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基于生长函数的大豆根系生长的三维可视化模拟

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农业工程学报 2008年第7期24卷 151-154页

作者：钟南罗锡文秦琴华南农业大学工程学院广州510642 广东科学技术职业学院管理科学系广州510640

植物的可视化模拟与仿真能为植物生长研究提供直观、迅捷的科学研究方法。植物根系在生长介质中的三维空间造型与分布,对水分养分的利用具有十分重要的作用。为了避免植物根系生长环境的不可见性和次要因素的影响,定量地直观地研究根构... 详细信息

植物的可视化模拟与仿真能为植物生长研究提供直观、迅捷的科学研究方法。植物根系在生长介质中的三维空间造型与分布,对水分养分的利用具有十分重要的作用。为了避免植物根系生长环境的不可见性和次要因素的影响,定量地直观地研究根构型的适应性变化,将植物根构型的多个生长函数和植物根系的形态发生模型耦合起来,结合可视化方法,建立了植物根系生长的三维可视化模拟系统。以大豆根系为研究对象,根构型的生长函数采用前期研究已获得的三次多项式形式;形态发生模型采用微分L系统理论编译其生成规则;可视化方法采用一系列连接在一起并平滑处理的圆台代表根轴。系统设计成只需输入三次多项式形式的生长函数的系数,就可直观地、连续地、可控地获得该根系生长的可视化图形和根构型几何参数。

关键词：大豆根系生长函数微分L系统模拟可视化

大豆根系中应答镉胁迫的R2R3-MYB基因分析

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生态学杂志 2018年第7期37卷 2030-2039页

作者：丁杰张晓娜朴春兰崔敏龙高振蕊中国科学院沈阳应用生态研究所污染生态与环境工程重点实验室沈阳110016 中国科学院大学北京100049

非生命活动所需的重金属镉(Cd),在土壤中以低浓度存在时,便可以产生极强的毒性,影响植物的生长发育。MYB转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,近年的研究表明其广泛参与多种生物学过程。为了解大豆根系中应答镉胁迫的MYB基因,本研... 详细信息

非生命活动所需的重金属镉(Cd),在土壤中以低浓度存在时,便可以产生极强的毒性,影响植物的生长发育。MYB转录因子是植物中最大的转录因子家族之一,近年的研究表明其广泛参与多种生物学过程。为了解大豆根系中应答镉胁迫的MYB基因,本研究将发芽7天的大豆苗在镉浓度为75μmol·L^(-1)的培养基中处理0、4、8、12和48 h,采用Illumina HiSeq高通量测序平台对大豆根系进行转录组测序分析,获得16个与镉胁迫应答息息相关的R2R3-MYB基因。氨基酸序列分析表明,这16个MYB转录因子均含有4个保守元件,且均含有R2、R3保守结构域。参考拟南芥R2R3-MYB亚组分类进行系统发生学分析,发现它们分为S1、S2、S8、S15、S17、S20和S22 7个亚组。大豆根系中MYB基因差异表达分析结果显示,镉胁迫条件下,16个R2R3-MYB基因的表达量均发生变化,且表达量变化均在2倍以上,其中6个基因表达下调,最大下调倍数达17倍,10个基因表达上调,最大上调倍数为11倍。进一步分析发现,大豆根系中的MYB基因主要通过调控重金属镉的吸收、转运、解毒过程来缓解镉的毒害作用。本研究通过对大豆根系中应答镉胁迫的R2R3-MYB基因分析,为大豆抗重金属镉育种提供基因资源和理论基础。

关键词：大豆根系镉转录组测序 R2R3-MYB基因

UV-B辐射增强对大豆根系活性氧代谢及抗氧化系统的影响

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华北农学报 2018年第5期33卷 174-180页

作者：杨璐赵天宏中国气象局沈阳大气环境研究所辽宁沈阳110166 锦州市生态与农业气象中心辽宁锦州121001 沈阳农业大学农学院辽宁沈阳110866

为了探究在UV-B辐射增强胁迫下,大豆根系活性氧代谢规律及其对抗氧化系统的响应,通过自然状态和增强UV-B辐射对比,对不同生育时期大豆根系的膜脂过氧化作用(丙二醛含量、相对电导率)、活性氧代谢(超氧阴离子产生速率、过氧化氢含量)、... 详细信息

为了探究在UV-B辐射增强胁迫下,大豆根系活性氧代谢规律及其对抗氧化系统的响应,通过自然状态和增强UV-B辐射对比,对不同生育时期大豆根系的膜脂过氧化作用(丙二醛含量、相对电导率)、活性氧代谢(超氧阴离子产生速率、过氧化氢含量)、保护酶活性(超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性)、保护性物质含量(抗坏血酸含量、类胡萝卜素含量、脯氨酸含量)等一系列指标进行测定。结果表明,同对照相比,UV-B胁迫引起O2-·和H2O2的积累,具体表现为:在开花期,UV处理与CK相比,O2-·产生速率降低11. 5%,H2O2含量升高9. 9%,其余生育时期UV处理均高于CK,所有生育时期,UV处理与CK相比差异显著。导致MDA含量和相对电导率增大,具体表现为:MDA含量和相对电导率在所有生育时期,UV处理均高于CK,且差异显著。同时还可引起SOD、POD和CAT等保护酶活性降低,具体表现为:与CK相比,在分枝期,UV处理SOD升高15. 5%、POD下降15. 3%、CAT活性下降12. 8%,其余生育时期均降低。除CAT活性在分枝期差异不显著外,所有生育时期,UV处理与CK相比均差异显著。As A、Car和脯氨酸等保护性物质含量下降,具体表现为:与CK相比,在分枝期,UV处理As A含量降低11. 4%、Car降低15. 4%、脯氨酸含量升高10. 5%;在开花期,UV处理As A升高31. 2%、Car降低17. 9%、脯氨酸含量升高20. 7%,其余生育时期均降低。除Car含量在结荚期和脯氨酸含量在分枝期差异不显著外,所有生育时期,UV处理与CK相比均差异显著。因此,UV-B辐射增强可以使大豆根系活性氧代谢和膜脂过氧化程度加剧,细胞膜透性增大,并对其抗氧化系统产生损害,且随着大豆生育时期的延长,这种效应越为明显。

关键词：植物生理生态逆境损伤对比试验 UV-B增强大豆根系活性氧抗氧化系统

大豆根系生理特性对大气二氧化碳浓度升高的反应

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作物杂志 2006年第2期 40-43页

作者：蒋跃林张庆国张仕定岳伟陈庭甫安徽农业大学资源与环境学院安徽合肥副教授230036 中国科技大学理化测试中心安徽合肥230026

制作开顶式气室控制CO2浓度,对盆栽大豆进行试验测定,分析了大豆根系生理特征在CO2浓度升高条件下的变化.结果表明：随着CO2浓度的升高,大豆根系生长受到明显促进,根系更加发达,表现为根系体积、生物量以及根冠比的显著提高,主根长度、... 详细信息

制作开顶式气室控制CO2浓度,对盆栽大豆进行试验测定,分析了大豆根系生理特征在CO2浓度升高条件下的变化.结果表明：随着CO2浓度的升高,大豆根系生长受到明显促进,根系更加发达,表现为根系体积、生物量以及根冠比的显著提高,主根长度、直径和侧根密度亦呈增加趋势.CO2浓度为450μmol/mol、550μmol/mol、650μmol/mol和750μmol/mol时,与CO2本底浓度相比,大豆根系体积在苗期增加10.2%～36.7%,在开花期提高13.2%～34.7%,鼓粒期增幅达13.9%～49.4%,根系干重的提高幅度与根体积增幅基本一致,根冠比随CO2浓度升高而加大.同时,高CO2条件还促进了根系活跃吸收面积的增加和根系活力的加强,根系活跃吸收面积的增大在开花期较为显著,增幅为6.9%～29.9%,根系活力在开花期和鼓粒期增幅较大,分别提高6.8%～25.0%和7.2%～24.4%.

关键词： CO2浓度大豆根系生物量生理特征

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臭氧胁迫对大豆根系形态和活性氧代谢的影响

大豆科学 2012年第1期31卷 52-57页

作者：赵天宏曹艳红王岩戴震刘轶欧刘波沈阳农业大学农学院辽宁沈阳110866

利用开顶式气室(OTCs)对大豆进行臭氧(O3)胁迫试验,研究了高浓度O3对大豆根系体积、根瘤数、根瘤干重、根干重等根系形态指标以及膜脂过氧化程度、活性氧、抗氧化酶活性等活性氧代谢指标的影响。结果表明:在高浓度O3处理下,根系体积、... 详细信息

利用开顶式气室(OTCs)对大豆进行臭氧(O3)胁迫试验,研究了高浓度O3对大豆根系体积、根瘤数、根瘤干重、根干重等根系形态指标以及膜脂过氧化程度、活性氧、抗氧化酶活性等活性氧代谢指标的影响。结果表明:在高浓度O3处理下,根系体积、根及根瘤干重、根瘤数降低,根系MDA含量、相对电导率显著上升,膜脂过氧化程度加剧;超氧阴离子(O2.-)产生速率和H2O2含量增加;O3胁迫处理的SOD活性在分枝期高于CK处理,其余各时期均低于CK处理;CAT活性除在开花期低于CK处理外,其它时期均高于CK处理;POD活性呈先升后降的趋势,各个时期均高于CK处理。高浓度O3导致大豆抗氧化系统的氧化损伤,对大豆表现为伤害效应,从而抑制了大豆根系的正常生长发育。

关键词： O3浓度升高大豆根系根系形态活性氧代谢

两种植物生长调节剂浸种对大豆根系解剖结构的影响

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植物生理学通讯 2010年第7期46卷 687-692页

作者：冯乃杰阎秀峰郑殿峰刘冰东北林业大学博士后科研流动站哈尔滨150086 大庆高新技术产业开发区博士后科研工作站黑龙江大庆163316 黑龙江八一农垦大学农学院化控研究室黑龙江大庆163319

在砂培框栽条件下,研究植物生长调节剂2-N,N-二乙胺基乙基己酸酯(DTA-6)和烯效唑(S3307)浸种对大豆‘垦农4号’根系生长的调控效应,并比较不同浓度条件下2种植物生长调节剂对大豆根系的显微结构及超微结构的影响。结果表明,50mg·L-1DT... 详细信息

在砂培框栽条件下,研究植物生长调节剂2-N,N-二乙胺基乙基己酸酯(DTA-6)和烯效唑(S3307)浸种对大豆‘垦农4号’根系生长的调控效应,并比较不同浓度条件下2种植物生长调节剂对大豆根系的显微结构及超微结构的影响。结果表明,50mg·L-1DTA-6和0.4mg·L-1S3307浸种后中柱鞘直径、根系木质部及韧皮部截面积均增加,线粒体及淀粉质体等结构清晰,线粒体、淀粉质体、质体数量丰富;而其他浸种处理对根细胞发育的上述指标的调控效果不显著。综合分析表明,50mg·L-1DTA-6和0.4mg·L-1S3307浸种有利于大豆根系的生长发育。

关键词：大豆根系植物生长调节剂解剖结构

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尿素酶抑制剂NBPT对大豆根系的影响

大豆科学 2008年第1期27卷 92-96页

作者：孙庆元张雪崧赵略刘娜大连工业大学生物与食品工程学院辽宁大连116034 大连工业大学化工与材料工程学院辽宁大连116034

大豆根系特别是与大豆共生的根瘤菌对土壤中的NH4+非常敏感,尿素酶抑制剂NBPT能够抑制土壤尿素酶的活性并减缓NH4+的水解速率已得到广泛的认同。为探索利用NBPT提高大豆生长发育的途径,对施用NBPT的大豆,利用氧化还原法,乙炔还原法和凯... 详细信息

大豆根系特别是与大豆共生的根瘤菌对土壤中的NH4+非常敏感,尿素酶抑制剂NBPT能够抑制土壤尿素酶的活性并减缓NH4+的水解速率已得到广泛的认同。为探索利用NBPT提高大豆生长发育的途径,对施用NBPT的大豆,利用氧化还原法,乙炔还原法和凯氏定氮法分别测定了大豆根系活性,根瘤固氮活性和植株含氮量,并测定了大豆根瘤的数量和重量。结果表明,NBPT提高了大豆整个生长期的根系活力,对根瘤固氮酶活性有促进作用,根瘤数量和重量都有增加,因而大豆植株的含氮量也随之增加,根系生长得到促进。NBPT作为氮素由于施用量小对大豆根系及根瘤的作用有限。

关键词：尿素 NBPT 大豆根系大豆根瘤

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基于L系统的大豆根系模型构建及可视化

农机化研究 2012年第9期34卷 52-54,60页

作者：贾银江苏中滨郑萍东北农业大学工程学院哈尔滨150030

深入分析了大豆根系形态特征与生长特性,根据大豆根系生长呈S形曲线的特点,基于逻辑斯蒂方程对采集的根系数据进行了回归分析,获取大豆根系的生长方程。根据大豆根系形态结构具有自相似性特点,设计了大豆根系L系统,并在VC++环境下利用Op... 详细信息

深入分析了大豆根系形态特征与生长特性,根据大豆根系生长呈S形曲线的特点,基于逻辑斯蒂方程对采集的根系数据进行了回归分析,获取大豆根系的生长方程。根据大豆根系形态结构具有自相似性特点,设计了大豆根系L系统,并在VC++环境下利用OpenGL技术实现了大豆根系拓扑结构模型的构建及可视化模拟。

关键词： L系统大豆根系 OpenGL 虚拟模型

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烯效唑对干旱胁迫下苗期大豆根系的调控

烯效唑对干旱胁迫下苗期大豆根系的调控

作者：梁晓艳黑龙江八一农垦大学

学位级别：硕士

干旱是全球农业生产面临的主要问题之一。烯效唑作为一种高效的三唑类植物生长调节剂,在提高植物抗逆性方面发挥着关键作用。为明确干旱胁迫对苗期大豆根系建成的影响,以及胁迫后烯效唑的调控效应,本研究以抗旱品种合丰50和干旱敏感品... 详细信息

干旱是全球农业生产面临的主要问题之一。烯效唑作为一种高效的三唑类植物生长调节剂,在提高植物抗逆性方面发挥着关键作用。为明确干旱胁迫对苗期大豆根系建成的影响,以及胁迫后烯效唑的调控效应,本研究以抗旱品种合丰50和干旱敏感品种垦丰16为材料,采用盆栽试验,通过测定持续干旱胁迫下大豆根系形态指标,显微及超显微结构、抗氧化酶系统、渗透调节物质含量、激素含量和抗逆基因表达量,研究干旱胁迫下烯效唑对大豆苗期根系调控效果。研究得出主要结论如下:1.随断水时间延长,干旱程度逐渐加重。至断水处理后120 h,两大豆品种各处理根系形态指标差异达最大,烯效唑浸种处理的合丰50根系总根长、根表面积、根体积、根尖数、根平均直径和根干重分别比清水浸种处理高9.27%、16.47%、19.43%、15.94%、19.49%和21.50%;垦丰16为6.10%、12.80%、38.51%、10.28%、12.48%和16.98%。烯效唑能有效缓解干旱胁迫对两品种根系生长发育的抑制效应。2.断水处理后48 h,两品种清水浸种处理根系显微结构表现为中柱鞘直径、木质部和韧皮部截面积减小,皮层细胞失水发生质壁分离;至处理后96 h,中柱细胞失水发生质壁分离,导管木质化,根系整体形态皱缩变形,垦丰16清水浸种处理的木质部细胞皱缩严重,无法观察其正常形态。两品种烯效唑浸种处理中柱鞘直径、木质部和韧皮部截面积大于清水浸种处理,处理后96 h,根系整体形态未发生皱缩变形。3.断水处理后48 h,两品种清水浸种处理根系超显微结构表现为根系线粒体内腔出现大量空洞,嵴减少,细胞核发生变形;至处理后96 h,根系线粒体外膜部分消失,内腔空洞和嵴消失现象明显,内部降解,部分线粒体内容物渗出,核仁消失,染色质凝聚并边缘化,内部降解。而断水处理后48 h,两品种烯效唑浸种处理根系线粒体表现为嵴减少,内腔出现少量空洞,细胞核未受影响;至处理后96 h,线粒体空洞现象加重,但内部未发生降解,核仁消失,染色质凝聚。4.干旱胁迫下,烯效唑浸种能够降低合丰50和垦丰16根系MDA含量和相对电导率。两品种根系SOD活性在断水处理后96 h和72 h达最大值,烯效唑浸种处理比清水浸种处理分别高14.73%和15.69%。POD、CAT、PPO活性均在处理后120 h差异达最大,合丰50和垦丰16烯效唑浸种处理的根系POD、CAT、PPO活性分别比清水浸种处理高49.36%、41.28%、71.02%和23.16%、43.44%、62.88%。处理后120 h,两品种烯效唑浸种处理的可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量分别比清水浸种处理高14.64%、15.20%、29.09%和47.84%、7.93%、12.11%。烯效唑能够缓解两大豆品种根系的氧化损伤,提高抗旱性。5.断水处理后48 h,合丰50和垦丰16烯效唑浸种处理的根系IAA和ABA含量比清水浸种处理分别提高25.02%、88.22%和23.88%、15.69%。至处理后96 h,合丰50烯效唑浸种处理的根系IAA和ABA含量比清水浸种处理高52.84%和77.55%;垦丰16烯效唑浸种处理的根系IAA含量比清水浸种处理高52.17%。烯效唑能够降低合丰50根系中GA含量,增加垦丰16根系中GA含量。断水处理后96 h,两品种烯效唑浸种处理的ZT含量比清水浸种处理分别提高76.00%和49.23%。6.断水处理后48 h,对NAC转录因子来说,合丰50烯效唑浸种处理的根系GmNAC003、GmNAC004、GmNAC015、GmNAC020表达量分别是清水浸种处理的1.76、3.14、3.11、1.49倍。垦丰16烯效唑浸种处理的根系GmNAC003、GmNAC004、GmNAC020表达量分别是清水浸种处理的1.77、1.09、1.61倍。对双组分系统来说,合丰50烯效唑浸种处理的根系GmHK07、GmRR01、GmRR02表达量分别是清水浸种处理的1.03、1.24、1.12倍。垦丰16烯效唑浸种处理的根系GmHK07、GmRR01、GmRR16表达量分别是清水浸种处理的1.72、1.12、1.95倍。处理后96 h,烯效唑的调控效果不明显。综上所述,烯效唑浸种通过促进根系生长发育,减轻根系结构和细胞器损伤,提高抗氧化酶活性,增加渗透调节物质和激素含量,调控重要基因表达,有效缓解干旱胁迫对大豆根系建成的影响。

关键词：干旱大豆根系烯效唑生长发育生理代谢相关基因表达