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基于Swin Transformer与GRU的低温贮藏番茄成熟度识别与时序预测研究

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农业机械学报 2024年第3期55卷 213-220页

作者：杨信廷刘彤韩佳伟郭向阳杨霖上海海洋大学信息学院上海201306 北京市农林科学院信息技术研究中心北京100097 农产品质量安全追溯技术及应用国家工程研究中心北京100097 仲恺农业工程学院信息科学与技术学院广州510225

面向绿熟番茄采后持续转熟特征,适时调温是满足不同成熟度番茄适宜贮运温度需求的关键,而果实成熟度自动识别与动态预测则是实现温度适时调控的基础条件。本文基于Swin Transformer与改进GRU提出了一种番茄成熟度识别与时序动态预测模型... 详细信息

面向绿熟番茄采后持续转熟特征,适时调温是满足不同成熟度番茄适宜贮运温度需求的关键,而果实成熟度自动识别与动态预测则是实现温度适时调控的基础条件。本文基于Swin Transformer与改进GRU提出了一种番茄成熟度识别与时序动态预测模型,首先通过融合番茄两侧图像获取番茄表观全局红色总占比,构建不同成熟番茄图像数据集,并基于迁移学习优化Swin Transformer模型初始权重配置,实现番茄成熟度分类识别;其次,周期性采集不同储藏温度(4、9、14℃)下番茄图像数据,结合番茄初始颜色特征与贮藏环境信息,构建基于Swin Transformer与GRU的番茄成熟度时序预测模型,并融合时间注意力模块优化模型预测精度;最后,对比分析不同模型预测结果,验证本研究所提模型的准确性与优越性。结果表明,番茄成熟度正确识别率为95.783%,相比VGG16、AlexNet、ResNet50模型,模型正确识别率分别提升2.83%、3.35%、12.34%。番茄成熟度时序预测均方误差(MSE)为0.225,相比原始GRU、LSTM、BiGRU模型MSE最高降低29.46%。本研究为兼顾番茄成熟度实现贮藏温度柔性适时调控提供了关键理论基础。

关键词：番茄低温贮藏成熟度识别时序预测模型 Swin Transformer GRU

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过表达SlCCD1A基因调控番茄风味品质

食品科学 2024年第2期45卷 97-103页

作者：娄茜棋孟良哲张清花程宝慧程国亭梁燕西北农林科技大学园艺学院陕西杨凌712100 延安大学生命科学学院陕西延安716000

为研究番茄(Solanum lycopersicum)类胡萝卜素双加氧酶A(Solanum lycopersicum carotenoid cleavage dioxygenases A,SlCCD1A)基因对番茄果实风味品质的影响作用,以樱桃番茄CI1005和大果番茄AC的SlCCD1A-OE株系为研究对象。结合实时聚合酶链式反应技术鉴定转基因植株,对转基因株系挥发物及主要品质性状进行测定。结果表明,与野生型(wild type,WT)相比,SlCCD1A-OE主要裂解果实番茄红素和β-胡萝卜素,提高6-甲基-5-庚烯-2-酮等11种异戊二烯类挥发性物质含量,CI1005的OE-3株系总含量最高可增至WT的5.68倍,AC的OE-8株系增至1.88倍,果实花香、果香和甜感气味显著提升。CI1005型的OE-3株系可溶性固形物质量分数、总糖含量和糖酸比分别增至6.2%、37.34 mg/g和10.37,总酸和VC质量浓度分别降低至0.36 mg/L和42.10 mg/mL;AC型的OE-7株系可溶性固形物质量分数、总糖含量和糖酸比分别增至4.77%、20.03 mg/g和5.23,总酸和VC质量浓度分别降低至0.38 mg/L和37.10 mg/L,使果实变得高甜低酸。SlCCD1A基因有利于提升果实类胡萝卜素衍生挥发物的含量与丰富度,还能增加可溶性固形物、总糖等水平,提升番茄果实风味品质。

关键词：番茄类胡萝卜素双加氧酶A 挥发物风味品质

基于多模型融合策略的温室番茄光合速率预测方法

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农业机械学报 2024年第4期55卷 337-345页

作者：刘潭朱洪锐袁青云王永刚张大鹏丁小明沈阳农业大学信息与电气工程学院沈阳110866 辽宁省农业信息化工程技术研究中心沈阳110866 农业农村部规划设计研究院北京100125

温室番茄光合速率的准确预测对于番茄的生长和产量评估具有重要意义。然而,由于温室环境的复杂性和多变性,传统的光合速率预测模型往往难以满足精准预测的需求。因此,为了进一步提高预测模型的准确性和稳定性,本研究提出了一种基于多模... 详细信息

温室番茄光合速率的准确预测对于番茄的生长和产量评估具有重要意义。然而,由于温室环境的复杂性和多变性,传统的光合速率预测模型往往难以满足精准预测的需求。因此,为了进一步提高预测模型的准确性和稳定性,本研究提出了一种基于多模型融合策略的温室番茄光合速率预测方法。首先,采集温湿度、光照强度、CO_(2)浓度不同组合下的番茄光合速率,构建样本集,并采用五折交叉验证法(Cross-Validation)对数据进行预处理。以预处理的数据为基础,分别基于粒子群优化支持向量机(PSO-SVR)、布谷鸟优化极限学习机(CS-ELM)和北方苍鹰优化高斯过程回归(NGO-GPR)算法建立番茄光合速率预测模型对光合速率进行初步预测,然后采用Stacking算法通过基于决策树的集成学习模型(XGBoost)组合各基础模型的预测结果,进而实现多模型融合。仿真分析结果表明,与单一预测模型相比,基于多模型融合的光合速率预测模型充分发挥了各基础模型的优势,可以进一步提高光合速率预测的准确性和稳定性,该模型验证集MAE为0.569 7μmol/(m^(2)·s),RMSE为0.721 4μmol/(m^(2)·s)。因此,本文提出的方法在温室作物光合速率预测方面具有一定的优势,可为温室番茄等作物光环境优化调控提供一定的理论基础和技术支撑。

关键词：温室番茄光合速率预测极限学习机高斯过程回归多模型融合

番茄SlNRT2基因家族鉴定、启动子克隆及表达分析

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植物生理学报 2024年第1期60卷 97-107页

作者：李文静张新业张智研冯恰刘薇李红敬张艳霞赵金萍王聪艳赵楠楠朱姝廊坊师范学院生命科学学院河北廊坊065000 廊坊市细胞工程与应用研究重点实验室河北廊坊065000

硝酸盐转运蛋白2(Nitrate transporter 2,NRT2),是一种高亲和硝酸盐转运蛋白,在植物对硝酸盐的吸收和转运过程中发挥重要作用。本研究通过生物信息学方法对番茄(Solanum lycopersicum)NRT2(SlNRT2)家族基因进行鉴定,利用热图分析SlNRT2... 详细信息

硝酸盐转运蛋白2(Nitrate transporter 2,NRT2),是一种高亲和硝酸盐转运蛋白,在植物对硝酸盐的吸收和转运过程中发挥重要作用。本研究通过生物信息学方法对番茄(Solanum lycopersicum)NRT2(SlNRT2)家族基因进行鉴定,利用热图分析SlNRT2家族成员基因表达模式,并利用启动子嵌合GUS报告基因转化拟南芥对SlNRT2启动子活性进行分析。结果表明番茄基因组中鉴定到5个NRT2基因,定位于细胞膜,氨基酸序列长度介于458~531 aa,等电点介于9.05~9.33,不稳定性指数介于31.84~40.70。基因结构分析表明,该基因家族由3~4个外显子构成。染色体定位分析显示,SlNRT2基因分布于3条染色体上。系统进化和保守结构域分析显示,SlNRT2分别归属于I和II两个类群,具有10种保守基序,蛋白保守性很高。番茄不同组织热图分析表明SlNRT2.1和SlNRT2.2呈组成型表达;SlNRT2.3~SlNRT2.5主要在根部表达。启动子顺式作用元件及GUS组织化学染色分析结果表明,SlNRT2.4启动子驱动GUS基因在拟南芥根部特异性表达,而SlNRT2.3和SlNRT2.5除驱动GUS基因在拟南芥根部表达,叶片也有表达。本研究为后续开展SlNRT2基因的功能研究提供依据,同时为培育氮素高效利用型转基因番茄奠定了基础。

关键词：番茄硝酸盐转运蛋白基因家族启动子 GUS组织化学染色

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番茄风味和功能性成分研究进展

园艺学报 2024年第2期51卷 423-438页

作者：沈衡王琳李骞袁守娟郑伟王涛涛叶志彪杨长宪华中农业大学园艺植物生物学教育部重点实验室武汉430070 北京大学现代农业研究院潍坊现代农业山东省实验室山东潍坊261325 华中农业大学楚为现代种业研究院武汉430070

番茄(Solanum lycopersicum)风味物质主要由可溶性糖(葡萄糖、果糖等)、有机酸(柠檬酸、苹果酸等)和挥发性物质(醇类、酯类等)等构成。番茄还含有多种功能性成分,包括抗坏血酸、番茄红素、γ–氨基丁酸、维生素D和维生素E等,赋予番茄果... 详细信息

番茄(Solanum lycopersicum)风味物质主要由可溶性糖(葡萄糖、果糖等)、有机酸(柠檬酸、苹果酸等)和挥发性物质(醇类、酯类等)等构成。番茄还含有多种功能性成分,包括抗坏血酸、番茄红素、γ–氨基丁酸、维生素D和维生素E等,赋予番茄果实重要的保健功能。本文中概述了番茄风味物质和功能性成分的组成、合成途径及调控机制等方面的研究进展,以期为创制富含风味物质和功能性成分的番茄种质并培育风味好的功能性番茄奠定基础。

关键词：番茄风味功能性成分合成途径调控机制综述

番茄自然群体磷利用效率分析及耐低磷种质筛选

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园艺学报 2024年第5期51卷 993-1004页

作者：李品甘宁陈家伟项思翔沈静漪欧阳波卢永恩华中农业大学园艺林学学院果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室武汉430070

以蛭石为基质,通过营养液控制,在幼苗期对包括196份材料的番茄自然群体进行了正常磷浓度及其10%和1%(830、83和8.3μmol·L^(-1)HPO_(4)^(2-))磷水平处理,并以幼苗地上部干、鲜质量、株高和叶绿素含量等指标为依据,对该自然群体进行了... 详细信息

以蛭石为基质,通过营养液控制,在幼苗期对包括196份材料的番茄自然群体进行了正常磷浓度及其10%和1%(830、83和8.3μmol·L^(-1)HPO_(4)^(2-))磷水平处理,并以幼苗地上部干、鲜质量、株高和叶绿素含量等指标为依据,对该自然群体进行了磷效率评估和耐低磷材料筛选。研究结果表明,地上部鲜质量和干质量在所检测指标中变异较大,材料间存在丰富的遗传变异。以低磷处理地上部鲜质量、干质量与正常磷处理的比值作为耐低磷评价指标,通过聚类分析,分别获得了1%磷水平下3个耐低磷番茄材料TS-653、yf4和pl1,和10%磷水平下3个耐低磷番茄材料TS-26、TS-643和TS-653,并分析了它们的相对磷含量以及地上部和地下部的磷含量比值。利用模糊隶属函数法计算各材料的磷效率综合值,基于散点图,筛选出在3个磷水平下均表现为高效的番茄种质TS-614。

关键词：番茄种质资源耐低磷磷高效磷效率综合值

番茄苗期耐盐相关遗传位点鉴定及分子标记开发

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园艺学报 2024年第2期51卷 239-252页

作者：徐琴王嘉颖张曼楠萧志浩郑涵楷卢永恩王涛涛张余洋张俊红叶志彪叶杰华中农业大学园艺林学学院果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室武汉430070 湖北洪山实验室武汉430070

以501份番茄重测序自然群体为研究材料,于苗期测定Na+和K+含量并计算Na+/K+比值,通过全基因组关联分析及单倍型分析,筛选耐盐相关显著关联位点,鉴定基于显著关联位点不同基因型材料的耐盐表型,利用该位点开发分子标记及验证。结果表明:... 详细信息

以501份番茄重测序自然群体为研究材料,于苗期测定Na+和K+含量并计算Na+/K+比值,通过全基因组关联分析及单倍型分析,筛选耐盐相关显著关联位点,鉴定基于显著关联位点不同基因型材料的耐盐表型,利用该位点开发分子标记及验证。结果表明:大果番茄的驯化和改良过程导致了植株地上部Na+含量和Na+/K+比值的降低。通过全基因组关联分析在7号染色体上鉴定到与番茄地上部Na+含量和Na+/K+比值显著关联位点NTC7(Na+tolerance loci on chromosome 7),该位点包含两个功能已知的耐盐基因,HKT1;1和HKT1;2。序列分析和单倍型分析鉴定到HKT1;2启动子上存在1个6bp插入缺失与地上部中Na+含量和Na+/K+比值高度关联,通过盐处理验证该位点与番茄耐盐性相关,说明InDel_6是番茄苗期耐盐的功能突变位点。利用ARMS-PCR技术基于该位点开发番茄耐盐性相关的分子标记,并对不同基因型的材料进行耐盐表型鉴定,完成了分子标记的验证。

关键词：番茄耐盐钠元素钾元素全基因组关联分析分子标记

番茄细胞分裂素与生长素响应信号可视化荧光分析

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园艺学报 2024年第2期51卷 372-384页

作者：赵晓冰孙可一樊俊苗丁静南京农业大学园艺学院作物遗传与种质创新利用全国重点实验室南京210095 北京农学院植物科学技术学院北京100096 上海交通大学农业与生物学院上海200240

解析细胞分裂素和生长素的响应信号在番茄体内的动态分布,对从细胞水平阐明这两类激素的调控功能及作用机理具有重要意义。利用细胞分裂素响应启动子TCSn1驱动绿色荧光报告基因TCSn1::GFP(GFP)和生长素响应启动子DR5v2驱动红色荧光报告... 详细信息

解析细胞分裂素和生长素的响应信号在番茄体内的动态分布,对从细胞水平阐明这两类激素的调控功能及作用机理具有重要意义。利用细胞分裂素响应启动子TCSn1驱动绿色荧光报告基因TCSn1::GFP(GFP)和生长素响应启动子DR5v2驱动红色荧光报告基因DR5v2::tdTomato(tdTomato),实时原位分析了番茄根、茎、叶、花和果实中细胞分裂素和生长素的响应信号,发现两种荧光在发芽3~7 d幼苗根冠的侧根冠、小柱起始细胞和小柱细胞及根伸长区的原形成层、基本分生组织和原表皮层,发芽5~10 d的茎尖分生组织,定植23和37 d植株茎段的维管束组织,定植32 d植株的幼嫩叶片,开花当天的花瓣和果梗,开花2~6 d果实的胚珠、胎座、小柱及表皮等组织/器官中均有分布。两种荧光的强度均在茎尖分生组织和果实胚珠中最高,并且具有类似的变化趋势:在发芽3~7 d的根冠和伸长区中先下降后有所恢复,茎段中37 d弱于23 d,发芽5~10 d茎尖分生组织和开花0~6 d果实中持续上升。本研究为番茄细胞分裂素和生长素响应分析提供了一个灵敏而稳定的可视化工具,并解析了两种激素在番茄不同器官中的分布与强度。

关键词：番茄细胞分裂素响应生长素响应可视化荧光显微成像

番茄褐色皱纹果病毒(ToBRFV)研究进展

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园艺学报 2024年第2期51卷 439-452页

作者：韦建明黄鑫李云洲梁燕贵州大学农学院贵阳550025 西北农林科技大学园艺学院陕西杨凌712100

番茄褐色皱纹果病毒(tomato brown rugose fruit virus,ToBRFV)为帚状病毒科(Virgaviridae)烟草花叶病毒属(Tobamovirus)RNA病毒,可侵染包括番茄在内的多个科属植物,严重威胁安全生产。ToBRFV于2014年首次在以色列发现,随后蔓延至多个... 详细信息

番茄褐色皱纹果病毒(tomato brown rugose fruit virus,ToBRFV)为帚状病毒科(Virgaviridae)烟草花叶病毒属(Tobamovirus)RNA病毒,可侵染包括番茄在内的多个科属植物,严重威胁安全生产。ToBRFV于2014年首次在以色列发现,随后蔓延至多个国家和地区。2021年4月中国将该病毒列为检疫性病毒。本文中对该病毒的基因组结构、寄主范围、发病症状、传播方式、检测方法、寄主抗性以及防御措施等的研究进展进行了归纳总结,以期为防控和抗ToBRFV育种提供参考和借鉴。

关键词：番茄番茄褐色皱纹果病毒抗病育种