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基于无人机影像和卷积神经网络的水稻育种材料产量预测研究

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南京农业大学学报 2024年

作者：吉文翰郑恒彪王迪唐伟杰郭彩丽姚霞江冲亚朱艳曹卫星程涛南京农业大学国家信息农业工程技术中心江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所江苏农业科学研究院种质资源与生物技术研究所

[目的]收获前获取水稻育种小区的产量信息是高通量表型监测的重要组成部分，也是水稻高产育种的迫切需求。当前，水稻产量预测方法大多基于少数品种，且由线性回归、机器学习等方法建模，因此估产模型一般都存在迁移性较差、精度不高等... 详细信息

[目的]收获前获取水稻育种小区的产量信息是高通量表型监测的重要组成部分，也是水稻高产育种的迫切需求。当前，水稻产量预测方法大多基于少数品种，且由线性回归、机器学习等方法建模，因此估产模型一般都存在迁移性较差、精度不高等问题。本研究旨在利用无人机影像和深度学习网络构建适用于多水稻品种的产量预测模型。[方法]利用无人机获取了水稻育种试验的多时相RGB和多光谱影像，系统比较了线性回归、机器学习、深度学习算法在产量预测上的表现；同时，提出了一种基于注意力机制和卷积神经网络的水稻产量预测方法，并对比分析了ResNet50，MobileNetV3，ShuffleNetV2三种网络的表现。[结果]线性回归和机器学习算法在水稻育种小区产量预测上表现较差(R2<0.3)。MobileNet模型的收敛速度和预测精度是最高的，测试结果为R2、RMSE、RRMSE分别为0.55、1.06 t·hm-2、12.62%。引入注意力机制的MobileNet模型的收敛速度和预测精度得到了一定的提高，测试结果为R2、RMSE、RRMSE分别为0.58、1.03·hm-2、12.26%。利用时域卷积网络（Temporal Convolutional Network）构建的时间序列模型对水稻产量预测精度有一定提升，R2、RMSE、RRMSE分别达到了0.64、0.96 t·hm-2、11.4%。[结论]卷积神经网络为水稻育种材料产量预测提供了可靠方法，为基于无人机平台的水稻高通量表型研究提供较好的技术支撑。

关键词：无人机影像卷积神经网络产量预测水稻育种材料

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长治市番茄早疫病病原菌鉴定及防治药剂筛选

核农学报 2024年第9期38卷 1715-1723页

作者：苏秀敏韩文清王佼李鹏王秋兰李万星李丹李小霞山西农业大学谷子研究所山西长治046000 长治市潞州区农业农村局山西长治046000

为明确山西省长治地区番茄早疫病病原菌种类,验证不同化学杀菌剂和生物杀菌剂对该病的防效及生物杀菌剂混配对该病的防治增效作用,本研究以番茄早疫病病叶为试材,采用组织分离、菌物形态特征及rDNA-ITS基因序列分析方法鉴定病原菌;采用... 详细信息

为明确山西省长治地区番茄早疫病病原菌种类,验证不同化学杀菌剂和生物杀菌剂对该病的防效及生物杀菌剂混配对该病的防治增效作用,本研究以番茄早疫病病叶为试材,采用组织分离、菌物形态特征及rDNA-ITS基因序列分析方法鉴定病原菌;采用菌丝生长速率法和田间药效试验测定3种化学杀菌剂和2种生物杀菌剂的室内生物活性及和田间防效,并测定2种生物杀菌剂等比例混配对番茄早疫病的协同增效作用,探讨不同化学杀菌剂单剂和生物杀菌剂单剂及生物杀菌剂混配对番茄早疫病的防治效果。结果表明,引起长治地区番茄早疫病的病原菌为茄链格孢菌(Alternaria solani)。室内测定结果表明,10%苯醚甲环唑水分散粒剂、325 g·L^(-1)苯甲·嘧菌酯悬浮剂、25%咪鲜胺乳油、4%春雷霉素可湿性粉剂和10%多抗霉素可湿性粉剂对茄链格孢菌的药剂有效中浓度(EC50)分别是0.5486、0.0091、0.0595、0.4414和0.2429。田间防效试验中,第二次施药后7 d,苯醚甲环唑对番茄早疫病防效达72.54%,两种化学杀菌剂咪鲜胺和苯甲·嘧菌酯防效分别为69.94%和71.17%。生物杀菌剂多抗霉素和春雷霉素防效分别为69.65%和69.34%,二者1∶1混配后的EC50值为0.016、增效系数为1.96。混配后,第二次施药7 d后的防效为74.17%,高于单剂(3种化学杀菌剂和2种生物杀菌剂)防效。综上,10%多抗霉素可湿性粉剂和4%春雷霉素可湿性粉剂1∶1混配施用可作为山西省长治市番茄早疫病的备用药剂。本研究结果可为降低化学杀菌剂的使用量和减少农药抗药性提供理论支持,为生产上杀菌剂混用及开发防治番茄早疫病的新型高效复配剂提供依据。

关键词：番茄早疫病分离与鉴定药剂筛选联合毒力防效

基于GDI+的监视数据处理与显示系统的设计与实现

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计算机应用与软件 2024年第8期41卷 17-21,83页

作者：李帅刘帅郭进祥中国民用航空西北地区空中交通管理局宁夏分局宁夏银川750001 中国民用航空西北地区空中交通管理局陕西西安610104

为提高设备维护效率,增强对监视设备运行状态的掌握,快速锁定故障范围,阐述在Windows 7下利用C#设计开发一套监视数据处理与显示系统,该系统能够实时解析和显示监视数据,同时具备原始数据存储和回放能力。给出系统的总体设计及各个模块... 详细信息

为提高设备维护效率,增强对监视设备运行状态的掌握,快速锁定故障范围,阐述在Windows 7下利用C#设计开发一套监视数据处理与显示系统,该系统能够实时解析和显示监视数据,同时具备原始数据存储和回放能力。给出系统的总体设计及各个模块功能的设计与实现方案,阐述系统的总体工作流程,分析各个模块实现的关键点,给出解决方法。该系统在用户现场的测试表明:系统工作稳定,实用性较高,操作便捷,解决了困扰设备维护人员的难题。

关键词：监视数据 HDLC ASTERIX C# PPI GDI+

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阿克苏地区气候变化对棉花生产的影响探析

南方农业 2024年第16期18卷 139-141页

作者：杨景燕新疆阿克苏地区气象局新疆阿克苏843099

新疆阿克苏地区是我国重要的棉花生产基地,其棉花产业不仅对当地经济有重要的影响,而且在全球棉花供应链中扮演重要角色。在诸多影响因素中,气候因素对阿克苏地区棉花生产的影响较为突出,为提高棉花产量与品质,助力阿克苏地区棉花产业... 详细信息

新疆阿克苏地区是我国重要的棉花生产基地,其棉花产业不仅对当地经济有重要的影响,而且在全球棉花供应链中扮演重要角色。在诸多影响因素中,气候因素对阿克苏地区棉花生产的影响较为突出,为提高棉花产量与品质,助力阿克苏地区棉花产业实现更好发展,聚焦当地棉花生产与气候变化的交互作用,分析气候变化对不同播期棉花物候期、籽棉产量和水分生产力的影响,并据此提出加强棉花对气候变化适应性的策略,包括加强水资源管理、改良棉花品种、优化农业实践、落实政策及经济激励措施等。

关键词：气候变化棉花生产新疆阿克苏地区

铸态30CrMnSiNi2A钢的热变形行为与热加工图

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精密成形工程 2024年第4期16卷 155-164页

作者：刘凯李兵伟王红杰崔烺刘艳王雯龙胡俊陈刚刘光中国兵器科学研究院宁波分院浙江宁波315103 陆军装备部驻南京地区军事代表局驻烟台地区军事代表室山东烟台264000

目的研究铸态30CrMnSiNi2A钢的热变形行为,并建立热加工图评估出合适的热变形参数。方法在变形温度900~1200℃和应变速率0.01~10 s^(−1)条件下开展热压缩实验,分别构建应变0.2、0.4、0.6、0.8下的热加工图,结合扫描电镜对变形后的微观... 详细信息

目的研究铸态30CrMnSiNi2A钢的热变形行为,并建立热加工图评估出合适的热变形参数。方法在变形温度900~1200℃和应变速率0.01~10 s^(−1)条件下开展热压缩实验,分别构建应变0.2、0.4、0.6、0.8下的热加工图,结合扫描电镜对变形后的微观组织进行分析。结果30CrMnSiNi2A钢在压缩过程中真应力的变化是加工硬化和动态软化协同作用的结果;在低应变速率时(0.01、0.1 s^(−1)),流动曲线在应力值达到峰值应力(σp)后都表现出流动软化现象,而在高应变速率下流动曲线则表现出连续的加工硬化现象。结论根据变形试样的微观组织和塑性流动是否稳定,可将热加工图分为3个区:流动失稳区、不完全动态再结晶区、完全动态再结晶区,在完全动态再结晶区内的晶粒细小均匀,所以将变形温度1100~1180℃、应变速率0.01~0.5 s^(−1)确定为适合于30CrMnSiNi2A钢的加工窗口。

关键词： 30CrMnSiNi2A钢流变应力本构方程热加工图显微组织

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江苏水稻种植方式碳足迹和经济效益综合评价

土壤学报 2024年第4期61卷 1042-1054页

作者：季国军纪洪亭程琨刘满强江瑜胡正锟张岳芳胡乃娟胡锋南京农业大学资源与环境科学学院南京210095 江苏省农业科学院农业经济与发展研究所南京210014 江苏丘陵地区南京农业科学研究所南京210046 南京农业大学农学院南京210095 江苏省农业科学院资源与环境研究所南京210014

系统分析水稻不同种植方式碳足迹及经济效益对水稻生产碳减排和发展低碳农业具有重要意义,目前在省级尺度上关于不同水稻种植方式碳足迹和经济效益综合评价的研究尚少见报道。基于江苏水稻农情调查数据,利用生命周期评价方法定量分析江... 详细信息

系统分析水稻不同种植方式碳足迹及经济效益对水稻生产碳减排和发展低碳农业具有重要意义,目前在省级尺度上关于不同水稻种植方式碳足迹和经济效益综合评价的研究尚少见报道。基于江苏水稻农情调查数据,利用生命周期评价方法定量分析江苏水稻不同种植方式碳足迹及经济效益。结果表明,2016-2020年不同水稻种植方式单位面积碳足迹为11.28~14.39t·hm^(-2),单位产量碳足迹为1.30~1.52kg·kg^(-1),单位产值碳排放为0.49~0.58kg·yuan^(-1),单位面积碳足迹、单位产量碳足迹和单位产值碳足迹从大到小依次为抛秧水稻或手插水稻、机插水稻、直播水稻。机插水稻和手插水稻生产单位面积碳足迹随年份的增加呈下降趋势。机插水稻、手插水稻和直播水稻单位产量碳足迹随年份的变化呈下降趋势。不同水稻生产种植方式碳足迹中占比最大的是稻田甲烷排放,其次为氮肥施用导致的碳足迹、稻田氧化亚氮排放和灌溉用电导致的碳足迹。氮肥和灌溉用电是影响不同水稻种植方式碳足迹差异的主要驱动因素。不同水稻种植方式总收益为2.51×10^(3)~2.75×10^(3)yuan·hm^(-2),资源投入成本为1.88×10^(3)~1.99×10^(3)yuan·hm^(-2),碳排放成本为0.20×10^(3)~0.25×10^(3)yuan·hm^(-2),考虑碳排放的净收益(NI-CO_(2))为0.39×10^(3)~0.64×10^(3) yuan·hm^(-2)。机插水稻NI-CO_(2)低于其他三种水稻种植方式,这与机插水稻较高的总收益和较低的资源投入成本和较低的碳排放成本有关。综上所述,仅考虑碳排放,直播水稻是最为低碳的水稻种植方式,综合碳排放和经济效益,机插水稻优于手插、直播和抛秧水稻。

关键词：水稻种植方式碳足迹经济效益生命周期评价

贝莱斯芽孢杆菌PJP10的抑菌物质稳定性及活性代谢产物挖掘

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微生物学通报 2024年第3期51卷 935-949页

作者：娄向弟周强贺江张向向王永慧熊建华郜彦彦江西农业大学食品科学与工程学院江西南昌330045 江苏沿海地区农业科学研究所江苏盐城224002

【背景】食源性致病菌在食品中易生长繁殖且致病性强,严重威胁着公共卫生和食品安全。【目的】通过多个指标分析贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)PJP10的抑菌物质稳定性,利用基因组测序预测编码抑菌活性相关酶和代谢产物合成蛋白的... 详细信息

【背景】食源性致病菌在食品中易生长繁殖且致病性强,严重威胁着公共卫生和食品安全。【目的】通过多个指标分析贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)PJP10的抑菌物质稳定性,利用基因组测序预测编码抑菌活性相关酶和代谢产物合成蛋白的基因并检测酶和代谢产物的离体活性,为该菌工农业开发和应用提供参考数据。【方法】通过抑菌试验确定pH、温度、蛋白酶、金属离子、紫外线照射和盐浓度等因素对抑菌物质稳定性的影响。利用全基因组测序了解菌株PJP10潜在的产酶基因,并通过酶活试验检测其产酶能力。使用在线软件antiSMASH预测代谢产物合成基因簇,并利用酸沉淀法和乙酸乙酯萃取法获得无菌发酵液粗提物,通过高效液相色谱和抑菌试验初步探究菌株PJP10的胞外活性代谢产物成分。【结果】菌株PJP10无菌发酵液能够耐受强酸、强碱、高温、高盐和紫外线照射等环境,对蛋白酶K和胃蛋白酶不敏感,但对胰蛋白酶和金属离子敏感。全基因组中存在编码淀粉酶、氨肽酶、蛋白酶、几丁质酶、纤维素酶、酯酶、果胶酶、葡聚糖酶和酰胺酶等抑菌酶的基因,酶活测定结果表明该菌株具有蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶和酯酶活性。antiSMASH预测发现菌株PJP10基因组中包含杆菌素(bacillaene)、地非西丁(difficidin)、大环内酰亚胺(macrolactin)H、表面活性素(surfactin)、杆菌霉素(bacillomycin)D、泛革素(fengycin)、溶杆菌素(bacilysin)、儿茶酚型铁载体(bacillibactin),以及解淀粉芽孢杆菌素(amylocyclicin)和植物唑霉素(plantazolicin)等多种活性代谢产物合成基因簇。此外,抑菌试验发现酸沉淀粗提物对沙门氏菌和大肠杆菌抑菌活性显著,对辣椒青枯菌无抑菌活性,乙酸乙酯粗提物对金黄色葡萄球菌和辣椒青枯菌抑菌活性显著,对沙门氏菌和大肠杆菌抑菌活性明显减弱,根据HPLC结果推测,菌株PJP10无菌发酵液中的抑菌物质可能是iturin、fengycin和surfactin这3个家族的成员。【结论】菌株PJP10抑菌物质稳定性良好,基因组中含有丰富的活性酶基因和活性代谢产物合成基因簇,在工农业生产领域具有较好的应用潜力。

关键词：贝莱斯芽孢杆菌抑菌活性稳定性全基因组测序抑菌代谢产物

塔城地区不同覆膜模式对棉花生长及土壤墒情的影响

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耕作与栽培 2024年第1期44卷 56-60,63页

作者：郭飞李少杰韩顺涛周广顺塔城地区农业技术推广中心新疆塔城834700 塔城地区丰源农业科技有限责任公司新疆塔城834700

为研究不同覆膜宽度对棉花不同土壤深度含水量、温度、田间长势、不同时期棉花干物质及产量差异的影响。本试验设2个处理,处理1:采用超宽膜铺设,膜宽4.4 m,1膜12行棉株;处理2:采用常规膜铺设,膜宽2.02 m,1膜6行棉株。2个处理密度、株行... 详细信息

为研究不同覆膜宽度对棉花不同土壤深度含水量、温度、田间长势、不同时期棉花干物质及产量差异的影响。本试验设2个处理,处理1:采用超宽膜铺设,膜宽4.4 m,1膜12行棉株;处理2:采用常规膜铺设,膜宽2.02 m,1膜6行棉株。2个处理密度、株行距(66 cm+10 cm)、田间管理一致。结果表明,超宽膜棉花在20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、60 cm土层平均含水量较常规膜棉花低;超宽膜棉花全生育期根层土壤平均温度较常规膜棉花高,超宽膜棉花平均果枝数较常规膜平均果枝数多1.43个,平均单株叶面积多747 mm^(2);超宽膜棉花在不同时期不同部位的干物质重量均高于常规膜棉花;超宽膜棉花较常规膜棉花增产39.21 kg/667 m^(2)。

关键词：超宽膜棉花土壤含水量土壤温度干物质产量

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荔枝种质资源抗寒性综合评价

果树学报 2024年第3期41卷 403-425页

作者：张晓婷庄赟董嘉辉周碧燕农业农村部华南地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室·华南农业大学园艺学院广州510642 广东省荔枝工程技术研究中心广州510642

【目的】对91份荔枝(Litchi chinensis Sonn.)种质进行抗寒性综合评价,筛选相对抗寒性强的荔枝种质,为荔枝耐寒育种和各地区荔枝引种提供理论依据。【方法】分别在自然低温前和自然低温后对91份荔枝种质进行采样,测定PSⅡ最大光化学量... 详细信息

【目的】对91份荔枝(Litchi chinensis Sonn.)种质进行抗寒性综合评价,筛选相对抗寒性强的荔枝种质,为荔枝耐寒育种和各地区荔枝引种提供理论依据。【方法】分别在自然低温前和自然低温后对91份荔枝种质进行采样,测定PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)、相对含水量(relative water content,RWC)、相对电导率(relative electrical conductivity,REC)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)和脯氨酸(proline,Pro)含量等5个指标,利用隶属函数分析和主成分分析对各项生理生化指标进行综合评价,最后通过灰度关联计算和聚类分析将荔枝种质抗寒性进行排序分类。【结果】(1)低温对Fv/Fm、RWC、REC、MDA和Pro含量有显著影响,这5个指标是评价荔枝种质抗寒性较理想的生理指标。(2)将91份荔枝种质分为高度冷敏感(Ⅰ)、冷敏感(Ⅱ)、中度耐冷性(Ⅲ)、耐冷性(Ⅳ)和高度耐冷性(Ⅴ),共5类。【结论】依据荔枝种质综合评价结果,筛选出大锦钟、陈紫和紫娘喜为相对抗寒性强的荔枝种质,可将其作为后续耐寒育种的种质资源,与具有其他优质性状的荔枝种质结合,获得抗寒性强的优质荔枝种质资源。

关键词：荔枝自然低温生理生化指标综合评价

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