶片氮含量占氮吸收总量的41.3%～47.4%(安宁)和35.9%～44.1%(峨山);但间作显著降低小麦植株氮含量,并显著提高钾含量,因而显著降低了叶片氮/钾比。相关性分析表明,小麦条锈病发病率和病情指数与植株氮含量、叶片氮/钾比呈显著正相关,与钾含量呈极显著负相关。施氮增加了小麦植株氮含量,提高了叶片氮/钾比,进而加剧小麦条锈病发生;而间作则通过增加钾含量,降低小麦植株氮含量及叶片氮/钾比,平衡小麦植株内氮钾养分而增强小麦对条锈病的抗性。     

小麦条锈病抗性基因定位及分子标记技术研究进展

条锈病流行对小麦生产造成巨大损失,选育和种植持久抗性品种是防治小麦条锈病最经济有效的策略。为达到多基因聚合培育持久抗病品种的目标,必须不断发掘抗病种质、解析其抗病遗传机制并开发分子标记。基于文献,对条锈病抗性基因发掘涉及的抗病性、分子标记、基因定位方法和定位进展及其在育种中的应用进行了综述,明确了小麦条锈病基因定位涉及技术的现状、局限性及优势,从而为后续的条锈病抗性基因发掘、多基因聚合和持久抗性小麦品种的选育与生产布局提供技术指导,以降低西北麦区和小麦主产区条锈病流行的频率,进一步促进国家粮食安全。     

甘肃陇南越夏区小麦抗条锈病育种研究进展

甘肃陇南是中国小麦条锈菌最大、最重要的越夏区,条锈病是发生于该区域小麦生产上最主要的病害,持续不断的培育和种植抗病品种是防治该病最绿色、经济的措施。为了持续控制该区域的条锈病、保障粮食安全,总结了自1995年以来甘肃陇南小麦抗条锈病育种成效,分析了存在的问题,提出了强化优异抗条锈病种质资源材料的评价、挖掘、创新与利用;强化生物育种技术的应用;强化抗病品种(基因)布局等建议。     

甘肃省冬麦区2021年春季小麦条锈病发生情况调查

为及时掌握小麦条锈菌核心菌源区小麦条锈病年度发生情况，采用随机调查法于2021年4月及6月对甘肃省冬小麦主要种植区开展田间普查。结果发现，2021年为甘肃省冬小麦主要种植区小麦条锈病重度发生年份，4月调查发现陇南麦区田间发病较充分，天水市及平凉市等地田间发病较往年提前10 d左右，病原菌越冬范围及菌量增大，为病害的扩展流行积累了大量初始菌源；适宜的环境条件为病害的充分扩展提供了有利条件。6月调查时发现田间小麦条锈病发病充分，甚至出现“双百田”(病叶率及严重度均达100%)。     

基于图像处理的小麦条锈病菌夏孢子模拟捕捉的自动计数

利用孢子捕捉器进行气传植物病原真菌孢子捕捉,实现田间病原真菌孢子数量的监测,对于气传植物真菌病害的预测预报和防治决策具有重要意义。目前对捕捉到的孢子多采用传统显微镜孢子计数方法,由于孢子个体小、数量大,利用这种计数方法费时费力,易造成较大计数误差。为了获得一种孢子捕捉器捕捉孢子的自动计数方法,提高计数的准确性和工作效率,本研究利用透明胶带、凡士林玻片和Eppendorf离心管3种方法模拟捕捉小麦条锈病菌夏孢子,利用显微镜照相技术获得孢子图像,在MATLAB软件环境下,对图像进行基于最近邻插值法的缩放处理、基于K-means聚类算法的分割处理、形态学操作修饰和分水岭分割等一系列的处理,实现夏孢子的自动计数和标记。结果表明,3种模拟方法获得的孢子图像经过处理后,均可获得较好的孢子计数结果。透明胶带、凡士林玻片、Eppendorf离心管模拟捕捉条锈病菌夏孢子的平均计数准确率最低分别为98.5%、98.7%、99.9%,Eppendorf离心管模拟捕捉条锈病菌夏孢子和小麦白粉病菌分生孢子的平均计数准确率为99.8%。本研究为实现田间利用孢子捕捉器捕捉孢子的自动计数提供了一种简便、快捷、准确、高效的方法。     

基于GF-1/WFV数据的冬小麦条锈病遥感监测

条锈病是冬小麦常见病害,利用遥感影像对条锈病病害区域进行准确监测具有重要意义。该文利用GF-1/WFV影像,结合条锈病地面光谱数据分析,采用冬小麦条锈病遥感监测指数(wheat stripe rust index,WSRI)对河南西华县冬小麦条锈病发病范围进行了估测。首先,利用冬小麦NDVI加权指数(weighted NDVI index,WNDVI)获取冬小麦种植区域。其次,利用影像4个波段反射率之和提取不同冬小麦品种的分布范围,值较高的为条锈病高抗品种(郑麦系列),较低的则是条锈病易感品种(矮壮系列)。再次,构建冬小麦条锈病指数(wheat stripe rust index,WSRI),结合地面实地调查的条锈病分布数据,通过设定合理的WSRI指数划分阈值,提取条锈病染病区域并进行精度验证。结果表明,研究区内小麦条锈病空间分布识别的总体精度在84.0%以上,具有区域监测应用的潜力。该方法简单,可操作性强,表明宽波段GF-1影像结合WSRI指数的技术,是一种比较可行的小麦条锈病遥感监测方案。     

Transfer of leaf rust and stripe rust resistance from <Emphasis Type="Italic">Aegilops umbellulata</Emphasis> Zhuk. to bread wheat (<Emphasis Type="Italic">Triticum aestivum</Emphasis> L.)

Aegilops umbellulata acc. 3732, an excellent source of resistance to major wheat diseases, was used for transferring leaf rust and stripe rust resistance to cultivated wheat. An amphiploid between Ae. umbellulata acc. 3732 and Triticum durum cv. WH890 was crossed with cv. Chinese Spring Ph ^I to induce homoeologous pairing between Ae. umbellulata and wheat chromosomes. The F₁ was crossed to the susceptible Triticum aestivum cv. ‘WL711’ and leaf rust and stripe rust resistant plants were selected among the backcross progenies. Homozygous lines were selected and screened against six Puccinia triticina and four Puccinia striiformis f. sp. tritici pathotypes at the seedling stage and a mixture of prevalent pathotypes of both rust pathogens at the adult plant stage. Genomic in situ hybridization in some of the selected introgression lines detected two lines with complete Ae. umbellulata chromosomes. Depending on the rust reactions and allelism tests, the introgression lines could be classified into two groups, comprising of lines with seedling leaf rust resistance gene Lr9 and with new seedling leaf rust and stripe rust resistance genes. Inheritance studies detected an additional adult plant leaf rust resistance gene in one of the introgression lines. A minimum of three putatively new genes—two for leaf rust resistance (LrU1 and LrU2) and one for stripe rust resistance (YrU1) have been introgressed into wheat from Ae. umbellulata. Two lines with no apparent linkage drag have been identified. These lines could serve as sources of resistance to leaf rust and stripe rust in breeding programs.     

群体小麦条锈病发病动态无人机遥感监测方法

针对当前育种群体小麦条锈病表型分析手段单一、效率低下等问题,该研究提出了一种基于无人机低空遥感和多光谱成像技术的群体小麦田间条锈病高通量表型动态分析方法。该方法利用无人机采集自然发病的育种群体小麦（共600个样本,516个基因型）冠层多时相的光谱图像,并提取22个植被指数作为后续分析的表型,同时按照发病后的时间顺序与传统条锈病人工鉴定标准记录条锈病发病阶段和发病严重度数据;使用随机森林算法建立22个光谱植被指数同条锈病发病阶段与病害严重度的分类模型,并筛选出对上述两个分类问题敏感的植被指数;同时,使用随机蛙跳算法对特征进行筛选以降低仅使用随机森林算法对特征筛选的偶然性,并将随机蛙跳算法给出被选择概率排名在约前1/3的特征作为SVM算法的输入,构建发病阶段与病害严重度模型以验证随机蛙跳算法对特征筛选的有效性;综合两次特征选择的结果,分别筛选出对发病阶段和病害严重度敏感的3个植被指数,并基于这些指数响应的时间序列分析了群体中6个参考品种发病动态的差异。对条锈病发病阶段的分类模型构建中,随机森林和SVM模型测试集的F1分数分别为0.970和0.985;对条锈病严重度等级分类中,二者的F1分数为0.740和0.780,表明通过所建立的模型可以实现对群体小麦发病阶段和病害严重度等级的分类,且随机森林算法和随机蛙跳算法都能够筛选出对条锈病发病阶段和病害严重度敏感的特征。筛选出的差分植被红边指数（Difference Vegetation Index - Rededge,DVIRE）的响应对病害胁迫较为敏感,可用于同时描述田间条锈病发病阶段和严重度。该研究提出的高通量表型分析方法,基于无人机成像光谱提取的植被指数对群体小麦田间条锈病进行时间序列动态分析,能够精准量化群体小麦受条锈病胁迫状态,并可为其他作物抗病育种的表型分析提供一定的参考。     

山西省小麦条锈病流行趋势预测模型研究

本研究分析了山西省小麦条锈病流行的影响因素和预测依据;对1981～2003年流行情况资料,采用回归分析法,建立预测模型:Y=-0.2766 0.0249X1 0.0104X2 0.0132X3,经回归检验,历史符合率高达87.5%。通径分析进一步证明,4月中旬～5月下旬的降雨量对条锈病流行具有最显著影响。     

苯并噻二唑(BTH)诱导小麦对条锈病抗性的研究

小麦条锈病是小麦生产中的重要病害之一,为了明确苯并噻二唑(Benzothiadiazole,BTH)对小麦条锈病的诱导抗性作用,分别以BTH处理后的苗期和成株期小麦为试验材料,诱发接种小麦条锈菌后调查小麦的发病情况及防治效果。温室苗期试验结果表明,与对照相比,不同浓度BTH处理后,小麦抗锈性明显提高,病情指数降低29.69~49.77,防治效果可高达90%左右,不同浓度处理之间有一定差异,但与对照相比差异极显著;BTH诱导的最佳浓度为0.3 mmol·L-1,BTH喷雾处理后6~7 d小麦诱导抗锈性表达最强,诱导抗性的持久期在15 d以上。田间成株期试验结果表明,不同浓度处理诱导的小麦抗锈性无明显差异,浓度为0.3 mmol·L-1的BTH诱导处理小区小麦的产量最高,千粒重最重,为42.21 g,增产最高达19.3%。小麦在分蘖期、拔节前期和分蘖期+拔节前期喷施BTH,都能诱导小麦抗条锈性增强,病情指数显著降低,防治效果分别为43.07%、47.43%和50.01%,增产13.4%~16.9%。综上所述,BTH可以诱导小麦产生抗锈性,对小麦条锈病防治起到积极作用。     

未来气候变化时南京地区冬小麦气候生产潜力估算

近代有关于ＣＯ２甑上气候变化趋势以及小麦影响的研究均忽略了太阳紫外辐射变化及其对小麦的影响，试验结果表明，未来太阳紫外辐射增加对小麦产生很大影响，导致小麦植株变矮、长势变差、生理活动受阻、产量下降，在考虑了太阳紫外辐射主其对小麦影响的基础上，综合评价了气候对小麦的影响，提出了ＣＯ２地南京地区小麦气候生产潜力的估计值。     

Chromosomal distribution and genetic expression of Lophopyrum elongatum (Host) A. Löve genes for adult plant resistance to stripe rust in wheat background

A set of wheat cv. Chinese Spring (CS)-Lophopyrum elongatum addition and substitution lines has been analyzed for its potential to offer new sources of stripe rust resistance for wheat. The adult plants of these lines, together with CS-L. elongatum amphiploid and CS, were inoculated by new physiological races CYR-30 and CYR-31 of stripe rust in China. The resistance investigation indicated that chromosome 7E1 of L. elongatum was responsible for the adult resistance in CS background. Moreover, the expression of the adults plant resistance derived from chromosome 7E1 in wheat background was dependent on the wheat genotype. In addition, the different rust resistance and glutenin composition were observed in 2 CS-L. elongatum amphiploids, indicating the genetic diversity existed in different origins of L. elongatum.     

小麦品种与育种材料抗气传病害鉴定研究

用山西省目前小麦气传病害(包括条锈病、叶锈病和白粉病)主要优势生理小种和致病类型的混合菌,采用人工接菌方法,对1111份小麦品种和育种材料进行抗病性鉴定,并对其中479份小麦品种和育种材料进行条锈菌分小种鉴定,累计5357种次,为育种提供抗病信息、抗源材料,并为小麦品种审定提供抗、耐病依据。     

小麦抗条锈病基因检测的专家系统研究与设计

小麦条锈病严重危害我国小麦生产,筛选抗病基因培育抗病品种显得尤为重要。针对以往依靠人工进行基因检测费时低效的实际问题,本文研究并设计了小麦抗条锈病基因检测的专家系统,重点介绍了该系统知识库的构建和推理机的设计。     

Alpine flora may depend on declining frugivorous parrot for seed dispersal

Globally, bird numbers are declining, with potentially serious flow-on effects on ecosystem processes, such as seed dispersal mutualisms. However, management to maintain seed dispersal may be inappropriate if unexpected animals are the most important dispersers. Numbers of the world’s only alpine parrot, the New Zealand kea (Nestor notabilis), have declined drastically over the last 120 years after an intense period of official persecution. Today <5000 kea remain in the wild. Previously it has been assumed that like other parrots, kea would destroy most of the seeds they eat, thereby contributing little to seed dispersal. The New Zealand alpine flora is rich in fleshy-fruited species yet has a limited disperser fauna. Consequently, we investigated the relevance of kea as a seed disperser in New Zealand’s alpine ecosystems. Field-based foraging observations coupled with faecal analyses showed kea were by far the most important extant alpine avian frugivore. Kea selected more fruiting species (21 vs. 17 species), consumed more fruit, and dispersed more seeds (8137 vs. 795) than all other birds combined. Rates of seed predation by kea were extremely low, and evident in only 25% of species eaten. Kea are the only species that make frequent long-distance flights within and between mountain ranges. Hence, much of the effective long-distance dispersal of the alpine flora may be currently performed by kea. Conservation of kea is therefore important both for ensuring the survival of the species and for their role in seed-dispersal mutualisms for which there are few extant substitutes.