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野生稻CBF/DREB1转录因子的鉴定与生物信息学分析

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草业学报 2024年第6期33卷 126-144页

作者：霍晨敏袁敏张宝文王瑞菊河北经贸大学生物科学与工程学院河北石家庄050061 分子细胞生物学教育部重点实验室河北省细胞生物学基础学科研究中心河北省细胞信号与环境适应协同创新中心河北省分子细胞生物学重点实验室河北师范大学生命科学学院河北石家庄050024 华北理工大学生命科学学院河北唐山063210

低温冷害是限制栽培稻地域分布和产量的重要因素之一,严重影响我国的粮食安全。以CBF/DREB1为核心的C-重复结合因子-冷调节基因(CBF-COR)途径是水稻适应低温的重要信号传导途径。基于稻属9种植物的全基因测序结果和隐马尔可夫模型(HMM)... 详细信息

低温冷害是限制栽培稻地域分布和产量的重要因素之一,严重影响我国的粮食安全。以CBF/DREB1为核心的C-重复结合因子-冷调节基因(CBF-COR)途径是水稻适应低温的重要信号传导途径。基于稻属9种植物的全基因测序结果和隐马尔可夫模型(HMM)搜索,共鉴定出71个CBF/DREB1基因序列。所有基因均无内含子,由单个外显子组成。大部分DREB1s呈弱酸性,所有DREB1s亲水性平均值1,受到正选择压力。旁系同源基因之间启动子顺式元件种类和数量差异较大,直系同源基因的启动子顺式元件种类和数量很相似。对日本晴、93-11和东乡野生稻7 d幼苗4℃冷处理2 h的实时荧光定量PCR分析发现早期冷响应基因可分为激活型(DREB1A/1B/1C/1E/1F/1G/1H)和抑制型(DREB1D/1I/1J)。在日本晴、93-11和东乡野生稻冷激活型基因中,DREB1B/1G/1H均是冷处理后响应最快的一级冷响应因子,且启动子均含有至少一个拷贝的CAMTA转录因子结合元件CM2(CCGCGT)。OrDREB1B/1C/1E/1F/1G/1H在东乡野生稻4℃冷处理4 h后的表达量均高于栽培稻同源基因的表达量。9种稻属植物的CBF/DREB1基因亚家族的分子进化分析结果为低温抗性基因的挖掘和利用提供了前期基础。

关键词：野生稻 CBF/DREB1 保守基序选择压力启动子分析

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高航速流动不分离外形带攻角流动特性分析

船舶力学 2024年第4期28卷 541-550页

作者：可伟王哲李晓植高全喜河北汉光重工有限责任公司河北省双介质动力技术重点实验室河北邯郸056017

边界层发生分离的两个必要条件是流体粘性和正压梯度,设计外形使其表面具有尽量大的负压梯度区域,延缓边界层转捩和流动分离,从而达到减阻目的。本文采用基于细长体理论的流动不分离外形设计方法,设计临界速度为100 m/s的航行体外形,运... 详细信息

边界层发生分离的两个必要条件是流体粘性和正压梯度,设计外形使其表面具有尽量大的负压梯度区域,延缓边界层转捩和流动分离,从而达到减阻目的。本文采用基于细长体理论的流动不分离外形设计方法,设计临界速度为100 m/s的航行体外形,运用数值仿真分析其在不同速度和攻角情况下的流动特性。研究发现,0°攻角下仿真得到的压强分布与理论计算结果一致,摩擦阻力与估算结果一致,证明可以通过外形设计使航行体边界层在高雷诺数条件下保持层流流动不分离状态,以达到大幅减阻的目的;小攻角不会破坏航行体表面流体附着状态,但攻角会使流动出现横向漩涡,边界层发生转捩,使阻力明显增加,但减阻效果仍然存在。

关键词：高速航行体流动不分离临界雷诺数层流攻角转捩

生存进化阶段性搜索微粒群算法及其可靠性冗余分配优化应用

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计算机集成制造系统 2024年第6期30卷 1959-1971页

作者：姚成玉刘晓波陈东宁张运鹏吕世君燕山大学河北省工业计算机控制工程重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室河北秦皇岛066004

为高效解决含有异质冗余的多态系统(MSS)可靠性优化问题,并弥补微粒群优化(PSO)算法易早熟收敛的不足,从作用力方式和种群拓扑结构两方面对算法进行改进。改进PSO算法中单一的作用力方式,设置前后两个搜索阶段,对应两个搜索阶段分别构... 详细信息

为高效解决含有异质冗余的多态系统(MSS)可靠性优化问题,并弥补微粒群优化(PSO)算法易早熟收敛的不足,从作用力方式和种群拓扑结构两方面对算法进行改进。改进PSO算法中单一的作用力方式,设置前后两个搜索阶段,对应两个搜索阶段分别构造平衡引斥力方式和双层引力(个体和全局最优解引力、中间适应度微粒引力)方式,提出阶段性搜索微粒群(SPSO)算法;利用生物个体“择友而交”和优胜劣汰的生存体系构建生存进化(SE)拓扑结构,以结构演化和算法进化并行方式将该拓扑结构融入SPSO算法,提出生存进化阶段性搜索微粒群(SPSO-SE)算法,进一步提升算法的优化性能;利用Benchmark函数对所提算法与PSO的改进算法进行测试对比,结果表明,所提SPSO-SE算法具有更好的寻优能力。采用SPSO-SE算法对串-并联和桥式结构的多态系统的可靠性冗余分配问题进行优化,得到的系统结构费用更低、可靠度更高。

关键词：异质冗余多态系统微粒群优化算法作用力方式生存进化 Benchmark函数可靠性冗余分配问题优化

水氮运筹对强筋小麦干物质转运与籽粒产量的影响

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麦类作物学报 2024年第6期44卷 770-779页

作者：杨梅李雪萌秦保平许佳成张敏蔡瑞国杨敏河北科技师范学院农学与生物科技学院/河北省作物逆境生物学重点实验室河北秦皇岛066004

为探讨冀东麦区水氮运筹对强筋小麦干物质转运与籽粒产量的影响,以强筋小麦品种津农7号为材料,采用裂区试验设计,以追氮春灌时间为主区[返青期追氮灌水(T_(1))、起身期追氮灌水(T_(2))和拔节期追氮灌水(T_(3))],氮肥运筹为副区[基施N 12... 详细信息

为探讨冀东麦区水氮运筹对强筋小麦干物质转运与籽粒产量的影响,以强筋小麦品种津农7号为材料,采用裂区试验设计,以追氮春灌时间为主区[返青期追氮灌水(T_(1))、起身期追氮灌水(T_(2))和拔节期追氮灌水(T_(3))],氮肥运筹为副区[基施N 120 kg·hm^(-2)+追施N 120 kg·hm^(-2)(N1)、基施N 90 kg·hm^(-2)+追施N 120 kg·hm^(-2)(N_(2))和基施N 120 kg·hm^(-2)+追施N 90 kg·hm^(-2)(N_(3))],比较分析不同处理下津农7号籽粒产量、干物质转运和氮肥偏生产力的差异。结果表明,水氮运筹对津农7号的籽粒产量和穗粒数影响显著,不同处理下小麦籽粒产量为8734.82~9763.22 kg·hm^(-2),其中T_(2)N1和T_(2)N_(2)处理的籽粒产量显著高于其他处理;T_(2)的平均氮肥偏生产力较T_(1)和T_(3)分别高4.84%和1.88%,且T_(2)N_(2)处理最高。各处理花后干物质转运对籽粒产量的贡献率为57.35%~89.74%,说明小麦籽粒产量多源于花后干物质积累。T_(2)条件下成熟期小麦营养器官氮素积累量和籽粒氮素积累量均显著高于T_(1)和T_(3),且N_(3)下花前氮素转运效率较N_(2)无显著变化,说明追氮灌水前移至起身期可促进强筋小麦氮素转运及籽粒氮素积累。在本试验条件下,基施N 90 kg·hm^(-2),起身期灌水并追施N 120 kg·hm^(-2)可在协调小麦干物质和氮素的积累、转运和分配的同时稳定产量,提高氮肥利用率,从而实现强筋小麦节氮稳产。

关键词：强筋小麦水氮运筹籽粒产量物质转运

黑麦MIKC型MADS-box家族基因的鉴定和表达分析

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麦类作物学报 2024年第1期44卷 46-55页

作者：汪凯旋车永和杨赟杰杨静杨燕萍魏莱河北科技师范学院农学与生物科技学院/河北省作物逆境生物学重点实验室河北秦皇岛066000

MIKC是MADS-box蛋白家族中一类保守的转录因子家族,参与调控植物的开花时间和花器官发育。通过对黑麦MIKC基因家族的分析,为研究黑麦各时期组织器官的功能奠定基础。利用PFam和BLASTP两种方法确定黑麦MIKC家族共47个蛋白序列,将以上蛋... 详细信息

MIKC是MADS-box蛋白家族中一类保守的转录因子家族,参与调控植物的开花时间和花器官发育。通过对黑麦MIKC基因家族的分析,为研究黑麦各时期组织器官的功能奠定基础。利用PFam和BLASTP两种方法确定黑麦MIKC家族共47个蛋白序列,将以上蛋白序列利用TBtools软件进行理化性质、进化关系、保守基序和基因结构、共线性及聚类分析等生物信息学分析。将黑麦47个MIKC基因分为12个亚家族,共线性分析发现黑麦与小麦的共线性基因多于黑麦与水稻间的共线性基因,说明黑麦与小麦的亲缘关系更近。聚类结果结合黑麦物种内共线性分析发现,ScMIKC31基因仅在穗子表达,于其他植物组织器官及发育时期均无表达,选用课题组材料进行RNA-seq验证,结果与生物信息学结果一致,推测ScMIKC31基因为黑麦中与开花有关的基因。以上结果说明MIKC家族基因在黑麦中存在功能分化,为进一步研究该家族基因的功能提供信息参考。

关键词：生长因子黑麦进化分析表达分析 MIKC基因

限水条件下灌水量对强筋小麦旗叶衰老特性和籽粒产量的影响

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麦类作物学报 2024年第4期44卷 453-461页

作者：毕经鑫李清瑶蔡瑞国王文政杨敏郭振清张敏河北科技师范学院农学与生物科技学院河北省作物逆境生物学重点实验室河北昌黎066004

为探究灌水量对强筋小麦花后旗叶衰老和籽粒产量的调控效应,以2个强筋小麦品种(中麦998和中麦1062)为供试材料,设置0 m^(3)·hm^(-2)(W_(0))、450 m^(3)·hm^(-2)(W_(1))和900 m^(3)·hm^(-2)(W_(2))3个灌水量(拔节期和开花期各灌水50%)... 详细信息

为探究灌水量对强筋小麦花后旗叶衰老和籽粒产量的调控效应,以2个强筋小麦品种(中麦998和中麦1062)为供试材料,设置0 m^(3)·hm^(-2)(W_(0))、450 m^(3)·hm^(-2)(W_(1))和900 m^(3)·hm^(-2)(W_(2))3个灌水量(拔节期和开花期各灌水50%),分析了不同处理下小麦旗叶叶绿素含量、同化物含量、丙二醛含量、抗氧化酶活性、抗衰老激素含量、蛋白质含量和籽粒产量的差异。结果表明,增加灌水量可延缓强筋小麦花后旗叶衰老。灌浆前中期旗叶叶绿素含量在不同处理间无显著差异,灌浆后期叶绿素含量在W_(2)处理下最高。W_(2)处理下小麦旗叶可溶性糖含量显著高于其他处理;旗叶可溶性蛋白含量在花后0~21 d保持较高水平,在花后21~35 d含量逐渐下降,且W_(1)处理下花后21~35 d旗叶可溶性蛋白含量较W_(0)处理显著提高。灌水量对花后0~21 d强筋小麦旗叶中游离氨基酸含量无显著影响,而在灌浆后期以W_(2)处理最高;与W_(0)处理相比,增加灌水量可显著提高旗叶过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性和生长素含量,显著降低丙二醛和脱落酸含量,并且显著延长测定酶活性和激素含量峰值出现时间。随灌水量的增加,籽粒蛋白质含量下降,但产量显著升高。总体来看,在本试验条件下,W_(2)处理(拔节水450 m^(3)·hm^(-2)+开花水450 m^(3)·hm^(-2))能够显著延缓强筋小麦旗叶衰老,在维持较高蛋白质含量同时,获得最高籽粒产量。

关键词：强筋小麦旗叶衰老特性籽粒产量

大孔柚子型微结构光纤探针的表面增强拉曼散射性能研究

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 527-533页

作者：李佳轩付子珍曹茜清胡志国付兴虎付广伟金娃毕卫红燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室河北秦皇岛066004

随着光纤制备工艺以及纳米材料制备技术的发展,光纤探针已成为一种新型的表面增强拉曼散射(SERS)基底,通过在普通单模光纤或多模光纤上制备不同的结构并修饰相应的纳米材料,可以得到多种类型的光纤表面增强拉曼散射探针,并实现较好的检... 详细信息

随着光纤制备工艺以及纳米材料制备技术的发展,光纤探针已成为一种新型的表面增强拉曼散射(SERS)基底,通过在普通单模光纤或多模光纤上制备不同的结构并修饰相应的纳米材料,可以得到多种类型的光纤表面增强拉曼散射探针,并实现较好的检测效果。但受限于光纤本身的结构,普通光纤仅能利用端面或侧表面提供拉曼检测的“热点”区域,限制了其SERS性能的进一步提高。因此制备了大孔柚子型微结构光纤(MSF)表面增强拉曼散射(SERS)探针,其中大孔柚子型MSF SERS探针结构通过一段阶跃多模光纤与柚子型微结构光纤熔接制得。实验分别对自制的纳米银溶胶基底以及大孔柚子型MSF SERS探针的SERS性能进行检测。采用溶胶自组装法制备负载银纳米颗粒的MSF SERS探针,通过控制自组装时间制备不同光纤SERS探针(Ag/MSF-x,其中x为自组装时间,分别为15、30、45、60 min)。采用溶液检测方法,利用Ag/MSF-x探针对10^(-3) mol·L^(-1)的亚甲基蓝(MB)探针分子进行检测,通过比较相同条件下的增强效果筛选得到Ag/MSF-45探针。为进一步检测Ag/MSF-45探针的SERS性能,制备不同浓度的MB溶液,分别利用纳米银溶胶基底和Ag/MSF-45探针对其进行检测。实验结果表明,纳米银溶胶基底对MB的检测限(LOD)为10^(-6) mol·L^(-1),Ag/MSF-45探针对MB的检测限(LOD)为10^(-7) mol·L^(-1);拉曼信号的再现性结果表明纳米银溶胶基底以及Ag/MSF-45探针在各个特征峰处的RSD值均在合理范围内;在1619 cm^(-1)拉曼位移处对纳米银溶胶基底以及Ag/MSF-45探针检测MB的拉曼强度和浓度进行对数转换拟合,纳米银溶胶基底的拟合优度R2达0.91628,Ag/MSF-45探针的拟合优度R2达0.98848;纳米银溶胶基底和Ag/MSF-45探针的再现性结果表明,其在各个特征峰处的RSD值均处于合理范围,但Ag/MSF-45探针的各特征峰RSD值均小于纳米银溶胶基底,最大为13.89%;利用10^(-6) mol·L^(-1)的MB对Ag/MSF-45探针的增强因子(AEF)进行计算,Ag/MSF-45探针的AEF达到6.09×10^(6),表现出良好的增强效果。因此,基于大孔柚子型MSF SERS探针凭借独特的空气孔结构使其具有较高的灵敏度以及良好的再现性,且其SERS性能均优于纳米银溶胶基底,在农业、化学分析、生物检测等领域及大分子物质检测等方面应用前景广泛。

关键词：表面增强拉曼散射柚子型微结构光纤光纤探针纳米银溶胶亚甲基蓝

施氮量对强筋小麦光合、产量、蛋白质含量和加工品质的影响

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麦类作物学报 2024年第4期44卷 462-471页

作者：王文政李亚静张敏毕经鑫杨敏郭振清蔡瑞国河北省作物逆境生物学重点实验室河北科技师范学院农学与生物科技学院河北昌黎066600

为探究冀东地区强筋小麦适宜施氮量,以强筋小麦石优20号和中麦998为材料,通过大田试验设置0 kg·hm^(-2)(N_(0))、180 kg·hm^(-2)(N 180)、210 kg·hm^(-2)(N 210)和240 kg·hm^(-2)(N 240)4个施氮水平,分析了施氮量对强筋小麦光合、... 详细信息

为探究冀东地区强筋小麦适宜施氮量,以强筋小麦石优20号和中麦998为材料,通过大田试验设置0 kg·hm^(-2)(N_(0))、180 kg·hm^(-2)(N 180)、210 kg·hm^(-2)(N 210)和240 kg·hm^(-2)(N 240)4个施氮水平,分析了施氮量对强筋小麦光合、产量、蛋白质含量和加工品质的影响。结果表明,与N_(0)处理相比,施氮后石优20号和中麦998的产量均在N 240处理下增加显著,增幅分别为3.20%和13.95%。随施氮量的增加,小麦旗叶叶绿素含量和光合参数均呈先升后降趋势,且在花后15 d达到最大值。施氮对F v/F m影响较小,对ΦPSⅡ影响较明显。旗叶、籽粒内硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶均随施氮量的增加呈先升后降趋势。增施氮肥后籽粒蛋白组分中清蛋白、球蛋白比例下降,醇溶蛋白、谷蛋白比例上升,各组分含量在N 210处理下均最高。面筋含量、沉降值、形成时间和稳定时间均随施氮量的增加先升后降。这说明增施氮肥可改善強筋小麦植株的光合特性,进而提高产量,同时增加植株体内氮代谢相关酶活性和籽粒蛋白质含量并改变蛋白质组分所占比例,有效改善加工品质。本试验条件下,210 kg·hm^(-2)施氮量下,小麦产量和品质较优,该施氮量可作为冀东平原强筋小麦栽培的最佳施氮量。

关键词：施氮量强筋小麦光合产量蛋白质含量加工品质

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埃洛石纳米管对铜胁迫下小麦幼苗生长的影响

河南农业科学 2024年第7期53卷 28-34页

作者：王敬营王佳旭陈丽娜王秀平河北科技师范学院河北省作物逆境生物学重点实验室河北秦皇岛066000

在水培条件下设置3个铜(Cu)处理[20 mg/L Cu^(2+)(20Cu)、50 mg/L Cu^(2+)(50Cu)和100 mg/L Cu^(2+)(100Cu)],研究外源添加50 mg/L埃洛石纳米管(HNTs)对Cu胁迫下小麦幼苗生长、气孔大小、叶绿体色素含量、根系氧化损伤、植株内Cu^(2+)... 详细信息

在水培条件下设置3个铜(Cu)处理[20 mg/L Cu^(2+)(20Cu)、50 mg/L Cu^(2+)(50Cu)和100 mg/L Cu^(2+)(100Cu)],研究外源添加50 mg/L埃洛石纳米管(HNTs)对Cu胁迫下小麦幼苗生长、气孔大小、叶绿体色素含量、根系氧化损伤、植株内Cu^(2+)含量的影响,以期为HNTs缓解重金属污染对作物生长的影响提供理论依据。结果表明,外源添加HNTs显著提高了Cu胁迫下小麦幼苗的株高、根长,20Cu+HNTs、50Cu+HNTs、100Cu+HNTs处理株高分别提高了13.10%、26.45%、28.30%,根长分别提高了62.87%、56.68%、92.34%;外源添加HNTs显著提高了Cu胁迫下小麦幼苗干、鲜质量,叶绿素、类胡萝卜素含量,根系活力,降低了根系氧化损伤程度,其中,叶绿素a含量分别提高了34.34%、18.09%、54.76%,叶绿素b含量分别提高了44.83%、25.93%、43.75%,根系活力分别提高了38.16%、339.48%、453.56%;与100Cu处理相比,100Cu+HNTs处理小麦幼苗根系、叶片中Cu^(2+)含量分别降低了19.18%、37.02%。综上,外源添加HNTs能够降低小麦幼苗中Cu^(2+)含量,缓解重金属Cu对小麦幼苗的毒性,促进其生长。

关键词：小麦埃洛石纳米管铜胁迫生长发育缓解