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基于改进YOLOv5s的CNN-Swin Transformer森林野生动物图像目标检测算法

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林业科学 2024年第3期60卷 121-130页

作者：杨文翰刘天宇周俊池胡文武蒋蘋湖南农业大学机电工程学院长沙410128

【目的】为提高野生动物在复杂森林环境中的检测精度,促进森林野生动物保护技术发展,提出一种基于YOLOv5s网络模型、针对陷阱相机所摄取森林野生动物图像的改进检测算法。【方法】以包含湖南壶瓶山国家级自然保护区几种典型森林野生动... 详细信息

【目的】为提高野生动物在复杂森林环境中的检测精度,促进森林野生动物保护技术发展,提出一种基于YOLOv5s网络模型、针对陷阱相机所摄取森林野生动物图像的改进检测算法。【方法】以包含湖南壶瓶山国家级自然保护区几种典型森林野生动物在内的数据集为研究对象,首先,对真实标注框图像进行裁剪、归一化和缩放处理,随机将2~4张裁剪图像拼贴组成新的数据集元素,以丰富和增强数据集图像信息;其次,使用一种基于通道注意力思想的加权通道拼接方法,在通道拼接时引入权重改变通道数量,通过反向传播训练方法不断更新权重以增加重要特征信息的通道层数;接着,引入Swin Transformer模块与CNN网络相结合,为卷积神经网络特征提取加入自注意力机制,融合2种网络特征提取层的优势,提高特征提取的感受野;最后,选择更优的α-DIoU损失函数替代GIoU损失函数,针对边界框重叠面积和中心点距离造成的损失,引入新的几何因素惩罚项。【结果】在相同试验条件和数据集下,相比原YOLOv5s网络模型,改进算法极大提高检测的平均准确率和平均回归率,均值平均精度由74.1%提升至88.4%,获得14.3%的精度提升,同时也超过YOLOv3、YOLOXs、RetinaNet、Faster R-CNN等其他流行目标检测算法。【结论】针对陷阱相机所摄取森林野生动物图像背景与目标对比度低、遮挡重叠严重,致使检测误检率、漏检率高等问题,在检测算法中提出一系列改进措施,为我国森林野生动物的保护和数据获取提供一种新的可行性方案和思路。

关键词：森林野生动物检测算法 YOLOv5s Swin Transformer 网络融合

假俭草WRKY家族基因鉴定及其响应干旱胁迫表达分析

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草地学报 2024年第5期32卷 1378-1391页

作者：于元平蒋宇佳孙向一吴春妍周敏刘明稀湖南农业大学农学院草业科学系湖南长沙410128 湖南省草地研究中心湖南长沙410128

WRKY家族是高等植物特有且最大的一类转录因子。本研究利用生物信息学技术,在假俭草(Eremochloa ophiuroides(Munro.))全基因组中鉴定92个WRKY家族基因,命名为EoWRKY1~EoWRKY92,分布在9条染色体上。对其序列特性、基因结构、顺式作用元... 详细信息

WRKY家族是高等植物特有且最大的一类转录因子。本研究利用生物信息学技术,在假俭草(Eremochloa ophiuroides(Munro.))全基因组中鉴定92个WRKY家族基因,命名为EoWRKY1~EoWRKY92,分布在9条染色体上。对其序列特性、基因结构、顺式作用元件等进行分析,并基于假俭草相关转录组数据,分析了EoWRKYs在干旱胁迫下的表达模式,最后基于qRT-PCR解析其在干旱胁迫下的瞬时表达特征。结果表明:根据系统发育特征可将EoWRKYs分为三组,GroupⅠ含有完整的WRKY结构域和锌指基序,Group II~III存在结构域和锌指基序丢失和变异现象。EoWRKYs在干旱胁迫下的转录组分析结果表明:在假俭草叶片和根干旱胁迫不同时期,各基因表达量存在差异。qRT-PCR结果表明:干旱处理不同时间后,EoWRKY77,EoWRKY28,EoWRKY30和EoWRKY2在胁迫下表达量显著升高,具有正向调控作用;EoWRKY33,EoWRKY62,EoWRKY9和EoWRKY60表达量下降,这8个基因在干旱胁迫下表达量显著变化,与转录组数据一致。本研究为假俭草WRKY转录因子的进一步功能研究奠定了基础。

关键词：假俭草 WRKY基因家族生物信息学干旱胁迫

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赤眼鳟LGP2序列结构、组织表达及与MDA5互作特征

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水产学报 2024年第1期48卷 28-41页

作者：李耀国廖依静王静安肖调义湖南农业大学湖南省特色水产资源利用工程技术研究中心

为探究赤眼鳟遗传学和生理学实验室蛋白2 (laboratory of genetics and physiology 2,LGP2)的功能特征及抗草鱼呼肠孤病毒(grass carp reovirus, GCRV)育种参考潜力，实验克隆获得了2 940 bp的赤眼鳟lgp2 (Sclgp2)全长cDNA和721 bp的5... 详细信息

为探究赤眼鳟遗传学和生理学实验室蛋白2 (laboratory of genetics and physiology 2,LGP2)的功能特征及抗草鱼呼肠孤病毒(grass carp reovirus, GCRV)育种参考潜力，实验克隆获得了2 940 bp的赤眼鳟lgp2 (Sclgp2)全长cDNA和721 bp的5’端上游序列。Sclgp2 cDNA编码680个氨基酸，包含DEXDc(DExD/H-box helicase domain)、HELICc (helicase superfamily C-terminal domain)和CTD (C-terminal regulatory domain)结构域；其5’端上游序列含有MafB (muscle aponeurosis fibromatosis B)和IRF3 (interferon regulatory factor 3)等转录因子结合位点。不同物种LGP2的功能结构域、磷酸化修饰位点数具有相似性，同时也存在结构域排布位置及序列的差异。赤眼鳟和草鱼lgp2 cDNA序列比较初步发现2个位于RNA结合功能区的GCRV抗性关联位点。系统进化分析显示，赤眼鳟LGP2先与草鱼、鲫和青鱼聚在一起，再与鲤科鱼类等聚为一大支。荧光定量表达分析显示，赤眼鳟脾脏中sclgp2表达水平显著高于其他组织，肌肉、心脏中表达量次之，而肠中表达量最低。GCRV感染后，肝脏中ifn1表达水平在24～72 h显著下降，其他组织sclgp2和ifn1表达水平未有显著变化。相关性分析结果显示，赤眼鳟肌肉sclgp2与ifn1表达水平呈极显著正相关(0.999)。酵母双杂交互作检测发现，赤眼鳟LGP2与MDA5存在弱相互作用，而其DEXDc (1～201 aa)、HELICc (390～476 aa)以及CTD(553～668 aa)结构域与MDA5无互作。该研究成功获得了sclgp2全长cDNA及5’端上游序列，明确了其序列结构、免疫表达及与MDA5的互作特征，为赤眼鳟LGP2免疫功能属性研究奠定了基础，并为草鱼抗GCRV育种提供了参考。

关键词：赤眼鳟生理学实验室蛋白2(LGP2) 序列结构表达特征蛋白互作 GCRV抗性

土壤-水稻前茬离散元仿真参数标定及其旋耕轨迹分析

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农业工程学报 2024年第7期40卷 72-82页

作者：赵智豪吴明亮谢双鹏罗海峰黎鹏程曾熠蒋啸虎湖南农业大学机电工程学院长沙410128 湖南省现代农业装备工程技术研究中心长沙410128

在进行稻油轮作区域水稻收获后旋耕作业中的前茬运动、受力仿真分析时,由于缺乏可靠的离散元仿真参数难以准确计算土壤-水稻前茬运动规律和相互间受力。该研究采用EDEM软件对土壤-水稻前茬混合物内部各物质的物理与接触参数进行离散元... 详细信息

在进行稻油轮作区域水稻收获后旋耕作业中的前茬运动、受力仿真分析时,由于缺乏可靠的离散元仿真参数难以准确计算土壤-水稻前茬运动规律和相互间受力。该研究采用EDEM软件对土壤-水稻前茬混合物内部各物质的物理与接触参数进行离散元仿真标定。首先测定了土壤-水稻前茬混合物内各物质物理与相互间接触参数,以堆积角作为评价指标,利用仿真试验进行了显著因素筛选、最优水平取值范围确定及二阶回归模型下最佳参数寻优,对参数进行了标定,得到土壤-水稻前茬混合物模型极显著参数的最优组合为土壤-土壤恢复系数0.407、土壤-土壤动摩擦系数0.123、土壤-水稻前茬静摩擦系数0.596、土壤表面能1.860 J,此时与试验堆积角误差为0.58%。并进行了土壤-水稻前茬间的直剪试验与仿真,得到了稳定后不同垂直应力下试验与仿真的直剪切应力误差分别为:5.4%(50 kPa),4.1%(100 kPa),3.1%(150 kPa)。最后在最优参数组合下,开展了基于MBD-DEM的旋耕土壤-水稻前茬轨迹分析试验,前茬跟随旋耕刀及直接被掩埋两种埋覆场景下仿真与土槽试验轨迹的Spearman秩相关系数分别为0.91、0.84,验证了仿真模型标定参数的准确性。研究结果可为水稻前茬旋耕轨迹调控过程的离散元仿真分析提供可靠的接触参数。

关键词：离散元直剪试验堆积角水稻前茬接触参数旋耕轨迹

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假俭草WRKY基因家族鉴定及其响应干旱胁迫表达分析

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草地学报 2024年

作者：于元平蒋宇佳孙向一吴春妍周敏刘明稀湖南省草地研究中心湖南农业大学农学院草业科学系

WRKY家族是高等植物特有且最大的一类转录因子。本研究利用生物信息学技术，在假俭草（Eremochloa ophiuroides（Munro.））全基因组中鉴定92个WRKY家族基因，命名为EoWRKY1～EoWRKY92，分布在9条染色体上。对其序列特性、基因结构、顺... 详细信息

WRKY家族是高等植物特有且最大的一类转录因子。本研究利用生物信息学技术，在假俭草（Eremochloa ophiuroides（Munro.））全基因组中鉴定92个WRKY家族基因，命名为EoWRKY1～EoWRKY92，分布在9条染色体上。对其序列特性、基因结构、顺式作用元件等进行分析，并基于假俭草相关转录组数据，分析了EoWRKYs在干旱胁迫下的表达模式，最后基于qRT-PCR解析其在干旱胁迫下的瞬时表达特征。结果表明：根据系统发育特征可将EoWRKYs分为三组，GroupⅠ含有完整的WRKY结构域和锌指基序，GroupII～III存在结构域和锌指基序丢失和变异现象。EoWRKYs在干旱胁迫下的转录组分析结果表明：在假俭草叶片和根干旱胁迫不同时期，各基因表达量存在差异。qRT-PCR结果表明：干旱处理不同时间后，EoWRKY77，EoWRKY28，EoWRKY30和EoWRKY2在胁迫下表达量显著升高，具有正向调控作用；EoWRKY33，EoWRKY62，EoWRKY9和EoWRKY60表达量下降，这8个基因在干旱胁迫下表达量显著变化，与转录组数据一致。本研究为假俭草WRKY转录因子的进一步功能研究奠定了基础。

关键词：假俭草 WRKY基因家族生物信息学干旱胁迫

辣椒白绢病拮抗放线菌SD-64的鉴定及作用机制研究

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园艺学报 2024年第1期51卷 175-189页

作者：刘仕达邱泽澜李晓刚钟杰朱俊子湖南农业大学植物保护学院长沙410128

通过平板对峙培养法从辣椒根际土壤中筛选到1株对辣椒白绢病菌(Sclerotium rolfsii)具有抑制活性的放线菌株SD-64。利用形态学观察和分子生物学方法对其进行了鉴定,研究其对辣椒白绢病的防效以及对白绢病菌的作用机制,并对菌株SD-64发... 详细信息

通过平板对峙培养法从辣椒根际土壤中筛选到1株对辣椒白绢病菌(Sclerotium rolfsii)具有抑制活性的放线菌株SD-64。利用形态学观察和分子生物学方法对其进行了鉴定,研究其对辣椒白绢病的防效以及对白绢病菌的作用机制,并对菌株SD-64发酵液粗提物进行了提取。结果表明,菌株SD-64对白绢病菌的平板抑制率达到99.27%。基于形态和16SrDNA鉴定SD-64为灰橙链霉菌(Streptomyces griseoaurantiacus)。SD-64能产生黑色素和纤维素酶,其发酵产物可以影响辣椒白绢病菌菌核的产生与萌发,影响菌丝形态,破坏细胞膜的完整性,增加菌丝内活性氧的积累。辣椒离体叶片和活体盆栽防效试验显示SD-64发酵液能明显降低辣椒白绢病的发生。SD-64发酵液粗提物对辣椒白绢病菌的EC_(50)为78.281μg·mL^(-1)。综上所述,菌株SD-64对辣椒白绢病菌具有的良好防治效果,具有开发应用潜力。

关键词：辣椒白绢病生物防治放线菌 16S rDNA 作用机制

茶轮斑病拮抗细菌kc-16的抑菌性能及田间防效

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微生物学通报 2024年

作者：杨学宇谭琳沈程文邓玉莲李桂花黄虹胡秋龙湖南农业大学茶学教育部重点实验室湖南农业大学园艺学院湖南农业大学植物保护学院

【背景】茶轮斑病是茶树的主要病害，目前仍以化学防治为主，而化学防治引起的农残与抗药性问题亟待解决，发掘和利用生防微生物资源是保障茶叶安全生产和提高产量的重要举措。【目的】筛选对茶轮斑病菌具有拮抗能力的芽孢杆菌并初步明... 详细信息

【背景】茶轮斑病是茶树的主要病害，目前仍以化学防治为主，而化学防治引起的农残与抗药性问题亟待解决，发掘和利用生防微生物资源是保障茶叶安全生产和提高产量的重要举措。【目的】筛选对茶轮斑病菌具有拮抗能力的芽孢杆菌并初步明确该拮抗菌的抑菌性能及其对茶树的田间防病促生效果，为茶轮斑病菌生防技术开发提供支持。【方法】利用平板对峙法筛选对茶轮斑病菌具有拮抗效果的细菌菌株；通过形态特征、生理生化特征结合16S rRNA对筛选所得拮抗菌进行种属鉴定；利用不同检测平板分析产真菌细胞壁裂解酶的特性，通过平板对峙试验测定菌株kc-16不同类型代谢产物对茶轮斑病病原菌的抑制能力，同时测定菌株kc-16对其他9种常见植物病原真菌的拮抗率以确定其广谱抑菌能力，最后进行田间试验评价kc-16对茶轮斑病的防治和对茶树的增产效果。【结果】筛选到一株对茶轮斑病菌有较好抑制效果的菌株kc-16，抑菌率为79.62%±0.82%。经生理生化特征比对与16S rRNA基因序列同源性分析，将菌株kc-16鉴定为枯草芽孢杆菌沙漠亚种(Bacillus subtilis subsp. inaquosorum）；该菌具有固氮与解磷能力，但不具有解钾能力；能够分泌蛋白酶、纤维素酶、β-1，3葡聚糖酶和几丁质酶，此外，其对9种病原真菌均有不同程度的抑制效果，抑制率从47%到81%不等。同时，其胞外抑菌物质均对茶轮斑病病原菌有抑制作用，无菌滤液、蛋白粗提物、挥发性物质和非挥发性物质平板抑制率分别为69%、58%、48%、79%；田间实验表明枯草芽孢杆菌沙漠亚种对茶树有良好的防病促生效果，在显著降低茶轮斑病发病率的同时，使茶叶鲜重(1芽1叶）相较空白对照提升了25%。【结论】枯草芽孢杆菌沙漠亚种对茶轮斑病菌有较好的抑制效果，同时对茶树也有较好的促生效果，具有潜在的应用价值。同时本研究结果为该菌株的后续研究和其在防治植物病害方面的应用提供了理论支撑。

关键词：茶轮斑病枯草芽孢杆菌沙漠亚种生物防治促生

钙肥对不同粒型花生开花、下针、结果动态的影响研究

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中国油料作物学报 2024年

作者：肖萍唐康谭红娇曾宁波罗梓楠刘登望李林湖南农业大学旱地作物研究所国家花生工程技术研究中心长沙分中心/湖南省花生工程技术研究中心湖南农业大学农学院

为探究在瘠薄红壤旱地施用钙肥对花生生殖生长的影响，本研究选取大粒品种湘花2008、中粒品种湘花55、小粒品种蓝山小籽，设置施钙和不施钙两个处理，进行土柱栽培，调查和测定花生花、果针、荚果发育动态。结果表明：（1）施钙促进前... 详细信息

为探究在瘠薄红壤旱地施用钙肥对花生生殖生长的影响，本研究选取大粒品种湘花2008、中粒品种湘花55、小粒品种蓝山小籽，设置施钙和不施钙两个处理，进行土柱栽培，调查和测定花生花、果针、荚果发育动态。结果表明：（1）施钙促进前期开花，控制中、后期开花，缩短花期；大、中、小粒型品种开花总量分别降低50.59%、38.47%、26.55%；减少高位花量，增加低位花量，提高有效花期内的开花总量。（2）施钙提高前期总果针数，降低生育后期果针数及未入土果针数，对前期未入土果针数影响不大；其中大粒型果针数受施钙的影响大于中粒型和小粒型，分别降低68.38%、53.55%、54.83%。（3）施钙提高不同粒型总果数尤其是中大果数，降低后期幼果数，且对大、中粒型品种的影响均大于小粒型品种。（4）施钙可以提高成果率，对不同粒型的成果率的效果表现为：大粒型>小粒型>中粒型。综上，不同粒型花生品种对南方缺钙瘠薄红壤旱地的适应性存在差异，从增产角度考虑，初步确定适宜种植大粒型品种，并在种植过程中建议增施钙肥。

关键词：钙肥红壤花生不同粒型生殖生长

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不同株型小花生品种氮素养分吸收利用特性

中国油料作物学报 2024年第2期46卷 370-376页

作者：董露琳傅惠林唐康刘娜杨龙兴曾宁波罗梓楠张昊李林刘登望湖南农业大学农学院国家花生工程技术研究中心长沙分中心/湖南省花生工程技术研究中心湖南农业大学旱地作物研究所湖南长沙410128

南方小花生植株高大的地方良种与矮化改良的品种并存。为探明其需氮规律,实现差异化施肥的高产管理,以湖南主栽的高秆地方良种安化小籽、矮秆现代品种湘黑小果为材料,设置4个基施复合肥用量0、450、600、750 kg/hm^(2),分别代表土壤背景... 详细信息

南方小花生植株高大的地方良种与矮化改良的品种并存。为探明其需氮规律,实现差异化施肥的高产管理,以湖南主栽的高秆地方良种安化小籽、矮秆现代品种湘黑小果为材料,设置4个基施复合肥用量0、450、600、750 kg/hm^(2),分别代表土壤背景(CK)、低肥(F30)、中肥(F40)、高肥(F50)水平,于4个生育时期测定并分析植株各器官氮含量、积累与分配状况。结果表明:氮含量以高秆品种果>叶>根>茎为序;矮秆品种则以叶>果>根>茎为序。叶、根氮含量表现为高秆叶>根>果,利于营养器官的氮素同化吸收。氮积累量两品种各器官以叶>果>茎>根为序。除苗期外,其余时期的全株、叶、茎氮积累量表现为高秆>矮秆;根在苗期、结荚期为高秆矮秆,而地下部反之,说明矮秆植株吸收的氮素更利于转运到荚果。氮素利用效率均为矮秆>高秆,氮素生产效率、氮肥偏生产力两品种均以F40、F30最高,过度施肥降低氮素利用效率。综上,矮秆品种氮素积累量对增肥的响应度较低,总积累量虽然较少而在荚果中分配较多,并具有更高的氮素利用效率;品种株型特点应作为南方典型贫瘠酸性红壤区小籽花生生产上确定施肥量的主要依据。

关键词：花生当地品种矮秆品种株型施肥量氮素需肥特性