基于机器学习方法的拟南芥基因组DNA复制时间预测研究

【目的】基于机器学习方法,构建拟南芥基因组DNA复制时间分类器,探究与复制时间相关的表观遗传修饰,为进一步研究DNA复制时间的表观遗传调控机制提供参考。【方法】收集拟南芥全基因组的DNA复制时间数据和多种DNA表观遗传修饰特征(ChIP-Seq)数据,以及染色质开放状态(DNase-Seq)数据,先通过t-SNE初步对DNA表观遗传修饰特征数据降维来衡量DNA复制早晚的可预测性,并利用皮尔逊相关系数计算了多种DNA表观遗传特征与DNA复制时间信号两两之间的相关性,再通过构建随机森林、多类别逻辑回归和支持向量机3种分类器对DNA复制时间进行建模分析,以十折交叉验证和ROC曲线下的面积(AUC)为衡量指标,用80%的数据建模,20%的数据对模型效果进行验证。【结果】3种分类器对DNA复制时间都具有良好的预测能力,平均AUC均达0.8以上。DNA复制早期信号与RNA聚合酶Ⅱ结合信号以及染色质开放状态信号等呈正相关,而复制晚期信号则与其呈负相关。其中H3.1、H3.3、H2AW、H4K16ac、H3K36me3、H3K4me3均可能与DNA复制时间存在密切关系。【结论】拟南芥基因组DNA复制时间可以通过表观遗传修饰进行准确预测,其中对DNA复制晚期的预测最为准确;并发现了与DNA复制时间关系密切的组蛋白变体及表观遗传修饰。     

沼肥灌施配合机械深松对柑橘园土壤团聚体组成、有机质含量及矿化特征的影响

为探讨沼肥灌施配合机械深松对柑橘果园土壤团聚体组成、有机碳含量及其矿化的影响,本研究通过柑橘果园沼肥定位试验,设置常规施肥(CK,柑橘专用复合肥施用量为2 500 kg?hm-2)与沼肥灌施(T1、T2、T3和T4,施用量分别为45、135、180和270t?hm-2)共5个处理,研究了不同沼肥灌施量条件下柑橘果园土壤...     

深松和秸秆还田对旋耕农田土壤有机碳活性组分的影响

土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)及其活性组分能够敏感响应耕作方式变化及有机物输入。为对比长期旋耕农田进行深松后土壤有机碳各活性组分及比例变化,该研究基于连续7a的旋耕转变为深松和秸秆管理长期定位试验,对比了旋耕无秸秆还田处理(rotary tillage with straw removal,RT)、旋耕秸秆还田处理(rotary tillage with straw return,RTS)、旋耕转变为深松无秸秆还田处理(rotary tillage conversion to subsoiling with straw removal,RT-DT)、旋耕转变为深松秸秆还田处理(rotary tillage conversion to subsoiling with straw return,RTS-DTS)下土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)、易氧化有机碳(readily oxidizable organic carbon,ROC)、微生物生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)、溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)、活性有机碳(labile organic carbon,LOC)在土壤有机碳中比例的变化及各组分间的相互关系。研究结果表明,耕作方式从旋耕转变为深松和秸秆还田对SOC及其各活性组分均产生显著影响,耕作方式转变、秸秆还田及两者的交互效应是影响SOC及其活性组分的主要因素。秸秆还田显著提高了RTS处理和RTS-DTS处理的SOC含量,分别比RT和RT-DT处理高6.1%~15.6%和19.1%~32.3%。并且转变耕作方式后RTS-DTS处理比于RTS处理SOC含量提高16.9%~20.0%。同时,RTS-DTS处理的POC含量比RTS处理高13.6%~53.8%;但RT-DT和RTS-DTS处理的土壤ROC含量较RT和RTS处理都呈下降趋势,RTS-DTS处理的ROC含量比RTS处理下降4.6%~10%;MBC含量降低23.8%~30.6%。虽然秸秆还田显著提高了各处理的DOC含量,但RTS转变为RTS-DTS处理后,其3个土层的DOC含量下降了8%~41%。相比于RT和RTS处理,RT-DT和RTS-DTS处理0~30 cm各土层中LOC在SOC中的比例显著下降。相关性分析结果表明,除POC与ROC之间无显著性相关关系外,SOC及各组分间均呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的相关关系。耕作方式转变为深松和秸秆还田提高了SOC含量的同时,显著降低了SOC中的活性有机碳组分,这更有利于SOC的有效积累,促进土壤碳库的稳定固存。     

自走式果园气爆深松施肥机打穴机构运动学分析与试验

针对果树生长期人工挖坑施肥作业效率低、劳动强度大、成本高而且极易损伤果树根系的问题,该研究基于履带自走式果园气爆深松施肥机打穴机构的设计要求,研制了一种双油缸同步驱动液压打穴机构,以实现施肥插杆垂直插入地面400 mm以下深层土壤,满足整机对果园气爆松土、深位定量施肥的作业要求。首先分析了该打穴机构的组成及工作原理,建立了其运动学模型,研究了打穴油缸及主要构件的运动特性。并在确定优化目标的基础上,采用Visual Basic 6.0开发了可视化的打穴机构运动学辅助分析与优化设计软件,通过人机交互分析,优选出一组满足果园气爆深松施肥机打穴深度和机构运动空间位置要求的打穴机构参数。进一步通过ADAMS软件对打穴机构进行运动仿真,结果表明油缸活塞杆的运动轨迹和摇臂铰点的运动轨迹与理论分析结果一致,优选参数可以满足打穴机构的设计要求。最后在优选参数下,以打穴入土时间和油缸压力为试验指标,分别对3种不同直径插杆（30、35、40 mm）在最大打穴深度要求下进行了试验测试,并对打穴垂直度进行了试验验证。试验结果表明：该打穴机构能够满足各项设计要求,在最大打穴深度760 mm时,油缸最大行程为191 mm;打穴入土时间和油缸压力均随着插杆直径增大而增加,30、35、40 mm直径插杆都满足打穴作业的时间和油缸压力要求,打穴入土时间分别为6.4、7.5、8.2 s,油缸压力分别为18.2、24.2、24.6 MPa。同时对3种直径插杆在相应的打穴入土时间（6.4、7.5、8.2 s）内的油缸活塞杆速度与插杆速度进行了对比分析,对应的插杆入土速度分别为0.119、0.101、0.093 m/s,油缸活塞杆速度分别为0.025、0.021、0.019 m/s,插杆速度和油缸活塞杆速度均随着插杆直径的增大而减小,而且对于3种插杆直径,前者速度均大于后者速度,二者速度差也随着插杆直径的增大而减小。本文研究可为果园气爆深松施肥机液压打穴机构研发与改进优化提供参考。     

振动深松机多组振动深松铲自平衡性能及仿真分析

振动深松具有减阻的优势,但振动对拖拉机及驾驶员的不利影响制约其推广,该文对振动深松机多组振动深松铲进行自平衡性能分析。在优化试验中,多组深松铲振动作业时的剧烈振动易造成试验设备损坏,仿真试验可避免危险工作环境下的实车试验。对拖拉机-振动深松机系统进行受力分析,并基于ADAMS建立其仿真模型,建模过程包括导入三维模型、定义轮胎与地面之间接触力和摩擦力等。理论与仿真分析相互验证,得到拖拉机后轮所受支持力均值分别为27.8、26.4 kN,误差为1.4 kN,并且二者主振动曲线变化趋势一致。采用加权加速度均方根值评价振动对驾驶员的影响。通过MATLAB编程,利用功率谱密度函数,计算得到驾驶座质心总加权加速度均方根值。利用Design-Expert软件设计试验并优化得到6组振动影响较小的四组振动松土铲作业初始相位角组合,减振比率超过90%,实现了振动深松机作业时的自平衡。     

不同侵染时期对小麦赤霉病发生和籽粒中DON积累的影响

为明确不同侵染时期对小麦赤霉病发生和籽粒中DON的积累情况,在2015年和2016年于河南省焦作市温县黄庄镇西虢村田间进行小麦(‘豫保1号’和‘周麦18’)不同生育期接种对病穗率、病情指数、病粒率和籽粒中DON毒素积累的影响试验。结果表明:小麦赤霉病菌在抽穗盛期(DAA=-6,Zadoks=55～57)至灌浆中期(DAA=14或15,Zadoks=75)都能侵染麦穗,但在始花期前3～4 d的齐穗期(DAA=-3或-4,Zadoks=59)至始花期后4 d的灌浆初期(DAA=4,Zadoks=71)处理的病穗率、病情指数和病粒率显著高于其他处理(P0.05),其中盛花末期(DAA=1,Zadoks=69)处理的侵染率最高,为小麦赤霉病菌侵染发病的关键生育期。此外,在套袋保湿2 d的条件下赤霉病菌在小麦始花期前6 d的抽穗盛期(DAA=-6,Zadoks=55～57)和始花期后10 d的乳熟期(DAA=10,Zadoks=73)也能有较高的侵染率。在籽粒中DON积累方面,‘豫保1号’所有处理的籽粒中DON含量与病穗率、病情指数和病粒率的趋势一致,都是盛花末期(DAA=1,Zadoks=69)处理的籽粒中DON含量最高(P0.05),且间隔时间离盛花末期(Zadoks=69)越近籽粒中DON含量越高;而‘周麦18’齐穗期(DAA=-4,Zadoks=59)至灌浆中期(DAA=14,Zadoks=75)处理的没有显著性差异,说明小麦赤霉病菌在始花期后14 d的灌浆中期侵染也能引起籽粒中DON的大量积累。     

耕作方式转变和秸秆还田对土壤活性有机碳的影响

深松是解决长期旋免耕后耕层浅薄化、亚表层(15~30 cm)容重增加等问题的有效方法之一,长期旋免耕后进行深松显著影响土壤有机碳及其组分的周转。为对比转变耕作方式对土壤活性有机碳(LOC)及碳库管理指数的影响,该研究基于连续6 a的旋耕转变为深松和免耕转变为深松定位试验,对比了2012-2014年长期旋免耕农田进行深松对农田土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响。研究结果表明,耕作方式转变和秸秆还田均对土壤LOC含量、活性有机碳与有机碳的比例(LOC/SOC)和碳库管理指数产生显著影响。相对于原旋耕秸秆还田处理(RTS),虽然旋耕-深松秸秆还田处理(RTS-STS)提高了0~30 cm土层的LOC含量,但其土壤中LOC/SOC比例和碳库管理指数显著下降。而免耕-深松秸秆还田(NTS-STS)处理和耕作方式未转变的免耕秸秆还田处理(NTS)在0~10 cm土层其LOC含量无显著性差异,但NTS-STS处理显著提高LOC/SOC比例。耕作方式转变导致RTS-STS处理碳库管理指数随着土层的加深而逐渐降低,而NTS-STS处理则呈逐渐升高趋势。耕作、秸秆、年份、耕作与秸秆、耕作与年份及3者交互作用是导致耕作方式转变后各处理0~30 cm的LOC含量变化的主要作用力(P0.05)。秸秆还田条件下,将长期旋耕处理转变为深松可显著降低土壤SOC中的LOC比例,降低碳库管理指数,促进土壤碳库的稳定性;而长期免耕处理转变为深松能够显著提高土壤下层(10~30 cm)的土壤碳库活性。     

苹果苗木类型和栽植时间对幼树生长特性的影响

【目的】为了研究不同栽植时间下不同苗木类型的生长特性,【方法】以3 a生‘长富2号’/‘M26’/八棱海棠为试材,测定3个栽植时间(2010年3月10日、4月10日和5月10日)下分枝苗、去分枝苗和单干苗生长特性相关指标。【结果】5月份栽植植株的生长势弱于3、4月栽植的植株;单干苗生长势弱于分枝苗和去分枝苗。栽植后第2年,3、4月栽植植株的株高、主干粗度显著大于5月栽植的植株。去分枝苗和单干苗株高显著大于分枝苗。3种苗木类型主干粗度依次为分枝苗>去分枝苗>单干苗,且相互差异显著。分枝苗和去分枝苗冠径显著大于单干苗。栽植后第3年,分枝苗的花芽数显著高于去分枝苗和单干苗。【结论】苹果苗木在冷藏条件下,4月栽植是可行的,本试验中3月份栽植较为适宜。分枝苗有利于促进幼树提早开花结果。     

Relating plant and pathogen development to optimise fungicide control of phoma stem canker (<Emphasis Type="Italic">Leptosphaeria maculans</Emphasis>) on winter oilseed rape (<Emphasis Type="Italic">Brassica</Emphasis><Emphasis Type="Italic">napus</Emphasis>)

In winter oilseed rape experiments at Rothamsted in 2000/01 to 2002/03 growing seasons, the severity of phoma stem canker epidemics in summer depended on the timing of phoma leaf spot epidemics in the previous autumn, and hence on the timing of Leptosphaeria maculans ascospore release. The first major release of L. maculans ascospores was earlier in 2000 (26 September) and 2001 (18 September) than in 2002 (21 October). Consequently, the autumn phoma leaf spot epidemic was also earlier in 2000 and 2001 than in 2002. The resulting stem canker epidemics were severe by harvest (July) in 2001 and 2002 but not in 2003. No correlation was found between the severity or duration of phoma leaf spotting (lesion days or lesion °C-days) and the subsequent severity of phoma stem canker epidemics. Rates of leaf production and loss were similar in the three growing seasons. Out of ca. 25 leaves produced on plants during each season, leaf numbers 10–14 generally remained on plants for the longest. Treatment with flusilazole + carbendazim in autumn decreased the severity of phoma leaf spotting for several weeks after treatment, decreased the severity of stem canker the following summer and increased yield significantly in 2001 and 2002 but not in 2003. The most effective timings for flusilazole + carbendazim application were when leaves 7–11 were present on most plants and at least 10% of plants were affected by phoma leaf spot. Two half-dose applications of fungicide reduced phoma stem canker and increased yield more than a single full dose application when phoma leaf spot epidemics were early (<800 °C-days after sowing).     

盐碱地玉米产量及土壤硝态氮对深松耕作和秸秆还田的响应

【目的】盐碱地是我国重要的土地资源,研究合理可行的耕作技术和培肥措施,为提高产量和实现盐碱地农业可持续发展提供理论依据。【方法】2014-2017年,在山东省滨州市无棣县的盐碱土上,以玉米为供试作物,连续进行了4年田间试验。试验采用裂区设计,以耕作方式为主区,分别设夏季旋耕15 cm (R)和旋耕后再深松35 cm处理(S);副区为冬季秸秆还田量,设秸秆半量还田(3350 kg/hm^2,B)和秸秆全量还田(6700kg/hm^2,Q)两个用量,以无秸秆还田为对照。所有处理的养分总量保持一致。开花后每隔10天取样1次,直到收获期,测定植株干物质和穗位叶硝酸还原酶活性。在玉米小口期、开花期及收获期,取0-100 cm土层样品,每10 cm为一层,测定了土壤硝态氮含量及累积量。【结果】各生育期玉米干物质积累量和产量在两个耕作方式间的差异不显著,与秸秆半量还田相比,秸秆全量还田处理开花期前干物质量较少,但在开花期时,已经开始赶超秸秆半量还田的处理。在收获期,秸秆全量还田处理的干物质量显著高于秸秆半量还田处理的干物质量,4年中的提高幅度为8.6%~9.7%,秸秆全量还田处理的籽粒产量显著优于秸秆半量还田处理(P <0.05)。4年干物质积累量,SQ处理平均比SB、RQ和RB分别提高2.5%~7.3%、1.6%~4.2%和7.6%~20.3%。深松与秸秆全量还田有明显的正耦合作用,秸秆全量还田与深松耕作相结合有利于籽粒产量的提高,与其他处理差异显著(P <0.05)。相同耕作方式下,4年中秸秆全量还田处理的平均硝态氮含量在小口期低于秸秆半量还田,在开花期显著高于秸秆半量还田,但在收获期又显著低于秸秆半量还田的处理,硝态氮累积量平均降低17.9%(P <0.05)。在4年中深松耕作处理的0-100 cm平均硝态氮累积量比旋耕处理的显著降低8.9%。【结论】在供试盐碱地土壤条件下,秸秆全量还田结合浅旋耕后再深松的效果最好,可提高玉米产量,减少土壤中硝态氮的累积。