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羽毛针禾（Stipagrostis pennata）葡萄糖-6-磷酸-1-差向异构酶基因SpG6P1E的克隆与表达分析

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中国沙漠 2024年第4期44卷 126-136页

作者：唐蕊尹珊陈凯露李悦涛程淋渊王景儒王斐李榕李鸿彬石河子大学生命科学学院石河子大学绿洲城镇与山盆系统生态兵团重点实验室石河子大学新疆植物药资源利用教育部重点实验室

葡萄糖-6-磷酸-1-差向异构酶（G6P1E）在植物生长发育和逆境胁迫响应中发挥着重要作用。本研究旨在通过克隆和分析沙漠植物羽毛针禾（Stipagrostis pennata）葡萄糖-6-磷酸-1-差向异构酶基因（SpG6P1E），为进一步探究其影响羽毛针禾根... 详细信息

葡萄糖-6-磷酸-1-差向异构酶（G6P1E）在植物生长发育和逆境胁迫响应中发挥着重要作用。本研究旨在通过克隆和分析沙漠植物羽毛针禾（Stipagrostis pennata）葡萄糖-6-磷酸-1-差向异构酶基因（SpG6P1E），为进一步探究其影响羽毛针禾根部沙套发育的机制及功能奠定基础。利用分子克隆技术从羽毛针禾中克隆获得一个SpG6P1E基因，该基因编码一个含有325个氨基酸的蛋白质，定位于细胞质，为亲水性稳定蛋白。序列及进化分析表明该基因含有一个保守性很高的醛糖异构酶（Aldose＿epim）结构域，且与单子叶植物的直系同源基因亲缘性更高。亚细胞定位分析显示该基因定位于细胞质，参与胞质糖代谢过程。qRT-PCR结果显示SpG6P1E基因的表达与羽毛针禾沙套发育过程及可溶性糖含量具有较高的相关性，表明其对于沙套发育的重要作用；SpG6P1E基因的表达显著受到干旱、高温、盐等多种非生物胁迫的诱导，表明其对于胁迫响应的重要作用。蛋白互作网络及注释分析显示SpG6P1E可能通过参与糖合成和糖代谢等一系列过程进而影响羽毛针禾可溶性糖的含量。本研究结果为深入研究SpG6P1E基因的功能及其调控植物组织发育和适应逆境的机制奠定了基础。

关键词：羽毛针禾((Stipagrostis pennata)) 葡萄糖-6-磷酸-1-差向异构酶 SpG6P1E 生物信息学分析亚细胞定位沙套发育非生物胁迫

基于深度学习和高斯过程回归的玉米冠下视觉导航路径提取方法

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农业机械学报 2024年第7期55卷 15-26页

作者：张伟荣陈学庚齐江涛周俊博李宁王硕吉林大学工程仿生教育部重点实验室长春130022 吉林大学生物与农业工程学院长春130022 石河子大学机械电气工程学院石河子832003

面对田间作业过程中大型机器机动性差及复杂场景下导航路径拟合精度差的问题,提出一种基于深度学习和高斯过程回归的玉米冠层下导航路径提取方法。首先,基于四足机器人采集玉米冠下作物行图像,对Mask R-CNN实例分割方法进行改进,在特征... 详细信息

面对田间作业过程中大型机器机动性差及复杂场景下导航路径拟合精度差的问题,提出一种基于深度学习和高斯过程回归的玉米冠层下导航路径提取方法。首先,基于四足机器人采集玉米冠下作物行图像,对Mask R-CNN实例分割方法进行改进,在特征融合网络引入简化路径增强特征金字塔网络(Simple path aggregation network,Simple-PAN),通过增加自底向上的路径增强模块和特征融合操作模块,提高图像上下文特征的融合能力。其次,以模型识别的冠下作物行目标为基础构建两侧区域分界线,计算可通行区域两侧下垂叶片的分布情况,优化基于加权平均的导航路径算法。对高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)算法进行改进,添加DotProduct线性核对曲线拟合进行优化,优化GPR方法的直线拟合效果。最后,在验证集上进行导航路径识别,计算不同方法拟合导航路径的平均偏差。试验结果表明,该算法能够适应玉米田中叶片遮挡根茎的情况,优化的Mask R-CNN模型具备更高的冠下目标分割精度,基于改进GPR算法拟合的导航线平均偏差为0.7像素,处理一帧分辨率为1280像素×720像素的图像平均耗时为227 ms,该算法能提供在玉米冠层下具备一定避障能力的导航路径,满足导航实时性和准确性的要求。结果可为田间智能农业装备的导航算法研究提供技术与理论支撑。

关键词：玉米冠下作物行深度学习视觉导航路径识别避障高斯过程回归

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葡萄蒸馏酒中氨基甲酸乙酯的SERS检测研究

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光谱学与光谱分析 2024年第9期44卷 2467-2475页

作者：赵晶蕊王亚敏袁雨汛余靖赵明慧董娟孙静涛石河子大学食品学院新疆石河子832000 新疆植物药用资源利用教育部重点实验室新疆石河子832003 食品营养与安全控制兵团重点实验室新疆石河子832000 农业农村部特色农产品加工与质量安全控制重点实验室新疆石河子832000

氨基甲酸乙酯是一种广泛存在于葡萄酒、酱油、泡菜等发酵食品中的发酵产物,由于其具有毒性和致癌性,可在生物体内积累产生多种病变,已成为现代食品加工行业的潜在威胁。氨基甲酸乙酯传统检测方法存在样品前处理过程繁琐、分析时间长、... 详细信息

氨基甲酸乙酯是一种广泛存在于葡萄酒、酱油、泡菜等发酵食品中的发酵产物,由于其具有毒性和致癌性,可在生物体内积累产生多种病变,已成为现代食品加工行业的潜在威胁。氨基甲酸乙酯传统检测方法存在样品前处理过程繁琐、分析时间长、仪器设备昂贵、对测试人员的要求较高等缺点,不能对大批样本量进行快速检测。亟需研究一种快速、准确、高效的氨基甲酸乙酯检测方法。表面增强拉曼光谱(SERS)技术具有灵敏度高、高选择性、抗光漂白、响应时间短和非破坏性等特点,SERS克服了拉曼光谱的散射信号微弱、背景干扰大等问题,可实现快速对痕量物质的定性、定量检测分析,在食品安全检测领域展现出了较好的应用前景。采用表面增强拉曼光谱技术对葡萄蒸馏酒中氨基甲酸乙酯含量进行了快速检测研究,以银纳米球硅锥阵列和金银合金纳米球硅锥阵列为SERS基底,探究了SERS基底结构、混合时间、基底保存时间和激发波长对拉曼散射信号的影响,并确定最佳SERS基底。结果表明,以Ag-Au/SiNCA为SERS增强基底,当激发波长为785nm,混合时间为60min,银纳米颗粒厚度为10nm时可以获得较好的拉曼信号。利用密度泛函理论对氨基甲酸乙酯分子基团进行谱峰归属分析,确定了葡萄蒸馏酒中氨基甲酸乙酯定量分析的特征峰位1442cm^(-1),以1442cm^(-1)处特征峰的峰强与EC浓度建立了线性方程,该方程在1×10^(-3)~1×10^(-8)mol·L^(-1)浓度范围内线性关系良好,决定系数R^(2)=0.8213,该方法回收率在83.06%~110.00%之间,最低检出限可达到3.28×10^(-8)mol·L^(-1),每个样本检测约在6min内完成。该方法的建立为酒精饮料中EC的快速检测提供了思路和参考。

关键词：氨基甲酸乙酯葡萄蒸馏酒表面增强拉曼光谱

不同水氮配施对北疆膜下滴灌棉花生长发育的影响

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排灌机械工程学报 2024年第6期42卷 641-648页

作者：张疏影张金珠王振华温越刘健朱艳唐宇鹏石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832000 现代节水灌溉兵团重点实验室新疆石河子832000 兵团农业水肥高效关键装备技术创新中心新疆石河子832000 农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室新疆石河子832000

研究灌水频率、灌溉定额和施氮量对膜下滴灌棉花生长、产量和水分利用效率的影响,探明灌水频率、灌溉定额和施氮量的最优组合模式,为膜下滴灌棉花的水氮管理提供科学合理的灌溉技术依据.试验设置3个灌水频率:7 d(D1),10 d(D2),13 d(D3),... 详细信息

研究灌水频率、灌溉定额和施氮量对膜下滴灌棉花生长、产量和水分利用效率的影响,探明灌水频率、灌溉定额和施氮量的最优组合模式,为膜下滴灌棉花的水氮管理提供科学合理的灌溉技术依据.试验设置3个灌水频率:7 d(D1),10 d(D2),13 d(D3),2个灌溉定额:4400 m^(3)/hm^(2)(W1),3300 m^(3)/hm^(2)(W2)和2个施氮水平:300 kg/hm^(2)(F1),225 kg/hm^(2)(F2),共12个处理,每个处理3次重复.结果表明:D1的株高较D2,D3分别降低2.90%和7.96%;叶面积指数与灌水频率呈正相关,D1的叶面积指数较D2,D3分别提高1.96%和7.28%;蕾铃生物量和地上部生物量之比随灌水频率的增加而增加;D1的产量较D2和D3分别增加3.84%和11.76%;W1的产量较W2增加5.56%;F1的产量较F2增加13.49%;D1的水分利用效率WUE较D2和D3分别增加2.75%和9.80%;W2的WUE较W1增加22.71%;F1的WUE较F2增加11.37%.说明D1水平避免棉花过度生长,提高棉花群体发展,增强群体光合作用和物质生产能力,确保地上部生物量的生殖生长,并且随着灌溉定额和施氮量的增加,棉花株高、叶面积指数和地上部生物量也显著增加,从而提高棉花产量.此外,高频减水能够保持根层水分的适宜程度,满足棉花水分需求,高氮能够满足棉花生长的需氮量,减少水分蒸发损失,提高水分利用效率.所以,综合考虑棉花产量和水分利用效率,得出灌水频率7 d,灌溉定额3300 m^(3)/hm^(2),施氮量300 kg/hm^(2)为较优管理模式.

关键词：棉花膜下滴灌灌水频率水氮配施制度北疆

天山北部不同生境苜蓿根际土壤真菌分布特征及驱动因子

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干旱区地理 2024年第7期47卷 1187-1198页

作者：李嫚邓錡璋景玉婷伍勇张城铭夏珊翟亚萍杨盼刘红玲庄丽石河子大学生命科学学院新疆石河子832003 成都师范学院化学与生命科学学院特色园艺生物资源开发与利用四川省高校重点实验室四川成都611130

在农业生态系统中,根际微生物群落是土壤中养分和有机物质成功循环和转化的动力,对作物的生长、健康和营养状况起着重要的影响作用。为了探究天山北部不同生境苜蓿根际土壤真菌多样性以及形成差异的驱动因子。利用高通量测序技术对天山... 详细信息

在农业生态系统中,根际微生物群落是土壤中养分和有机物质成功循环和转化的动力,对作物的生长、健康和营养状况起着重要的影响作用。为了探究天山北部不同生境苜蓿根际土壤真菌多样性以及形成差异的驱动因子。利用高通量测序技术对天山北部山地和平原2个生境的苜蓿根际土壤与非根际土壤中真菌多样性、结构、功能以及驱动因子进行分析。结果表明:(1)山地苜蓿根际土中土壤氮、钾、有机质和酶活性均显著大于平原苜蓿根际土,而电导率和pH显著小于平原苜蓿根际土。(2)山地和平原的真菌群落存在显著差异,平原苜蓿根际土壤的可操作分类单元(OTUs)、Chao1和ACE指数均显著大于山地苜蓿根际土壤,并且OTUs、Chao1、ACE和香农指数(Shannon指数)均表现为根际土壤显著大于非根际土壤。(3)该区域的优势真菌门为子囊菌门(Ascomycota)、被孢霉菌门(Mortierellomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和芽枝菌门(Blastocladiomycota),并且在不同生境存在显著差异。(4)基于FUNGuild真菌功能预测,山地中植物的致病真菌显著高于平原而外生菌根显著低于平原地区。(5)通过冗余分析(RDA)和Mantel检验发现土壤pH、全氮、全钾和速效钾是真菌群落结构差异分布的主要驱动因子。

关键词：根际微生态功能预测高通量测序真菌多样性天山北部

基于CT扫描的多枝柽柳年轮生长参数测量及验证

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生态学报 2024年

作者：刘志洋韩忠玲程勇翔董合干吴玲黄敬峰石河子大学生命科学学院(绿洲城镇与山盆系统生态兵团重点实验室) 石河子大学机械电气工程学院浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所

利用多枝柽柳（Tamarix ramosissima Ledeb．）茎秆CT扫描图像，构建年轮三维解剖模型，获取年轮生长速率（Tree-ring growth rate,TRGR）和年木材材积量（Annual timber volume,ATV）等生长参数。结果对树木长势评估、干旱区年轮水文... 详细信息

利用多枝柽柳（Tamarix ramosissima Ledeb．）茎秆CT扫描图像，构建年轮三维解剖模型，获取年轮生长速率（Tree-ring growth rate,TRGR）和年木材材积量（Annual timber volume,ATV）等生长参数。结果对树木长势评估、干旱区年轮水文响应和气候响应、林业碳汇计量等研究领域具有参考价值。研究通过对多枝柽柳茎秆CT扫描和平板扫描，分别获得其茎秆CT和平板二维横切扫描图。使用Python深度学习方法，获得CT年轮U-net语义分割模型。结合前期研究已构建的平板扫描年轮图像U-net语义分割模型，研究分别获取两种轮盘扫描图像年轮早材区域。轮盘扫描及语义分割后的结果经图像处理、GIS配准赋坐标后，借助GIS编辑和测量工具，完成多枝柽柳年轮周长、基部断面积生长增量（Basal area increment, BAI）、TRGR及ATV指标的计算。利用CT图像提取的年轮线状CAD图，根据CT切片顺序和间隔，在Sketchup 3D软件中重构多枝柽柳年轮三维解剖图，立体刻画年轮结构特征。研究测量结果通过成对样本t检验，Pearson相关系数检验和Bland-Altman定量一致性分析，评价多枝柽柳CT和平板扫描图年轮测量结果的一致性，检验CT扫描图年轮参数的提取准确性。研究结果表明基于CT图像测量的TRGR指标和平板扫描测量结果一致。成对样本t检验TRGR序列定量均值比较的P值均大于0.05，表明两种来源所得测量结果间无统计学差异。Pearson相关系数为0.9984(P农业和林业各类树木年轮参数的测量。研究结果对树木年轮无损测量技术的发展，未来树木年木材材积量的测算，以及利用年轮研究水文响应和气候响应具有参考价值。

关键词：年轮 CT扫描生长速率年木材材积量三维解剖图

甘肃马先蒿入侵对巴音布鲁克草原植物群落特征的影响

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草业科学 2024年第1期41卷 1-14页

作者：黄丽菊杨磊李文超张玲卫李文军新疆农业大学资源与环境学院新疆乌鲁木齐830052 中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室新疆乌鲁木齐830011 石河子大学生命科学学院新疆石河子832003 新疆极端环境生物生态适应与进化重点实验室/新疆农业大学生命科学学院新疆乌鲁木齐830052

入侵性物种常通过竞争排斥群落中其他物种,改变入侵地群落的物种组成和结构,破坏生态系统的稳定性。甘肃马先蒿(Pedicularis kansuensis)在巴音布鲁克草原快速蔓延,对当地生态系统造成威胁,是典型的入侵性植物。本研究以入侵性植物甘肃... 详细信息

入侵性物种常通过竞争排斥群落中其他物种,改变入侵地群落的物种组成和结构,破坏生态系统的稳定性。甘肃马先蒿(Pedicularis kansuensis)在巴音布鲁克草原快速蔓延,对当地生态系统造成威胁,是典型的入侵性植物。本研究以入侵性植物甘肃马先蒿群落为研究对象,调查4个入侵程度(未入侵、低度入侵、中度入侵、高度入侵)的甘肃马先蒿群落物种组成和群落特征,分析不同入侵程度下群落的物种多样性差异。结果表明:1)甘肃马先蒿3种入侵群落中均记录了30种维管植物,未入侵群落共记录27种维管植物,3种入侵群落与未入侵群落相比均多3种植物,但多的3种植物在入侵群落中并不相同。2)甘肃马先蒿入侵降低了群落中二裂委陵菜(Potentilla bifurca)、拉普兰棘豆(Oxytropis lapponica)、紫花针茅(Stipa purpurea)、洽草(Koeleria litvinowii)、火绒草(Leontopodium leontopodioides)的重要值;禾本科的密度在群落中的比例随入侵程度的增加呈先上升后下降趋势,豆科与禾本科密度和盖度在中度和高度入侵群落中的比例显著降低(P生物多样性的保护提供科学依据。

关键词：入侵性植物入侵程度物种多样性物种组成重要值优势种高寒草原

滴灌条件下施氮量对不同氮效率水稻品种物质积累及养分吸收的影响

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作物学报 2024年第8期50卷 2025-2038页

作者：宋志文赵蕾毕俊国唐清芸王国栋李玉祥石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832000 上海市农业生物基因中心上海201106 新疆农垦科学院/农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室/水肥资源高效利用兵团重点实验室新疆石河子832000

研究滴灌条件下施氮量对不同氮效率品种关键生育时期干物质积累和氮素吸收转运及产量的影响,为干旱半干旱区滴灌水稻高产高效生产提供技术参考。试验于2021—2022年开展,以氮高效品种(T-43)和氮低效品种(LX-3)为供试材料,采用裂区设计;... 详细信息

研究滴灌条件下施氮量对不同氮效率品种关键生育时期干物质积累和氮素吸收转运及产量的影响,为干旱半干旱区滴灌水稻高产高效生产提供技术参考。试验于2021—2022年开展,以氮高效品种(T-43)和氮低效品种(LX-3)为供试材料,采用裂区设计;设置4个施氮水平,分别为N0(0 kg hm^(-2))、N1(150 kg hm^(-2))、N2(300 kg hm^(-2))和N3(450 kg hm^(-2))。分析滴灌水稻在抽穗期和成熟期干物质积累、氮素吸收利用及产量对施氮量的响应差异。结果表明:(1)施用氮肥可以增加滴灌水稻干物质积累量(1.99%~26.02%)和氮素积累量(25.67%~97.69%),提高水稻产量(23.75%~66.75%);但过量施氮(450 kg hm^(-2))会减小对干物质积累的促进作用,导致结实率和穗粒数下降,使氮素主要集中在秸秆中,最终降低水稻对氮素的利用效率。(2)在同一施氮条件下,T-43的有效穗数、结实率、抽穗期叶片和穗部干物质及氮素积累量均高于LX-3(分别为1.65%~5.19%、0.42%~8.47%、7.61%~19.68%、19.81%~40.73%、19.81%~30.23%和20.14%~49.65%),最终产量高于LX-3(4.23%~28.47%)。(3)氮素利用效率对施氮量的响应存在品种间差异(P<0.05)。与LX-3相比,T-43有更高的氮肥农学利用效率、氮素回收率和氮肥偏生产力(分别高1.05%~25.23%、5.86%~20.05%和10.09%~18.01%)。综上所述,在滴灌栽培条件下,选用氮高效品种(T-43),配施300 kg hm^(-2)氮肥表现出更佳的氮素吸收转运能力和更高的产量,能更好地利用养分资源,是本试验最佳的品种和施氮量组合方式。

关键词：滴灌水稻氮效率品种干物质积累氮素积累氮素利用

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葡萄转录因子VvERF2耐盐功能鉴定

中国农业科学 2024年第2期57卷 336-348页

作者：代瑛姿郭宏扬杨志峰王宪璞许丽丽石河子大学农学院/特色果蔬栽培生理与种质资源利用兵团重点实验室

【目的】对葡萄转录因子VvERF2进行蛋白质生物信息学分析，利用基因克隆、同源遗传转化技术，探索该转录因子在葡萄愈伤组织盐胁迫下的功能，为进一步研究AP2/ERF超家族对葡萄的作用机理提供参考。【方法】借助NCBI-Blast(https://***/*... 详细信息

【目的】对葡萄转录因子VvERF2进行蛋白质生物信息学分析，利用基因克隆、同源遗传转化技术，探索该转录因子在葡萄愈伤组织盐胁迫下的功能，为进一步研究AP2/ERF超家族对葡萄的作用机理提供参考。【方法】借助NCBI-Blast(https://***/***)等在线数据库工具对VvERF2蛋白进行生物信息学分析；以‘无核白’葡萄（Vitis. vinifera L.）愈伤组织为材料，构建葡萄VvERF2同源遗传转化体系，结合生长量、总糖、总酸等理化指标鉴定转基因愈伤组织表型；设定不同盐浓度梯度，通过游离脯氨酸、抗氧化酶活性等生理指标鉴定转基因愈伤组织耐盐功能。【结果】对VvERF2及一致性最高的7个直系同源蛋白序列进行生物信息学分析，发现VvERF2编码240个氨基酸，与番茄、无花果氨基酸序列高度相似，蛋白同源性分别为78%和67%。8种不同物种的氨基酸残基数为240—348个，分子量为26.43—38.60 kDa，理论等电点在5.54—8.68，脂肪氨基酸指数均大于66%，均属于不稳定性蛋白；不同物种氨基酸序列理化性质存在差异较大。此外，VvERF2启动子存在多种与脱落酸等激素及MYB等转录因子相关的顺式作用元件。VvERF2具有组织表达特异性，在愈伤组织中表达水平最低，且受外源盐胁迫诱导显著上调（为对照组的3倍）。转基因结果表明，VvERF2在葡萄愈伤组织中过量表达后，生长量、总酸、总酚含量及DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼，1,1-Diphenyl-2-trinitrophenylhydrazine)等抗氧化活性均显著升高，不同浓度外源NaCl处理后，转基因愈伤组织总蛋白、游离脯氨酸等含量均高于野生型愈伤组织。【结论】VvERF2过量表达促进葡萄愈伤组织生长量和次生代谢产物相关物如酚类物质的含量积累，从而提高葡萄耐盐性。

关键词：葡萄 VvERF2 盐胁迫功能鉴定