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Generation of Eco-Friendly and Disease-Resistant Channel Catfish(Ictalurus punctatus)Harboring the Alligator Cathelicidin Gene via CRISPR/Cas9 Engineering

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Engineering 2024年第8期39卷 273-286页

作者： Jinhai Wang baofeng su De Xing Timothy J.Bruce Shangjia Li Logan Bern Mei Shang Andrew Johnson Rhoda Mae C.Simora Michael Coogan Darshika U.Hettiarachchi Wenwen Wang Tasnuba Hasin Jacob Al-Armanazi Cuiyu Lu Rex A.Dunham School of Fisheries Aquacultureand Aquatic SciencesAuburn UniversityAuburnAL 36849USA

As a precise and versatile tool for genome manipulation,the clustered regularly interspaced short palindromic repeats(CRISPR)/CRISPR-associated protein 9(Cas9)platform holds promise for modifying fish traits of *** the aim of reducing transgene introgression and controlling reproduction,upscaled disease resistance and reproductive intervention in catfish species have been studied to lower the potential environmental risks of the introgression of escapees as transgenic *** advantage of the CRISPR/Cas9-mediated system,we succeeded in integrating the cathelicidin gene(As-Cath)from an alligator(Alligator sinensis)into the target luteinizing hormone(lh)locus of channel catfish(Ictalurus punctatus)using two delivery systems assisted by double-stranded DNA(dsDNA)and single-stranded oligodeoxynucleotides(ssODNs),*** this study,high knock in(KI)efficiency(22.38%,64/286)but low ontarget events was achieved using the ssODN strategy,whereas adopting a dsDNA as the donor template led to an efficient on-target KI(10.80%,23/213).The on-target KI of As-Cath was instrumental in establishing the lh knockout(LH^(–)_As-Cath^(+))catfish line,which displayed heightened disease resistance and reduced fecundity compared with the wild-type(WT)sibling ***,administration of human chorionic gonadotropin(HCG)and luteinizing hormone-releasing hormone analogue(LHRHa)can restore the reproduction of the transgenic fish ***,we replaced the lh gene with an alligator cathelicidin transgene and then administered hormone therapy to move towards complete reproductive control of diseaseresistant transgenic catfish in an environmentally responsible *** strategy not only effectively improves consumer-valued traits but also guards against unwanted introgression,providing a breakthrough in aquaculture genetics to confine fish reproduction and prevent the establishment of transgenic or domestic genotypes in the natural environment.

关键词： Genome editing ssODN dsDNA Antimicrobial peptide Reproductive confinement Aquaculture

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基于时间序列植被指数的小麦条锈病抗性等级鉴定方法

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农业工程学报 2024年第4期40卷 155-165页

作者：苏宝峰刘砥柱陈启帆韩德俊吴建辉西北农林科技大学机械与电子工程学院杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室杨凌712100 陕西省农业信息感知与智能服务重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学农学院杨凌712100 西北农林科技大学旱区作物逆境生物学国家重点实验室杨凌712100

条锈病严重影响小麦产量,培育抗条锈病的小麦品种至关重要。针对传统育种中抗性鉴定手段单一、效率低的问题,该研究提出了一种通过小麦冠层植被指数的时间序列实现对条锈病不同抗性等级的高效鉴定方法。该方法利用无人机采集自然发病的... 详细信息

条锈病严重影响小麦产量,培育抗条锈病的小麦品种至关重要。针对传统育种中抗性鉴定手段单一、效率低的问题,该研究提出了一种通过小麦冠层植被指数的时间序列实现对条锈病不同抗性等级的高效鉴定方法。该方法利用无人机采集自然发病的育种群体小麦(共600个样本,516个基因型)冠层多时相的光谱图像,使用随机蛙跳算法和ReliefF算法筛选出6个条锈病病害严重度的敏感特征:归一化色素叶绿素指数(normalized pigment chlorophyll index,NPCI)、沃尔贝克指数(woebbecke index,WI)、叶绿素红边指数(chlorophyll index rededge,CIrededge)、绿大气抵抗植被指数(green atmospherically resistant index,GARI)、归一化差分植被指数(normalized difference vi,NDVI)、叶绿素绿指数(chlorophyll index green,CIgreen),这些敏感特征在试验群体中的时间序列符合条锈病的发病规律,验证了其作为条锈病发病严重度敏感特征的有效性;基于支持向量机(support vector machine,SVM)算法使用上述敏感特征建立条锈病病害严重度等级分类模型,在测试集的表现中,与使用未经过筛选的原始特征所建立的模型相比在精度、平均准确率、平均召回率和F1分数上分别仅下降6.2%、3.3%、2.7%、4.0%,证明了所筛选敏感特征的有效性;针对一般机器学习算法难以捕捉不同抗性等级样本之间较小的特征变化差异的问题,提出了一种从植被指数时间序列转化生成的二维图像中提取特征实现条锈病抗性等级分类的方法。将敏感特征中能够较好区分不同抗病等级的4个时间序列植被指数(NPCI、GARI、NDVI、WI),通过格拉姆角场方法生成格拉姆角和场图像,并制作成数据集,使用DenseNet121网络进行训练,以实现不同条锈病抗病等级的分类。建立的条锈病抗性等级分类模型中,由NPCI时间序列图像建立的分类模型测试效果最佳,其准确率为0.837,召回率为0.834,F1分数可达0.833,能够较好地实现对群体小麦不同品种(系)的条锈病抗性等级差异的区分,表明基于光谱植被指数时间序列的小麦条锈病抗性等级识别方法可以用于小麦抗病育种中抗性等级的鉴定,并可为其他作物的病害抗性等级鉴定提供一定的参考。

关键词：无人机遥感机器学习深度学习小麦条锈病多光谱成像 DenseNet121

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Functionality of dietary antimicrobial peptides in aquatic animal health:Multiple meta-analyses

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Animal Nutrition 2023年第1期12卷 200-214页

作者： Jinhai Wang Alan E.Wilson baofeng su Rex A.Dunham School of Fisheries Aquaculture and Aquatic SciencesAuburn University203 Swingle HallAuburnAL 36849USA

Effects of antimicrobial peptides(AMP)added to diets on aquatic animal health and body function are influenced by multiple factors such as animal species,initial body weight,the dosage of AMP and feeding ***,there is limited knowledge on the relationship between these factors and the body function of aquatic ***,we aimed to perform multiple meta-analyses to investigate the effects of dietary AMP on growth performance(feed conversion ratio[FCR],specific growth rate[SGR]),enzyme activity(superoxide dismutase activity[SOD],lysozyme activity[LSA]),disease resistance(cumulative survival rate[CSR],the expression of immune-related genes[GENE])and the abundance of gut microbiota(MICRO)from a pool of empirical ***,the dose-effect model was applied to determine the optimal AMP dose,initial body weight and feeding duration to maximize body *** conduct the meta-analyses,we included 34 publications that estimated 705 effect sizes across 21 fish,2 shrimp and 2 shellfish *** results confirmed that the inclusion of AMP in the diet can significantly improve SGR,SOD,LSA,CSR and GENE and decrease FCR for aquatic ***,our findings implied a slight positive effect of AMP on MICRO albeit with a limited number of studies available on fish gut microbial *** no significant linear or quadratic relationship was predicted by meta-regression,the dose-effect indicated that the optimal AMP doses for FCR,SGR,SOD and LSA were 707.5,750.0,1,050.0 and 937.5 mg/kg,*** together,fish with an initial body weight of 30 g could be fed with a dose of 600 to 800 mg/kg for 2 mo when AMP-supplemented diets were applied in aquaculture,which can effectively improve body function and health while lowering aquafeed *** addition,more studies should address fish gut microbiota to delimitate the influence of dietary AMP on MICRO in the future.

关键词： Fish AMP Oral administration Feed additive Dose-effect Immune

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Foliar application of chelated sugar alcohol calcium fertilizer for regulating the growth and quality of wine grapes

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International Journal of Agricultural and Biological Engineering 2022年第3期15卷 153-158页

作者： Tinghui Ma Yueran Hui Li Zhang baofeng su Rui Wang Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences Yinchuan 750002China School of Agriculture Ningxia UniversityYinchuan 750021China College of Mechanical and Electronic Engineering Northwest A&F UniversityYangling 712100ShaanxiChina

The eastern foothills of Helan Mountain are a production area of high-quality wine grapes,but the low content of water-soluble calcium in the alkaline soil in this area has become an important limiting factor for the production of high-end *** this study,7-year-old Cabernet Sauvignon grapes grown at Lilan Winery,which is located at the eastern foot of Helan Mountain in Ningxia,China,were used to examine the effect of exogenous calcium supplementation on fruit growth and berry *** sugar alcohol was applied as a foliar spray at 1.2 L/hm^(2)(T1),2.4 L/hm^(2)(T2),3.6 L/hm^(2)(T3),4.8 L/hm^(2)(T4),and 6.0 L/hm^(2)(T5)concentrations at the fruit expansion stage,the early stage of grape veraison,the middle stage of grape veraison,and the later stage of grape *** control was used for *** results showed that foliar calcium supplementation can significantly enhance the photosynthetic characteristics of wine grape leaves,increase the chlorophyll content of leaves,and improve the quality of grape *** the T3(3.6 L/hm^(2))concentration of exogenous calcium,the transverse diameter,the longitudinal diameter,and fruit shape index of grapes were the highest,which were increased by 1.71%,5.33%,and 3.92%compared to the control,*** application of high calcium concentrations(T4 and T5)inhibited the physiological development of *** spike length,hundred-grain weight,yield of wine grapes,sugar-acid ratio,tannin,and total phenols were the highest in the T2(2.4 L/hm^(2))*** results of principal component analysis based on multiple indicators showed that foliar application of 2.4-3.6 L/hm^(2)chelated sugar alcohol calcium on the leaf surfaces of grape leaves was the most suitable for improving the physiological characteristics and berry quality of wine grapes.

关键词： wine grapes chelated sugar alcohol calcium mineral elements berry quality Helan Mountain

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电解铝厂脱硫废水治理技术应用实践

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山西冶金 2024年第4期47卷 198-199,202页

作者：苏宝峰李成元王岩李文超王世杰山东南山铝业股份有限公司山东龙口265700

阳极是电解铝生产过程中一项必不可少的原材料,在参加电化学反应过程中,阳极中的硫会发生氧化,形成二氧化硫气体随着烟气进入净化系统,电解铝厂大都采用石灰石-石膏湿法脱硫技术进行处理,但在处理的过程中又会产生脱硫废水,影响环境。... 详细信息

阳极是电解铝生产过程中一项必不可少的原材料,在参加电化学反应过程中,阳极中的硫会发生氧化,形成二氧化硫气体随着烟气进入净化系统,电解铝厂大都采用石灰石-石膏湿法脱硫技术进行处理,但在处理的过程中又会产生脱硫废水,影响环境。针对该问题,对脱硫废水各种治理方法进行简介,并将物化法处理脱硫废水工艺应用于山东某电解铝公司,通过对脱硫前后水质化验结果以及脱硫系统使用前后的用水量进行统计,验证了治理措施的有效性,为电解铝行业处理脱硫废水提供了一种较好的方法。

关键词：脱硫废水处理电解铝环境

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电解生产中降低氟化铝单耗实践

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山西冶金 2024年第5期47卷 137-139页

作者：李成元李文超苏宝峰李源程鸿鹏山东南山铝业股份有限公司山东龙口265700

电解铝生产过程中,氟化铝作为重要的添加剂,主要起到调整电解质分子比,改善电解质性质的作用。重点介绍了氟化铝中杂质、电解生产工艺的搭配以及烟气净化系统对氟化铝单耗的影响,并通过应用实践,找到合理的电解工艺和最优烟气净化参数,... 详细信息

电解铝生产过程中,氟化铝作为重要的添加剂,主要起到调整电解质分子比,改善电解质性质的作用。重点介绍了氟化铝中杂质、电解生产工艺的搭配以及烟气净化系统对氟化铝单耗的影响,并通过应用实践,找到合理的电解工艺和最优烟气净化参数,将调整前后氟化铝单耗数据进行对比,证明调整的有效性,为行业降低氟化铝单耗提供依据。

关键词：氟化铝单耗降低生产

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钢棒保温改善石墨化阴极电解槽能量平衡的实践

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轻金属 2024年第7期 20-22,40页

作者：李成元李文超苏宝峰王岩杨永乾山东南山铝业股份有限公司山东龙口265700

近年来石墨化阴极炭块凭借其优异的性能被电解铝行业所青睐。但部分企业只将阴极及其他部分内衬材质做了改变,磁场及母线配置并未调整,导致电解槽能量平衡不匹配,出现电解槽偏冷、伸腿肥大等现象,影响电解槽的正常生产。本文采取对全石... 详细信息

近年来石墨化阴极炭块凭借其优异的性能被电解铝行业所青睐。但部分企业只将阴极及其他部分内衬材质做了改变,磁场及母线配置并未调整,导致电解槽能量平衡不匹配,出现电解槽偏冷、伸腿肥大等现象,影响电解槽的正常生产。本文采取对全石墨阴极电解槽进行钢棒保温这一措施,有效减少电解槽散热,通过对钢棒保温前后的温度、效应系数、以及电压差值进行对比分析,有效证明该措施有效,最终达到引导电解槽能量趋于平衡的目的。

关键词：电解槽阴极钢棒石墨化炭块能量平衡

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基于深度学习的葡萄砧木叶片识别研究

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植物遗传资源学报 2024年第4期25卷 668-677页

作者：潘博文魏冰心苏宝峰鞠延仑刘崇怀樊秀彩张颖孙磊姜建福房玉林西北农林科技大学葡萄酒学院陕西杨凌712100 中国农业科学院郑州果树研究所郑州450009 西北农林科技大学机械电子与电子工程学院陕西杨凌712100 中国农业科学院中原研究中心河南新乡453424

嫁接有利于增强树体对生物及非生物胁迫的适应能力,提高葡萄产量和品质。葡萄砧木品种多样复杂,识别难度较大,深度学习能够快速提取图像的深层特征,被广泛应用于植物图像分类识别领域。本研究以30份葡萄砧木成龄叶图像作为研究对象,通... 详细信息

嫁接有利于增强树体对生物及非生物胁迫的适应能力,提高葡萄产量和品质。葡萄砧木品种多样复杂,识别难度较大,深度学习能够快速提取图像的深层特征,被广泛应用于植物图像分类识别领域。本研究以30份葡萄砧木成龄叶图像作为研究对象,通过采集叶片图像,构建了一个包含13547张的葡萄砧木叶片图像的数据集。采用GoogleNet、ResNet-50、ResNet-101以及VGG-16等4个卷积神经网络对其进行自动识别。结果表明:精度最高的分类网络为ResNet-101,在最优模型参数(学习率:0.005,最小批次:32,迭代次数:50)下精度达到97.5%。ResNet-101模型检测的30个品种中,平均预测精确率为92.59%,有7个品种的预测精确率达到100%;平均召回率为91.08%,有8个品种的召回率达到100%,叶片的叶面纹理、叶脉以及叶缘部分对品种识别的影响最大。以上结果证实,深度学习网络模型可以实现对葡萄砧木的自动实时识别,为葡萄砧木品种的保护、利用、分类研究以及其他农作物的品种识别提供参考。

关键词：砧木深度学习品种识别葡萄叶片

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燃气焙烧系统在电解车间的应用

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山东冶金 2024年第2期46卷 52-54页

作者：苏宝峰李成元李文超王岩李建卫山东南山铝业股份有限公司山东龙口265700

铝电解槽在启动前有一项重要的步骤就是焙烧,重点介绍了燃气焙烧整个流程、注意事项以及焙烧期间出现的具体问题的应对措施。通过燃气用量的稳定性和各焙烧点温度的均匀性,充分证明燃气焙烧系统完全能够满足电解车间的应用。

关键词：电解槽燃气焙烧燃烧器

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Assessment of canopy vigor information from kiwifruit plants based on a digital surface model from unmanned aerial vehicle imagery

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International Journal of Agricultural and Biological Engineering 2019年第1期12卷 165-171页

作者： Jinru Xue Yeman Fan baofeng su Sigfredo Fuentes College of Mechanical and Electronic Engineering Northwest A&F UniversityYangling 712100ShaanxiChina Key Laboratory of Agricultural Internet of Things Ministry of Agriculture and Rural AffairsYangling 712100ShaanxiChina Shaanxi Key Laboratory of Agricultural Information Perception and Intelligent Services Yangling 712100ShaanxiChina School of Agriculture and Food Faculty of Veterinary and Agricultural SciencesUniversity of MelbourneParkville 3010.VictoriaAustralia

Information about canopy vigor and growth are critical to assess the potential impacts of biotic or abiotic stresses on plant *** implementing a Digital surface Model(DSM)to imagery obtained using Unmanned Aerial Vehicles(UAV),it is possible to filter canopy information effectively based on height,which provides an efficient method to discriminate canopy from soil and lower vegetation such as weeds or cover *** paper describes a method based on the DSM to assess canopy growth(CG)as well as missing plants from a kiwifruit orchard on a plant-by-plant *** DSM was initially extracted from the overlapping RGB aerial imagery acquired over the kiwifruit orchard using the Structure from Motion(SfM)*** adaptive threshold algorithm was implemented using the height difference between soil/lower plants and kiwifruit canopies to identify plants and extract canopy information on a non-regular ***,a customized algorithm was developed to discriminate single kiwifruit plants automatically,which allowed the estimation of individual canopy cover fractions(fc).By applying differential fc thresholding,four categories of the CG were determined automatically:(i)missing plants;(ii)low vigor;(iii)moderate vigor;and(iv)*** were validated by a detailed visual inspection on the ground,which rendered an overall accuracy of 89.5%for the method proposed to assess CG at the plant-by-plant ***,the accuracies for CG category(i)-(iv)were 94.1%,85.1%,86.7%,and 88.0%,*** proposed method showed also to be appropriate to filter out weeds and other smaller non-plant materials which are extremely difficult to be distinguished by common colour thresholding or edge identification methods.

关键词： canopy vigor UAV imagery digital surface model kiwifruit plant missing plants photogrammetry plant stress

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