基于机器视觉的棉花群体叶绿素监测

研究了利用机器视觉技术快速获取棉花群体叶绿素信息的方法，以期获得预测性高的颜色特征参数。结果表明，RGB颜色系统的G－R、(G－R)/(G+R)、r与g的组合值和棉花功能叶叶绿素含量、群体绿色指数呈极显著相关，而且拟合度较高；HIS颜色系统的Hue值和棉花功能叶叶绿素含量、群体绿色指数之间也极显著相关。对筛选出的两组模型进行检验，预测精度在84.07%~93.04%之间，推荐预测精度最高的G－R参数作为获取棉花群体叶绿素信息的最佳颜色指标。G－R预测叶绿素含量和群体绿色指数的模型分别为y=－1.3008+0.2125(G－R)－0.0038(G－R)2（R²=0.8669**）和y=－0.9726+0.1227 (G－R)－0.0016(G－R)²（R²=0.7487**）。     

棉花早衰程度诊断数码图像数字化指标的研究

应用计算机数字图像技术研究了诊断棉花早衰程度的方法。在光照条件下采集了棉田群体图像,然后分别提取了红绿蓝(RGB)三色分量和色度、饱和度和亮度指标(HSI)。在RGB和HSI颜色模型下分析了各分量与棉花早衰程度的相关特性。然后得出诊断棉花早衰程度的指标。分析结果表明:颜色分量G/(R B)和色度H分量与棉花早衰程度线性相关,可用作利用数字图像技术快速诊断作物长势的指标,而其它分量与棉花早衰程度没有明显的相关性;诊断模型G/(R B)分量比色度H分量有更好的拟合优度。     

用机器视觉技术获取棉花叶片叶绿素浓度

运用机器视觉技术获取棉花叶片颜色特征，建立棉花叶片叶绿素测定模型。研究表明，（1）RGB颜色系统的B/R、色度坐标b、b/r值及HIS彩色系统中的饱和度S值均与棉叶叶绿素含量显著或极显著相关，可用于测定叶片叶绿素浓度；（2）棉花叶片正、背面RGB、HIS颜色系统的颜色特征值与叶绿素浓度的相关性高度一致，且叶片背面的颜色特征值与叶绿素浓度之间的相关性更高；（3）基于机器视觉技术建立和筛选出了6组棉叶叶绿素含量预测模型，预测误差在7.8%~13.65%之间。为棉花生长的快速监测提供了依据。     

OTSU最佳阈值法在棉花幼苗识别中的应用研究

 棉花幼苗的识别与分离是实现自动化移栽的关键步骤,本文用视觉图像处理技术对棉花幼苗的识别进行了研究。对于用摄像头获取的棉花幼苗图像,在分析棉花幼苗及背景颜色的基础上,采用了OTSU法将表征在RGB颜色空间内的彩色图像转化为灰度图像,并使用非线性滤波法对灰度图像进行去噪处理,通过最大类间方差法选取了最佳分割阈值,将灰度图像转化为二值化图像。为了更好地提取并识别棉花幼苗特征,又细化处理了二值化图像,设计了去骨刺处理,消除了细化后图像骨刺对特征识别的影响,并且使用了加权模板匹配法,设计了防误判匹配法则。应用这些方法,实现了棉花幼苗的识别,说明用图像处理方法识别棉花幼苗是完全可行的。     

棉花纤维强度分子标记辅助育种效果初报

运用与一个已定位的高强纤维QTL紧密连锁的3个SSR标记对7235的BC2F2代分离群体及其家系进行分子检测,目的是验证此标记在不同的棉花遗传背景及群体中辅助选择的可行性和有效性,并为快速有效地改良棉花纤维品质提供理论依据.     

与棉花纤维强度连锁的主效QTL应用于棉花分子标记辅助育种

本文以黄河流域广泛种植的转基因抗虫棉品种sGK321和sGK9708(中41)为轮回亲本,分别与优质丰产品种太121和高纤维品质渐渗种质系7235杂交的F1代材料杂交并回交,配置了杂交回交组合两套,运用与一个已定位的高强纤维QTL紧密连锁的2个SSR标记,通过对这两套杂交组合的不同世代群体的数据进行分析研究,在sGK321x[(Tai121x7235)xsGK321]组合的F2群体、F2:3群体和sGK9708x[(Tai121×7235)×sGK9708]组合的F2群体、F2:3群体中,有/无标记个体的平均纤维强度分别为29.78 cN/tex//28.19cN/tex、29.35 cN/tex//27.97 cN/tex和29.74 cN/tex//27.65 cN/tex、29.12 cN/tex//27.33cN/tex,差异都达到了极显著水平.本研究表明了此高强纤维主效QTL在不同的遗传背景,经过多代杂交、回交和自交后,能够稳定遗传而且QTL的效应稳定;利用此高强纤维主效QTL的分子标记进行辅助选择提高棉花纤维强度效果是显著的.可以在棉花的苗期或早期世代进行分子标记辅助选择,这为快速有效地改良棉花纤维品质、培育棉花新品种新品系提供了理论依据.并运用此项技术结合其它手段进行优质、抗虫等基因的聚合育种研究,快速有效地改良现有的陆地棉推广品种,创造高产、优质、抗虫棉花新材料或新品系.     

基于两个陆地棉低世代群体定位纤维品质相关QTL

【目的】定位棉花纤维品质性状相关的数量性状位点(Quantitative trait locus,QTL)。【方法】以陆地棉高强纤维品系中棉所679和纤维品质一般的农垦5号为亲本构建包含200个单株的F2群体及对应的F2:3家系群体,对2个群体的纤维长度、断裂比强度等5个纤维品质性状进行检测。用6 688对简单重复序列(Simple sequence repeat, SSR)引物在双亲间筛选,得到149对多态性引物,以F2为作图群体,使用QTL IciMapping软件进行连锁图谱构建,并对F2及F2:3群体进行QTL定位。【结果】根据F2群体基因型信息构建了1张包含119个标记、28个连锁群、总长为1 173.5 cM(centiMorgan)的遗传连锁图谱。分别在F_2、F2:3群体中检测到9个和11个与纤维品质性状相关的QTLs,这些QTLs分布在11个连锁群上。其中F2群体的qFL-D11-1、q BT-D11-1与F2:3群体的qFL-D11-1、q MIC-D11-1均定位在标记DPL0062与HAU0423之间,推测这些位点可能是控制纤维品质性状的重要QTL。【结论】利用多个群体进行QTL定位有益于发现稳定的QTL位点,控制纤维品质性状的基因可能成簇存在,为挖掘纤维品质性状相关基因及分子标记辅助育种奠定基础。     

基于两个陆地棉低世代群体定位纤维品质相关QTL

【目的】定位棉花纤维品质性状相关的数量性状位点(Quantitative trait locus,QTL)。【方法】以陆地棉高强纤维品系中棉所679和纤维品质一般的农垦5号为亲本构建包含200个单株的F2群体及对应的F2:3家系群体,对2个群体的纤维长度、断裂比强度等5个纤维品质性状进行检测。用6 688对简单重复序列(Simple sequence repeat, SSR)引物在双亲间筛选,得到149对多态性引物,以F2为作图群体,使用QTL IciMapping软件进行连锁图谱构建,并对F2及F2:3群体进行QTL定位。【结果】根据F2群体基因型信息构建了1张包含119个标记、28个连锁群、总长为1 173.5 cM(centiMorgan)的遗传连锁图谱。分别在F_2、F2:3群体中检测到9个和11个与纤维品质性状相关的QTLs,这些QTLs分布在11个连锁群上。其中F2群体的qFL-D11-1、q BT-D11-1与F2:3群体的qFL-D11-1、q MIC-D11-1均定位在标记DPL0062与HAU0423之间,推测这些位点可能是控制纤维品质性状的重要QTL。【结论】利用多个群体进行QTL定位有益于发现稳定的QTL位点,控制纤维品质性状的基因可能成簇存在,为挖掘纤维品质性状相关基因及分子标记辅助育种奠定基础。     

天然棕色棉纤维色彩遗传特性的定量分析

摘 要：将深棕色棉品种与白色棉杂交,观察F1代和自交F2代棉纤维的颜色表现,并且测定了各世代植株棉纤维中的色素含量。杂交F1代棉纤维的颜色介于两亲本之间,自交F2代可以分为三类：深棕色类型、中棕色类型和白色,F2代深棕色类型棉纤维的颜色和纤维中色素含量接近亲本棕色类型,F2代中棕色类型棉纤维的颜色和纤维中色素含量与F1代较一致,F2代三种类型经过卡平方检验符合1:2:1的比数(p >0.05),所以棉纤维棕色对白色为不完全显性遗传。本文还讨论了质量性状与“修饰基因”的关系。本试验有助于天然彩色棉的品种选育和新色彩品种的培养。     

海陆渐渗系棉花主要纤维品质性状的QTL定位分析

本研究以海陆渐渗系13-1×辽棉12组配的195个单株的F2群体为作图群体,构建遗传连锁图谱,挖掘与纤维品质相关稳定的QTL,为标记辅助13-1选择育种提供依据。本研究利用SSR标记和Joinmap3.0软件构建遗传连锁图谱,并通过Ici Mapping完备区间作图法对F2及F2:3家系进行纤维品质性状QTL定位。结果显示:构建的遗传连锁图谱包含39个多态性标记、13个连锁群,该图谱总长1 174.4 c M,覆盖棉花基因组的26.7%;共检测到37个与纤维品质相关的QTL,其中伸长率2个,整齐度9个,马克隆值19个,比强度7个,分布在10个染色体上。19个有利等位基因来自海陆渐渗系13-1,18个有利等位基因来自辽棉12,发现两个稳定的QTL位点,可作为海陆渐渗系棉花纤维品质基因功能研究的候选基因。本研究筛选出的多态性标记可辅助前期选择。     

彩色棉品质性状的遗传效应研究

本研究选用了5个产量、品质性状差异较大的彩色棉品种以及1个白絮棉品种,采用不完全双列杂交交配设计(6×5/2)产生杂交一代15个组合以及6个自交亲本,考查了籽棉产量、皮棉产量和5个纤维品质性状,采用加性－显性遗传模型和统计分析方法(朱军,1997)分析了以上资料。结果表明：彩色棉纤维长度以基因的加性效应为主,纤维强度、整齐度、伸长率和细度的显性方差与加性方差相当。彩色棉品质性状的狭义遗传率变幅为9.58%(伸长率)~87.01%(纤维长度)。紫絮棉和彩8在纤维长度、强度以及伸长率上都具有正的GCA效应,以它们作亲本可以明显改善后代的纤维品质,是彩色棉品质育种的有效亲本,对优质白棉的利用则会大大改善杂交彩色棉的产量和品质。组合紫絮棉×彩9-1、红叶棕絮×彩8、红叶棕絮×白棉、彩8×彩9-1、彩8×白棉等5个组合在品质上具有较强的SCA效应。上述亲本和组合在彩色棉育种以及杂交棉选育中可以有目的地加以利用。彩色棉与白色棉杂交后代的纤维强度具强的杂种优势,甚至有的组合超过纤维强度好的白色棉亲本。     

陆地棉有色纤维基因遗传及其对产量和品质的影响

用５个不同来源的有色纤维陆地棉材料（３个棕色棉、２个绿色棉）与２个白色棉配制１０个杂交组合,分析其后代的纤维颜色遗传情况。试验表明,陆地棉有色纤维性状受不完全显性单基因控制。同时采用经测验具有良好等基因性的两对近等基因系,研究有色纤维基因对产量、品质等共１５个性状的影响。结果表明,有色纤维基因对皮棉产量、衣分、纤维长度、比强度、麦克隆值、抗病性有负效应,对子指有正效应,影响程度与遗传背景有关,对子棉产量、铃重、单株成铃、株高、果枝数等性状无明显不良反映。但结合有效选择,通过杂交、回交等方法对原有色棉亲本的产量、品质性状可有一定程度的改良     

陆地棉不同群体主要性状的遗传力及杂种优势分析

以1个高强纤维品系为父本,6个常规棉品系、5个转Bt基因抗虫棉品系和5个彩色棉品系为母本配制杂交组合,利用AD模型,分析了3个群体杂交组合主要性状的遗传力和杂种优势表现。结果表明,常规棉群体和抗虫棉群体的衣分、籽棉产量等性状基因显性效应对杂种一代性状形成起主导作用,彩色棉群体的籽棉产量受加性和非加性效应共同控制,而衣分的遗传变异主要来自基因的加性效应。常规棉群体的比强度以显性效应为主,抗虫棉和彩色棉群体的比强度以加性效应为主。3类群体中2．5％跨长和马克隆值的遗传效应均以加性效应为主,同时受非加性效应的影响也较大。常规棉群体和抗虫棉群体的产量性状有一定的杂种优势,纤维长度和细度基本上没有优势,纤维强度有显著的负优势,但彩色棉群体的纤维长度和强度有一定的正向优势。因而,在品种改良上,可以利用常规棉和转基因抗虫棉的杂种优势大幅度提高产量,利用彩色棉的杂种优势来提高纤维品质。     

转基因抗虫棉sGK9708与不同类型品种杂种的遗传及优势分析

利用转基因抗虫棉sGK9708与7个常规棉、7个优质棉、8个转Bt基因抗虫棉和6个彩色棉品系分别配制杂交组合,对其性状的遗传效应和杂种优势进行了比较分析。结果表明:(1)常规棉、优质棉和转基因抗虫棉类型的子棉产量以显性效应为主,加性效应也起较大作用,纤维品质性状的遗传变异主要来自于加性效应。(2)彩色棉类型的子棉产量性状以加性效应起主导作用,纤维品质等性状的遗传变异受显性和加性效应共同控制。(3)转基因抗虫棉类型的衣分和铃重具有极显著的显性效应,常规棉类型以加性效应为主导,优质棉和彩色棉类型由加性和显性效应共同决定。(4)彩色棉类型的子棉产量性状具有负向群体超亲优势,纤维长度和强度具有一定的正向群体超亲优势。     

缩合单宁与天然棕色棉纤维色素合成的关系

以白色棉为对照,采用香草醛法测定了4种天然棕色棉种皮细胞和棉纤维细胞发育过程中缩合单宁含量的变化规律.结果表明,各发育时期棕色棉纤维中缩合单宁的平均含量是白色棉的4.35倍,在4个棕色棉品种中,棕色棉成熟纤维色素与发育过程中棉纤维中缩合单宁的含量呈现正相关;各发育阶段棕色棉种皮中缩合单宁平均含量是白色棉的1.44倍,且在棕色棉品种中,颜色越深,种皮中缩合单宁的含量越高;不论是棕色棉还是白色棉,种皮中的缩合单宁含量都大于相应的棉纤维细胞中的缩合单宁的含量.成熟纤维中色素的含量与20-25 DPA棉纤维中缩合单宁的含量、棉纤维中缩合单宁总平均含量极显著相关.     

甘肃彩色棉花抗旱性农艺性状指标的筛选鉴定

以抗旱性不同的白棉、棕棉和绿棉品种(品系)为试验材料, 通过水分亏缺控制试验, 采用主成分分析和逐步回归分析方法, 调查其主要农艺性状指标与抗旱性的关系。结果表明, 干旱胁迫下, 各彩色棉花的籽棉产量、株高、叶片数、单株成铃数、有效果枝数、果节数、收获指数、茎粗、籽指和上半部分纤维长度均相应的降低; 抗旱指数与株高、果节数、单株成铃数、花铃期叶片数、有效果枝数、籽指、单铃重、收获指数、茎粗呈极显著正相关; 单株成铃数、单铃重和花铃期叶片数可作为不同色彩棉花简单、直观的抗旱性鉴定指标, 有效果枝数、株高、果节数、收获指数和籽指也可作为彩色棉花抗旱评价指标。     

Effects of fiber wax and cellulose content on colored cotton fiber quality

Forty-eight colored cotton lines and hybrids were studied on the wax, cellulose content and fiber quality. The result were as follow: The wax content of green cotton was five to eight times greater than that of white cotton. As for the brown cotton lines, the darker the brown fiber color, the greater the content of the fiber wax. The wax content of dark brown cotton was two times greater than that of white cotton. However, the content of the cellulose of white cotton was the greatest, next was that of the brown cotton, and the content of the cellulose of green fiber was the lowest. There were differences in fiber length, fiber strength, and fiber uniformity, not only among different varieties with the same color fiber, but also among different coloring types. The content of cellulose had a significantly negative correlation with the content of wax and fiber elongation, but significantly positive correlations between the content of cellulose and fiber length, fiber strength, fiber fineness, lint index, boll weight, and fiber uniformity were observed in the color cotton lines used in this experiment. The study on wax and cellulose contents will give constructive advice for the breeding and molecular research of the colored cotton, and help increasing the color stability of the fiber and its textiles.     

Physiological and biochemical dissection of fiber development in colored cotton

Colored cotton is a very attractive proposition for the textile industry as it reduces the cost for dying. However, inferior fiber quality and non uniform color make it unsuitable for heavy machine spinning. Due to this reason cultivation of colored cotton on commercial scale has been restricted by cotton growers. The current study was planned to unveil the process of fiber development in isogenic lines of brown, green and white cotton by comparing their fiber length, flavonoid, cellulose, carbohydrate and enzyme activities (SuSy, SPS, acid invertase, Cox, NAD+, NADH, NADP+, and NADPH). White cotton fiber exhibited high cellulose contents (915.81 mg g^?1) and long fibers (3.07 cm) as compared to colored cotton fibers with low cellulose content (787.63 and 780.66 mg g^?1) and shorter fiber length (2.54 and 2.48 cm). Similarly the amount of flavonoids also varied significantly with maximum concentration (8.67 and 7.13 mg g^?1) in brown and green cotton fiber at 5 DPA as compared to white cotton fiber (3.12 mg g^?1) at 0 DPA. This high concentration of flavonoid not only lowered the total amount of carbohydrates but also lowered the sucrose transformation rate to developing cotton fiber in colored cotton. The activity of different enzymes (AI, SuSy and SPS, Cox, NAD+/NADH and coenzymes NADP+/NADPH involved in the metabolism of carbohydrates was higher in brown cotton fiber than green cotton fiber. However, high activity of these enzymes did not always correlated with higher amount of cellulose thus indicated the involvement of complex mechanisms for cellulose and flavonoid synthesis during the development of cotton fiber.     

彩色棉纤维发育过程中超分子结构变化与纤维品质的关系

以棕絮1号、新彩棉1号、陇绿棉2号、绿1-4560和普通白色棉对照品种鲁棉研28为试验材料,利用X-射线衍射技术,研究了彩色棉纤维发育过程中纤维品质与超分子结构的动态变化规律及它们之间的关系,旨在探寻彩色棉纤维品质差的原因。结果表明,各供试品种的最终棉纤维长度、3.2mm隔距比强度、成熟度及马克隆值均表现为白色棉鲁棉研28棕色棉棕絮1号和新彩棉1号绿色棉陇绿棉2号和绿1-4560;相应的横向晶粒尺寸均随纤维发育进程不断增大,取向参数逐渐减小(优化),但不同品种间存在差异。与白色棉鲁棉研28相比,棕色棉棕絮1号和新彩棉1号纤维的横向晶粒尺寸初始值低,日增幅偏大,终止值略低;取向参数初始值低,日变幅小,终止值偏高;绿色棉陇绿棉2号和绿1-4560纤维的横向晶粒尺寸初始值低,日增幅小,终止值偏低;取向参数初始值高,日变幅小,终止值高。相关分析显示,彩色棉纤维的横向晶粒尺寸与3.2mm隔距比强度密切相关(r=0.89621*),ψ角和φ角与3.2mm隔距比强度、成熟度、马克隆值呈显著负相关(r=-0.93816*～-0.90233*),α角与纤维长度极显著负相关(r=-0.97314**)。表明彩色棉纤维品质差与纤维发育过程中横向晶粒尺寸初始值和终止值低及取向参数终止值高,进而影响纤维3.2mm隔距比强度、成熟度、马克隆值和纤维长度有关。