三角褐指藻GPAT生物信息学及表达差异分析

三羧酸甘油酯(TAG)是植物细胞中油脂的主要储存形式,甘油-3-磷酸酰基转移酶(GPAT)是TAG生物合成过程中的第1个限速酶。为探明三角褐指藻油脂含量变化与GPAT基因表达量之间的关系,本研究利用转录组测序结果设计引物,采用RT-PCR技术克隆了三角褐指藻GPAT的cDNA全长,并对其进行生物信息学分析;通过RT- qPCR研究不同光照强度和温度下三角褐指藻GPAT的表达差异及总脂含量。结果表明,三角褐指藻GPAT的cDNA全长序列为1 743 bp,含有1个长度为1 305 bp的ORF,编码434个氨基酸,含有3个保守序列区。保守结构域分析表明, 三角褐指藻GPAT属于LPLATs超家族,且具有GPAT特征性的酰基结合位点。系统进化分析表明,三角褐指藻GPAT与大洋洲海链藻的亲缘关系最近。RT- qPCR结果显示,随着光照强度和温度的提高,三角褐指藻GPAT表达量均呈先上升后下降的趋势,且在25℃、37.5 μmol·m^-2·s^-1时达到最大值,与藻体内总脂含量变化趋势一致;此外,GPAT表达量与总脂含量随着温度的变化呈显著正相关(r=0.980, P<0.05),推测三角褐指藻GPAT可能是三角褐指藻脂类代谢途径的关键基因。本研究为今后利用基因工程手段提高植物体内油脂含量提供了优质的基因资源,同时为进一步揭示三角褐指藻脂类物质合成的分子调控机制奠定了一定的理论基础。     

基于线结构激光传感器的土壤表面粗糙度测量方法研究

土壤表面粗糙度是农作物种植、灌溉和收获等田间管理必须考虑的作业参数,也是精准农业发展中亟待解决的关键问题之一。针对土壤表面粗糙度缺乏快速检测手段的问题,提出一种基于线结构激光传感器的土壤表面粗糙度测量方法。利用半导体红光激光器、CCD工业相机、计算机及支架等构建测量系统,采集土壤样本的表面图像数据,借助MATLAB获取其三维点云模型,实现土壤表面的三维曲面建模并计算曲面面积。定义土壤表面三维曲面面积与其平面面积的比值为表征土壤表面粗糙度的量,并通过对比4个颗粒度土壤样本的该值范围,确定了判别样本表面粗糙度的阈值。利用3种土槽旋耕土壤表面样本对系统和算法进行验证,比值处于1.214～1.939之间,检测结果均与样本实际特征相符合。该方法能够检测和判断土壤表面的颗粒粗糙程度。     

基于动态箱法的北京延庆区牛粪堆放CH4和N2O排放量估算

畜禽粪便堆放管理会造成甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)等温室气体的大量排放。通过联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)建议的排放系数等方法,可以实现对某一区域范围内畜禽粪便管理系统的温室气体排放总量的估算,但由于其排放受粪便管理、气候条件等因素的显著影响,直接套用IPCC的默认系数会产生较大的误差。为更加准确估算中国奶牛粪便管理所造成的CH_4、N_2O排放,该文在对北京延庆区奶牛生产与粪便管理模式进行了实地调研的基础上,采用动态箱法模拟了奶牛粪便不同季节短时自然堆放管理模式下的CH_4、N_2O排放过程,并对区域内的年温室气体排放总量进行了测算。研究结果表明,奶牛粪便在一个月的自然堆放管理模式下,每千克牛粪挥发性固体在春、夏、秋季的CH_4排放量分别为223.97、4 603.31、351.38 mg,每千克牛粪N_2O排放量分别为5.86、9.43、0.81 mg。2016年北京延庆区全年奶牛粪便CH_4、N_2O排放总量分别为13 342.50、347.87 kg。延庆区奶牛粪便堆放管理过程的CH_4排放因子为1.50kg/(头·a),小于IPCC指南中的1.78 kg/(头·a);受堆放时间较短的影响,N_2O的排放因子则显著小于IPCC的推荐值。若直接使用IPCC默认参数估算延庆区奶牛粪便堆放管理过程中的CH_4和N_2O排放量,会造成排放量的高估。     

我国喀斯特石漠化地区林下经济种植模式及问题分析

由于我国喀斯特石漠化地区人地矛盾突出、林地与土地利用率低、森林生态系统破坏严重,改善喀斯特地区森林生态系统的经济功能、防控石漠化恶性演替仍是当下亟需解决的艰巨任务。林下种植是一种经典的立体复合林业生产经营方式,能够实现林地资源最大利用化、缓解人多地少的矛盾、推动区域经济循环可持续发展、保障林农经济效益稳步增长,最终达到林业经济、农业发展和生态建设同步优化的目标。文中主要分析了喀斯特石漠化地区8种代表性林下种植模式的特征、效益及不足,并提出各林下种植模式关于结构优化升级、调整改善方面的核心对策,以期为喀斯特地区石漠化治理与林业发展提供理论支持与借鉴,确保生态、经济、社会效益的同步优化。     

省域土地人口经济多维协调格局及分区发展策略

为了实现玉米含水率的快速无损检测,该文利用精密阻抗分析仪和自制介电参数测量传感器通过500 mV的激励电压在1 kHz~5.462 MHz频率范围内测量了热风干燥过程中不同含水率与不同温度下玉米籽粒的介电常数?''和介电损耗?"。通过对双介电参数频谱的分析,对含水率回归模型建模频段进行了初步选择,以1.072~5.462 MHz之间15个测量频点的双介电参数和温度值T共计31维变量作为支持向量回归机（support vector regression,SVR）模型的输入全变量,分别利用竞争性自适应重加权算法（competitive adaptive reweighted sampling,CARS）、迭代保留信息变量算法（iteratively retains informative variables,IRIV）和CARS-IRIV联合算法筛选特征变量,建立全变量、CARS、IRIV和CARS-IRIV筛选特征变量与玉米籽粒含水率的SVR模型。引入鲸鱼优化算法（whale optimization algorithm,WOA）优化SVR模型参数c（惩罚因子）和g（核函数参数）,结果表明CARS-IRIV筛选特征变量（?''3.854MHz、?"3.854MHz、?''5.462MHz、?"5.462MHz、T）建立的SVR模型经WOA优化后（CARS-IRIV-WOA-SVR）具有最优的预测精度,预测集决定系数、预测集均方根误差和剩余预测偏差分别为0.998 4,0.40%和24.55,且模型复杂度最低。该研究为基于双介电参数和支持向量回归机实现玉米含水率快速无损检测提供了新的研究思路和基础数据。     

河北沽源县未利用地宜耕、宜建及生态风险综合评价

土地资源的紧缺,势必对粮食安全产生不良效应,影响整个社会生活的稳定。所以,对未利用地的整治开发,是补充和保护土地资源的重要举措。通过科学引导土地开发利用,分析未利用地宜耕、宜建及生态风险,综合评价其开发利用方向和功能分区,是目前土地工作的重点,可为解决土地供求冲突的途径指明方向。通过对河北沽源县未利用地进行宜耕、宜建及生态风险分析,并运用遗传算法和权衡模型对多重适宜性评价结果进行有效综合,初步划定其用地功能分区,可以解决多种开发方向间的牵制问题提供借鉴,为全国的相似区域未利用地资源整治提供前期有效示范。结果表明:(1)沽源县未利用地宜耕开发可划分为4个等级,多为二级宜耕未利用地,主要分布在县域北部和西南部;(2)宜建开发可分4个等级,多为一级宜建未利用地,主要集中在县域的中北部;(3)就未利用地的生态风险评价而言,可划分为五级,多为中低生态风险区,生态风险整体上表现为南高北低;(4)沽源县的未利用地可初步划分为耕作用地、建设用地、生态用地3种用地功能区,耕作用地功能区大多分布在县域西北部,建设用地功能区主要位于县域中部,生态用地功能区大多分散在县域南部。     

基于表面主要缺陷的锯材外观质量量化评价方法

【目的】提出一种锯材外观质量量化评价方法,探索锯材外观质量数字化检测与评价分级的可行性,为实现锯材外观质量的实时在线检测提供基础理论和技术支撑。【方法】建立由密闭暗室、光源、工业相机等组成的锯材表面缺陷在线检测系统,在稳定光环境下采集样本锯材彩色图像。基于图像处理技术开发软件试验系统,实现对锯材缺陷的检测和识别。分别建立节疤、孔洞和裂缝缺陷外观质量评价模型,并据此提出外观质量综合量化评价方法;通过与国家标准对照,验证本研究提出方法的科学性和可行性。【结果】量化评价方法与锯材材质指标等级进行对照,二者线性相关系数为0.85;锯材材质指标等级除了2级和3级对应的综合量化评价值分布比较分散、等级之间数据有部分交叉外,其他等级之间对应的综合量化评价值分布几乎没有交叉。量化评价方法与集成材层板外观质量要求进行对照,二者线性相关系数为0.88;锯材材质指标等级4级对应的综合量化评价值分布比较集中,与其他等级之间没有数据交叉;锯材材质指标等级1级、2级和3级相邻等级对应的综合量化评价值分布比较分散,等级之间数据有部分交叉,不相邻等级间数据分布没有交叉。【结论】综合量化评价值与依据有关国家标准确定的锯材材质指标等级、集成材层板外观质量要求的线性相关性相对较好,可为实现锯材外观质量数字化检测与评价奠定基础;通过调整模型有关影响系数,可满足不同树种和不同应用需求,以达到较好评价效果。     

不同马铃薯品种对Cd、Pb吸收累积的差异

采用田间试验法,以中南地区主要种植的11个马铃薯品种为研究对象,测定马铃薯植株各部位重金属Cd、Pb含量,探讨不同品种的马铃薯对Cd、Pb的吸收累积差异,为马铃薯的安全种植提供实践参考。结果表明:Cd—Pb复合污染下,马铃薯块茎鲜重、茎叶鲜重以及根、茎叶、块茎中Cd、Pb含量在品种间均表现出显著差异。11个马铃薯品种块茎Cd含量范围为0.39～0.67 mg/kg,超标率100%,块茎Pb含量为0.16～0.43 mg/kg,超标率81.8%。马铃薯各部位Cd、Pb含量均呈现根茎叶块茎的分布特点;马铃薯对Cd的富集系数为2.35～5.56,对Pb富集系数为0.11～0.22,马铃薯富集转运Cd的能力大于Pb。尽管复合重金属靶标危险系数(TTHQ)法评价显示,金湘等5种马铃薯的TTHQ值1,对人体健康风险较小,但结合块茎Cd、Pb含量,建议污染区种植的马铃薯作为工业原料使用更安全。     

Biostimulant effects of Bacillus strains on wheat from in vitro towards field conditions are modulated by nitrogen supply

Bacillus velezensis strains, belonging to plant growth‐promoting rhizobacteria (PGPR), are increasingly used as microbial biostimulant. However, their field application to winter wheat under temperate climate remains poorly documented. Therefore, three B. velezensis strains IT45, FZB24 and FZB42 were tested for their efficacy under these conditions. Two biological interaction systems were firstly developed under gnotobiotic and greenhouse conditions combined with sterile or non‐sterile soil, respectively, and finally assayed in the field during two years coupled with different N fertilization rates. Under gnotobiotic conditions, all three strains significantly increased root growth of 14 d‐old spring and winter wheat seedlings. In the greenhouse using non‐sterile soil, only FZB24 significantly increased root biomass of spring wheat (+31%). The three strains were able to improve nutrient uptake of the spring wheat grown in the greenhouse, particularly for the micronutrients Fe, Mn, Zn, and Cu, but the observed increases in nutrient uptake were dependent on the organs and the elements. The root biomass increases in inoculated plants coincided with lowered nutrient concentrations of P and K. In 2014, under field conditions and absence of any N fertilizer supply, FZB24 significantly increased grain yields by 983 kg ha^?1, or 14.9%, in relation to non‐inoculated controls. The three strains in the 2015 field trial failed to confirm the previous positive results, likely due to the low temperatures occurring during and after inoculations. The Zeleny sedimentation value, indicative of flour quality, was unaffected by the inoculants. The results are discussed in the perspective of bacterial application to wheat under temperate agricultural practices.