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基因编辑技术在大豆基因功能鉴定及遗传改良上的应用

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植物遗传资源学报 2024年第6期25卷 919-930页

作者：刘佳瑞张钰彭国庆齐照明陈庆山辛大伟胡利民东北农业大学智慧农场技术与系统全国重点实验室/大豆生物学教育部重点实验室哈尔滨150030

大豆作为重要的粮食作物和油料作物,在人类生产生活中扮演着十分重要的角色。近年来国内大豆供给孱弱,对外依存度过高,使国内大豆市场受到严重冲击,并给国家粮食安全带来一定隐患,因此培育优质高产的大豆品种是当前国内大豆育种的重要... 详细信息

大豆作为重要的粮食作物和油料作物,在人类生产生活中扮演着十分重要的角色。近年来国内大豆供给孱弱,对外依存度过高,使国内大豆市场受到严重冲击,并给国家粮食安全带来一定隐患,因此培育优质高产的大豆品种是当前国内大豆育种的重要目标。目前,大豆中一批控制重要性状的关键基因已经被克隆和解析,为开展分子设计育种提供了重要的理论支撑。传统育种周期长、效率较低,基因编辑技术为生物育种提供了新的途径和工具,可以加速育种进程。以CRISPR/Cas9技术为代表的基因编辑技术已经快速发展成为大豆基因功能研究、改造及农艺性状遗传改良的重要工具。本文介绍了基因编辑技术的类型、特点及其在植物中的应用概况,并综述了其在大豆产量、品质、抗病、抗逆、开花期、共生固氮和育性等农艺性状研究中的最新研究进展,为开展大豆基因编辑育种提供了一定的依据和借鉴。此外,本文还探讨了基因编辑技术在大豆遗传改良中存在的问题,并对其应用前景进行了展望。

关键词：大豆基因编辑技术遗传改良育种

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基于全过程输水损失的灌区渠系优化配水模型构建——以长岗灌区为例

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南水北调与水利科技（中英文） 2024年第4期22卷 684-696页

作者：李茉张旭许耀文陈颖珊张金平刘武元东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030 智慧农场技术与系统全国重点实验室哈尔滨150030 东北农业大学工程学院哈尔滨150030

为发挥灌区用水调度决策潜能,以黑龙江省长岗灌区为研究区,提出一种基于全过程输水损失的灌区渠系优化配水多目标模型,该模型充分考虑灌区骨干渠系内不同渠段、渠道之间的水量平衡和各级渠道的输水能力,兼顾渠系输水损失、配水及时性与... 详细信息

为发挥灌区用水调度决策潜能,以黑龙江省长岗灌区为研究区,提出一种基于全过程输水损失的灌区渠系优化配水多目标模型,该模型充分考虑灌区骨干渠系内不同渠段、渠道之间的水量平衡和各级渠道的输水能力,兼顾渠系输水损失、配水及时性与公平性多目标的协同,优化决策配水流量与输水历时。此外,利用随机森林模型预测未来气候变化情境下灌区的供需水量,基于此,计算未来气候模式下的渠系输水损失并获得长岗灌区渠系优化配水方案。结果表明:同一生育阶段内上级渠道不同渠段的输配水损失水量占上级渠道输配水损失总量的比例差异性显著,任一生育阶段内上级渠道靠近渠首的第一个渠段的输配水损失水量占比最大(返青期、抽穗开花期和乳熟期均为20.71%、分蘖期为21.21%、拔节孕穗期为25.43%);通过渠系优化配水模型得到长岗灌区作物全生育期渠系输配水总量为230.51万m^(3),总配水历时为494.32 h,输水损失总量为8.66万m^(3),与灌区采用经验系数法计算的输配水损失水量相比,输水损失减少24.89%,显著提高输配水效率。该模型有助于提供科学、合理的渠系配水方案,为综合提升灌区水资源管理能力和精细化管理水平提供决策支持。

关键词：输水损失渠系优化配水多目标协同随机森林模型气候模式

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玉米典型叶部病害高光谱识别及其烈度分类

智慧农业（中英文） 2024年第2期6卷 28-39页

作者：沈艳艳赵玉涛陈庚申吕振刚赵峰杨万能孟冉华中农业大学资源与环境学院湖北武汉430070 华中农业大学作物遗传改良全国重点实验室湖北武汉430070 襄阳市农业科学院湖北襄阳441000 华中师范大学城市与环境科学学院/地理过程分析与模拟湖北省重点实验室湖北武汉430079 哈尔滨工业大学计算学部黑龙江哈尔滨150000 智慧农场技术与系统全国重点实验室黑龙江哈尔滨150000 哈尔滨工业大学人工智能研究院有限公司黑龙江哈尔滨150000

[目的/意义]近年来,玉米叶部病害发生日趋加重且呈现混发现象,严重威胁玉米产量和品质。但目前鲜有研究对叶部病害种类识别及其烈度分类进行结合,无法满足实际场景中玉米不同病害及不同烈度混发下的病害防控需求。[方法]提出一种基于高... 详细信息

[目的/意义]近年来,玉米叶部病害发生日趋加重且呈现混发现象,严重威胁玉米产量和品质。但目前鲜有研究对叶部病害种类识别及其烈度分类进行结合,无法满足实际场景中玉米不同病害及不同烈度混发下的病害防控需求。[方法]提出一种基于高光谱技术实现玉米典型叶部病害种类识别及其烈度分类的方法,通过挖掘玉米大斑病、小斑病和南方锈病3种叶部病害的光谱特性,优选敏感特征构建基于病害发展全阶段(包含病害所有烈度)和病害单一烈度下的病害种类识别模型;进一步地,针对玉米叶部单一病害构建烈度分类模型,以期实现对不同叶部病害的全过程识别与病害烈度分类。[结果和讨论]3种玉米叶部病害在550~680 nm的可见光、740~760 nm的红边、760~1000 nm的近红外和1300~1800 nm的短波红外处其光谱变化显著。基于此提取的光谱特征能够有效捕捉病害特异性信息。基于病害发展全阶段构建的病害种类识别模型最优总体精度(Overall accuracy,OA)达77.51%,Macro F_(1)达0.77;而基于病害单一烈度下的病害种类识别模型精度随着病害烈度的增加而升高。在病害发展阶段处于重度烈度时,病害种类识别模型最优精度达95.06%,Macro F_(1)达0.94。此外,研究构建的3种玉米叶部病害烈度分类模型最优精度均超过70%,其中大斑病烈度分类效果最好(OA=86.25%,Macro F_(1)=0.85)。[结论]基于高光谱数据能够有效实现玉米典型叶部病害种类识别及其烈度分类,为大范围作物病害监测提供研究基础及理论依据,助力精准防控与绿色农业。

关键词：玉米病害高光谱遥感病害种类识别病害烈度分类机器学习

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激光农业研究进展和展望

智能化农业装备学报（中英文） 2024年第3期5卷 1-13页

作者：于合龙周雷进雨徐兴梅杨明来 Jian ZHANG 姜京池李卓识吉林农业大学信息技术学院吉林长春130118 吉林农业大学智慧农业研究院吉林长春130118 加拿大英属哥伦比亚大学奥肯纳根校区生物系基洛纳BC V5K1K5 哈尔滨工业大学计算学部黑龙江哈尔滨150001 智慧农场技术与系统全国重点实验室黑龙江哈尔滨150001 吉林农业大学植物保护学院吉林长春130118 吉林农业大学食药用菌教育部工程研究中心吉林长春130118

激光作为一种新兴的人造光源,是20世纪以来最伟大的发明之一,具有功率密度高、方向性好和优良的单色性等优点,在农业领域得到了广泛的应用。激光技术在植物生产、动物管理和菌物研究方面展现了显著优势。文章主要对激光技术在农业领域... 详细信息

激光作为一种新兴的人造光源,是20世纪以来最伟大的发明之一,具有功率密度高、方向性好和优良的单色性等优点,在农业领域得到了广泛的应用。激光技术在植物生产、动物管理和菌物研究方面展现了显著优势。文章主要对激光技术在农业领域的研究进展和发展动态进行深入剖析。在植物生产方面,介绍了激光技术在植物诱变育种、促进植物生长发育、提高产量和品质、植物保护、植物检测和植物表型中的应用情况。在动物管理方面,主要分析了激光技术在动物遗传育种、动物生长、动物医疗和动物产品检测方面的研究。在菌物研究方面,重点总结激光技术在菌物育种、菌物生长发育及菌物检测和鉴定中的应用详情。最后,针对激光技术与农业生产研究相结合所面临的困难和挑战,从提升激光技术在农业生产管理中的精度和扩展其适用范围角度出发,提出了激光技术在植物生产精准化、动物生产管理优化和菌物生产科学化的发展方向。虽然激光技术在农业领域已经取得了一系列的成果,但在未来的研究中,应探索更多创新应用,并与人工智能和大数据技术相结合,进一步推进激光技术与农业产业的深度融合,以实现更高效、更智能的农业生产管理模式,为现代农业的发展带来更多机遇和突破。

关键词：激光技术农业生产植物动物菌物

基于无人机遥感的马铃薯株高和全株生物量监测研究

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基于无人机遥感的马铃薯株高和全株生物量监测研究

中国大田作物智慧种植目标、关键技术与区域模式

第二十四届中国马铃薯大会

作者：张斌斌魏峭嵘尹燕斌石瑛东北农业大学/智慧农场技术与系统全国重点实验室

马铃薯作为中国第四大粮食作物,在保障粮食安全方面发挥了重要作用。生物量作为作物的重要表型性状,能有效反映作物的生长、病害等状况,可用于评判植株长势好坏、产量高低,也成为作物生长模型等研究的主要参数。传统的生物量通常通过人... 详细信息

马铃薯作为中国第四大粮食作物,在保障粮食安全方面发挥了重要作用。生物量作为作物的重要表型性状,能有效反映作物的生长、病害等状况,可用于评判植株长势好坏、产量高低,也成为作物生长模型等研究的主要参数。传统的生物量通常通过人工破坏性取样测定,费时费力,效率低,误差大,难以满足大区域测量需要。无人机遥感技术具有运载便利、灵活性高、可以快速无损、高通量获取田间作物表型信息的优点,能够有效弥补人工取样的部分缺陷。

关键词：马铃薯 RGB 植被指数株高生物量

来源： cnki会议评论

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智慧农业（中英文） 2022年第4期4卷 26-34页

作者：李莉李民赞刘刚张漫汪懋华中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083 中国农业大学智慧农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083

大田作物智慧种植业是智慧农业的重要内容。本文通过分析智慧农业发展历程,明确了大田作物智慧种植业发展战略总体目标和重点任务,凝练出关键技术,有针对性地提出适宜中国区域特征的发展模式。大田作物智慧种植的关键技术面临的主要挑战... 详细信息

大田作物智慧种植业是智慧农业的重要内容。本文通过分析智慧农业发展历程,明确了大田作物智慧种植业发展战略总体目标和重点任务,凝练出关键技术,有针对性地提出适宜中国区域特征的发展模式。大田作物智慧种植的关键技术面临的主要挑战有:缺乏原位精准测量技术与农业专用传感器,作物模拟模型与实际生产有较大差别,信息传输技术的实时性、可靠性、通用性和稳定性有待改进,智能农业装备还需要进一步解决好农机/农艺相结合问题。在以上分析基础上,提出了大田作物智慧种植关键技术的5个一级技术以及相应的18个二级技术。5个一级技术包括环境与生物信息感知技术、信息移动互联与农业物联网技术、云计算与云服务技术、大数据分析与决策技术、智能农机装备与农业机器人技术。根据中国种植业区域特色提出了相应的6种智慧农业发展区,即东北与内蒙古规模化智慧生产发展区,京津冀鲁智慧都市农业与节水农业发展区,西北旱区棉花规模化智慧种植和旱作智慧农业绿色发展综合试验区,东南沿海循环型水稻智慧种植业综合发展试验区,长江中下游平原智慧粮油优化发展区,以及西南山区智慧特色农业发展区。最后从基础设施建设、技术、人才和政策角度给出了发展建议。

关键词：智慧种植感知技术物联网智能农机装备无人农场大数据移动互联智慧农业

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中国生态农场发展空间与对策建议

中国生态农业学报（中英文） 2021年第10期29卷 1733-1741页

作者：高尚宾宋成军徐志宇孙仁华薛颖昊胡潇方乔玉辉农业农村部农业生态与资源保护总站/农业农村部资源循环利用技术与模式综合实验室北京100026 生物多样性与有机农业北京市重点实验室/中国农业大学资源与环境学院北京100193

生态农场是发达国家农业环境政策的主要实施对象,是我国生态农业建设的基本单位,成为农业绿色发展的有效抓手。本文依托跨时7年的生态农场调查数据,结合农业农村部5年的生态农业基地建设经验,得出了我国4个区域和3类生态农场的经济参数... 详细信息

生态农场是发达国家农业环境政策的主要实施对象,是我国生态农业建设的基本单位,成为农业绿色发展的有效抓手。本文依托跨时7年的生态农场调查数据,结合农业农村部5年的生态农业基地建设经验,得出了我国4个区域和3类生态农场的经济参数,进一步依据我国新型农业经营主体发展规划,按照3%~5%生态化转型比例,评估了生态农场在区域和全国尺度的发展空间,分析了生态农场促进农业绿色发展的产业价值,从战略层面提出我国近期生态农场建设的最新要求和政策建议。结果显示:1)从区域看,华南地区生态农场投入产出效率最高,东北地区生态农场投入产出效率最低;从类型看,种养结合单体产投比和利润率最高,养殖型和种植型单体产投比、利润率较小。2)到2022年,国内生态农场将达到3万~5万家,生态农场区域规模排序为:华北地区>长江中下游地区>东北地区>华南地区,可有效带动市场投资和提供就业机会。3)近期应在“长三角”地区和部分重点区域,率先建成一批具有全国示范引领作用的生态农场,逐步向全国推广生态农场评价工作,优化生态农场补偿政策,打造生态农场大数据系统,培育生态农场产业化平台,创设生态农场产业投融资机制。

关键词：生态农场生态振兴农业绿色发展高效生态农业经济特征发展趋势政策建议

云南省南涧县植烟土壤pH和有效磷的时空变化特征

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中国土壤与肥料 2023年第11期 9-15页

作者：郭慧婷王晋峰孙楠蒯雁范志勇徐明岗山西农业大学资源环境学院山西太谷030800 山西农业大学生态环境产业技术研究院/土壤环境与养分资源山西省重点实验室山西太原030031 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/农业农村部耕地质量监测与评价重点实验室北京100081 云南省烟草公司大理州公司云南大理671000

运用地统计学方法系统分析了1982、2012、2018和2022年4个时期云南省大理州典型县域南涧县植烟土壤pH和有效磷时空变异特征及空间分布格局,为该区烟田养分管理及平衡施肥提供科学依据。结果表明,1982—2022年40年间,南涧县植烟土壤p H... 详细信息

运用地统计学方法系统分析了1982、2012、2018和2022年4个时期云南省大理州典型县域南涧县植烟土壤pH和有效磷时空变异特征及空间分布格局,为该区烟田养分管理及平衡施肥提供科学依据。结果表明,1982—2022年40年间,南涧县植烟土壤p H呈下降趋势,年均下降速率为0.014个单位,4个时期土壤pH均属强空间自相关性;pH处于Ⅲ级烟田面积占比减少,其中东北部和西南部下降明显,Ⅰ和Ⅱ级面积占比增加,但仍以Ⅲ级面积占比最高。40年间土壤有效磷含量先上升再下降,其中1982—2012年为上升期,年均增加速率为0.34 mg/kg;2012—2022年为下降期,年均下降速率为0.76 mg/kg。1982、2018和2022年有效磷属强空间自相关性,结构因素占主导作用,2012年有效磷为中等空间自相关性(44.1%),受结构因素和人为因素的共同影响。1982—2022年有效磷等级面积占比最高由Ⅲ级降至Ⅱ级,含量偏低区域集中在乐秋乡、宝华镇东北部及小湾东镇部分区域。总体而言,40年间南涧县植烟土壤p H呈下降趋势,西部烟田土壤pH整体偏低。有效磷呈先上升后下降的趋势,西部含量偏低,东北部含量偏高。整体上,南涧县应防控植烟土壤酸化,适当提高磷肥施用量,推广有机无机配施的管理措施,提升烟田土壤肥力。

关键词：植烟土壤土壤pH 土壤有效磷地统计学时空变异

大兴安岭林草交错带草地退化成因分析及其应对策略

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中国科学：生命科学 2022年第12期52卷 1883-1896页

作者：钱芮段新宇杨海军冯媛媛徐网谷渠畅王智李贵才李昂高英志东北师范大学草地科学研究所植被生态科学教育部重点实验室国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室吉林松嫩草地生态系统国家野外科学观测研究站长春130024 云南大学大理大学共建洱海溪流生态与治理研究中心昆明650504 生态环境部南京环境科学研究所国家环境保护生物安全重点实验室国家环境保护武夷山生态环境科学观测研究站南京210042 国家卫星气象中心北京100081 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室北京100093 新疆农业大学草业学院西部干旱荒漠区草地资源与生态教育部重点实验室乌鲁木齐830052

近年来随着气候波动和人类农牧业对土地利用强度的增加,我国北方林草交错带面临严峻的草地退化问题.然而利用长期气候、放牧和开垦数据分析北方高纬度寒区林草交错带草地退化原因的研究还很薄弱.本研究利用63年长期数据,以大兴安岭林草... 详细信息

近年来随着气候波动和人类农牧业对土地利用强度的增加,我国北方林草交错带面临严峻的草地退化问题.然而利用长期气候、放牧和开垦数据分析北方高纬度寒区林草交错带草地退化原因的研究还很薄弱.本研究利用63年长期数据,以大兴安岭林草交错带典型区域额尔古纳市和陈巴尔虎旗为研究对象,分析导致该区域草地退化的主导因素.结果表明,自1957年到2019年,两个地区的年均温都呈现极显著上升,平均升高2.9℃~3.1℃;降水量在150~550 mm呈剧烈式波动,但在2000年以后均呈下降趋势.不同经营主体的家畜放牧密度差异巨大,国有农场家畜密度由建厂初期不足每公顷1个羊单位上升到现在每公顷2~5个羊单位,而个人牧户的家畜密度从1980年每公顷0.5个羊单位增至2019年的每公顷7个羊单位,造成该区域严重的草畜失衡.随着土地利用政策变化,国营上库力农场和陶海牧场的播种面积先呈波动式上升,至2014年剧增至峰值37000和7000 hm^(2),以后由于退耕还林政策实施播种面积逐年下降.通过对气候、放牧和开垦数据的主成分分析表明,在区域气候逐渐变暖和干旱化的背景下,超载过牧是导致本区域草地退化的主导因素.因此,在本区域草地面临气候变化和土地退化的双重压力的背景下,建议加强对林草交错带土地利用方式的监察和管理,运用奖补手段,缓解开垦压力,降低放牧强度;强化科技创新,建立智慧牧场,利用人工种植优良牧草以及补播改良等科学技术手段,加大优质牧草生产,最终实现我国北方高纬度寒区林草交错带草地资源的可持续利用.

关键词：林草交错带气候变化人为因素草地退化应对策略