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盐生草HgS5基因的克隆与抗旱性鉴定

草业学报 2025年第2期 184-195页

作者：汪欣瑶彭亚萍姚立蓉汪军成司二静张宏杨轲马小乐孟亚雄王化俊李葆春甘肃农业大学省部共建干旱生境作物学国家重点实验室甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室甘肃农业大学农学院甘肃农业大学生命科学技术学院

为应对日益严峻的干旱环境问题，发掘植物体内的抗旱基因具有重要意义。基于前期盐生草转录组测序数据分析结果，盐胁迫后HgS5基因的表达量与差异倍数最高，故选其为研究对象，对目的基因编码的蛋白进行生物信息学分析并进行亚细胞定位... 详细信息

为应对日益严峻的干旱环境问题，发掘植物体内的抗旱基因具有重要意义。基于前期盐生草转录组测序数据分析结果，盐胁迫后HgS5基因的表达量与差异倍数最高，故选其为研究对象，对目的基因编码的蛋白进行生物信息学分析并进行亚细胞定位；通过qRT-PCR检测目的基因在拟南芥植株叶片和根系的相对表达量，并利用农杆菌完成拟南芥异源表达，以验证目的基因的抗旱能力。结果表明，HgS5基因中碱基对的数量为1738，编码370个氨基酸，编码蛋白为酸性亲水性蛋白且没有跨膜区；具有116个启动子顺式作用元件；HgS5基因和巨人柱、苋菜和甜菜相关同源基因拥有相同的A＿thal＿3526保守结构域；亚细胞定位显示HgS5基因主要在细胞膜上表达；荧光定量结果显示HgS5基因主要在拟南芥根系表达，处理第6天表达量与其他组别差异显著（P<0.05）；抗旱鉴定结果显示过表达拟南芥的抗旱性明显增强，具体表现为植株枯萎程度减缓；基因HgS5通过影响酶活性来对抗干旱环境，过表达拟南芥根系超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性在干旱胁迫后期整体高于野生型。综上所述，基因HgS5在抗旱过程中起到了积极的调控作用。研究结果旨在为进一步探索HgS5基因应对干旱胁迫的分子响应机制提供理论依据。

关键词：盐生草基因家族生物信息学分析基因克隆抗旱性鉴定

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基于运动恢复结构的玉米植株三维重建与性状提取

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农业机械学报 2020年第6期51卷 209-219页

作者：梁秀英周风燃陈欢梁博许锡晨杨万能华中农业大学工学院武汉430070 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室武汉430070 华中农业大学植物科学技术学院武汉430070

针对传统的玉米植株性状测量方法存在主观性强、劳动强度大、有损伤等问题,提出了基于运动恢复结构(Structure from motion,SfM)的户外玉米植株三维重建方法,并提取了株高、单株最小包围盒体积、茎粗、叶面积、叶片数、叶夹角等11个性... 详细信息

针对传统的玉米植株性状测量方法存在主观性强、劳动强度大、有损伤等问题,提出了基于运动恢复结构(Structure from motion,SfM)的户外玉米植株三维重建方法,并提取了株高、单株最小包围盒体积、茎粗、叶面积、叶片数、叶夹角等11个性状参数。采用前期研制的小车,在户外采集不同视角下的玉米植株图像(采集间距为5~6 cm),基于SfM算法获取玉米植株三维点云;运用直通滤波、圆柱拟合和条件欧氏聚类算法自动分割单株、茎秆和叶片等点云数据,基于距离最值遍历、三角面片化等算法实现株高、茎粗、叶面积等11个性状的准确、无损测量。结果表明,与人工测量值相比,测得的株高、茎粗和叶面积的平均绝对百分比误差分别为3.163%、4.760%和19.102%,均方根误差分别为3.557 cm、1.540 mm、48.163 cm2,决定系数分别为0.970、0.842、0.901。研究表明,本文方法适用于作物表型户外测量,为表型研究提供了一种新的作物表型户外测量方法,同时还证明,株高和单株最小包围盒体积可以显著区分低地上部生物量玉米植株和高地上部生物量玉米植株。

关键词：玉米运动恢复结构三维重建点云处理三维性状提取

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苗草专用型大麦品种鉴定及全基因组关联分析

作物学报 2025年第1期51卷 91-102页

作者：马敏虎常华瑜陈朝燕仁增刘廷辉邢国芳郭刚刚山西农业大学农学院/杂粮种质创新与分子育种山西省重点实验室山西晋中030801 中国农业科学院作物科学研究所/农业农村部粮食作物基因资源评价利用重点实验室/农作物基因资源与基因改良国家重大科学工程北京100081 甘孜藏族自治州农业科学研究所四川甘孜626000

苗草工厂为实现草食动物的饲草周年供应提供了新的解决方案。针对苗草生产的品种需求,本研究对124份中国大麦育成品种(系)与种质开展了苗草转化率鉴定和生物量调控位点发掘。结果显示,大麦种子萌动后,水培条件下苗草生物量呈指数增长趋... 详细信息

苗草工厂为实现草食动物的饲草周年供应提供了新的解决方案。针对苗草生产的品种需求,本研究对124份中国大麦育成品种(系)与种质开展了苗草转化率鉴定和生物量调控位点发掘。结果显示,大麦种子萌动后,水培条件下苗草生物量呈指数增长趋势并在7 d后进入平台期。在植物工厂条件下,鉴定出冬青16、扎青6号等10个高苗草转化率品种且分析发现苗草生物量与籽粒千粒重呈一定的负相关。进一步通过全基因组关联分析,共鉴定到12个苗草生物量相关QTL位点,从中预测出8个调控苗草生物量的候选基因。本研究不仅为大麦苗草工厂化生产筛选出高转化率品种,同时也为苗草专用型大麦品种的遗传改良奠定了基础。

关键词：大麦苗草生物量调控位点全基因组关联分析

基于YOLO v8n-seg和改进Strongsort的多目标小鼠跟踪方法

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农业机械学报 2024年第2期55卷 295-305,345页

作者：梁秀英贾学镇何磊王翔宇刘岩杨万能华中农业大学工学院武汉430070 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室武汉430070

多目标小鼠跟踪是小鼠行为分析的基本任务,是研究社交行为的重要方法。针对传统小鼠跟踪方法存在只能跟踪单只小鼠以及对多目标小鼠跟踪需要对小鼠进行标记从而影响小鼠行为等问题,提出了一种基于实例分割网络YOLO v8n-seg和改进Strongs... 详细信息

多目标小鼠跟踪是小鼠行为分析的基本任务,是研究社交行为的重要方法。针对传统小鼠跟踪方法存在只能跟踪单只小鼠以及对多目标小鼠跟踪需要对小鼠进行标记从而影响小鼠行为等问题,提出了一种基于实例分割网络YOLO v8n-seg和改进Strongsort相结合的多目标小鼠无标记跟踪方法。使用RGB摄像头采集多目标小鼠的日常行为视频,标注小鼠身体部位分割数据集,对数据集进行增强后训练YOLO v8n-seg实例分割网络,经过测试,模型精确率为97.7%,召回率为98.2%,mAP50为99.2%,单幅图像检测时间为3.5 ms,实现了对小鼠身体部位准确且快速地分割,可以满足Strongsort多目标跟踪算法的检测要求。针对Strongsort算法在多目标小鼠跟踪中存在的跟踪错误问题,对Strongsort做了两点改进:对匹配流程进行改进,将未匹配上目标的轨迹和未匹配上轨迹的目标按欧氏距离进行再次匹配;对卡尔曼滤波进行改进,将卡尔曼滤波中表示小鼠位置和运动状态的小鼠身体轮廓外接矩形框替换为以小鼠身体轮廓质心为中心、对角线为小鼠体宽的正方形框。经测试,改进后Strongsort算法的ID跳变数为14,MOTA为97.698%,IDF1为85.435%,MOTP为75.858%,与原Strongsort相比,ID跳变数减少88%,MOTA提升3.266个百分点,IDF1提升27.778个百分点,与Deepsort、ByteTrack和Ocsort相比,在MOTA和IDF1上均有显著提升,且ID跳变数大幅降低,结果表明改进Strongsort算法可以提高多目标无标记小鼠跟踪的稳定性和准确性,为小鼠社交行为分析提供了一种新的技术途径。

关键词：小鼠行为多目标跟踪 YOLO v8n-seg Strongsort

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边缘计算在智慧农业中的应用现状与展望

农业工程学报 2022年第16期38卷 224-234页

作者：黄成龙柯宇曦华向东杨俊雅孙梦雨杨万能华中农业大学工学院武汉430070 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室武汉430070

互联网技术快速发展使得数据量剧增,云计算的数据集中处理模式存在实时性不足、能耗过高以及数据安全等一系列问题。边缘计算是在靠近数据源端执行计算的分散处理模式,与云计算相比具有低延迟、低成本、安全性高、个性化设计等优势。随... 详细信息

互联网技术快速发展使得数据量剧增,云计算的数据集中处理模式存在实时性不足、能耗过高以及数据安全等一系列问题。边缘计算是在靠近数据源端执行计算的分散处理模式,与云计算相比具有低延迟、低成本、安全性高、个性化设计等优势。随着智慧农业迅速发展,结合深度学习的农业应用屡见不鲜,如作物病害检测、生长环境监测、作物自动采摘、无人农场管理等,边缘计算可以为农业多场景、复杂任务提供高效、可靠的新型数据处理方案。该研究概述了边缘计算的发展,计算架构及主要优势;介绍了边缘计算在农业中的应用背景,结合文献量分析,归纳了边缘计算在农业上的主要应用场景及相关智能农业装备,调研了现有常用边缘计算设备及性能参数,总结了适合边缘计算的主流深度学习算法及模型压缩方法。研究表明边缘计算在智慧农业中的应用有效促进了农业的数字化、智能化,未来在多场景、多功能边缘计算智能农业装备开发等领域将面临重大挑战和机遇。

关键词：物联网边缘计算云计算智慧农业深度学习模型压缩模型部署

基于时间序列的玉米叶片性状动态提取方法研究

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农业机械学报 2017年第5期48卷 174-178,198页

作者：黄成龙张雪海吴迪叶军立杨万能华中农业大学工学院武汉430070 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室武汉430070

玉米叶片性状对生长发育、遗传育种及功能基因解析研究具有重要意义,而传统的测量方式效率低、主观性强、测量性状少,已无法满足现代玉米研究的需求,为此提出一种基于时间序列的玉米叶片性状动态追踪技术。研究基于高通量作物表型平台,... 详细信息

玉米叶片性状对生长发育、遗传育种及功能基因解析研究具有重要意义,而传统的测量方式效率低、主观性强、测量性状少,已无法满足现代玉米研究的需求,为此提出一种基于时间序列的玉米叶片性状动态追踪技术。研究基于高通量作物表型平台,针对100份玉米品种资源,每间隔3 d获取8个玉米生长点图像;利用图像分割、叶片骨架提取等算法得到单片叶长、叶角度、叶弯曲度参数;基于叶片相对位置信息实现玉米叶片的动态追踪及标记。试验结果和人工测量值相比,叶长和叶夹角测量误差分别为0.92%和3.32%。叶片追踪可以得到叶片的动态变化过程,计算获取叶片长度的平均生长率及叶片弯曲度的变化分布。

关键词：玉米叶片动态追踪图像处理叶片标记

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小麦分蘖形态学特征X射线-CT无损检测

农业工程学报 2017年第14期33卷 196-201页

作者：吴迪杨万能牛智有黄成龙华中农业大学工学院武汉430070 华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室武汉430070

针对传统小麦分蘖形态学特征需采用人工接触或有损方法获取,不仅过程繁琐、主观性强而且会影响小麦后续生长。为实现小麦分蘖性状快速、准确、无损测量,该文提出一种基于X射线断层成像的小麦分蘖形态学特征提取方法。首先构建了小麦分蘖... 详细信息

针对传统小麦分蘖形态学特征需采用人工接触或有损方法获取,不仅过程繁琐、主观性强而且会影响小麦后续生长。为实现小麦分蘖性状快速、准确、无损测量,该文提出一种基于X射线断层成像的小麦分蘖形态学特征提取方法。首先构建了小麦分蘖X-ray CT断层扫描成像系统,采用滤波反投影(filtered back projection,FBP)断层重建算法和图形处理单元(graphics processing unit,GPU)加速算法快速获取小麦分蘖茎秆断层图像,设计了专门的分蘖图像分析算法实现对小麦分蘖形态学特征参数(分蘖数、分蘖角度、分蘖茎粗和分蘖壁厚)的无损检测。该研究对107株小麦植株测量结果表明:分蘖数测量准确率可达100%,分蘖角度、茎粗和壁厚的平均测量误差分别为3.65%,4.84%和7.86%。该技术相较于人工测量方法和石蜡切片方法,能够对小麦分蘖形态学特征进行较为精准无损检测,实现单株测量效率约200 s,对于小麦功能基因组和抗倒伏能力品种的筛选具有重要的研究意义。

关键词： X射线断层重建图像处理小麦分蘖无损检测

植物远缘杂交中的染色体行为及其遗传与进化意义

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遗传 2005年第2期27卷 315-324页

作者：李再云华玉伟葛贤宏徐传远华中农业大学植物科学技术学院作物遗传改良国家重点实验室武汉430070

远缘杂交与多倍体化在高等植物的进化中起着重要的作用。但矛盾和令人费解的现象是“自然界在合成多倍体方面取得了巨大的成功,而人类在这方面却收效甚微”。其原因一方面可能是自然多倍体是长期自然选择和进化的产物,人类难以在短期内... 详细信息

远缘杂交与多倍体化在高等植物的进化中起着重要的作用。但矛盾和令人费解的现象是“自然界在合成多倍体方面取得了巨大的成功,而人类在这方面却收效甚微”。其原因一方面可能是自然多倍体是长期自然选择和进化的产物,人类难以在短期内重复和完成这一过程;另一方面可能对不同的染色体组结合后的遗传与互作机制还不太了解。故多倍体化后的遗传和表观遗传成了目前多学科研究的重点。在有些有性和体细胞杂种内亲本染色体在细胞内分开排列,但此染色体行为的遗传和生物学意义还不太清楚。在植物远缘杂交中出现的假配生殖、半配生殖、染色体消除和亲本染色体组分开等异常染色体行为,也反映出不同物种在配子和染色体水平上的不亲和。需对植物远缘杂交中的染色体行为和遗传进行不同层次与系统的研究,才可能深入了解杂交后新种的形成及进化机制。

关键词：植物远缘杂交异源多倍体遗传与进化染色体行为染色体组分开

cpSSR: a New Tool to Analyze Chloroplast Genome of Citrus Somatic Hybrids

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Acta Botanica Sinica 2003年第8期45卷 906-909页

作者：程运江郭文武邓秀新华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室武汉430070

Chloroplast simple sequence repeat (cpSSR) markers in Citrus were developed and successfully used to analyze chloroplast genome inheritance of Citrus somatic hybrids. Twenty-two previously reported cpSSR primer pairs from pine (Pinus thunbergii Parl.), rice (Otyza sativa L.) and tobacco (Nicotiana tabacum L.) were tested in Citrus, nine of which could amplify intensive PCR products by agarose gel electrophoresis. Chloroplast genome inheritance of Citrus somatic hybrids from nine fusions was then analyzed, and five of the nine pre-screened primer pairs showed polymorphisms by polyacrylamide gel electrophoresis. The results revealed the random inheritance nature of chloroplast genome in all analyzed Citrus somatic hybrids, which was in agreement with previous reports based on RFLP or CAPS analyses. It was also shown that cpSSR is a more efficient tool in chloroplast genome analyses of somatic hybrids in higher plants, compared with the conventional RFLP or CAPS analyses.

关键词： Citrus, somatic hybrids microsatellite simple sequence repeat (SSR) chloroplast genome