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紫花苜蓿CAMTA基因家族鉴定及其在非生物胁迫下的表达模式分析

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草业学报 2024年第5期33卷 143-154页

作者：孔海明宋家兴杨静李倩杨培志曹玉曼西北农林科技大学草业与草原学院陕西杨凌712100 新疆农业大学草业学院新疆乌鲁木齐830052

钙调蛋白结合转录激活因子(CAMTA)是一类重要的钙调素结合蛋白,在激素信号转导、发育调控和环境胁迫耐受中发挥着重要作用。本研究采用生物信息学技术,基于紫花苜蓿“新疆大叶”参考基因组,对紫花苜蓿中CAMTA家族成员进行鉴定,并对这些... 详细信息

钙调蛋白结合转录激活因子(CAMTA)是一类重要的钙调素结合蛋白,在激素信号转导、发育调控和环境胁迫耐受中发挥着重要作用。本研究采用生物信息学技术,基于紫花苜蓿“新疆大叶”参考基因组,对紫花苜蓿中CAMTA家族成员进行鉴定,并对这些基因的理化性质、系统发育树、保守结构域、染色体上位置、顺式作用元件、转录表达谱进行分析和验证。结果表明,共鉴定出17个MsCAMTA基因,MsCAMTA家族成员可划分为3个亚家族,亚家族成员在基因结构、保守基序位置上较为相似。染色体定位结果显示,MsCAMTA家族成员不均匀地分布在7条染色体上。启动子区具有大量响应低温、盐胁迫及植物激素信号相关的顺式作用元件。此外,采用RT-qPCR对盐(300 mmol·L-1 NaCl)、模拟干旱(400 mmol·L-1甘露醇)、低温(10℃)和脱落酸(100μmol·L-1)处理下紫花苜蓿叶片中MsCAMTA1、MsCAMTA3、MsCAMTA11和MsCAMTA12的表达模式进行了初步研究。结果表明,4个MsCAMTA候选基因在各胁迫处理下均有一定程度的响应,且在盐胁迫下的表达量都呈上调趋势,表明MsCAMTA基因可能通过整合多种逆境应激信号,参与紫花苜蓿响应各非生物胁迫的应答过程。本研究结果将为进一步探索MsCAMTA基因在植物应对逆境胁迫中的功能提供参考。

关键词：紫花苜蓿 CAMTA基因生物信息学分析基因表达

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陕西省碳排放时空格局演变及其影响因素

中国环境科学 2024年第4期44卷 1826-1839页

作者：陈怡凌莉古圳威张渝刘京西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 农业农村部西北旱地农业绿色低碳重点实验室陕西杨凌712100 陕西省农业检验检测中心陕西西安710014

基于DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜间灯光数据,运用探索性空间分析、冷热点分析和标准差椭圆分析等方法,估算了2000~2020年陕西省碳排放量,探讨了陕西省碳排放的时空演化特征,并构建了空间杜宾面板模型分析其影响因素.结果表明:(1)2000~2020年... 详细信息

基于DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜间灯光数据,运用探索性空间分析、冷热点分析和标准差椭圆分析等方法,估算了2000~2020年陕西省碳排放量,探讨了陕西省碳排放的时空演化特征,并构建了空间杜宾面板模型分析其影响因素.结果表明:(1)2000~2020年陕西省碳排放总量呈现持续增长趋势;碳排放分布具有显著的地域差异规律,呈现“陕北>关中>陕南”的分布态势.(2)碳排放重心向陕西东北方向移动,说明陕西东部地区和北部地区对全省碳排放量的影响作用加强;碳排放具有显著的空间正自相关性,即表现为集聚效应;碳排放的冷热点转化较为明显,热点在陕北地区扩张,冷点逐渐消失.(3)陕西省碳排放的直接正向影响因素有城镇化率、人口数量、单位GDP能耗、产业结构和经济增长,其中城镇化快速发展和人口规模扩大是陕西省碳排放持续增长的主要推动力.

关键词：碳排放夜间灯光数据时空格局影响因素陕西省

一种融合叶绿素荧光技术与可见-近红外光谱的番茄幼苗热胁迫无损检测方法

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1613-1619页

作者：魏子朝卢苗雷文晔王浩宇魏子渊高攀王东陈煦胡瑾西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100

全球气温上升导致高温天气频发,番茄作为温度敏感型植物更易发生热胁迫,最终导致产量损失。在植物热胁迫检测中,温度通常被用作标定其受胁迫程度的依据,但由于不同植株个体的耐热性和自身健康状态存在差异,同一温度下的植株可能会产生... 详细信息

全球气温上升导致高温天气频发,番茄作为温度敏感型植物更易发生热胁迫,最终导致产量损失。在植物热胁迫检测中,温度通常被用作标定其受胁迫程度的依据,但由于不同植株个体的耐热性和自身健康状态存在差异,同一温度下的植株可能会产生不同程度热胁迫症状,以温度来标定热胁迫状态可能会导致误判。以番茄幼苗为研究对象,提出了一种融合叶绿素荧光技术与可见-近红外光谱的番茄幼苗热迫胁程度快速分类方法,以提高对番茄热胁迫程度评估的准确性。采集了对照组植株和热胁迫植株的叶绿素荧光参数与可见-近红外光谱数据,以叶绿素荧光参数为热胁迫评价指标,结合k-means++聚类算法评估了番茄幼苗受热胁迫影响的严重程度,通过对标定后样本的叶绿素荧光参数和植物逆境胁迫相关生理量进行分析,验证了标定结果的合理性。以聚类模型输出为依据对光谱数据进行标定,采用3种预处理方法及其组合,结合3种特征波长提取算法对光谱数据进行处理,获得了6个与样本热胁迫程度相关的特征波段。最后以6个特征波段为输入,热胁迫程度为输出,基于4种机器学习算法构建分类模型,实现了对样本热胁迫程度的分类。结果表明:样本叶绿素荧光参数F_(v)/F_(m),F_(v)/F_(o),NPQ,Y(NPQ)和Y(NO)与其胁迫状态存在显著的中高度相关,依据以上参数将所有样本标记为无胁迫,轻度热胁迫和重度热胁迫三类。三类样本的叶绿素荧光参数、丙二醛(MDA)含量以及光合色素含量均表现出了组间显著差异,聚类结果合理。基于聚类结果对光谱数据进行标定,根据标定结果提取光谱特征波长,99%以上的冗余特征被消除,进一步筛选获得了6个用建立分类模型的特征波长。在建立的4个模型中,线性判别分析(LDA)模型具有最优性能,其测试集分类准确率为92.45%,F1分数为0.9291,AUC为0.9780。结果表明,采用叶绿素荧光技术结合可见-近红外光谱技术检测热胁迫是可行的,该研究为热胁迫的快速检测、耐热性快速筛选以及高温灾害预警提供了一种有效方法。

关键词：热胁迫叶绿素荧光 k-means++算法可见-近红外光谱分类模型

基于空间异质运算的结构信息提取辅助遥感影像分类研究

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西北林学院学报 2024年第3期39卷 171-178页

作者：裴晨阳张廷龙高焕霖张青峰西北农林科技大学资源环境学院陕西杨陵712100

以Landsat-8和高分一号数据为例,采用仅有光谱特征、3种纹理特征(概率统计、灰度共生矩阵、空间异质运算)辅助光谱特征的方法提取影像空-谱信息,并通过支持向量机分类器进行基于像元的地物分类。结果表明:1)纹理特征辅助光谱特征的地物... 详细信息

以Landsat-8和高分一号数据为例,采用仅有光谱特征、3种纹理特征(概率统计、灰度共生矩阵、空间异质运算)辅助光谱特征的方法提取影像空-谱信息,并通过支持向量机分类器进行基于像元的地物分类。结果表明:1)纹理特征辅助光谱特征的地物分类精度明显优于仅使用光谱特征的分类,可提高8.62%~24.36%;2)相较于概率统计、灰度共生矩阵方法结果,空间异质运算结果分类精度在GF-1影像中分别提高了13.31%和2.03%,在Landsat-8影像中分别提高了11.62%和7.79%;3)对于线状地物,相较于概率统计、灰度共生矩阵方法结果,空间异质运算结果分类精度在GF-1数据中分别提高了29.31%和0.80%,在Landsat-8数据中分别提高了11.90%和6.64%,有效减小了分类误差。因此,空间异质运算提取的空间结构信息辅助光谱特征的分类方法能显著改善遥感图像的分类精度,为空间结构信息辅助遥感影像地物分类及线状地物的提取提供一种新的思路和方法。

关键词：线状地物空间异质运算纹理特征地物分类遥感影像

减施氮肥和接种根瘤菌对大豆生理生长与氮素利用效率及产量的影响

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农业机械学报 2024年第3期55卷 340-351页

作者：向友珍张威唐子竣付骏宇李志军张富仓西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学旱区节水农业研究院陕西杨凌712100

在干旱、半干旱地区农业生产中,广泛采用接种根瘤菌、施用氮素等措施来促进大豆生长以提高产量,然而少有研究讨论接种根瘤菌与施用氮素的交互作用对大豆生长和产量的影响规律。本研究通过为期2年的田间试验,设置4个施氮水平(N0:0 kg/hm^... 详细信息

在干旱、半干旱地区农业生产中,广泛采用接种根瘤菌、施用氮素等措施来促进大豆生长以提高产量,然而少有研究讨论接种根瘤菌与施用氮素的交互作用对大豆生长和产量的影响规律。本研究通过为期2年的田间试验,设置4个施氮水平(N0:0 kg/hm^(2);N1:60 kg/hm^(2);N2:120 kg/hm^(2);N3:180 kg/hm^(2))和2种接种水平,即接种根瘤菌(R)和清水拌种。在大豆各生育期测量根瘤数、根瘤干质量、叶面积指数、干物质积累及根系特性等大豆生长指标和叶绿素含量、光合参数、荧光参数等生理指标,同时还测定氮素吸收量等指标并计算氮素利用效率。结果表明,RN2处理下的大豆生长状况最佳,2年平均最大根瘤数为241.47、最大根瘤干质量为1.30 g、最大根长密度为15.00 cm/cm^(3)、最大叶面积指数为5.44 cm^(2)/cm^(2)、最大干物质积累量为17 530.51 kg/hm^(2)、最大叶绿素含量为53.55、最大净光合速率为32.75μmol/(m^(2)·s)、最大种子产量为4 659.4 kg/hm^(2)。由此可见减少氮肥施用量(N2)的同时接种根瘤菌(R)对于促进关中平原大豆的生理生长、提升对氮素的利用效率、提高大豆产量具有重要意义。本研究可为提高干旱半干旱地区大豆生产水平提供理论支持和实践经验。

关键词：大豆施氮接种根瘤菌氮肥利用效率产量

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基于网络药理学和分子对接技术探索黄芪提高家兔抗氧化应激的作用机制

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动物营养学报 2024年第5期36卷 3247-3261页

作者：鲍胡杨薄欣宇刘金耀任战军董响贵王淑辉西北农林科技大学动物科技学院杨陵712100

本研究基于网络药理学和分子对接技术探索黄芪对家兔抗氧化应激的物质基础及作用机制。通过中药系统药理数据库与分析平台(TCMSP)等数据库收集黄芪有效成分及相关靶点,结合疾病相关数据库挖掘氧化应激潜在靶点,采用靶点数据构建蛋白质-... 详细信息

本研究基于网络药理学和分子对接技术探索黄芪对家兔抗氧化应激的物质基础及作用机制。通过中药系统药理数据库与分析平台(TCMSP)等数据库收集黄芪有效成分及相关靶点,结合疾病相关数据库挖掘氧化应激潜在靶点,采用靶点数据构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络,并进行基因本体(GO)功能和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析,最后利用Autodock软件将度值前3的核心靶点与相应成分进行分子对接,验证对接活性。结果表明,黄芪提高家兔抗氧化应激的主要活性成分共20个,对应470个潜在靶点,其中山奈酚、9,10-二甲氧基紫檀-3-O-β-D-葡萄糖苷、黄芪紫檀烷是黄芪抑制家兔氧化应激的关键成分。核心靶点共69个,筛选度值前10的核心靶点为白蛋白(ALB)、表皮生长因子受体(EGFR)、胰岛素(INS)、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(CASP3)、雌激素受体1(ESR1)、原癌基因(JUN)、原癌酪氨酸蛋白激酶(SRC)、细胞周期素D2(CCND2)、细胞周期蛋白依赖激酶4(CDK4)和细胞周期蛋白依赖激酶2(CDK2)。GO功能和KEGG通路富集分析显示,靶点作用包含生物过程62条、细胞组分15条和分子功能39条,参与癌症通路、磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B信号通路、病毒致癌通路、丝裂原活化蛋白激酶信号通路等代谢通路。分子对接结果显示,核心靶点与相应黄芪成分的结合能均小于0 kJ/mol,表明黄芪与核心靶点自发结合。综上所述,本研究筛选了黄芪提高家兔抗氧化应激能力的主要成分及作用靶点,并探究其分子调控机制,为黄芪作为抗氧化功能饲料添加剂的应用提供了参考依据。

关键词：氧化应激黄芪家兔网络药理学分子对接

基于Shuffle-ZoeDepth单目深度估计的苗期玉米株高测量方法

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农业机械学报 2024年第5期55卷 235-243,253页

作者：赵永杰蒲六如宋磊刘佳辉宋怀波西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100

株高是鉴别玉米种质性状及作物活力的重要表型指标,苗期玉米遗传特性表现明显,准确测量苗期玉米植株高度对玉米遗传特性鉴别与田间管理具有重要意义。针对传统植株高度获取方法依赖人工测量,费时费力且存在主观误差的问题,提出了一种融... 详细信息

株高是鉴别玉米种质性状及作物活力的重要表型指标,苗期玉米遗传特性表现明显,准确测量苗期玉米植株高度对玉米遗传特性鉴别与田间管理具有重要意义。针对传统植株高度获取方法依赖人工测量,费时费力且存在主观误差的问题,提出了一种融合混合注意力信息的改进ZoeDepth单目深度估计模型。改进后的模型将Shuffle Attention模块加入Decoder模块的4个阶段,使Decoder模块在对低分辨率特征图信息提取过程中能更关注特征图中的有效信息,提升了模型关键信息的提取能力,可生成更精确的深度图。为验证本研究方法的有效性,在NYU-V2深度数据集上进行了验证。结果表明,改进的Shuffle-ZoeDepth模型在NYU-V2深度数据集上绝对相对差、均方根误差、对数均方根误差为0.083、0.301 mm、0.036,不同阈值下准确率分别为93.9%、99.1%、99.8%,均优于ZoeDepth模型。同时,利用Shuffle-ZoeDepth单目深度估计模型结合玉米植株高度测量模型实现了苗期玉米植株高度的测量,采集不同距离下苗期玉米图像进行植株高度测量试验。当玉米高度在15~25 cm、25~35 cm、35~45 cm 3个区间时,平均测量绝对误差分别为1.41、2.21、2.08 cm,平均测量百分比误差分别为8.41%、7.54%、4.98%。试验结果表明该方法可仅使用单个RGB相机完成复杂室外环境下苗期玉米植株高度的精确测量。

关键词：苗期玉米株高单目深度估计测量方法混合注意力机制

基于YOLO v8n-seg-FCA-BiFPN的奶牛身体分割方法

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农业机械学报 2024年第3期55卷 282-289,391页

作者：张姝瑾许兴时邓洪兴温毓晨宋怀波西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100

奶牛身体部位的精准分割广泛应用于奶牛体况评分、姿态检测、行为分析及体尺测量等领域。受奶牛表面污渍和遮挡等因素的影响,现有奶牛部位精准分割方法实用性较差。本研究在YOLO v8n-seg模型的基础上,加入多尺度融合模块与双向跨尺度加... 详细信息

奶牛身体部位的精准分割广泛应用于奶牛体况评分、姿态检测、行为分析及体尺测量等领域。受奶牛表面污渍和遮挡等因素的影响,现有奶牛部位精准分割方法实用性较差。本研究在YOLO v8n-seg模型的基础上,加入多尺度融合模块与双向跨尺度加权特征金字塔结构,提出了YOLO v8n-seg-FCA-BiFPN奶牛身体部位分割模型。其中,多尺度融合模块使模型更好地提取小目标几何特征信息,双向跨尺度加权特征金字塔结构实现了更高层次的特征融合。首先在奶牛运动通道处采集奶牛侧面图像作为数据集,为保证数据集质量,采用结构相似性算法剔除相似图像,共得到1 452幅图像。然后对目标奶牛的前肢、后肢、乳房、尾部、腹部、头部、颈部和躯干8个部位进行标注并输入模型训练。测试结果表明,模型精确率为96.6%,召回率为94.6%,平均精度均值为97.1%,参数量为3.3×10^(6),检测速度为6.2 f/s。各部位精确率在90.3%~98.2%之间,平均精度均值为96.3%。与原始YOLO v8n-seg相比,YOLO v8n-seg-FCA-BiFPN的精确率提高3.2个百分点,召回率提高2.6个百分点,平均精度均值提高3.1个百分点,改进后的模型在参数量基本保持不变的情况下具有更强的鲁棒性。遮挡情况下该模型检测结果表明,精确率为93.8%,召回率为91.67%,平均精度均值为93.15%。结果表明,YOLO v8n-seg-FCA-BiFPN网络可以准确、快速地实现奶牛身体部位精准分割。

关键词：奶牛身体部位分割语义分割 FCABasicBlock BiFPN YOLO v8n

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基于单轴密闭压缩试验的草炭离散元参数标定

农业机械学报 2024年第5期55卷 87-97页

作者：王斌斌何智丁辛亭郝伟杨珍崔永杰西北农林科技大学机械与电子工程学院陕西杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室陕西杨凌712100

为了提升穴盘播种过程中草炭装盘、压穴、覆料的仿真准确性,基于草炭的物料特性,选择Edinburgh Elasto-Plastic Adhesion(EEPA)模型在EDEM软件中建立草炭离散元仿真模型,通过单轴密闭压缩和虚拟仿真试验对草炭参数进行标定。通过物理试... 详细信息

为了提升穴盘播种过程中草炭装盘、压穴、覆料的仿真准确性,基于草炭的物料特性,选择Edinburgh Elasto-Plastic Adhesion(EEPA)模型在EDEM软件中建立草炭离散元仿真模型,通过单轴密闭压缩和虚拟仿真试验对草炭参数进行标定。通过物理试验测得草炭密度、粒径分布和接触参数,应用Plackett-Burman Design和最陡爬坡试验设计显著性分析试验,发现草炭间恢复系数、静摩擦因数、草炭切向刚度因子和剪切模量影响显著。应用Central Composite Design试验建立响应值与4个显著性参数的二次多项式回归模型,以单轴密闭压缩20%、50%轴向应变对应的轴向压力3.83、91.45 N为目标值对显著性参数进行寻优,得到最优组合为:草炭间恢复系数0.202、草炭间静摩擦因数0.595、切向刚度因子0.667、草炭剪切模量0.613 MPa。最后将该参数组合下的仿真值与实测值进行对比验证,在轴向应变范围20%~50%内实测值与仿真值的平均误差约为8.08%。相对误差在轴向应变40%左右达到最大值,为15.34%。结果表明基于响应面法标定的EEPA模型参数可用于离散元仿真研究。

关键词：草炭单轴密闭压缩离散元轴向压力参数标定