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水稻品质多平台高光谱遥感估测方法研究

水稻品质多平台高光谱遥感估测方法研究

作者：谢莉莉浙江大学

学位级别：硕士

水稻是我国最主要的粮食作物之一,其安全优质的生产活动对国家的稳定与发展有着极为重要的作用。随着经济的发展,人们对稻米的品质问题提出了更高的要求。水稻籽粒直链淀粉含量、蛋白质含量和总淀粉含量均为评价水稻品质的重要指标,直... 详细信息

水稻是我国最主要的粮食作物之一,其安全优质的生产活动对国家的稳定与发展有着极为重要的作用。随着经济的发展,人们对稻米的品质问题提出了更高的要求。水稻籽粒直链淀粉含量、蛋白质含量和总淀粉含量均为评价水稻品质的重要指标,直接或间接影响着稻米的食味和营养品质。本文采用ASD光谱仪采集水稻室内稻谷、米粒、米粉形态水稻样品及关键生育期的冠层高光谱光谱反射率,利用大疆M600 Pro型六旋翼无人机搭载Rikola高光谱相机获取水稻关键生育期的冠层成像高光谱数据,并由此建立室内样品、冠层及无人机3个尺度的水稻籽粒品质监测模型,来预测和验证水稻籽粒直链淀粉含量(Amylose Content,AC)、蛋白质含量(Protein Content,PC)和总淀粉含量(Total Starch Content,TSC)等品质指标参数,并尝试通过耦合植被指数和无人机图像纹理参数来进一步优化无人机多生育期品质监测模型。以下是本研究中取得的一些具体结果:(1)在室内样品尺度,选用稻谷、米粒、米粉形态水稻样品的室内ASD光谱,通过相关分析和多元逐步回归建立水稻籽粒直链淀粉含量、蛋白质含量和总淀粉含量等品质指标的估测模型,发现米粉光谱相较于稻谷和米粒光谱最适用于基于室内光谱的水稻品质指标预测,水稻样品加工程度的增加有益于品质预测能力的提升。最终得到的3个品质指标室内光谱预测模型均基于米粉光谱建立,直链淀粉含量、蛋白质含量、总淀粉含量预测模型的建模决定系数分别达到0.6891、0.6231和0.8423。(2)在冠层尺度,采集孕穗期、抽穗期、灌浆期及成熟期的水稻冠层ASD光谱,通过相关分析和多元逐步回归建立基于不同生育期数量、组合的水稻籽粒直链淀粉含量、蛋白质含量和总淀粉含量等品质指标的估测模型。综合比较不同生育期组合模型的建模及验证效果,发现生育期数量的增加能明显而全面地提高品质监测模型的精度、可靠性和稳定性。直链淀粉含量、蛋白质含量、总淀粉含量监测实验的最佳模型均为孕穗-抽穗-灌浆-成熟四生育期模型,直链淀粉含量、蛋白质含量、总淀粉含量最佳模型的建模R2分别取到0.8945、0.7661和0.8276。(3)在无人机尺度,获取研究区水稻孕穗期、抽穗期、灌浆期及成熟期的无人机冠层成像高光谱数据,通过相关分析和多元逐步回归的方法构建基于无人机高光谱的多生育期水稻品质监测模型。研究发现,虽然其效果不如冠层尺度的多生育期信息引入效果,可引入的生育期数量也相对有限,但多生育期信息的综合利用依旧能一定程度地提升无人机水稻品质预测效果和稳定性。基于无人机光谱的水稻籽粒直链淀粉含量监测模型为抽穗-灌浆-成熟期三生育期组合模型,其建模R=0.8772,基于无人机光谱的水稻籽粒蛋白质含量和总淀粉含量监测模型均为孕穗-抽穗期二生育期组合模型,其建模R分别为0.6835和0.8456。(4)无人机高光谱影像具有图谱合一的特性,因此尝试引入空间纹理信息改进光谱预测模型。以灰度共生矩阵法提取各生育期无人机影像的空间纹理信息,通过相关分析和逐步回归法构建耦合多生育期植被指数和纹理信息的无人机水稻品质预测模型。研究发现空间纹理信息的引入能全面优化淀粉类品质指标监测模型的模型精度、可靠性和稳定性,对直链淀粉模型的提升尤为显著,但对蛋白质指标效果不佳,会导致其模型稳定性下降。因而,耦合植被指数和空间纹理信息的无人机水稻品质预测技术仅适用于淀粉类指标。

关键词：水稻品质无人机遥感遥感模型成像高光谱室内光谱冠层光谱多生育期纹理指数

膜下滴灌旱种下寒地水稻品质与产量关系的研究

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节水灌溉 2016年第1期 30-33页

作者：郭晓红孙立明姜玉伟潘世驹周健陈立强全利张先创郑桂萍吕艳东黑龙江八一农垦大学农学院/黑龙江省教育厅寒地作物种质改良与栽培重点实验室黑龙江大庆163319 黑龙江省嫩江农场黑龙江嫩江161431

以94份寒地早粳稻为材料,采用随机区组试验设计,研究膜下滴灌旱种下寒地水稻品质与产量关系。主要研究结果如下:膜下滴灌旱种下穗数较多的水稻种质具有相对较高的精米率、较大的精米粒长、较小的精米粒宽、较大的精米长宽比、较高的垩... 详细信息

以94份寒地早粳稻为材料,采用随机区组试验设计,研究膜下滴灌旱种下寒地水稻品质与产量关系。主要研究结果如下:膜下滴灌旱种下穗数较多的水稻种质具有相对较高的精米率、较大的精米粒长、较小的精米粒宽、较大的精米长宽比、较高的垩白粒率和垩白度、较低的粗脂肪含量和蛋白质含量、较高的米饭食味评分值;膜下滴灌旱种下穗粒数较少的水稻种质具有相对较高的精米率、较低的粗脂肪含量、较高的米饭食味评分值;膜下滴灌旱种下结实率较高的水稻种质具有相对较高的糙米率、精米率,较低的直链淀粉含量和粗脂肪含量;膜下滴灌旱种下千粒重较高的水稻种质具有相对较高的糙米率、精米率,较大的粒宽;膜下滴灌旱种下理论产量较高的水稻种质具有相对较高的糙米率、较大的粒宽、较小的精米长宽比、较低的蛋白质含量。

关键词：寒地水稻膜下滴灌旱种水稻品质水稻产量

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氮肥施用量与水稻品质的关系

土壤肥料 2005年第1期 17-19页

作者：柳金来宋继娟周柏明崔明元刘荣清李长梅吉林省通化市农科院梅河口135007 吉林省东丰县种子公司

试验结果表明:氮肥用量0～128 9kg/hm2条件下,随着氮肥用量的提高直链淀粉含量随之增高,否则反之;氮肥用量在0～112 8kg/hm2条件下,氮肥用量愈高蛋白质含量逐渐增高;氮肥用量高于112 8kg/hm2蛋白质含量下降。氮肥用量与垩白米率和垩白... 详细信息

试验结果表明:氮肥用量0～128 9kg/hm2条件下,随着氮肥用量的提高直链淀粉含量随之增高,否则反之;氮肥用量在0～112 8kg/hm2条件下,氮肥用量愈高蛋白质含量逐渐增高;氮肥用量高于112 8kg/hm2蛋白质含量下降。氮肥用量与垩白米率和垩白度分别呈显著和极显著正相关。水稻产量与品质表现明显的矛盾。在产量因素中穗数越多精米率和整精米率越低,垩白米率和垩白度也越大;千粒重、成熟度愈高精米率和整精米率亦高,而垩白米率、垩白度则下降。

关键词：氮肥用量水稻品质直链淀粉蛋白质

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基于高分数据的水稻品质监测方法的研究

基于高分数据的水稻品质监测方法的研究

作者：颜士博杭州师范大学

学位级别：硕士

新时代下人们对农作物品质的要求越来越高。籽粒粗蛋白质与直链淀粉含量影响着水稻的营养和食味品质,是水稻品质的两个重要指标。遥感技术因其快速、无损和动态等特点,在农作物品质监测或检测应用中表现出了强大的活力。国外在水稻品质... 详细信息

新时代下人们对农作物品质的要求越来越高。籽粒粗蛋白质与直链淀粉含量影响着水稻的营养和食味品质,是水稻品质的两个重要指标。遥感技术因其快速、无损和动态等特点,在农作物品质监测或检测应用中表现出了强大的活力。国外在水稻品质遥感监测方面起步较早,我国近年来在这方面取得了一些进展。本文利用高分辨率遥感数据(高分数据)研究水稻品质指标中的粗蛋白质与直链淀粉含量的遥感监测方法,为水稻品质的快速、大面积监测提供一定的理论依据。本研究选择德清县东苕溪东部水稻区,在2013-2014年水稻成熟期开展试验。分别进行室内水稻四种形态(稻穗、稻谷、米粒、米粉)的高光谱观测和基于国产高分辨率卫星数据(环境一号和高分一号)的水稻种植区和品质空间分布监测,主要研究结果如下:在室内高光谱研究中,采集了四种水稻形态的高光谱数据,分析了六种光谱变量与水稻品质的重要指标(粗蛋白质与直链淀粉)的相关性并构建了单因子模型、多元逐步回归模型、偏最小二乘模型、支持向量机回归估测模型。通过分析四种水稻形态的光谱与水稻重要指标的相关性发现,稻谷光谱更适合用来对水稻品质的两个重要指标进行监测。通过模型比较发现,对粗蛋白质含量的估测来说,基于原始光谱一阶导数变换的偏最小二乘回归模型为最优模型;对直链淀粉含量的估测来说,基于440nm、680nm、550nm、990nm、1200nm处反射率值的支持向量机回归模型为最优模型。基于环境一号的HJ CCD与高分一号的GF-1 WFV数据的水稻种植区和品质空间分布监测,采用了决策树分类、目视解译与面向对象分类相结合的分层分类方法提取水稻种植空间分布,分析14种常用的植被指数与水稻品质指标之间的相关性,建立了品质指标估测模型,并以此为基础进行了水稻种植区域的品质指标估测。比较2014两种卫星对水稻品质指标的监测效果,结果显示,在粗蛋白质含量的估测中,利用HJ CCD数据所构造的模型比GF-1 WFV具有更高的估测精度,这是因为粗蛋白质含量范围小,受空间分辨率影响较小,HJ CCD数据距采样日期较近;对于含量范围较大的直链淀粉的估算来说,受空间分辨率影响较大,GF-1 WFV数据与直链淀粉含量相关性更显著,但总体估测精度不高。为此,基于2013-2014年HJ CCD数据的RDVI指数所建立的最优模型来获取研究区内的水稻粗蛋白质含量空间分布信息。本研究初步建立了基于高分辨率卫星数据的水稻粗蛋白质含量监测模型和基于室内稻谷高光谱数据的粗蛋白质和直链淀粉含量监测的模型,还需对其它形态(稻穗、米粒、米粉)的品质含量估测设计科学和严格的实验,同时,也需要增加与卫星过境同步的野外冠层光谱观测利用卫星对直链淀粉含量监测的方法尚需改进。这些内容在未来的研究工作中加以体现,以期为利用卫星数据监测水稻品质提供可靠依据。

关键词：水稻品质粗蛋白质直链淀粉高分数据监测方法

水稻植株农艺性状与水稻品质的遗传相关性分析

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安徽农业科学 2006年第18期34卷 4539-4541页

作者：张振海宁夏农林科学院农作物研究所宁夏永宁750105

以35个水稻杂交组合为材料,研究了一些属于不同遗传类型性状间的相关性。结果表明,控制植株农艺性状的遗传效应与影响水稻品质性状的遗传效应间存在较强的相关性。其中,以加性效应间的相关性最为明显;有效穗数、剑叶长宽比和谷粒宽等性... 详细信息

以35个水稻杂交组合为材料,研究了一些属于不同遗传类型性状间的相关性。结果表明,控制植株农艺性状的遗传效应与影响水稻品质性状的遗传效应间存在较强的相关性。其中,以加性效应间的相关性最为明显;有效穗数、剑叶长宽比和谷粒宽等性状与品质性状间存在正相关,而株高、剑叶长、穗长、每穗粒数、谷粒长和谷粒长宽比等性状与水稻品质性状间存在负相关;有效穗数与糙米率等成对性状间的显性效应相关。

关键词：遗传协方差植株性状水稻品质

硅、硫、锌、锰肥配施对水稻品质及产量的影响

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土壤肥料 2004年第6期 17-20,24页

作者：龚玉琴杨金明白锦红冯伟宁徐志霞宁夏银川市农业技术推广中心站银川750004

通过田间和盆栽试验,探讨了水稻在常规施用氮、磷肥基础上,配施硅、硫、锌、锰肥对其品质和产量的影响,试验结果表明配施硅、硫、锌、锰肥对大米碾磨品质、外观品质有一定的改善,并有一定的增产效果。以每公顷配施Si61 1～122 2kg、S30... 详细信息

通过田间和盆栽试验,探讨了水稻在常规施用氮、磷肥基础上,配施硅、硫、锌、锰肥对其品质和产量的影响,试验结果表明配施硅、硫、锌、锰肥对大米碾磨品质、外观品质有一定的改善,并有一定的增产效果。以每公顷配施Si61 1～122 2kg、S30～45kg、Zn3 4kg、Mn4 0kg用量组合效果较佳,硫锌锰、硅锌锰、硅硫锌配施好于其它组合。

关键词：硅、硫、锌、锰肥水稻品质产量

基于As、Pb、F浓度变化对水稻品质及土壤性质的影响研究

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基于As、Pb、F浓度变化对水稻品质及土壤性质的影响研究

作者：安晨昕沈阳农业大学

学位级别：硕士

近年来,随着工业等领域的迅速发展,我国水资源短缺的状况日趋严重,因此污水灌溉已经成为农业灌溉的重要组成部分,然而污灌制度尚未完善,所以研究水质对水稻品质和土壤性质的影响有非常突出的现实意义。本试验采用小区试验的方法,用亚砷... 详细信息

近年来,随着工业等领域的迅速发展,我国水资源短缺的状况日趋严重,因此污水灌溉已经成为农业灌溉的重要组成部分,然而污灌制度尚未完善,所以研究水质对水稻品质和土壤性质的影响有非常突出的现实意义。本试验采用小区试验的方法,用亚砷酸钠(NaAsO2)、硝酸铅(Pb(NO3)2)和氟化钾(KF)三种化学药品分别配置6个不同浓度梯度的As、Pb、F溶液作为灌溉用水,在水稻生长过程中对其株高、分蘖数和叶片数进行观测,在水稻成熟后取样分析,通过称量和计算对其穗长、每穗粒数、结实率、千粒质量和单株产量进行确定,再通过仪器对其外观品质、营养品质、碾米品质和卫生品质进行检测,之后再将土壤、植株和稻米研磨,通过理化实验对其土壤理化性质以及各部分的因子含量进行检测。将以上数据运用SPSS和Excel等软件进行整理分析得出以下结论。(1)在不同浓度As水灌溉下,水稻的各长势指标随着灌溉浓度的增加均呈现出下降的趋势,但不显著,As对分蘖数和叶片数的影响大于对株高的影响;水稻的产量在一定程度上受到As的抑制,但作用不明显。对水稻的外观品质和营养品质无明显影响,均能达到绿色大米的标准;对水稻的碾米品质有一定程度上的抑制作用,但作用不明显;当灌溉水中As浓度超过0.035mg/L时,水稻的卫生品质超出绿色大米标准。灌溉水中As浓度与土壤中全氮含量呈现出极显著负相关关系,与土壤中速效磷和速效钾含量呈现出显著负相关关系。大部分As因子残留在土壤和根中,少部分的As因子迁移到茎叶中,极少的As因子迁移到精米中;稻米对As因子的富集能力较弱,且随着灌溉水中As浓度的增加,稻米对As的富集系数无明显变化趋势。(2)在不同浓度Pb水灌溉下,水稻的各长势指标随着灌溉浓度的增加均呈现出下降的趋势,但不显著,Pb对分蘖数和叶片数的影响大于对株高的影响;水稻的产量在一定程度上受到Pb的抑制,但作用不明显。对水稻的外观品质中的长宽比无明显影响,而垩白粒率和垩百度随着灌溉水中Pb浓度的增加而增加,但均能到到绿色大米的标准;对水稻的碾米品质有一定程度上的抑制作用,但作用不明显;对水稻的营养品质无明显不利影响,均能达到绿色大米的标准;当灌溉水中Pb浓度超过0.006mg/L时,水稻的卫生品质超出绿色大米标准。灌溉水中Pb浓度与土壤中有机质含量呈现出显著正相关关系,与土壤中全氮含量呈现出极显著负相关关系,与土壤中速效钾含量呈现出显著负相关关系。大部分Pb因子残留在土壤和根中,只有极少的Pb因子迁移到茎、叶和精米中;稻米对Pb因子的富集能力极弱,且随着灌溉水中Pb浓度的增加,稻米对Pb的富集系数无明显变化趋势。(3)在不同浓度F水灌溉下,水稻的各长势指标无明显变化;对水稻的产量有一定的抑制作用,但作用不明显。对水稻的外观品质中的长宽比无明显影响,但垩白粒率和垩百度随着灌溉水中F浓度的增加而增加,但均能到到绿色大米的标准;对水稻的碾米品质有一定程度上的抑制作用,但作用不明显;对水稻的营养品质无明显不利影响,均能达到绿色大米的标准;当灌溉水中F浓度超过1.545mg/L时,水稻的卫生品质超出绿色大米标准。灌溉水中F浓度与土壤中全氮和速效磷含量呈现出显著负相关关系,与土壤中速效钾含量呈现出极显著负相关关系。大部分F因子残留在土壤、根、茎和叶中,少部分的F因子迁移到精米中。稻米对F因子的富集能力一般,且随着灌溉水中F浓度的增加,稻米对F的富集系数呈现出先上升后下降的趋势。

关键词： As因子 Pb因子 F因子土壤性质水稻品质

基于CRISPR-Cas12a系统的水稻品质基因OsGBSSⅠ启动子编辑

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基于CRISPR-Cas12a系统的水稻品质基因OsGBSSⅠ启动子编辑

作者：赵雨欣电子科技大学

学位级别：硕士

“优质、高产”始终是水稻育种最重要的目标。稻米品质主要由直链淀粉和支链淀粉的组成、比例和结构决定。直链淀粉的合成主要由OsGBSSⅠ控制,调控OsGBSSⅠ的表达则可改变胚乳中直链淀粉的含量,从而达到品质育种目的。本研究基于CRISPR-... 详细信息

“优质、高产”始终是水稻育种最重要的目标。稻米品质主要由直链淀粉和支链淀粉的组成、比例和结构决定。直链淀粉的合成主要由OsGBSSⅠ控制,调控OsGBSSⅠ的表达则可改变胚乳中直链淀粉的含量,从而达到品质育种目的。本研究基于CRISPR-Cas12a基因编辑技术,对水稻日本晴OsGBSSⅠ基因的启动子进行多靶向位点进行编辑,创制不同直链淀粉含量的突变体材料,提供新的水稻品质改良思路及范例。全文具体研究内容及结果如下:1.针对水稻OsGBSSⅠ基因,设计12个crRNAs并构建了基于CRISPR-Cas12a系统的定向编辑载体2个即p ZJP080、p ZJP081（分别含6个crRNAs）。利用农杆菌介导水稻遗传转化,p ZJP080载体和p ZJP081载体分别获得独立的再生愈伤6个共30株、27个共135株。转基因阳性检测结果显示p ZJP080载体阳性率为93%,p ZJP081载体阳性率为100%。2.运用PCR-SSCP对crRNA单靶向位点突变效率进行分析,结果显示:OsGBSSⅠ-crRNA04号位点突变效率最低（为36%）;OsGBSSⅠ-crRNA11号位点突变效率最高（为87%）;OsGBSSⅠ-crRNA01号位点突变效率为47%;OsGBSSⅠ-crRNA02/06号位点突变效率为64%;OsGBSSⅠ-crRNA03/07号位点突变效率为53%;OsGBSSⅠ-crRNA05号位点突变效率为47%;OsGBSSⅠ-crRNA08号位点突变效率为59%;OsGBSSⅠ-crRNA09号位点突变效率为60%;OsGBSSⅠ-crRNA10号位点突变效率为77%。OsGBSSⅠ-crRNA12号位点突变效率为67%。其中,1个crRNA位点突变的效率为3.03%;2个crRNA位点突变的效率为9.09%;3个crRNA位点突变的效率为18.18%,4个crRNA位点突变的效率为9.09%;5个crRNA位点突变的效率为36.36%;6个crRNA位点突变的效率为24.24%。运用PCR琼脂糖电泳筛选鉴定大片段删除突变体,结果显示p ZJP081载体突变材料发生大片段删除的效率为41%。3.运用SSCP和Sanger测序的方法对突变体T1代植株进行鉴定,获得了45种不同基因型的纯合突变体。基因突变主要为各位点1-40bp的插入缺失,同时还有16种100bp以上的大片段缺失基因型。4.对纯合突变植株进行直链淀粉含量（AC）和胶稠度（GC）测定。结果表明:不同基因型的突变体材料AC含量出现了不同程度的降低,有8个突变体材料AC在16%-18%之间;有27个突变体材料AC在14%-16%之间,有5个突变体材料AC在12%-14%之间;有5个突变体材料AC在8%-12%之间,符合优质软米的标准;甚至有6个大片段缺失突变体材料AC含量低于5%,与编码区突变的突变体AC含量相当。突变体材料GC长度变化则随着AC降低呈现出GC长度增加,AC与GC两者之间的变化呈负相关。5.选取部分突变材料进行基因表达量分析,结果显示:突变体AC含量随OsGBSSⅠ基因表达量的下降而降低。同时对这部分突变体材料种子进行KI-I2染色及垩白度观察,结果也显示:随着AC含量降低,种子透明度逐渐降低,与胚乳经KI-I2染色也表现出颜色逐渐变浅的结果一致。

关键词：水稻品质 OsGBSSⅠ 启动子编辑 CRISPR-Cas12a

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水稻品质及其研究进展

种子世界 2011年第12期 22-23页

作者：李润宝王哲伟林亚三张友庚海南神农大丰种业科技股份有限公司海南省琼海市中原镇农技推广站

1稻米品质的内涵全世界有三分之一的人口以水稻为主食,水稻品质改良与人们的生活水平和健康息息相关。水稻品质的评价主要包括以下几个方面:外观品质主要包括籽粒长度、宽度、长宽比、垩白和透明度等;碾磨品质主要包

关键词：水稻品质稻米淀粉稻米品质食味品质水稻品种直链淀粉含量醇溶蛋白米饭种子直感