基于ST-LSTM的植物生长发育预测模型

提早预知植物生长发育是智能育种过程的重要组成部分,针对植物表型难以精准预测和模拟的问题,利用植物生长发育的空间和时间依赖性,提出了一种基于时空长短时记忆网络（Spatiotemporal long short-term memory, ST-LSTM）的植物生长发育预测模型,实现植物生长发育的预测。首先,通过微调Mask R-CNN模型实现识别、提取植物掩模,预处理具有时空相关性的植物生长发育图像序列,构建植物生长发育预测数据集。然后,基于ST-LSTM建立植物生长发育预测模型,利用历史生长发育图像序列,融合时空深度特征,预测植物未来的生长发育图像序列。研究结果表明,所提出模型预测的图像序列与生长发育实际图像序列具有较高的一致性和相似性,首个预测时间节点的结构相似度为0.874 1,均方误差为17.10,峰值信噪比为30.83,测试集的冠层叶面积、冠幅和叶片数预测R²分别为0.961 9、0.908 7和0.915 8。该研究实现了基于植物生长发育图像序列的生长发育预测,有效减少了田间反复试验的时间、土地和人力成本,为提高智能育种效率提供了参考。     

烟台地区樱桃茎腐病病原菌、致病性及流行条件

【目的】从田间分离并鉴定樱桃茎腐病病原菌,探究病菌对不同品种樱桃叶片、新梢及木质化枝条的致病性及病害的流行动态和流行条件,为病害的防治及品种选育提供科学依据。【方法】从烟台地区樱桃苗圃分离得到樱桃茎腐病病原菌菌株P1639,进行初步形态学和分子生物学鉴定;通过室内试验测定菌株P1639对5个属和1个属间杂交种共17个樱桃品种的致病性,测定对‘先锋’的叶片、新生枝条和木质化枝条的致病性;连续4 a(年)对樱桃茎腐病的发生情况进行田间调查,分析病害流行动态及流行条件。【结果】从田间分离得到病原菌菌株P1639,通过形态学和分子生物学鉴定樱桃茎腐病的病原菌为烟草疫霉(Phytophthora nicotianae);确定了菌株P1639对‘黑珍珠’‘红灯’‘艳阳’‘先锋’‘明珠’‘拉宾斯’‘萨米脱’‘美早’‘桑提娜’‘晚丰’‘布鲁克斯’11个甜樱桃品种均致病,而对‘大青叶’‘马哈利’‘吉塞拉6号’‘ZY-1’‘东北山樱’和‘樱砧王’6个樱桃砧木品种均不致病;菌株P1639能够侵染‘先锋’樱桃叶片和当年的新生幼嫩枝条,不能侵染木质化枝条;樱桃茎腐病的发生与温度、降雨量、湿度密切相关,在7月多雨的年份容易大发生。【结论】烟台地区樱桃茎腐病的病原菌对欧洲甜樱桃(Prunus avium)具有较强的致病力,而对中国樱桃(P.pseudocerasus)、马哈利樱桃(P.mahaleb)、山樱花(P.serrulata)、欧洲酸樱桃(P.cerasus)4个属及酸樱桃(P.cerasus)和灰毛叶樱桃(P.canescens)的杂交种‘ZY-1’均不致病;该病原菌能够侵染欧洲甜樱桃的叶片和当年生新梢,不能侵染木质化枝条;烟台地区樱桃茎腐病的发生与温度、降雨量、湿度密切相关,大爆发于高温多雨年份的夏季。     

白叶枯病菌效应子XopN在拥有OsSWEET11同源基因的水稻品种上发挥毒性作用

【目的】黄单胞菌细胞外泌蛋白质(Xanthomonas outer proteins, Xops)是植物病原黄单胞菌高度保守的毒性效应子或毒性辅助组分,通过细菌Ⅲ型分泌系统分泌到细菌细胞外部,然后转入植物细胞而发挥病理作用。水稻黄单胞菌水稻致病变种即水稻白叶枯病菌的标准菌株PXO99^A分泌的XopN是一种毒性效应子,通过影响寄主免疫反应而使水稻发病。但是,XopN对病菌毒性的影响是否因水稻品种的不同而异,还有待研究。【方法】利用同源双交换技术,先敲除了PXO99^A的XopN基因,获得了∆XopN突变体,又经过遗传互补,得到了回补菌株∆XopN/XopN。通过营养肉汤液体培养,测定了XopN对病菌繁殖能力的影响;根据文献选用14个水稻品种,通过接种实验,测定了PXO99^A对这些品种的毒性与XopN敲除或回补的影响;在XopN发挥毒性作用的水稻品种上,测定了隐性抗病基因OsSWEET11/xa13与显性感病基因OsSWEET11/Xa13受病菌侵染而表达的情况,分析了XopN敲除或回补的影响。【结果】在营养肉汤液体培养过程中,病菌突变体菌株∆XopN的繁殖速度明显低于野生型PXO99^A。PXO99^A、∆XopN和∆XopN/XopN接种水稻后,根据其在水稻叶片组织内的繁殖量及随后产生的白叶枯病症状的严重程度,将供试的14个水稻品种分为两种情况。一是感病程度与病菌XopN是否敲除或回补无关,这有10个水稻品种（IRBB1、IRBB3、IRBB8、IRBB10、IRBB14、IR24、IRBB203、IRBB204、IRBB205和IRBB211）,PXO99^A、∆XopN和∆XopN/XopN对它们的毒性无明显差别。二是XopN对病菌毒性发挥作用的水稻品种,包括高度感病的3个品种（IRBB208、Asominori和日本晴）和低感品种IRBB13。与PXO99^A或∆XopN/XopN相比,∆XopN对这4个水稻品种的毒性大为降低。在IRBB13上,病菌侵染对隐性抗病基因OsSWEET11/xa13在叶片内的表达发生抑制作用,这一效应与XopN的毒性功能相关。相反,日本晴显性感病基因OsSWEET11/Xa13却受病菌侵染的诱导,在叶片内的表达水平大幅度提高。IRBB208和Asominori携带OsSWEET11/Xa13同源基因,该同源基因在叶片内的表达水平也因病菌侵染而大幅提高。在这4个水稻品种上,PXO99^A和∆XopN/XopN能够诱导OsSWEET11/Xa13或其同源基因表达,但∆XopN无此作用。另外,XopN对病菌在非寄主植物烟草上诱发过敏反应有量变贡献,相比PXO99^A或∆XopN/XopN,∆XopN引起过敏反应的程度有所降低。【结论】XopN是一个有限广谱性效应子,在拥有OsSWEET11同源基因的水稻品种上发挥毒性作用。XopN也是病菌繁殖所需要的,对病菌在非寄主植物上诱导过敏反应有一定贡献。     

普通小麦-长穗偃麦草杂种衍生后代SNTE0923形态学、细胞学和白粉病抗性鉴定

对长穗偃麦草(Thinopurum ponticum,2n=70)与普通小麦品种烟农15的杂种衍生后代SNTE0923进行形态学、细胞学和白粉病抗性鉴定,初步筛选出抗白粉病普通小麦-长穗偃麦草育种新材料,为抗白粉病基因遗传学研究和小麦抗白粉病品种改良提供新的种质资源。对杂种衍生后代材料SNTE0923进行考种,形态学观察,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ和根尖染色体有丝分裂中期观察并进行白粉病抗性鉴定,结果表明:杂种后代材料SNTE0923的株高介于亲本长穗偃麦草和普通小麦之间,穗较长,有芒,群体整齐度较好;体细胞染色体数目鉴定为2n=42,花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体配对情况表明,大部分单株染色体构型为21Ⅱ,极个别在后期Ⅰ发现一定数量的染色体桥和落后染色体;白粉病抗性鉴定表明SNTE0923对白粉病有较高的抗性。杂种衍生后代材料SNTE0923绝大部分单株在遗传上趋于稳定,并且高抗白粉病,通过选育,可以做为抗小麦白粉病育种新的种质资源。     

小麦产量性状与粒重性状的遗传分析

以小麦6044×01-35杂交后获得的重组自交系群体为试材,对其产量性状与粒重性状予以遗传分析。结果表明,重组自交系群体产量性状均呈正态分布,有不同程度的变异;单穗粒重与穗长和千粒重呈极显著正相关,与单株穗数、行总粒重呈极显著负相关,与株高呈显著负相关;广义遗传力较高的为株高、穗下节间长、穗长、单株粒重和单穗粒重;由主成分分析可知,对穗粒重贡献最大的是单株粒重、穗下节间长、穗长、单株穗数;通过逐步回归分析和通径分析,单株粒重对单穗粒重有促进作用,直接通径系数最大,单株穗数对单穗粒重的负效应最高。     

菇渣水苔复合基质对草莓生长、产量及品质的影响

以草莓品种丰香为试材,以菇渣为对照,将菇渣与水苔按不同质量比混配成栽培基质,研究不同配比的新型基质对草莓生长、产量及品质的影响。结果表明,不同配比的新型基质理化性状(EC值、p H值、容重、比重、孔隙度)均适合草莓生长,混配基质栽培的草莓茎粗、叶面积、还原糖、维生素C、可溶性蛋白及果实产量均优于对照,以菇渣∶水苔=15∶1的处理更能显著提高草莓生长量,提高果实产量及品质。     

硫包膜控释尿素和树脂包膜控释尿素混施对番茄生长及氮代谢酶活性的影响

在日光温室盆栽条件下,研究了尿素(U)、硫包膜控释尿素(SCU,控释期4个月)和树脂包膜控释尿素(RCU,控释期6个月)混施(各提供50%氮素)在同等氮素及减氮30%、50%条件下,对番茄生长、光合作用及氮代谢相关酶活性的影响。结果表明,所有取样时期,番茄叶片中叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)和类胡萝卜素(Car)含量、净光合速率(Pn)及硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸合成酶(GOGAT)活性均随氮素用量减少而下降,进而表现为番茄株高和茎粗随之降低。同等氮素条件下定植30 d后,硫包膜控释尿素和树脂包膜控释尿素混施处理其NR、GS和GOGAT活性均低于尿素处理,Chla、Chlb、Car含量和Pn无显著差异;定植60 d和90 d后,硫包膜控释尿素和树脂包膜控释尿素混施处理所有指标均高于尿素,且定植60 d后,在减氮30%条件下,其叶片中Chla、Chlb、Car含量、Pn及NR、GS和GOGAT活性与100%尿素处理差异不显著,番茄株高和茎粗长势良好。综上所述,硫包膜控释尿素和树脂包膜控释尿素混施在番茄生长中后期养分释放规律与番茄需肥规律基本一致,能促进光合色素合成和氮代谢相关酶活性,延缓叶片衰老,更有利于番茄产量的提高。     

藁城8901与豫麦50籽粒淀粉粒的粒度分布特征

为研究小麦籽粒发育过程中胚乳淀粉粒形成与粒度分布特征,以小麦品种藁城8901与豫麦50为材料,研究了籽粒胚乳淀粉粒形成、生长与分布特征。结果表明,花后4d,小麦胚乳出现不同范围大小的淀粉粒,最大粒径8μm。花后7d,籽粒中淀粉粒增多增大,最大粒径20μm左右。花后10~14d,淀粉粒体积继续增大,并产生了一个新的小淀粉粒群体。花后17d,淀粉粒以体积增大为主。花后21d,淀粉粒最大粒径较成熟期变化较小。花后24d,小于0.6μm的淀粉粒数目急剧增加,大于0.6μm的淀粉粒数目占比则明显减少,表明这一时期又产生了一个新淀粉粒群体(后期形成的B型淀粉粒)。花后24~28d,小于0.6μm的淀粉粒数目仍不断增加,而直径较大的淀粉粒数目增加减少,表明籽粒中新淀粉粒的产生仍在继续,但以小粒径淀粉粒为主。花后28d至成熟期,最小粒径淀粉粒进一步生长,其他淀粉粒粒径变化相对较小。     

果园除草剂药害产生原因探究

果园杂草控制是土壤管理的一个重要方面,近年来果园除草剂应用趋向普及化、常规化,但由于人为或环境因素,常观察到果园发生除草剂药害的情况。概述了果园除草剂产生药害的几种原因,以引起果农的重视,避免药害的发生。     

除草剂对巨峰葡萄果实品质的影响

选择10年生巨峰葡萄园,研究了生长季使用除草剂对成熟期葡萄品质的影响。结果表明,使用高浓度乙草胺、乙羧氟草醚和百草枯复合除草剂后,降低了葡萄果实可溶性固形物含量和花青素含量;第2年使用高浓度的乙羧氟草醚单剂,降低了葡萄果实可溶性固形物含量、花青素含量和维生素C含量。表明除草剂的使用降低了巨峰葡萄的果实品质。