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天山北坡中段草地生态系统多功能性对放牧的响应

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生态学报 2024年第8期44卷 3440-3456页

作者：江康威张青青王亚菲李宏杨永强丁雨吐尔逊娜依·热依木新疆农业大学草业学院乌鲁木齐830052 新疆农业大学生命科学学院乌鲁木齐830052 新疆农业大学资源与环境学院乌鲁木齐830052

生态系统多功能性(EMF)是指生态系统能够提供多种服务和功能的能力。放牧是草地资源实现开发和利用的主要途径之一,但草地EMF对放牧干扰的响应尚不明确,且其驱动因子仍不清楚。以天山北坡中段草地生态系统为研究对象,基于野外植物群落... 详细信息

生态系统多功能性(EMF)是指生态系统能够提供多种服务和功能的能力。放牧是草地资源实现开发和利用的主要途径之一,但草地EMF对放牧干扰的响应尚不明确,且其驱动因子仍不清楚。以天山北坡中段草地生态系统为研究对象,基于野外植物群落调查和室内土壤理化性质分析以及微生物高通量测序,探讨轻度放牧、重度放牧和未放牧处理下草地EMF的变化规律。结果表明,(1)相较于重度放牧,轻度放牧显著提高草地生产力、土壤碳养分、土壤氮养分、土壤磷养分、土壤钾养分等生态系统单一功能以及多功能性(P<0.05)。(2)线性拟合结果表明,草地生态系统单功能和多功能性与植物Shannon⁃Wiener指数、土壤细菌Shannon⁃Wiener指数、土壤真菌Shannon⁃Wiener指数、土壤含水量之间呈显著正相关关系(P<0.05),与土壤容重呈显著负相关关系(P<0.05)。(3)通过结构方程模型总体来看,放牧能够直接对EMF产生负向效应,也可通过植物多样性和土壤细菌多样性及其二者之间的相互作用间接地对EMF产生负向效应,并且同时考虑多个生态系统功能对放牧的响应可以更好的反映整个生态系统的变化。研究强调了植物群落多样性和土壤微生物群落多样性对维持草地生态系统功能及多功能性的重要性,轻度放牧处理是更好地保护生物多样性及维持草地EMF的可行策略,该结果揭为合理制定天山北坡中段草地生态系统的可持续经营和管理提供了理论参考。

关键词：放牧生态系统多功能性生态系统单一功能结构方程模型天山北坡

植物根系特征与根区土壤水分高通量监测管道机器人研制

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农业工程学报 2024年第6期40卷 192-202页

作者：颜小飞王韵博宋晓波向梓薇杜太生程强北京林业大学工学院北京100083 中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 中国农业大学中国农业水问题研究中心北京100083

研究水分胁迫下的根系特征对于节水农业的发展具有重大意义。针对现有根系观测与土壤水分监测方法难以满足野外条件下根系和根区水分的同步、原位、高通量监测的不足,该研究研制了一种基于STM32芯片的管道机器人系统。系统由管道机器人... 详细信息

研究水分胁迫下的根系特征对于节水农业的发展具有重大意义。针对现有根系观测与土壤水分监测方法难以满足野外条件下根系和根区水分的同步、原位、高通量监测的不足,该研究研制了一种基于STM32芯片的管道机器人系统。系统由管道机器人、数据基站与PVC透明管道组成,通过在土壤中埋设管道机器人系统,控制机器人搭载的微距相机与土壤水分传感器在巡航时拍摄根系图像,并获取土壤水分数据。由根系图像识别分割与提取程序对图像进行畸变校正与根系识别,获取管道方向上植株的根系面积、长度与密度等特征参数。实验室条件下进行相机拍摄效果、图像畸变校正、识别与分割误差及里程轮测距误差测试,以及土壤水分传感器标定试验。测试结果表明:1)管道机器人能够清晰地拍摄到根系图像,图像畸变校正效果较好,单个像素点长度和面积分别为44μm和0.002 mm^(2),单张根系图像的拍摄范围为14.17 mm×10.60 mm;2)土壤水分传感器输出电压与土壤体积含水率之间呈现良好线性关系,决定系数R^(2)为0.990;3)自主巡航定位准确度较高,平均相对误差为1.47%。在田间条件下进行的根系生长动态监测、根系信息提取、土壤水分监测与电池续航试验表明:1)管道机器人系统能够在田间环境下高通量地拍摄根系图像,监测根系的生长动态,并进一步提取出根系长度、面积、根面积密度等特征参数;2)根区土壤水分监测较为准确,测量结果与烘干法结果平均相对误差为2.23%;3)在系统初始满电量状态下,管道机器人系统独立运行时长不少于7 d,最大巡航监测距离约为48 m。本文研制的管道机器人系统可在田间条件下实现根系特征以及根区土壤水分的原位、高通量测量,为节水灌溉与根系生长研究提供技术支持。

关键词：机器人土壤水分图像识别根系特征高通量

基于可见/近红外光谱和函数型线性回归模型的成熟期苹果可溶性固形物含量预测

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光谱学与光谱分析 2024年第7期44卷 1905-1912页

作者：黄华刘亚马毅航向思函何佳宁王诗婷郭俊先新疆农业大学数理学院新疆乌鲁木齐830052 新疆农业科学院综合试验场新疆乌鲁木齐830013 新疆农业大学机电工程学院新疆乌鲁木齐830052

可溶性固形物含量(SSC)是反映苹果品质和成熟度的重要指标,能够用于苹果品质分析和成熟度预测。以新疆阿克苏冰糖心红富士苹果为研究对象,从果实膨大定形期至完熟期,以3d等间隔周期采摘样本,采集其380~1110nm的可见/近红外光谱,测定其S... 详细信息

可溶性固形物含量(SSC)是反映苹果品质和成熟度的重要指标,能够用于苹果品质分析和成熟度预测。以新疆阿克苏冰糖心红富士苹果为研究对象,从果实膨大定形期至完熟期,以3d等间隔周期采摘样本,采集其380~1110nm的可见/近红外光谱,测定其SSC,共552个样品。然后,利用基函数平滑方法将采集的可见/近红外光谱离散数据转化为光谱曲线,即函数型数据,并以可见/近红外光谱曲线、一阶导曲线、二阶导曲线为函数型解释变量,SSC为标量响应变量,分别建立函数型线性回归模型。为了验证和分析模型的性能,根据原始光谱离散数据,经过移动平滑、一阶导和二阶导预处理后,分别建立偏最小二乘回归(PLSR)、核支持向量机(KSVM)、随机森林(RF)、梯度提升树(GBM)和深度神经网络(DeepNN)。结果表明,在建立的18个模型中,针对训练集,PLSR-dNIR模型、KSVM-dNIR模型、RF-dNIR模型、GBM-dNIR模型和Deep NN-d2NIR模型都优于FunLR-NIR模型、FunLR-dNIR模型、FunLR-d2NIR模型,且Deep NN-dNIR模型最优(r_(c)=0.9996,R_(c)^(2)=0.9986,RMSEC=0.0740,RPDC=27.4366);针对测试集,FunLR-NIR模型、FunLR-dNIR模型、FunLR-d2NIR模型均优于其他所有模型,且FunLR-NIR模型最优(r_(v)=0.9534,R_(v)^(2)=0.9077,RMSEV=0.5856,RPDV=3.3017)。综合训练集和测试集的结果来看,核支持向量机模型、随机森林模型、梯度提升树模型和深度神经网络模型容易过拟合,而函数型线性回归模型具有更好的普适性。此外,从三个函数型线性回归模型(FunLR-NIR模型、FunLR-dNIR模型、FunLR-d2NIR模型)的预测效果看,模型均具有良好的鲁棒性和较高的预测精度。试验结果表明,结合可见/近红外光谱技术与函数型数据分析构建的函数型线性回归模型,可成功、有效地实现成熟期苹果的可溶性固形物含量预测。

关键词：苹果可溶性固形物含量可见/近红外光谱函数型数据分析函数型线性回归模型

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籼粳杂种不育的遗传分析和候选基因鉴定

中国农业科学 2024年第8期57卷 1417-1429页

作者：许娜唐颖徐正进孙健徐铨沈阳农业大学水稻研究所

【目的】籼粳亚种间杂交F1的育性问题严重阻碍了亚种间杂种优势的利用，探究籼粳杂种不育的遗传机理，挖掘新的籼粳杂种不育调控基因，为促进籼粳杂种结实率遗传改良提供理论依据。【方法】粳稻品种Sasanishiki和籼稻品种Habataki杂交... 详细信息

【目的】籼粳亚种间杂交F1的育性问题严重阻碍了亚种间杂种优势的利用，探究籼粳杂种不育的遗传机理，挖掘新的籼粳杂种不育调控基因，为促进籼粳杂种结实率遗传改良提供理论依据。【方法】粳稻品种Sasanishiki和籼稻品种Habataki杂交后，采用单粒传法自交10代，获得包含95个株系的稳定遗传重组自交系（RIL），基于Illumina平台，对双亲和RIL进行高通量测序，在全基因组水平分析RIL中Habataki血缘的分布与比例，进而鉴定偏分离区域作为潜在的籼粳杂种不育位点。同时，剖析“全球3000份水稻核心种质资源重测序计划”中典型籼粳稻基因组变异数据，对群体水平进一步验证并趋近目标育性基因区域。最终通过序列比对锁定籼粳杂种不育候选基因。应用CRISPR基因编辑技术进行定点基因敲除，对目标基因进行功能验证。【结果】Habataki和Sasanishiki的杂交F1在穗数、每穗粒数和千粒重上体现出明显的杂种优势，但其结实率显著降低，I2-KI镜检发现F1花粉育性显著降低。RIL的全基因组高通量测序在第1、3、5、6、7和12染色体上检测到明显的偏分离，即该区域的基因型趋向于籼稻Habataki。通过序列比对，进一步确定已知育性基因Sc、S5和HSA1为第3、6和12染色体上偏分离区域的目标基因。应用CRISPR基因编辑技术敲除Habataki中Sc-Haba-3的多拷贝，成功改善了其与Sasanishiki杂交F1的花粉育性和结实率，说明该基因可独立行使功能。同时，在第1染色体的偏分离区域发现Habataki和Sasanishiki之间存在复杂的结构性变异，Sasanishiki基因组中一段24.7 kb包含4个预测基因的片段在Habataki中被一段64.8 kb包含10个预测基因的片段取代，此结构性变异可能参与籼粳杂种育性的调控。【结论】检测到多个籼粳杂种不育相关位点，应用CRISPR基因编辑技术敲除Habataki中Sc的多拷贝成功改善其杂种F1育性，确定其为水稻亚种间育性改良的目标基因。同时锁定了第1染色体Sd区域的目标基因。

关键词：水稻籼粳杂种不育高通量测序基因编辑 Sd候选基因

氮形态对小白菜根系生长、根区p H及细胞壁组分的影响

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中国农业科学 2024年第11期57卷 2215-2226页

作者：韩瑞锋郭雨琴王玉琢成永三侯雷平张毅山西农业大学园艺学院

【目的】氮素（N）是调控蔬菜作物生长的重要因子，探究氮形态对小白菜根系生长及细胞壁组分的影响，明确根区pH变化与质膜（PM）H+-ATPase的关系，为进一步研究氮素调控植物根系生长发育提供理论基础。【方法】以小白菜（‘华王’）为... 详细信息

【目的】氮素（N）是调控蔬菜作物生长的重要因子，探究氮形态对小白菜根系生长及细胞壁组分的影响，明确根区pH变化与质膜（PM）H+-ATPase的关系，为进一步研究氮素调控植物根系生长发育提供理论基础。【方法】以小白菜（‘华王’）为试材，设置3个N素形态(硝态氮（NO3--N）、铵态氮（NH4+-N）、甘氨酸态氮（Gly-N）)，采用营养液水培法，探究无机氮和有机氮调控小白菜根区pH和根细胞壁组分对根系生长的影响，同时探讨氮营养对小白菜根系生长素（IAA）和PM H+-ATPase酶的影响。用根系扫描法和生理试验等方法，测定小白菜的总根长、总根体积、总根表面积和根尖数等根系形态指标以及介质pH、PM H+-ATPase酶活性、IAA含量、细胞壁及其主要组分含量、果胶甲酯酶（PME）、扩张素（EXP）含量等生理指标，并分析根系形态和各生理指标之间的相关性。【结果】Gly-N和NO3--N均碱化介质pH，且Gly-N碱化介质pH的能力高于NO3--N处理，NH4+-N酸化介质pH。与NO3--N处理相比，Gly-N处理显著降低小白菜地上部（40.23%）和根系干物质含量（21.74%）、主根长（55.15%）、总根长（58.63%）、总根表面积（53.12%）、总根尖数（73.07%）、根分叉数（65.39%）、内部链接数（40.91%）和外部链接数（73.94%），提高了根系细胞壁提取率（22.00%）、果胶（47.74%）、纤维素（25.30%）、EXP（109.53%）、PM H+-ATPase酶活性（15.42%）、根冠比（30.33%）、拓扑指数（11.43%）和分形维数（4.32%）;NH4+-N处理植株地上部干物质含量、主根长、根分叉数、内部链接数、外部链接数、根系PME活性和IAA含量分别显著降低22.98%、34.30%、35.32%、26.22%、29.02%、36.38%和8.74%，根系PM H+-ATPase酶活性、细胞壁提取率、果胶和半纤维素分别显著提高14.60%、19.38%、22.98%、74.33%。根系形态指标与生理指标之间的相关分析结果表明，总根表面积与总根长、总根尖数、外部链接数、根分叉数呈极显著正相关（P<0.01），与主根长、内部链接数、叶干重呈显著正相关（P<0.05）；总根表面积与根直径、扩张素、拓扑指数呈极显著负相关（P<0.01），与果胶、纤维素和分形维数呈显著负相关（P<0.05）。根直径与扩张素、纤维素、分形维数、拓扑指数呈极显著正相关（P<0.01），与果胶呈显著正相关（P<0.05）。【结论】Gly-N和NH4+-N均增加了小白菜根系细胞壁含量，抑制了小白菜根系的伸长生长；Gly-N更有利于果胶和纤维素的积累，NH4+-N有利于半纤维素的积累。

关键词：小白菜氮形态 pH 根系生长细胞壁

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干燥方式对铁棍山药片挥发性风味成分的影响

中国食品学报 2024年第1期24卷 301-314页

作者：庞凌云詹丽娟李家寅潘思轶李瑜河南农业大学食品科学技术学院郑州450002 华中农业大学食品科学技术学院武汉430070

采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术(HS-SPME-GC-MS)和电子鼻,分别测定热风干燥、微波干燥、真空干燥、真空冷冻干燥、联合干燥5种干燥方式加工的铁棍山药片的挥发性风味成分,并结合主成分分析,研究干燥过程中山药片风味的变... 详细信息

采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术(HS-SPME-GC-MS)和电子鼻,分别测定热风干燥、微波干燥、真空干燥、真空冷冻干燥、联合干燥5种干燥方式加工的铁棍山药片的挥发性风味成分,并结合主成分分析,研究干燥过程中山药片风味的变化。结果表明,在5种干燥方式制得的山药片中,共检出95种挥发性成分,主要包括烃类、醛类、酮类、醇类、酯类、苯类和杂环化合物等。壬醛、癸醛、2,6,10-三甲基十四烷、香叶基丙酮是山药片中的主要风味物质。热风干燥、真空干燥、微波干燥所得山药片的主要挥发性物质有烃类、苯类和醛类;真空冷冻干燥、联合干燥所得山药片的主要挥发性物质有烃类、醛类和酮类。电子鼻检测结果表明,5种干燥方式制得的山药片风味存在一定差异,其中热风干燥和真空干燥所得山药片的风味在醇、部分芳香族化合物上具有相似性,真空冷冻干燥山药片与其它干燥方式山药片的风味差异主要是含氮化合物、含硫化合物。这与GC-MS分析结果一致。根据主成分分析法建立了山药片香气品质评价模型,得出联合干燥方式制得的山药片综合得分最高,香气品质最好,其次为真空冷冻干燥、微波干燥、热风干燥、真空干燥。

关键词：铁棍山药干燥方式挥发性风味成分气相色谱-质谱联用电子鼻

草鱼TAB2与TAK1蛋白互作鉴定及其对两种抗菌肽基因表达的影响

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水产学报 2024年第2期48卷 133-142页

作者：杨文飞郭佳静赵文平李槿年安徽农业大学动物科技学院

为了探究草鱼TAB2 (Ci TAB2)与Ci TAK1能否互作及其对2种草鱼抗菌肽基因(Cihepcidin与Ciβ-defensin1)表达的影响，实验首先采用实时荧光定量PCR (qPCR)方法分析拟态弧菌感染后Citab2和Citak1在草鱼免疫相关组织中的时空表达模式。然后... 详细信息

为了探究草鱼TAB2 (Ci TAB2)与Ci TAK1能否互作及其对2种草鱼抗菌肽基因(Cihepcidin与Ciβ-defensin1)表达的影响，实验首先采用实时荧光定量PCR (qPCR)方法分析拟态弧菌感染后Citab2和Citak1在草鱼免疫相关组织中的时空表达模式。然后利用荧光共定位、免疫共沉淀及Western blot技术鉴定Ci TAB2与Ci TAK1在细胞内共定位及相互作用情况。最后将过表达质粒pEGFP-N1-Citak1与pEGFP-N1-Citab2共同转染草鱼肾细胞(CIK细胞)，检测Cihepcidin与Ciβ-defensin1的相对mRNA表达水平。结果显示，拟态弧菌感染能够显著改变Citab2和Citak1的相对表达水平，前者于感染后不同时间在各检测组织中表现出不同的时空表达模式，而后者均呈现先上调后下调的表达模式；荧光显微镜下观察到Ci TAB2与Ci TAK1共定位于转染后的HEK293T和CIK细胞的胞质中，且在HEK293T细胞内能够形成Ci TAB2-Ci TAK1蛋白复合物；共同过表达Ci TAB2与Ci TAK1后，CIK细胞内Cihepcidin与Ciβ-defensin1的相对mRNA表达水平在各检测时间点均显著上调。结果表明，Ci TAB2与Ci TAK1存在互作关系且二者互作能够促进上述两种抗菌肽的转录表达。本研究从蛋白互作调控抗菌肽表达的角度为防治鱼类弧菌病提供了新策略。

关键词：草鱼转化生长因子-β激活激酶1(TAK1) TAK1结合蛋白2(TAB2) 蛋白互作抗菌肽基因表达

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鱼类白介素10的研究进展

水产学报 2024年第4期48卷 156-166页

作者：黎秋男李书含周永恒耿毅黄小丽陈德芳欧阳萍四川农业大学动物医学院四川农业大学动物科技学院

白介素10 (IL-10)是能够参与机体免疫的一种多功能细胞因子，由单核细胞、巨噬细胞等多种免疫细胞分泌，在肿瘤、感染、免疫缺陷等多种疾病的发生发展过程中发挥着重要的调节作用。多种硬骨鱼IL-10基因被克隆表达，被证实具有免疫调节... 详细信息

白介素10 (IL-10)是能够参与机体免疫的一种多功能细胞因子，由单核细胞、巨噬细胞等多种免疫细胞分泌，在肿瘤、感染、免疫缺陷等多种疾病的发生发展过程中发挥着重要的调节作用。多种硬骨鱼IL-10基因被克隆表达，被证实具有免疫调节作用，目前已有不少关于鱼类IL-10的生物活性、作用机制、调节机制的研究。本文根据已有报道，从鱼类IL-10的基因结构、转录表达、来源与进化、生物学活性及功能、鱼类IL-10受体及信号通路等5个方面进行了综述，为鱼类IL-10的研究与应用提供依据。

关键词：白介素10 (IL-10) 鱼类白介素10 (fIL-10) 病毒白介素10 (vIL-10) 生物学活性

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