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蔬菜气雾栽培箱不同气流循环方式的流场和温度场CFD模拟

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农业工程学报 2019年第16期35卷 233-241页

作者：蒋蘋杨希文罗亚辉龙莉霞石毅新胡文武湖南农业大学工学院长沙410128 南方粮油作物协同创新中心长沙410128

蔬菜气雾栽培箱内的空气流动和温度对箱体内的环境调节及农作物生长具有重要作用,农作物周围空气的均匀性流动能促进农作物的生长速率。为探究蔬菜气雾栽培箱内流场及温度场分布规律,基于计算机流体力学(CFD,computational fluid dynami... 详细信息

蔬菜气雾栽培箱内的空气流动和温度对箱体内的环境调节及农作物生长具有重要作用,农作物周围空气的均匀性流动能促进农作物的生长速率。为探究蔬菜气雾栽培箱内流场及温度场分布规律,基于计算机流体力学(CFD,computational fluid dynamics)方法,利用FLUENT软件,结合标准湍流模型、有孔介质模型、作物冠层质热交换模型等,建立了蔬菜气雾栽培箱不同气流循环方式下的CFD模型。并对气雾栽培箱内的环境进行优化设计,设计了3种气流循环方案:顶面进侧面出,侧面进顶面出,侧面进侧面出。对送回风口的不同位置布局进行了研究,并对3种气流循环方案进行了数值模拟。模拟结果可知:气流为顶面进侧面出方案中,风速位于生菜生长适宜风速值区域占58.1%,适宜温度值区域占93.6%,通风死角区域占比0.844%;气流为侧面进顶面出方案中,生菜生长适宜风速值区域占59.6%,适宜温度值区域占99.98%,通风死角区域占比0.069%;气流为侧面进侧面出方案中,风速位于生菜生长适宜风速值区域占54.3%,适宜温度值区域占92.4%,通风死角区域占比16.7%。分析对比后得到侧面进顶面出为最佳气流循环方案。并对此进行了试验测试,结果表明:气雾栽培箱内温度、风速模拟值和实测值进行对比,温度平均相对误差为3.9%,均方根误差为0.86℃。风速平均相对误差为3.5%,均方根误差为0.26m/s,模拟值和实测值误差较小,模拟效果良好,验证了CFD模型的准确性。该研究为蔬菜气雾栽培箱内的流场及温度变化规律,内部环境调节,装置优化设计提供了参考依据。

关键词：风速温度计算机流体力学优化设计蔬菜气雾栽培箱

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转型期作物生产发展的机遇与挑战

作物学报 2018年第6期44卷 791-795页

作者：邹应斌黄敏南方粮油作物协同创新中心/湖南农业大学湖南长沙410128

中国作物生产正处于由传统手工劳动为主的小规模生产向机械化、集约化、信息化程度高的适度规模化生产过渡的转型期。在此期间,作物生产发展的重要目标是实现单位耕地生产率与人均劳动生产率的同步提高。近年来,中国作物生产能力的稳步... 详细信息

中国作物生产正处于由传统手工劳动为主的小规模生产向机械化、集约化、信息化程度高的适度规模化生产过渡的转型期。在此期间,作物生产发展的重要目标是实现单位耕地生产率与人均劳动生产率的同步提高。近年来,中国作物生产能力的稳步提高、生产方式的重大转变以及工业经济的迅速发展为转型期作物生产发展创造了新的机遇,但同时也带来了新的挑战,涉及多熟制作物生育期缩短、大田生产用种量增加和杂种优势利用价值下降等方面。针对上述挑战,笔者从发展密植高光效栽培、提高杂交作物种子质量以及加强育种与栽培协同攻关等方面展望了转型期作物生产的研究方向。

关键词：作物生产种植方式生育期种子用量杂种优势密植种子质量

甘蓝型油菜SGR基因家族的全基因组鉴定与功能分析

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作物学报 2023年第7期49卷 1829-1842页

作者：唐玉凤姚敏何昕官梅刘忠松官春云钱论文湖南农业大学农学院/南方粮油作物协同创新中心湖南长沙410128

叶绿素是植物进行光合作用的一类绿色色素,对植物生长有着直接的影响。本研究利用生物信息学方法在全基因组水平上对甘蓝型油菜(Brassica napus)、白菜(Brassica rapa)、甘蓝(Brassica oleracea)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)中滞绿基... 详细信息

叶绿素是植物进行光合作用的一类绿色色素,对植物生长有着直接的影响。本研究利用生物信息学方法在全基因组水平上对甘蓝型油菜(Brassica napus)、白菜(Brassica rapa)、甘蓝(Brassica oleracea)和拟南芥(Arabidopsis thaliana)中滞绿基因(STAY-GREEN,SGR)家族成员进行分析发现,28个SGR基因大多数包含4个外显子,编码碱性蛋白。染色体定位和共线性分析显示,甘蓝型油菜SGR基因家族成员中不存在串联复制,SGR基因家族成员之间具有线性关系,高度同源,且在进化过程中非常保守。此外,利用60K SNP对203份半冬性甘蓝型油菜自交系的叶绿素含量进行全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS),检测到2个单体型区域Chr.A01:6,193,165~6,317,757 bp和Chr.C01:9,059,861~9,906,618 bp携带的Bna SGR1a-A01和Bna SGR1-C01与叶绿素含量显著相关。同时,结合50份半冬性甘蓝型油菜重测序数据,对这2个单体型进行进区域关联分析,检测到1个SNP定位在Bna SGR1a-A01的外显子2区域,并与叶绿素含量显著关联。共表达网络分析结果验证了Bna SGR1a-A01与Bna SGR2-A03直接相连,与Bna SGR1-C01、Bna SGR1-A08、Bna SGR2-C03、Bna SGR1-C07、Bna SGRL-C06、Bna SGRL-A10等基因间接相连形成了一个网络体系,共同调节叶绿素含量。T2拟南芥转Bna SGR1a-A01基因超表达植株的叶绿素a、叶绿素b和总的叶绿素含量相比野生型显著降低,表明Bna SGR1调控叶绿素降解。本研究为油菜SGR基因的功能研究和利用奠定了基础。

关键词：甘蓝型油菜 SGR基因全基因组关联分析叶绿素含量

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油菜钵体苗移栽栽植孔成型机设计与试验

农业机械学报 2017年第10期48卷 40-48,58页

作者：向伟吴明亮官春云贺一鸣罗海峰颜波湖南农业大学工学院长沙410128 南方粮油作物协同创新中心长沙410128 湖南农业大学农学院长沙410128

为实现打穴式移栽机高效成型满足农艺要求栽植孔,基于打孔移栽作业的工作特点,融合油菜移栽农艺要求,设计了一种纯滚动式油菜移栽栽植孔成型机。通过分析纯滚动机构运动机理,研究成孔机构的运动参数方程,建立成型栽植孔的参数方程。采用... 详细信息

为实现打穴式移栽机高效成型满足农艺要求栽植孔,基于打孔移栽作业的工作特点,融合油菜移栽农艺要求,设计了一种纯滚动式油菜移栽栽植孔成型机。通过分析纯滚动机构运动机理,研究成孔机构的运动参数方程,建立成型栽植孔的参数方程。采用Matlab软件生成栽植孔理论轮廓线,并生成成型栽植孔的外形图,运用CATIA软件进行仿真分析得出成型栽植孔的轮廓曲线图,并将上述图形进行拟合模拟,验证了成孔机构结构参数与运动参数的合理性。试制样机,进行田间试验,试验结果表明:机具以慢2挡工作状态下前进速度为1.80~1.96 km/h,作业效率达到0.306~0.333 hm^2/h,在黏土、壤土和砂土3种土壤中试验,其成孔的平均合格率分别达到了94.4%、93.3%、90.4%,表明研制的成孔机能成型满足设计要求的栽植孔。

关键词：油菜移栽栽植孔成孔机构

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杂交稻头季与再生季镉积累分配特性差异研究

中国水稻科学 2022年第1期36卷 55-64页

作者：蒋艳方陈基旺崔璨王晓玉陈平平周文新易镇邪湖南农业大学农学院/南方粮油作物协同创新中心长沙410128

【目的】探究杂交稻头季与再生季镉积累分配特性差异,为再生稻安全生产提供科学依据。【方法】以Y两优9918和甬优4149为材料,采用随机区组设计开展大田试验,比较头季与再生季产量与镉积累分配特性。【结果】1)甬优4149再生季产量显著低... 详细信息

【目的】探究杂交稻头季与再生季镉积累分配特性差异,为再生稻安全生产提供科学依据。【方法】以Y两优9918和甬优4149为材料,采用随机区组设计开展大田试验,比较头季与再生季产量与镉积累分配特性。【结果】1)甬优4149再生季产量显著低于头季,而Y两优9918表现相反;两品种再生季有效穗数、结实率显著高于头季,而千粒重显著低于头季;2)两品种头季成熟期根、茎、叶、穗镉含量均显著低于再生季,再生季糙米镉含量为0.13~0.17 mg/kg,显著高于头季;3)再生季各器官镉含量、镉积累量、日均镉积累速率、镉转移系数与富集系数均大于头季,Y两优9918与甬优4149再生季镉总积累量分别是头季的4.28和2.67倍,再生季糙米镉含量分别是头季的1.63和1.42倍;4)头季穗部镉主要来自灌浆中期-成熟期,而再生季主要来自齐穗前,镉积累最快阶段存在品种间差异;5)两品种稻桩镉积累量在再生季全生育期内表现累积趋势,但各生育阶段的表现存在品种间差异,Y两优9918以灌浆中期为界先降后升,甬优4149表现先降后升再降趋势。6)本研究条件下,Y两优9918头季产量低于甬优4149,但再生季产量表现相反,两品种全年产量差异不大;甬优4149器官镉含量、积累量、日均积累速率及富集系数一般高于Y两优9918。【结论】再生季镉超标风险大于头季,在镉污染稻作区应慎重发展再生稻,同时再生季降镉措施的应用应以齐穗前为重点。

关键词：再生稻头季再生季镉积累分配

水氮组合模式对双季稻甲烷和氧化亚氮排放的影响

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环境科学 2015年第9期36卷 3365-3372页

作者：傅志强龙攀刘依依钟娟龙文飞湖南农业大学农学院南方粮油作物协同创新中心长沙410128

为给双季稻水肥高效利用调控技术提供理论基础,设置间歇灌溉和淹水灌溉两种灌溉方式,高氮、中氮、低氮和不施氮这4种施肥方式,开展大田小区试验,探讨了水氮组合模式对双季稻CH4和N2O排放的影响.结果表明,间歇灌溉显著降低了CH4积累排放... 详细信息

为给双季稻水肥高效利用调控技术提供理论基础,设置间歇灌溉和淹水灌溉两种灌溉方式,高氮、中氮、低氮和不施氮这4种施肥方式,开展大田小区试验,探讨了水氮组合模式对双季稻CH4和N2O排放的影响.结果表明,间歇灌溉显著降低了CH4积累排放量,与淹水灌溉相比,早晚稻分别降低13.18~87.90 kg·hm-2和74.48~131.07 kg·hm-2,分别减排了24.4%~67.4%和42.5%~66.5%;但促进了N2O排放,早晚稻的增排量分别为0.03~0.24 kg·hm-2和0.35~1.53 kg·hm-2,分别比淹水灌溉增加6.2%~18.3%和40.2%~80.9%.总体上,间歇灌溉降低了稻田温室气体的增温潜势,其中早稻降低了18.8%~58.6%,晚稻降低34.4%~60.1%,两季综合降低2 388~4 151 kg·hm-2(以CO2eq计),下降41%~54%.通过相关分析发现,土壤CH4排放和土壤溶液Eh显著负相关,和溶液CH4浓度显著正相关.与淹水灌溉相比间歇灌溉模式有利于减排CH4,虽增排了N2O,但增温潜势显著减少.综合来看,间歇灌溉配施中氮更有利于双季稻种植.

关键词：双季稻间歇灌溉 CH4 N2O 减排

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不同生态型拟南芥耐铵毒害差异的生理机制

植物营养与肥料学报 2019年第7期25卷 1185-1193页

作者：韩庆芬陈海飞张振华湖南农业大学资源环境学院/南方粮油作物协同创新中心

【目的】利用拟南芥生态型群体研究拟南芥耐铵毒害的生理机制,为挖掘耐铵基因提供生理基础及理论指导。【方法】共收集了95份生态型拟南芥材料,采用水培实验方法,将拟南芥幼苗移栽后在正常培养液(2mmol/L NO3–-N处理)中培养8天,然后转... 详细信息

【目的】利用拟南芥生态型群体研究拟南芥耐铵毒害的生理机制,为挖掘耐铵基因提供生理基础及理论指导。【方法】共收集了95份生态型拟南芥材料,采用水培实验方法,将拟南芥幼苗移栽后在正常培养液(2mmol/L NO3–-N处理)中培养8天,然后转移至含有1 mmol/L (NH4)2SO4的营养液(2 mmol/L NH4+-N处理)中培养8天,收获后,测定植株全氮量、地上部游离铵含量,以及谷氨酰胺合成酶(GS)活性;培养3天后取样,采用RT-PCR技术分析根部主要的铵态氮转运蛋白基因AMT1;1和AMT1;2的表达水平;拟南芥幼苗移栽后在正常培养液中培养8天,转移至丰度为5%的1 mmol/L (15NH4)2SO4中培养,分别处理3 h、6 h和24 h取样,用于同位素分析。【结果】2 mmol/L铵态氮处理下拟南芥群体地上部的生长被显著抑制,并且大量游离铵离子累积于地上部,铵态氮下拟南芥群体体内铵含量是对照硝态氮下的1.5倍以上,其中Si-0生态型在铵态氮下铵含量为19.17μmol/g, FW,是对照的20倍。在硝态氮培养条件下,内源铵的含量与拟南芥地上部生长呈显著负相关,铵态氮培养条件下,地上部生长与铵含量同样呈较高的负相关性,因此内源铵含量少的生态型拟南芥在铵态氮下亦耐铵,所以本研究以拟南芥群体组织内铵含量为主因子,筛选出耐铵拟南芥生态型Or-1、Ta-0,HSM和铵敏感拟南芥生态型Rak-2、Lpv-18、Hi-0,结果表明铵敏感生态型在硝态氮下铵含量是耐铵生态型的1.7倍至10倍。耐铵拟南芥生态型铵转运蛋白基因AMT1;1和AMT1;2的表达水平较铵敏感拟南芥高,植株全氮和地上部15N标记试验结果表明,耐铵拟南芥铵态氮吸收速率高于敏感型。并且耐铵拟南芥生态型在两种氮形态下其谷氨酰胺合成酶(GS)活性均显著高于铵敏感生态型,在硝态氮培养条件下GS活性是铵敏感生态型的1.1~1.8倍,在铵态氮培养条件下是1.2~1.6倍,说明耐铵拟南芥生态型的铵同化能力强于敏感型。【结论】耐铵生态型拟南芥是通过更高的谷氨酰胺合成酶(GS)活性将大量的游离铵同化以减少植株体内游离铵含量,从而减轻植株铵毒害;而不是通过减少铵态氮的吸收。

关键词：拟南芥铵毒害铵同化谷氨酰胺合成酶

粒肥施用时间对双季稻乳熟期亚细胞镉分布的影响

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农业环境科学学报 2021年第7期40卷 1402-1410页

作者：张玉盛张小毅肖欢敖和军向焱赟田伟肖峰湖南农业大学农学院长沙410128 南方粮油作物协同创新中心长沙410128

为探究水稻生育后期施氮对双季稻乳熟期植株亚细胞镉分布及成熟期糙米镉积累的影响,开展大田试验,选取早稻株两优819(低镉积累品种)、陆两优996(高镉积累品种)和晚稻湘晚籼12号(低镉积累品种)、玉针香(高镉积累品种)为试验材料,设置3个... 详细信息

为探究水稻生育后期施氮对双季稻乳熟期植株亚细胞镉分布及成熟期糙米镉积累的影响,开展大田试验,选取早稻株两优819(低镉积累品种)、陆两优996(高镉积累品种)和晚稻湘晚籼12号(低镉积累品种)、玉针香(高镉积累品种)为试验材料,设置3个后期施氮时期处理,分别为始穗期施氮、齐穗期施氮、灌浆期施氮,并以后期不施氮为对照。试验结果表明,后期不施氮情况下,水稻根、叶细胞镉分布表现为细胞壁>细胞液>细胞器,后期施氮处理下不同稻季根、叶亚细胞各组分镉分配比例存在较大差异,早稻品种根、叶乳熟期细胞壁和细胞液镉分配比例降低,细胞器分配比例提高,低镉积累品种株两优819根细胞壁和细胞液镉含量显著高于高镉积累品种陆两优996;晚稻品种乳熟期根、叶细胞壁和细胞液镉分配比例提高,细胞器镉分配比例降低。根细胞壁中镉分配比例与细胞器和细胞液中镉分配比例极显著负相关(P<0.01),根细胞壁镉分配比例与镉的转运系数极显著负相关(P<0.01),根细胞器中镉分配比例与镉的转运系数极显著正相关(P<0.01)。始穗期施氮,株两优819糙米镉含量显著降低28.57%;齐穗期施氮,陆两优996、玉针香糙米镉含量分别显著降低38.46%、48.15%,湘晚籼12号糙米镉含量降低10.00%;灌浆期施氮会提高糙米镉含量。水稻生育后期是籽粒镉积累的关键时期,水稻齐穗期施氮可显著降低高镉积累品种糙米镉含量。

关键词：双季稻镉氮肥生育后期亚细胞

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甘蓝型油菜响应低氮胁迫的表达谱分析

作物学报 2020年第10期46卷 1526-1538页

作者：肖燕姚珺玥刘冬宋海星张振华湖南农业大学资源环境学院/南方粮油作物协同创新中心湖南长沙410128

随着人们对作物产量的需求不断提高,氮肥被过量施用,而作物的氮素利用率(NUE)却在不断降低。本研究从低氮胁迫下油菜的生理变化入手,结合高通量的数字基因表达谱测序技术,分析了油菜在低氮0、3、72 h下的转录组差异响应,鉴定了氮的吸收... 详细信息

随着人们对作物产量的需求不断提高,氮肥被过量施用,而作物的氮素利用率(NUE)却在不断降低。本研究从低氮胁迫下油菜的生理变化入手,结合高通量的数字基因表达谱测序技术,分析了油菜在低氮0、3、72 h下的转录组差异响应,鉴定了氮的吸收﹑转运﹑分配和转录因子等方面的差异表达基因。结果表明,甘蓝型油菜在低氮处理后,氮优先分配到地上部,硝酸还原酶(NR)活性显著降低,而谷氨酞胺合成酶(GS)活性升高,油菜植株总氮浓度降低,NUE升高。基因基因本位论(GO)功能与京都基因和基因组百科全书(KEGG)代谢通路分析表明,地上部差异表达基因主要是参与代谢过程、蛋白结合、离子结合、阴离子结合等,根中差异表达基因主要是参与分子功能、初级代谢过程、离子结合、阴离子结合等。基因表达谱分析表明,低氮胁迫72 h后,根中BnaGLNs家族基因表达大部分升高;根中BnaWRKY33s和BnaWRKY70s的基因表达量降低;BnaMYB4s、BnaMYB44s和BnaMYB51s亚家族中的大部分基因的表达量降低;BnaNIAs家族中的大部分基因表达上调;在BnaNRT2.1s和BnaNRT3.1s亚家族中,根中BnaA6NRT2.1(BnaA06g04560D)、BnaA6NRT2.1(BnaA06g04570D)、BnaA2NRT3.1(BnaA02g11760D)、BnaC2NRT3.1(BnaC02g16150D)的表达上调。同时,地上部和根发生外显子跳跃(SE),外显子选择性跳跃(MXE)类型的可变剪接积极加强对低氮的适应。总而言之,在低氮处理下,甘蓝型油菜可以通过调控BnaNRTs、BnaGLNs、BnaNIAs家族基因提高NUE,以及调控BnaMYBs、BnaWRKYs家族和可变剪接积极适应低氮胁迫。

关键词：甘蓝型油菜低氮胁迫 NO3^- 可变剪接