Comparative profiling of genome-wide small RNAs in non-heading Chinese cabbage [Brassica rapa subsp. chinensis (L.) Hanelt]

Genetic Resources and Crop Evolution - Non-heading Chinese cabbage is characterized with diversity of leaf shape and of leaf architecture. Small RNAs are broadly involved in leaf development. To...     

基于Kinect V3的单株作物自动化三维重建与验证

为高效、精确地对单株作物进行三维重建,以点云方式无损测量作物表型信息,该研究提出一种基于Kinect V3深度相机的三维重建系统。使用步进电机搭建了一个旋转台,并将旋转台面设计成多颜色同心圆,利用同心圆计算平面法向量及圆心两特征信息,用于点云水平校准以及获取点云间的旋转平移矩阵;将Kinect V3采集的多视角点云变换到同一坐标系下,并结合裁剪迭代最近点（Trimmed Iterative Closest Point,TrICP）算法实现了多视角点云的粗配准与精配准,完成了作物三维重建。为检验该研究的三维重建效果,选取菜心、黄瓜苗为试验对象,与多视图立体视觉-运动恢复结构（Multi-View Stereo and Structure From Motion,MVS-SFM）算法重建点云进行对比,并提取叶面积参数与人工测量值进行比较。结果表明,两种方法下重建后的菜心点云间平均距离误差为0.59 cm,黄瓜苗点云间平均距离误差为0.67 cm,具有较高的相似度,而相较于MVS-SFM算法,该研究提出的方法的重建速度提高了约90%;该研究提出的方法所重建点云,菜心叶面积提取与标准参考值相对误差均值为5.88%,均方根误差为3.83 cm2,黄瓜苗叶面积提取与标准参考值相对误差均值别为6.50%,均方根误差为2.08 cm2,都显现出较高的准确性。该研究提出的方法能对单株作物进行快速三维重建,能有效提取叶面积参数,可为作物育种、栽培和农业生产提供高效技术手段和数据支持。     

宾县生态系统服务时空格局及权衡协同关系

东北黑土区是我国重要的生态功能区,也是主要的粮食产区,持续多年的开垦利用,加剧了该地区生态环境的恶化,因此探究黑土区生态系统服务的时空分异特征及协同权衡关系对该区域社会经济生态协调发展有重大意义。以宾县为研究区,综合利用InVEST模型、RUSLE模型、CASA模型、R语言和GeoDA软件,定量测度该县2000—2020年产水量、土壤保持和碳固定3种生态系统服务的时空格局及权衡与协同关系。结果表明:(1)从时间变化看,产水量呈上升趋势,碳固定和土壤保持呈先降低后上升的波动变化趋势;(2)从空间分布看,产水服务高值区表现为由中部向四周递减的趋势,碳固定和土壤保持服务总体呈现为南高、东低的空间分布格局。(3)权衡协同关系表明,2000—2020年,协同关系是宾县生态系统服务间的主导关系; 数值上,3种生态系统服务的协同关系持续增强,具体表现在相关系数和Moran's I指数的增加; 空间上,正、负相关集聚性明显,权衡协同关系分布空间分异性显著。综上,宾县生态系统服务变化呈上升趋势,南部区域生态系统服务较强,未来应在空间上促进生态系统服务协同发展。     

不同生态条件下氮高效水稻品种干物质积累和产量特性

  【目的】  研究生态条件和施氮水平及其互作对氮高效水稻品种干物质积累、物质转运和产量的影响,为不同稻区不同施氮水平下选择适宜的水稻品种提供科学依据。  【方法】  本试验于2019年在四川省大邑县(弱光寡照)和云南省永胜县(光温充足)两个生态点进行,以西南地区大范围种植的10个水稻品种为供试材料,采用两因素裂区设计,主区为不施氮(N0)、低氮120 kg/hm2 (N120)和高氮180 kg/hm2 (N180) 3个施氮水平,副区为10个品种。分别于拔节期、抽穗期和成熟期测定干物重,计算不同时期干物质积累和转运量,于收获后测定水稻产量。  【结果】  水稻产量和干物质生产特性为生态条件、施氮水平、品种及其互作效应共同作用的结果。大邑生态点宜香优1108在N120下的产量比N180提高4.68%,永胜点德优4923在N120施氮水平下的产量比N180提高113.4 kg/hm2,结合产量和GGE模型分析,大邑生态点宜香优1108为低氮高效型,晶两优534和F优498为高氮高效型;永胜点德优4923为低氮高效型,中优295和丰优香占为高氮高效型。氮高效水稻干物质积累和转运特征因生态条件和施氮量的变化而变化。大邑低氮高效型品种产量主要来自拔节前干物质的积累和抽穗前光合产物的转化,产量优势在于足量的单位面积有效穗数,移栽至拔节期的群体生长率与产量(r=0.70**)和有效穗数(r=0.41*)呈显著正相关;大邑生态点高氮高效型品种抽穗至成熟期群体生长率和穗后干物质积累量对籽粒的贡献率明显高于其它品种,产量与抽穗至成熟期群体生长率(r=0.56**)和穗后干物质积累量对籽粒的贡献率(r=0.37*)呈显著正相关关系;永胜低氮高效型品种干物质积累特征在于拔节至抽穗期群体生长率和穗前干物质转化对籽粒的贡献率较高,千粒重较同处理平均值提高13.61%;永胜高氮高效型品种具有拔节至抽穗期高群体生长率的物质生产特性,产量优势在于较高的每穗颖花数,该点拔节至抽穗期群体生长率与产量(r = 0.60**)和每穗颖花数(r = 0.68**)均呈极显著正相关关系。  【结论】  在大邑等弱光寡照地区,低氮高效型品种应保证前期较高的生长速率和穗前干物质转化对籽粒的贡献率;高氮高效型品种应保持抽穗后高群体生长率并增加穗后光合产物的积累。在永胜等光温充足地区,拔节至抽穗期较高的群体生长率是低氮高效型和高氮高效型品种共同的物质生产特征。     

稻麦轮作制还田秸秆腐解和养分释放特征

秸秆还田是耕地质量提升的重要措施,还田秸秆腐解能够为作物生长提供氮、磷、钾等养分。明确稻麦轮作制水稻和小麦秸秆还田后的腐解和养分释放特征,是制定秸秆还田下合理养分管理制度的理论基础。通过田间尼龙网袋法,研究了小麦秸秆在水稻季、水稻秸秆在小麦季的腐解和养分释放特征以及秸秆腐解剂的影响。结果表明,小麦和水稻秸秆快速腐解期、中速腐解期、缓慢腐解期分别为0～10、10～20、20～110和0～10、10～50、50～200 d。在秸秆腐解剂的作用下,秸秆腐解率达50%和95%的时间缩短约8和38 d。水稻生育期内小麦秸秆累积腐解率达57%,秸秆氮和磷表现为淋溶-富集-释放,释放量分别为29%～37%和36%～44%,碳和钾表现为直接释放,释放量分别为55%和92%。小麦生育期内水稻秸秆累积腐解率达到73%,秸秆碳、氮、磷、钾均表现为直接释放,释放量依次为75%、41%～51%、59%、98%。水稻季,小麦秸秆在缓慢腐解期会吸附-富集土壤溶液中的氮和磷,伴随着秸秆中纤维素和半纤维素逐渐腐解,富集的氮、磷会部分释放到土壤中;小麦季,秸秆腐解剂提高快速和缓慢腐解期氮和磷的释放量和释放速率,氮素和磷素释放量分别提高10.0%和4.7%。热重分析表明,秸秆腐解剂主要加速了小麦和水稻秸秆半纤维素和纤维素的腐解。综上所述,秸秆腐解剂可以在一定程度上提高秸秆腐解和养分释放速率,同时也应注意还田秸秆在水稻孕穗期对土壤溶液中氮、磷的吸附-富集过程,在实际生产中宜在该时期适当补充氮、磷肥,以避免秸秆与作物争养分而导致减产。     

CO2浓度升高对稻麦轮作农田氨挥发的影响

氨挥发不仅造成农田氮素损失,还加剧了大气灰霾污染。二氧化碳(CO₂)浓度升高和气候变化对农田氨挥发的影响尚不清楚。采用OTC(Open-Top Chamber,开顶式气室)模拟研究CO₂浓度渐升和骤升200 mg/L对南方稻麦轮作农田氨挥发的影响,探明在21世纪末CO₂浓度背景下农田氨挥发的响应特征。本研究分别设置CK对照组、T1渐增组和T2骤增组,通气式氨气捕获法测定农田氨挥发,并比较各处理之间的差异。试验结果表明:(1)两年田间试验后,在CO₂浓度升高下,小麦田累积氨挥发为7.87 kg/hm²,水稻田累积氨挥发为80.38 kg/hm²,小麦季氨挥发量较少,全年氨挥发量主要由水稻季贡献。(2)小麦季氨挥发持续时间较长,峰值出现与降水情况有关;水稻季氨挥发峰值出现在施肥后1～4 d,随后下降,氨挥发持续时间较短,两周之后降至背景值。(3)本试验影响氨挥发的主要因素是气温、降水和土壤铵态氮含量。(4)2018年冬小麦、2019年水稻、2019年冬小麦和2020年水稻的农田氨挥发量各处理之间均无明显差异。由此推论,到21世纪末,无论CO₂浓度渐升或骤升200 mg/L,均对稻麦轮作农田氨挥发无明显影响。     

长期化肥施用对双季稻田土壤有机碳的影响

施用化肥是提高水稻产量的重要措施,但长期施用化肥对稻田土壤有机碳(SOC)含量影响的认识不清晰。依托中国科学院桃源农业生态试验站稻田长期施肥定位试验,系统研究了不施肥、仅施N肥、施NP肥和施NPK肥处理的水稻产量和SOC含量的变化规律。结果表明,长期施用化肥可以提高水稻土SOC含量,而且平衡施肥处理(施NPK肥)的SOC含量处于相对最高水平;SOC含量的变化与每年水稻根茬残留量显著相关。因此,长期施用化肥对SOC含量的影响主要取决于产量效益,合理施肥获得高产的同时也会增加SOC含量。     

橡胶树不同粒径橡胶粒子结合凝集相关蛋白的分析

橡胶树是重要的产胶植物,其树皮组织中的次生乳管是合成和贮存天然橡胶的主要组织。天然橡胶是从乳管中的胶乳中提炼而成,由特殊的细胞器-橡胶粒子合成。橡胶粒子为半个单位膜的球状结构,内部贮存合成的天然橡胶,外周膜上结合有多种蛋白质,这些蛋白与其执行的功能密切相关。目前对天然橡胶合成相关蛋白的研究较多,对与橡胶粒子凝集相关的蛋白研究甚少。以‘RY7-33-97’胶乳为材料,利用不同的离心速度,分级分离获取不同粒径的橡胶粒子,并进行不同程度的清洗,以Tricine-SDS-PAGE以及Western-blotting技术对橡胶粒子上结合的蛋白进行比较分析。研究结果表明,不同粒径的橡胶粒子上结合的蛋白含量存在差异。小橡胶粒子膜蛋白（SRPP）随着粒径的减小含量明显增加;而橡胶延伸因子蛋白（REF）的含量基本维持稳定,与粒径大小关系不大。存在于C-乳清中的Hev b7胶乳过敏原蛋白和3-磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH）与橡胶粒子有明显的结合;存在于黄色体B-乳清中的β-1,3-葡聚糖酶（Glu）、橡胶素（Hev）和几丁质酶（Chit）均能与橡胶粒子结合,但几丁质酶与之的结合能力最弱。橡胶粒子经清洗后,作为橡胶粒子的主要膜蛋白,SRPP含量随着清洗次数增加明显降低,而REF蛋白含量变化不明显,可见SRPP与橡胶粒子膜的结合紧密程度不如REF;来自C-乳清和B-乳清的凝集相关蛋白随清洗次数增加也明显降低含量。体外孵育小橡胶粒子与不同的蛋白样品,结果表明,橡胶粒子可体外结合多种不同的蛋白,其中多种蛋白都与橡胶粒子的凝集有关。本研究对不同粒径橡胶粒子上结合的凝集相关蛋白进行了初步解析,旨在为阐明橡胶树排胶机制奠定基础。     

玉米自交系吉D284和吉D2417的创制与应用

玉米Reid群自交系PH6WC具有配合力高、自身产量高、商品品质优、种子早发性好、适宜精量播种的优点,不抗玉米大斑病。选用同为Reid群种质且高抗玉米大斑病的自交系33D22与其杂交作为选系基础材料,通过大群体、高密度、人工接种的方法育成抗大斑病、高产、优质、高配合力的自交系吉D284、吉D2417,以其作为亲本分别育成玉米新品种吉单616和吉单626,2021年通过吉林省审定。