数字植物研究进展:植物形态结构三维数字化

数字植物围绕农林植物生命、生产和生态系统的多维信息高效感知和认知的理论、技术和方法,通过多学科交叉合作,研究农林植物-环境3D数字化、高通量信息获取、情景感知、信息融合、结构和功能模拟、数字化设计和精准管理决策等数字农业的关键性、基础性以及共性理论和技术问题。植物形态结构的三维数字化是数字植物研究的重要组成部分,近年来很多学者从植物组织、器官、植株和群体等不同尺度,或者从植物根系和地上部等不同视角,围绕植物形态结构的参数测量、几何结构解析、三维模型构建、结构与功能建模,以及三维植物模型真实感展现等需要,开展了更深入的研究。在组织尺度方面,随着MRI、CT、显微成像等技术产品的不断成熟,使得利用这些先进测量仪器获取和测量植物组织内部结构数据成为可能,并被越来越多的研究者采用,成为进行植物内部形态结构测量和分析的有效手段。在植物根系的三维数字化方面,由于植物的根普遍生长在土壤里,观察和测量十分困难。虽然近年来XCT、MRI等穿透射线成像技术已越来越多地用于根系的形态结构探测,但这类技术往往仅能获取范围较小的根系局部数据,且价格昂贵。因此植物根系形态结构的准确、无损(原位)、快速测量仍然是一个挑战。在群体尺度方面,基于实测数据的三维重建逐渐成为植物群体三维重建的主要途径,研究者正试图从激光三维扫描仪获取的植物群体三维点云中提取群体的形态参数并实现群体的三维重构。而在三维植物模型的真实感绘制方面,如何准确地测量各种植物器官的光学特性并建立相应的数学模型是当前的研究重点,虽然已有不少研究者提出了相应的解决方案,但这些方法在便捷性和普适性方面仍然难以令人满意,有待更多深入研究。笔者最后结合相关领域的技术进展对数字植物的进一步研究进行了展望。     

景谷县尾巨桉2种营林技术综合效益评估

通过对景谷县尾巨桉最主要的2种营林技术综合效益进行评估,按照综合性、整周期、货币计量与实物计量相结合以及定性与定量相结合等原则,统计分析了每一种技术所需要的综合投入及产生的综合收益,应用向量归一化法和加权求和法得到综合投入和综合收益值。结果表明,营林技术A1投入高于A2,综合收益A1比A2高1倍,每个单位综合投入A1能够带来1.12个单位的固碳综合效益,A2只能带来0.69个单位的综合效益。因此,应当在景谷县及立地条件类似地区通过技术推广A1,逐步取代林农自行采用的营林方式A2,提高尾巨桉的营林综合效益。     

7种箬竹抗寒特性比较

为探明7种箬竹Indocalamusspp.的抗寒特性,利用叶绿素荧光技术测定了夜间低温胁迫后7种箬竹叶绿素荧光参数的日变化。结果表明:各种箬竹PSⅡ实际光化学量子产量日变化规律呈近似“W”型;广东箬竹Indocalamus guangdongensisPSⅡ光化学效率(Fv/Fm),PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)和PSⅡ实际光化学量子产量等参数值均低于其他箬竹种;小叶箬竹I.pumilus具有最高的初始荧光(Fo)和最大荧光(Fm)值;髯毛箬竹I.barbatus的Fv/Fm,Fv/Fo值均高于其他几种箬竹,说明广东箬竹最容易遭受低温胁迫,抗寒性差,而小叶箬竹和髯毛箬竹抵抗低温能力较强。可见,利用叶绿素荧光分析技术来鉴别箬竹种间抗寒性是可行的。图4表3参15     

乳化剂对樱桃谷鸭生产性能、肌肉品质和脂类代谢的影响

将540只1日龄樱桃谷鸭随机分为3组,每组6个重复,每重复30只,分别饲喂添加0(对照组)、200、400 mg·kg-1乳化剂的试验日粮,试验期为42 d,研究不同含量乳化剂对樱桃谷鸭生长性能、肌肉品质和脂类代谢的影响.结果表明:添加400 mg·kg-1乳化剂可显著降低樱桃谷鸭前期料重比(P<0.05),提高42 d体重(P<0.05);添加200 mg·kg-1乳化剂可显著降低胸肌48 h滴水损失(P<0.05),提高胸肌24 h的pH(P<0.05).与对照组和200 mg·kg-1乳化剂组相比,添加400 mg·kg-1乳化剂可显著提高血清中的甘油三酯(TG)含量(P<0.05).添加200 mg·kg-1乳化剂可显著降低血清中的低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)含量(P<0.05),添加乳化剂对血清中的高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、极低密度脂蛋白胆固醇(VLDL-C)和血清中的总胆固醇(TC)含量均无显著影响(P>0.05).结果提示,日粮中添加400 mg·kg-1乳化剂可提高樱桃谷鸭生产性能,添加200 mg·kg-1可改善胸肌肌肉品质,添加不同含量乳化剂均能不同程度改善脂类代谢.     

典型草原枯落物分解过程中官能团的动态特征

选择锡林浩特东部国家气候观象台的生态监测研究样地,对大针茅(Stipa grandis)、羊草(Leymus chinensis)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、知母(Anemarrhena asphodeloides)枯落物的化学结构特征进行阐释。结果表明:(1)枯落物分解速率呈先增大后减小的变化趋势,且知母枯落物分解速率高于大针茅、羊草和糙隐子草;枯落物总碳(TC)含量为富集-释放模式,在第120d时,知母枯落物TC含量高于其他3种植物。(2)大针茅、羊草、知母、糙隐子草枯落物所含的主要官能团为-OH;=C-H、-CH 2、-CH 3;C=O;C=O、C=C;C-O。(3)不同植物枯落物官能团含量在分解初期迅速减少,在分解后期减少趋势较为缓慢,与分解过程中枯落物的分解速率变化趋势一致;知母的含碳官能团含量在分解结束后最低,而羊草的则最大,且知母和糙隐子草损失量最大,与分解过程中枯落物TC含量的特征一致。(4)大针茅的支链化指数最大,羊草的最小;糙隐子草的芳香性指数最大,知母的最小。不同植物芳香性指数在分解初期迅速减少,在分解后期减少趋势较为缓慢,与分解速率变化趋势一致。     

饲料中添加不同水平的维生素D3对草鱼幼鱼生长和体成分的影响

本文以酪蛋白和脱脂豆粕为蛋白源,糊精为糖源,玉米油和豆油为脂肪源的半纯化饲料为基础饲料,研究维生素D3对草鱼(Ctenopharyngodon idellus)幼鱼生长及体成分的影响。维生素D3共设0,100,200,500,1000,2000,3000 IU/kg 7个添加梯度,每一梯度设3个重复,每个重复放养60尾初始体质量(3.86±0.34)g的草鱼,在(26.9±3)℃的流水系统中养殖8周。结果显示:维生素D3对草鱼幼鱼增重率、特定生长率、饲料系数、存活率、体水分、粗蛋白质、粗脂肪含量和血清钙浓度没有显著性影响(P>0.05);对照组和添加100 IU/kg维生素D3的试验组中,草鱼幼鱼的粗灰分显著低于其它试验组(P<0.05);与对照组相比,饲料中添加维生素D3对全鱼钙磷含量、血清磷离子浓度以及碱性磷酸酶活性影响显著(P<0.05)。根据维生素D3对全鱼钙磷含量的影响,草鱼幼鱼饲料中维生素D3适宜的添加量为1000 IU/kg。     

不同施肥措施对洞庭湖区旱地肥力及作物产量的影响

应用长期定位试验方法,研究了洞庭湖区非粮食作物棉花-油菜轮作下,农民习惯施肥(TF)、配方施肥(NPK)及有机肥和化肥不同配比模式[有机肥来源氮占配方肥总氮量的50%(50%OM)、30%(30%OM)和10%(10%OM)]的作物产量和土壤养分的变化,以期为相应作物种植制度下的合理施肥提供参考。研究结果表明:在本试验施肥量及有机无机肥配比下,有机肥和化肥配施显著提高了棉花和油菜的产量,且以50%OM处理产量最高,各处理产量的顺序为50%OM30%OM10%OMNPKTFCK(不施肥对照);当有机氮施用量占总氮量的50%时(50%OM处理),棉花和油菜产量分别比NPK处理高24.52%、29.57%,比习惯施肥(TF)处理分别高46.03%和49.07%。同时,施用有机肥各处理作物产量的年际变化均不到20%,明显小于NPK、TF和CK处理,即施用有机肥不仅能促进旱地作物高产,同时也能保证其稳产。有机肥与化肥配施能增加土壤有机质、全氮、碱解氮和速效钾含量,且以50%OM处理效果最好,与试验前比较的增加幅度分别达57.5%、38.2%、65.1%和48.1%;土壤有效磷含量有随施入磷素量的增加而增加趋势;而CK处理土壤有机质和养分含量则均呈逐年下降的趋势。各处理土壤有机质和养分含量(Y)随试验年限(X)的变化均可用方程式Y=a X+b来表示。在洞庭湖区肥力较高的旱地土壤中,合理的有机肥和化肥施用比例对保障非粮作物高产稳产和耕地地力提升尤为重要,且本试验条件下当有机肥来源氮占总施氮量的50%时能获得最佳效果。     

Plant regeneration via protoplast electrofusion in cassava

Protoplast electrofusion between callus protoplasts of cultivar TMS60444 and mesophyll protoplasts of cultivar SC8 was performed as an approach for the genetic improvement of cassava. The fusion products were subsequently cultured in protoplast culture medium(TM2 G) with gradual dilution for approximately 1–2 months. Then the protoplast-derived compact calli were transferred to suspension culture medium(SH) for suspension culture. The cultured products developed successively into embryos, mature embryos, and shoots on somatic embryo emerging medium(MSN), embryo maturation medium(CMM), and shoot elongation medium(CEM), respectively. And the shoots were then rooted on Murashige and Skoog(1962) medium(MS). Sixty-six cell lines were obtained and 12 of them developed into plantlets. Based on assessment of ploidy level and chromosome counting, four of these plantlets were tetraploid and the remaining eight were diploid. Based on assessment of ploidy level and simple sequence repeat(SSR) analysis, nine tetraploid cell lines, one diploid variant plant line and nine variant cell lines were obtained. The diploid variant plant line and the nine variant cell lines all showed partial loss of genetic material compared to that of the parent TMS60444, based on SSR patterns. These results showed that some new germplasm of cassava were created. In this study, a protocol for protoplast electrofusion was developed and validated. Another important conclusion from this work is the confirmation of a viable protocol for the regeneration of plants from cassava protoplasts. Going forward, we hope to provide technical guidance for cassava tissue culture, and also provide some useful inspiration and reference for further genetic improvement of cassava.