基于机器学习的棉花叶面积指数监测

为实现基于机器学习和无人机高光谱影像进行棉花全生育期叶面积指数（Leaf Area Index, LAI）监测,该研究基于大田种植滴灌棉花,在不同品种及不同施氮处理的小区试验基础上,对无人机获取的高光谱数据分别采用一阶导（First Derivative, FDR）、二阶导（Second Derivative, SDR）、SG（Savitzky-Golay）平滑和多元散射校正（Multiplicative Scatter Correction, MSC）进行预处理,并结合Pearson相关系数法、连续投影（Successive Projections Algorithm, SPA）、随机蛙跳（Shuffled Frog Leaping Algorithm, SFLA）和竞争性自适应重加权（Competitive Adaptive Reweighting, CARS）筛选敏感波段,将筛选出的波段使用偏最小二乘回归（Partial Least Squares Regression, PLSR）、支持向量回归（Support Vector Regression, SVR）和随机森林回归（Random Forest Regression, RFR）3种机器学习算法构建棉花LAI监测模型。结果表明：棉花冠层LAI敏感响应波段集中在可见光（400～780 nm）和近红外（900 nm之后）波段;对比3种机器学习算法,各预处理下RFR建立的LAI监测模型精度最高,稳定性最好,其中以FDR-SFLA-RFR模型最佳,在建模集的决定系数为0.74,均方根误差为1.648 3,相对均方根误差为26.39%;验证集的决定系数、均方根误差分别为0.67和1.622 0,相对均方根误差为25.97%。该研究基于无人机获取的棉花冠层光谱反射率,从不同光谱预处理、波段筛选及建模方法建立的模型中筛选出最佳估算模型用于棉花全生育期LAI监测,研究结果可为棉花大田精准管理及变量施肥提供依据。     

马尾松地理起源及进化繁衍规律的探讨地

通过地史变迁、冰川影响、地形特点、生态条件的分析与植株原始形态的调查检测,提出四川盆地的马尾松种源是我国古老马尾松的原始类型。由于盆地的特殊地形,使马尾松渡过冰期的影响得以保存而生长到现在。经检测该地区马尾松针叶树脂道数目最少,只有大多数种源的一半,条叶型苗木比例最高,比大多数种源高 2-6倍。树脂道少与条叶型苗木多都是较为原始的形态特征,证明四川盆地种源属于原始类型,是马尾松地理起源种群。     

5个园林树种滞尘能力与叶表形态及颗粒物粒径的关系

目的 研究园林树种叶片滞尘能力与叶表结构及颗粒物特征的关系,为筛选优良园林绿化树种、提高植被的滞尘效应提供科学依据。 方法 以杭州市富阳区5个常见园林绿化树种（红花檵木、海桐、红叶石楠、桂花和香樟）为研究对象,分别在工业区、交通区和清洁区进行采样,采用质量差值法测定植物对不同粒径颗粒物的滞留能力,利用扫描电镜及能谱仪观测植物叶表面结构、颗粒物形貌特征及所含元素,分析叶片表面结构、颗粒物形态、粒径大小与植株滞尘能力的相互关系。 结果 在工业区中绿化树种对总颗粒物的滞留量大小为：红花檵木（7.36 g·m−2） > 桂花（6.53 g·m−2） > 海桐（6.44 g·m−2） > 红叶石楠（4.28 g·m−2） > 香樟（2.59 g·m−2）,交通区和清洁区也呈现同样的规律。不同功能区绿化树种对PM10的总滞留量达11.34 g·m−2,不同树种的滞留能力依次为红花檵木、海桐、红叶石楠、桂花和香樟。不同功能区内绿化树种对颗粒物的滞留量呈现工业区 > 交通区 > 清洁区的趋势;植物叶片滞留的颗粒物形态可分为规则和不规则两类,常见球形、椭圆形、蓬松状聚合体、链状聚合体、不规则块状、不规则片状等。 结论 各功能区内,均以红花檵木的滞尘量最大,香樟的滞尘量最小;叶片滞留颗粒物中粗颗粒物占比大于细颗粒物;叶片滞留的颗粒物多为烟尘集合体和矿物颗粒。     

常态下景天科室内观赏植物释放负离子的研究

目的为景天科拟石莲花属植物规模化繁殖和生产提供依据。方法以景天科拟石莲花属植物雪莲种子、红边月影、女雏、花乃井和小蓝衣叶片以及3种播种基质(V_{泥炭土422#}∶V_珍珠岩=3∶2、V_{泥炭土680#}∶V_珍珠岩=3∶2和V_{本地红壤土}∶V_珍珠岩=3∶2)为试材,测定了3种基质的理化性质及其对红边月影、女雏、花乃井和小蓝衣叶插生根率、新芽直径以及对雪莲种子发芽率的影响。结果3种基质的容重、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度、有机质和有效氮磷钾元素均存在差异,pH值和EC值均符合拟石莲花属植物的生长要求。3种基质对拟石莲花属植物叶插生根率影响不显著(P>0.05),对新芽直径和种子发芽率影响显著(P<0.05),拟石莲花属植物物种间的叶插生根率和新芽直径存在显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)差异,拟石莲花属植物物种和基质间存在互作效应。基质理化性质中,对拟石莲花属植物发芽率和生根率均为显著影响的共性因素为基质中有机质含量、氮元素含量和持水孔隙度,而对生长速度有极显著影响的因素为通气孔隙度。结论泥炭和珍珠岩复配较适宜作为拟石莲花属植物的叶插和播种繁殖基质,针对不同拟石莲花属植物品种筛选不同性质的泥炭,并且在不同生长期选用不同理化性质的基质,可获得更好的繁育效果。     

玉米根系分泌物对烟草黑胫病菌的抑制活性及其抑菌物质分析

目的明确玉米、辣椒单作和间作种植后根围土壤细菌群落的变化与病害发生的关系,解析土壤微生物在玉米和辣椒多样性种植中控制病害的作用。方法比较玉米/辣椒间作和分别单作后根围土壤微生物对玉米小斑病和辣椒疫病发生的影响,并应用Illumina Miseq高通量测序技术比较不同处理根围细菌群落的差异。结果单作玉米的根围土壤微生物能显著抑制辣椒疫病的发生(P<0.05),辣椒单作、玉米/辣椒间作后玉米根围土壤微生物降低玉米小斑病的趋势明显。根围土壤细菌群落分析结果表明：单作玉米根围气单胞菌属、堆囊菌属和固氮螺菌属等的相对丰度显著高于间作玉米和单作辣椒根围(P<0.05);单作辣椒和间作玉米根围土壤中拟杆菌门相对丰度上调,并且其中的拟杆菌属、农研丝杆菌属、鞘氨醇杆菌属和Muribaculum的相对丰度也显著上调(P<0.05)。结论玉米/辣椒间作和间作后有利于帮助彼此降低病害的发生。单作或间作后导致土壤细菌群落的变化是其缓解病害发生的重要机制。     

不同种源刨花润楠苗期生长及叶片性状变异的研究

以刨花润楠主要分布区的14个种源为研究对象,在广州增城开展种源试验,通过对14个种源的刨花润楠苗高、地径、叶面积、叶周长等性状进行观测,分析不同种源苗期性状的遗传变异规律。结果表明：3个生长性状种源间和种源内变异系数相当,其种源间和种源内生长性状变异均较丰富;8个叶片性状种源间的变异系数为17.52%～44.71%,不同种源间叶片性状亦变异明显;生长性状的种源遗传力均大于0.750,说明在一定程度上刨花润楠的苗高、地径等苗期生长性状受自身遗传控制,且不同种源间变异明显,种源选择潜力较大。刨花润楠苗期生长性状的地理及气候变异趋势不明显,表现出随机现象;苗木生长性状与叶片大小呈负相关,即叶片越大、叶柄越长,苗木生长有变慢的趋势;对种源苗期性状进行聚类,可将刨花润楠14个种源划分为5个类群;刨花润楠苗期生长及叶片性状有一定的地理趋势,但也有一定的随机性。以地径为标准对刨花润楠优良种源进行筛选,初步选出永春、兴安、昭平3个种源作为适宜广东地区造林的优势种源。     

高温胁迫下AM真菌对牡丹叶片解剖结构和蒸腾特性的影响

作者研究了高温胁迫下丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌对盆栽牡丹幼苗叶片解剖结构和蒸腾特性的影响。结果表明,供试AM真菌摩西球囊霉(Glomus mosseae)和地表球囊霉(Glomus versiforme)均能侵染牡丹根系,其侵染率分别为47%和44%。接种AM真菌的比未接种对照(CK)植株的叶片细胞排列紧密,叶片厚度、栅栏组织和海棉组织厚度均表现为接种G.mosseae植株>接种G.versiforme植株>CK。在相同高温下接种AM真菌处理的牡丹叶片蒸腾速率、气孔导度和气孔开度均显著低于CK。AM真菌提高了牡丹植株的抗热性,这对于高温胁迫下保持和提高光合效率是十分重要的。其中接种G.mosseae处理的效果优于G.versiforme     

Histological and proteomics analysis of apple defense responses to the development of Colletotrichum gloeosporioides on leaves

Colletotrichum gloeosporioides (Penz.) Penz. & Sacc. is an important fungal pathogen known to cause glomerella leaf spot (GLS). The objective of this study was to analyze the infection of C. gloeosporioides on leaves of apple cv. Fuji (resistant) and cv. Gala (susceptible) and apply proteomics techniques to study the apple defense responses 48 h after inoculation (h.a.i.). On both of cultivars, C. gloeosporioides started to germinate at 3 h.a.i. on adaxial surface and produced appressoria adhering to epidermal cell juxtapositions. Histological analysis showed more stratified parenchyma in leaves of cv. Fuji than cv. Gala associated with differences in the chemical composition of cell walls. Total and unique proteins expressed by cvs. Fuji and Gala at 3, 12, 24 and 48 h.a.i. were detected by comparative proteomes analysis. A total of 42 unique proteins expressed at 24 and 48 h.a.i. were identified by MALDI/TOF mass spectrometry, and most of these proteins were identified as directly involved in defense responses.     

南瓜银叶突变体48a的表型特征及其遗传学分析

南瓜银叶突变体48a是在嫩食型中国南瓜中分离筛选到的稳定遗传自交系,银色叶不仅可以作为标记性状应用到育种中,还可为南瓜抗虫、抗病、耐寒等一系列研究提供重要的材料基础。笔者对银叶突变体的表型特征及叶片的解剖结构进行鉴定分析,发现植株整体长势、熟性与野生型无明显差异;成熟叶片正面全部呈银灰色,叶绿素含量明显降低,叶片上表皮细胞与栅栏细胞间明显剥离,存在明显的空隙。利用突变体48a和野生型49a南瓜自交系构建的六世代遗传群体,调查发现F2的绿叶与银叶符合3∶1的分离比,回交群体BC1P1分离比符合1∶1,表明南瓜银色叶性状由单隐性基因控制。     

The mechanical roles of the clasping leaf sheath in cereals: Two case studies from oat and wheat plants

Stem lodging is a common problem in cereal crop production and a main constraint for grain yield improvement. The leaf sheath that surrounds and protects the hollow internodes of stem could provide the plants with a great physical support. However, this biomechanical function has been ignored for several decades in cereal crops. This study aimed to examine the biomechanical properties of basal stem internodes and lodging susceptibility of the whole plants with or without the clasping leaf sheath in wheat (Triticum aestivum L.) and oat (Avena sativa L.) among different genotypes and agronomic practices (including planting densities and nitrogen application rates). The main objective was to quantify the mechanical role of the leaf sheath in oat and wheat crops by a “safety factor” method. On average, the leaf sheath contributed 40%, 68% and 38% of the overall stem bending strength, flexural rigidity and safety factor, in oat, while it accounted for 11%, 24% and 10%, respectively, in wheat plants. The significant contribution of the leaf sheath is due to its vital role in enlarging the peripheral position (i.e., second moment of area) and stiffness (i.e., Young's modulus). The contribution ratios (%) were found to be higher in oat than in wheat plants, due to the greater mass density of leaf sheath and more proficient/prevailing stay-green capability in oat genotypes. This study emphasizes the important mechanical role of clasping leaf sheath on stem internodes of cereals and indicates that the stay-green trait of the leaf sheath can be exploited to design appropriate varieties with improved lodging resistance and great yield potential.