马铃薯低温响应的ScmiR390-5p及其靶基因表达与结构分析

【目的】研究马铃薯富含亮氨酸重复序列(leucine-rich repeat receptor-like protein kinase LRR-RLK)类受体蛋白激酶基因SCLRRK1受miR390（ScmiR390-5p）调控响应非生物胁迫的机理。【方法】通过低温响应马铃薯miRNA测序分析与靶基因预测,发现ScmiR390-5p通过调控1个可能的LRR类受体蛋白激酶基因对低温做出响应;利用实时荧光定量PCR技术（Quantitative Real-time PCR,RT-qPCR）验证ScmiR390-5p和SCLRRK1响应低温胁迫的表达情况;利用RLM-5′RACE确定ScmiR390-5p作用于SCLRRK1的切割位点;利用PCR技术克隆得到SCLRRK1的DNA序列和CDS序列,生物信息学分析SCLRRK1的结构和功能;利用RT-qPCR分析ScmiR390-5p/SCLRRK1在马铃薯各组织中的表达情况及其响应各种非生物胁迫的表达情况。【结果】RT-qPCR结果表明,低温诱导ScmiR390-5p表达,SCLRRK1的表达则受到低温的抑制,ScmiR390-5p和SCLRRK1的表达在低温胁迫下呈负相关性;RLM-5′RACE分析表明,ScmiR390-5p作用于SCLRRK1的切割位点是ATTCCT//CCTGAGTT,马铃薯ScmiR390-5p/SCLRRK1调控模块在低温响应中起作用。克隆结果表明SCLRRK1的CDS序列长度为2 685 bp,编码894个氨基酸,DNA序列长度为3 549 bp,含有1个内含子、2个外显子、3′非编码区和5′非编码区,ScmiR390-5p的靶位点位于SCLRRK1 CDS序列内部（960—981 bp,GGAACTATTCCTCCTGAGTTT）。生物信息学显示SCLRRK1是1个富含亮氨酸重复序列(leucine-richrepeat,LRR)的类受体蛋白激酶基因,编码的蛋白属于跨膜分泌蛋白。马铃薯组织表达RT-qPCR分析显示,ScmiR390-5p在叶中的表达量最高,根次之,茎中（地上茎、块茎和匍匐茎）表达量较低;而SCLRRK1的表达情况与ScmiR390-5p相反,其在叶中的表达最低,在茎中表达最高（匍匐茎>块茎>地上茎）。多种非生物胁迫结果显示,ScmiR390-5p和SCLRRK1表达在NaCl胁迫下呈负相关,ScmiR390-5p受到NaCl胁迫诱导表达。与对照相比,ABA和6-BA处理下ScmiR390-5p表达先下降之后呈波浪小幅回调;6-BA处理下SCLRRK1表达持续升高,ABA处理下SCLRRK1表达先上升后下降。GA₃、PEG和IAA处理8 h时,ScmiR390-5p的表达达到峰值,GA₃、PEG和IAA处理都能诱导SCLRRK1表达,但其变化趋势与ScmiR390-5p相关性不强。【结论】SCLRRK1具备编码LRR类受体蛋白激酶的核酸、氨基酸序列和结构基础,是ScmiR390-5p的靶基因;ScmiR390-5p/SCLRRK1调控模块在马铃薯组织器官中具备明显作用;ScmiR390-5p在转录后水平通过抑制马铃薯SCLRRK1的表达对低温胁迫做出响应,同时,马铃薯ScmiR390-5p/SCLRRK1调控模块在NaCl和6-BA胁迫响应中起作用,但不对ABA、GA₃、IAA和PEG胁迫做出响应,ScmiR390-5p和SCLRRK1分别在转录水平受到ABA、GA₃、IAA和PEG胁迫信号调控。     

黄淮海夏玉米主产区茎腐病主要病原菌及优势种分析

【目的】 明确黄淮海夏玉米主产区玉米茎腐病的主要病原菌组成及优势种,为病原菌致病机制、抗性育种及茎腐病防治提供依据。【方法】 于2014—2017年采集黄淮海夏玉米主产区3个省（河北、河南、山东）的玉米茎腐病样本850份。通过形态学、通用引物和特异引物对病组织分离物进行鉴定,并采用上述引物直接检测病组织。整合分析分离物鉴定法和组织分子检测法的结果以确定玉米茎腐病的主要病原菌及优势种;分析主要病原菌在各省间以及同一省份不同年度的检出率,揭示主要病原菌的种群动态变化;分析单个样本中病原菌的检出率,探讨多种病原菌的共存模式。【结果】 有667份样本检测出真菌或卵菌,占总样本的78.47%;年度间样本检出率存在差异,2014年的检出率不足50%,而2015—2017年的检出率相近,均高于90%。在所有样本中共检出20属46种真菌或卵菌,其中镰孢菌（Fusarium spp.）的检出率最高,为89.96%,包括禾谷镰孢复合种（F. graminearum species complex）、层出镰孢（F. proliferatum）、拟轮枝镰孢（F. verticillioides）、厚垣镰孢（F. chlamydosporum）、亚粘团镰孢（F. subglutinans）、尖镰孢（F. oxysporum）、黄色镰孢（F. culmorum）、藤仓镰孢（F. fujikuroi）、变红镰孢（F. incarnatum）、木贼镰孢（F. equiseti）和茄镰孢（F. solani）11个种;腐霉菌（Pythium spp.）的检出率为34.18%,包括芒孢腐霉（P. aristosporum）、禾生腐霉（P. graminicola）、棘腐霉（P. acanthicum）、孤雌腐霉（P. amasculinum）和寡雄腐霉（P. oligandrum）5个种。拟轮枝镰孢、禾谷镰孢复合种、芒孢腐霉和层出镰孢为4种主要病原菌,检出率依次为62.07%、46.93%、29.09%和28.04%,其中拟轮枝镰孢为优势种。各省之间,上述4种主要病原菌的检出率存在一定差异。拟轮枝镰孢在河北省的检出率为73.98%,明显高于该菌在河南省和山东省的检出率;禾谷镰孢复合种在3个省的检出率相近;层出镰孢和芒孢腐霉在山东省的检出率分别为35.78%和34.31%,均高于在其他两省的检出率。同一省份不同年度上述4种主要病原菌的检出率呈动态变化,其中任何一种病原菌均有可能上升为优势种。进一步分析表明,单个样本中可以检测出一种或多种病原菌,检测出1种菌的样本占38.38%,检出2种和3种病原菌的样本分别占29.24%和19.04%;2种及以上病原菌共存以镰孢菌和腐霉菌、镰孢菌和镰孢菌模式为主。【结论】 黄淮海夏玉米主产区茎腐病主要病原菌为拟轮枝镰孢、禾谷镰孢复合种、芒孢腐霉和层出镰孢,其中拟轮枝镰孢为优势种;拟轮枝镰孢在河北省的检出率最高,层出镰孢和芒孢腐霉在山东省的检出率最高,禾谷镰孢复合种在3个省的检出率相近;单个样本中存在多种病原菌共存的模式。     

白背飞虱海藻糖合成酶基因调控几丁质合成的功能

【背景】 海藻糖合成酶（trehalose-6-phosphate synthase,TPS）在海藻糖合成中起着重要作用,其能够介导海藻糖代谢调控几丁质合成及昆虫发育。【目的】 本研究通过抑制白背飞虱（Sogatella furcifera）TPS的表达,检测RNAi沉默SfTPS效果,观察白背飞虱蜕皮状况,测定几丁质含量及几丁质合成酶（chitin synthase,CHS）基因的定量表达,探究SfTPS在白背飞虱几丁质合成中的潜在调控作用。【方法】 利用注射法RNAi技术,以实验室饲养多年的白背飞虱种群为试验材料,体外合成两个SfTPS（SfTPS1和SfTPS2）与GFP的双链RNA（dsRNA）后,分别注射到白背飞虱体内抑制TPS。首先,在dsRNA注射后48 h采用Trizol法提取白背飞虱的总RNA,反转录并合成第一链DNA后,采用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术检测TPS表达沉默情况,以确定RNAi的效果;其次,测定dsRNA注射后48 h和72 h白背飞虱整体几丁质含量并对翅发育畸形虫体进行拍照;最后,采用qRT-PCR技术检测白背飞虱SfCHS在mRNA水平上的相对表达量变化,分析SfTPS1和SfTPS2在几丁质合成调控中的作用。【结果】 与注射dsGFP相比较,dsSfTPS1和dsSfTPS2的RNA注射后,能够促进SfCHS表达量上升,几丁质含量增加,白背飞虱成虫翅出现畸形。qRT-PCR结果显示,单个SfTPS dsRNA注射后本基因的表达能够被极显著抑制,与注射dsGFP相比,不足对照组表达量的30%,且单个SfTPS的dsRNA注射后,另外一个SfTPS表达同样显著下降;dsSfTPS1和dsSfTPS2注射后,白背飞虱成虫翅均为长翅,出现一定比例的翅卷曲等畸形情况,其后48 h和72 h产生一定的死亡率;几丁质含量检测发现,SfTPS1和SfTPS2的dsRNA注射后72 h,几丁质含量显著上升。与注射dsGFP对照组相比较,SfCHS1与SfCHS1a表达量在dsSfTPS1注射后72 h极显著上升,在dsSfTPS2注射后48 h和72 h时极显著上升,且dsSfTPS1和dsSfTPS2注射后SfCHS1b的表达极显著增加。【结论】 SfTPS能够通过调控白背飞虱几丁质合成酶基因的表达来控制几丁质的合成,研究结果有助于评价SfTPS在白背飞虱等昆虫中的调控作用并作为潜在控害靶标,为进一步开展和筛选有效的海藻糖合成酶抑制剂控制白背飞虱等害虫提供理论依据。     

大豆种皮裂纹的研究进展

大豆是我国重要的经济作物,大豆种皮在不同的胁迫条件下会开裂形成裂纹。大豆种皮裂纹性状不仅会降低大豆种子的外观表现,还会影响种子的贮藏能力及活力,从而降低了大豆种子的商品价值。尽管人们早已注意到种皮裂纹这一性状,但国内外详细研究这方面的内容并不多。鉴于此,综述了大豆种皮构成、种皮裂纹的特点、引起种皮开裂的因素、裂纹的遗传分析、裂纹检测识别技术以及降低裂纹率措施研究进展,为未来大豆的抗种皮裂纹育种及种子加工贮藏提供可借鉴的理论依据。     

Antimicrobial effects of black rice extract on Helicobacter pylori infection in Mongolian gerbil

It has been reported that cyanidin 3-O-glucoside (C3G) is an inhibitor of Helicobacter pylori toxin secretion. C3G is classified as an anthocyanin and is a major component of black rice extract (BRE). The present study aimed to identify a new functional food material to prevent H. pylori infection in Mongolian gerbil model. Toxicity in the liver and kidney were not detected after BRE administration (10 or 50 mg/kg). BRE treatment reduced bacterial colonization in animal gastric tissue, as well as infection signs as observed on the analysis of the hematological data. It was also found that the relative mRNA levels of the inflammatory cytokines were reduced in BRE-treated groups. These findings suggest that BRE acts as a potent inhibitor of H. pylori infection and pathogenesis in Mongolian gerbils. We propose that BRE may be used to manage gastroduodenal diseases caused by H. pylori infection.     

管道泄漏分布式光纤监测时-空大数据分析方法

分布式光纤传感器能够灵敏地感知管道任意位置泄漏导致的局部温度变化,但是海量监测数据却具有显著的时-空非平稳性特征,难以直接根据监测数据进行泄漏诊断。在统计模式识别框架下,提出一种基于滑动窗口离群值分析的时-空大数据分析方法,仅利用分布式温度监测数据的内秉特征即可实现管道泄漏的智能化识别,确定了滑动窗口长度和异常状态诊断窗口长度的取值方法,并且进行了原型保温钢管泄漏监测的物理模拟。结果表明:在管道完好的状态下,该方法不会发生误报警的情况,而管道一旦发生泄漏,该方法能够快速识别管道泄漏事件,并对泄漏位置进行精准定位。该方法是一种无监督的人工智能大数据处理方法,在埋地管道泄漏监测中具有良好的应用前景。     

成品油上倾管道油水两相流相分布识别方法

成品油携水沿上倾管道流动会产生复杂的流动型态,准确识别油水两相在上倾管道中的分布特征是深入认识油携水规律的基础。针对实验中采集的上倾管油水两相流图像,提出一种基于图像处理的上倾管道油水两相分布特征识别方法:将原始图像转化为灰度图像,剔除图像中的无用信息;调整图像的灰度,以提升对比度,凸显图像细节;对图像进行中值滤波处理,消除图像拍摄过程中的随机噪声;对图像进行边缘检测,分割出油水两相边界,识别出相分布特征。该方法可以分割出清晰的油水两相边界,从而识别出管道中油水两相流的相分布特征。研究成果适用于各种工况下油水两相相分布特征识别,为多相流图像处理特别是流型识别提供了指导。     

全球漏磁管道检测技术发明专利发展趋势

漏磁管道检测技术是一种应用较为广泛的无损检测技术。为了帮助中国企业了解更多的行业竞争态势,合理制定企业知识产权布局,对近年来漏磁检测技术相关专利信息进行了系统梳理。通过检索全球漏磁管道检测技术领域的专利信息,分析了漏磁管道检测技术在全球的专利布局情况和主要国家、主要申请人的专利布局策略。研究结果表明:近年来中国在漏磁管道检测技术方面的专利申请量和公开量增长迅猛,国外申请量保持平稳态势;国外主要申请人全部为企业,而中国主要申请人为高校、科研院所等,说明中国有大量研究成果尚停留在实验室阶段,有待实现产业应用。     

多通道深度可分离卷积模型实时识别复杂背景下甜菜与杂草

针对实际复杂田间环境下杂草与作物识别精度低和实时性差的问题,为减少弱光环境对分割识别效果的影响,实现甜菜与杂草的实时精确分割识别,该文首先将可见光图像进行对比度增强,再将近红外与可见光图像融合为4通道图像;将深度可分离卷积以及残差块构成分割识别模型的卷积层,减少模型参数量及计算量,构建编码与解码结构并融合底层特征,细化分割边界。以分割识别精度、参数量以及运行效率为评价指标,通过设置不同宽度系数以及输入图像分辨率选出最优模型。试验结果表明:本文模型的平均交并比达到87.58%,平均像素准确率为99.19%,帧频可达42.064帧/s,参数量仅为525 763,具有较高分割识别精度和较好实时性。该方法有效实现了甜菜与杂草的精确实时识别,可为后续机器人精确除草提供理论参考。     

猪体三维电学模型构建与验证

针对剩余电流保护装置因保护死区造成的投运率低和误动作问题,构建生物体的电学模型,获取大量的触电信号,进一步研究触电电流与剩余电流间的相互关系,可为解决保护装置存在的上述问题奠定基础。该文以猪为研究对象,采用Otsu算法将CCD相机采集的标准图像二值化,利用Canny边缘检测法提取图像轮廓并细化,在对图像归一化处理的基础上采用圆弧拟合法获取猪体轮廓关键点,并运用整体变换法获得猪体514个关键点的三维空间坐标,在ANSYS平台上建立猪的三维实体模型;基于修正系数法研究猪体组织介电特性的基础上,构建猪的电学模型并进行触电仿真试验。结果表明：触电电压相同时,面接触触电方式,左前肢-左后肢和左前肢-右后肢触电路径下平均电流密度分别为0.973和0.641 A/m2,线接触触电时分别为0.782和0.579 A/m2;相同触电方式下,左前肢-左后肢触电路径中的电流密度大于左前肢-右后肢触电路径中的电流密度,相同触电路径下,面接触触电方式触电电流密度大于线接触触电的电流密度;2种触电方式下各30组数据,触电仿真电流与触电物理试验获得电流的平均相对误差为3.5%,该电学模型在生物体触电仿真研究中可行。研究结果可为进一步研究人体电学模型提供参考。