黄土高原沟壑区林地土壤水分特征的研究（I）——土壤水分的垂直变化和季节变化特征

对黄土高原沟壑区南缘的油松(Pinus tabulaeformis)、刺槐(Robinia psedudoacacia)人工林及荒坡的土壤水分动态的研究分析，认为林地土壤水分的垂直变化可以分为：土壤水分微弱利用层、土壤水分利用层、土壤水分调节层和土壤水分微弱调节层，荒坡土壤水分的垂直变化可分为：速变层、活跃层、次活跃层和相对稳定层。各立地土壤水分的季节变化可以分为：土壤水分积累期、土壤水分消退期、土壤水分恢复期、土壤水分稳定期和土壤水分消耗期。     

4个品系橡胶树实生苗叶片及根系对水分胁迫的反应

运用聚乙二醇(PEG6000)模拟水分胁迫的方法,研究了水分胁迫对不同品系橡胶树根系水流导度（Lpr）、根系活力和叶片水分饱和亏缺变化的影响。结果表明：水分胁迫对橡胶树根系水力学导度、根系活力和叶片水分饱和亏缺产生明显影响,随着水分胁迫时间的延长,根系水力学导度逐渐下降,根系活力呈现先增加后下降,叶片水分饱和亏缺逐渐增加的趋势。从橡胶树根系水导与根系活力在水分胁迫下的下降程度和叶片维持水分平衡的能力来看,GT1对水分胁迫的抵御与适应能力相对较强,其次是PR107﹥RRIM600,PB86忍耐水分胁迫最弱。     

不同铝水平胁迫对橡胶树幼苗若干生理指标的影响

研究不同铝水平胁迫(0、50、100、200、400 mmol/L)对橡胶树幼苗过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、叶绿素含量、叶片相对电导率及幼苗地上部与地下部铝含量变化的影响。结果表明,铝胁迫均使橡胶树幼苗生理指标产生一定的变化。在200 mmol/L和400 mmol/L铝水平下橡胶苗叶片POD活性和SOD活性先上升后下降至胁迫前甚至为0;MDA含量则大量增加,而且越来越高;叶绿素总量、叶绿素a和叶绿素b随胁迫时间的推移呈下降趋势,且铝浓度越大下降趋势越明显;相对电导率随胁迫时间的推移均呈现上升趋势,介于60%~100%之间,超过细胞质膜死亡的阈值;橡胶苗地下部铝含量分别约为地上部铝含量的3倍、2倍、1.3倍。不同铝水平胁迫处理中,随着铝浓度越高、胁迫时间越长对橡胶树幼苗生理指标的影响越大。其中在200 mmol/L铝水平下叶片相对电导率大于50%,达到叶片细胞膜透性阈值,MDA则大量增加,SOD和POD急速上升后下降,叶绿素含量极少。因而认为橡胶树幼苗的最高铝耐受浓度为200 mmol/L,地下部铝含量的耐受量为6.2 mg/g,地上部的耐受量为2.9 mg/g。     

基于深度学习与激光点云的橡胶林枝干重建及参数反演

树木的几何建模在林木性状评价、森林动态经营管理与可视化研究中具有重要意义。现今,从激光雷达（Light Detection And Ranging,LiDAR）数据中重建树体三维模型并精准获取林木空间枝干结构参数是数字林业发展的必然趋势。该研究提出了一种深度学习与计算机图形学相融合的树木骨架重建与参数反演方法。该方法以PR107、CATAS 7-20-59、CATAS 8-79三个品种的橡胶树为实验对象,首先,采用背包移动激光雷达获取三个橡胶树品种的样地数据,并通过体素剖分和数据增广策略来构建橡胶树训练样本集。其次,构造由四层特征编码层和特征解码层所组成的点云分类深度学习网络,并包含优化的PointConv模块与不同尺度的特征插值模块,以实现在多尺度条件下,全面考虑点云的全局和局部优化特征,引导网络实现枝叶点云的精确分类。最后,面向分类后的枝干点云,运用计算机图形学的空间连通性算法与圆柱拟合策略,重建树木骨架模型,并自动解决叶子点云与对应的一级枝干归属问题,进而在叶团簇尺度下开展对单株树的精细描述与参数反演。通过对三块橡胶树测试样地的验证和与实测值的比对表明,该研究提出的深度学习网络枝叶分类总体准确率在90.32%以上。骨架重建与叶团簇分析结果显示,PR107品种橡胶树具有较为发散的树冠、最大的分枝夹角和叶团簇体积;CATAS 7-20-59品种橡胶树冠呈花瓶型,分枝夹角和叶团簇体积较小;而CATAS 8-79品种橡胶树尽管胸径最粗,但不耐寒害处于落叶期导致冠积最小。同时,反演得到的橡胶树一级枝干直径与实测值比对为：决定系数R2不低于0.94,均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）小于3.01 cm;主枝干与一级枝干的分枝角为：决定系数R2不低于0.91,均方根误差RMSE不高于4.94°。同时发现橡胶树一级枝干的直径与对应的叶团簇体积呈正相关分布。该研究将人工智能的理论模型应用于林木的激光点云数据处理中,为林木激光点云的智能化分析与处理提供了新颖的解决思路。     

8种木本植物木质部栓塞变化与生理生态指标间关系的研究(II)——与光合生理生态指标的关系

选取西北农林科技大学西林校区校园内自然状况下生长良好的耐旱树种刺槐(Robin iap seudoacacia)、元宝枫(A cer truncatum)、沙棘(H ippophae rhamnoid es)、白榆(U lmus pum ila)、油松(P inus tabu laeform is)、白皮松(P inus bungeana)及中生树种女贞(L igustrum lucidum)、柳树(S a lix m atsud ana K o idz.f.pendu la)为研究对象,测定了它们3个季节内的木质部栓塞日变化规律及其与光照强度、大气温度、气孔导度、蒸腾速率等生理生态指标的关系。结果表明:光照强度、大气湿度和大气温度主要是通过对植物气孔运动、蒸腾作用和体内水分关系的调节对木质部栓塞起作用的;木质部栓塞是植物一天生长过程中不可避免的“平常事件”,与植物的光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率间存在一定的相关关系;它的发生和恢复可能是某些植物适应水分胁迫的一种机制。     

4种大戟科植物Lhca基因家族的全基因组鉴定、分类与进化分析

LHCI是植物光系统I(PSI)中与色素分子结合的一系列膜蛋白,由Lhca基因家族编码,主要参与光能的捕获与传递。虽然Lhca基因家族已在拟南芥、水稻、杨树等模式植物中得到了系统鉴定,但在以高光效和高生物量著称的大戟科植物中,至今还未见Lhca类基因的报道。研究基于蓖麻、麻风树、木薯和橡胶树等4种大戟科植物已公布的基因组和EST数据对Lhca基因家族进行全面鉴定,并分析了其基因结构、生化特性及进化关系。结果表明,蓖麻、麻风树、木薯和橡胶树分别含有6、6、9和9个Lhca基因,分属于Lhca1、Lhca2、Lhca3、Lhca4、Lhca5和Lhca6等6个亚家族,每个亚家族含有1~2个成员不等,基因的内含子数目在2~5个之间,部分基因还存在可变剪接形式。进化分析显示,Lhca1和Lhca3亚族具有较早的起源,Lhca2和Lhca6存在于陆生生物中,Lhca4和Lhca5则只存在于高等植物中;在木薯和橡胶树中,Lhca1、Lhca2和Lhca4亚族都出现了基因的扩增。     

基于韧皮部纤维形态、树皮抗拉伸性能的橡胶树耐寒性研究

为探索不同品种橡胶树幼龄树耐寒性与成龄树枝条韧皮部纤维形态、树皮抗拉伸性能之间的关系,分析不同品种橡胶树耐寒性与其相应生理、生物力学指标的相关性,从而比较不同品种橡胶树耐寒性的差异,以期建立不同品种橡胶树幼龄树茎段与成龄树枝条树皮相应指标之间的联系,并从细胞结构及树皮生物力学角度研究橡胶树耐寒性机理。以热研7-33-97、PB86、IAN873、大丰95、云研77-2等5个橡胶树品种1年生芽接苗茎段及相应品种成龄树2年生枝条树皮为材料,测定低温梯度下茎段韧皮部电导率及枝条韧皮部纤维形态、树皮抗拉伸性能指标,利用Logistic方程确定其低温半致死温度(L_T50)的大小,得出不同品种耐寒性,并采用Spearman相关性分析法,得出LT₅₀与韧皮部纤维形态指标、树皮抗拉伸性能之间的相关性。结果表明,5个橡胶树品种韧皮部相对电导率呈“S”形曲线变化,相对电导率与胁迫温度之间呈极显著负相关,5个品种L_T50分别为-2.075℃、-2.240℃、-1.923℃、-1.900℃、-2.186℃;5个品种纤维长度在2 921.013～...     

大戟科植物MVK基因家族的全基因组鉴定与分析

基于已公布的基因组和EST数据,对蓖麻、麻疯树、木薯和橡胶树4种大戟科植物的MVK基因家族进行系统鉴定,并在此基础上分析其基因结构与进化关系。结果表明,这4种植物均含有2个MVK基因,所有基因均含有4个内含子。同源分析表明,MVK广泛存在于各种古细菌、真细菌和真核生物中,显示出较早的起源;虽然MVK在大多数基因组已测序的物种中主要以单拷贝的形式存在,但在所研究的4种大戟科植物中均出现了基因加倍现象,这与玉米和杨树类似。基因表达谱分析显示,在蓖麻的叶片、花、II/III期胚乳、V/VI期胚乳和种子等组织中,RcMVK1的表达丰度总体高于RcMVK2;虽然2个基因表达丰度最高的组织均为II/III期胚乳,但丰度最低的组织却分别为种子和叶片。