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[硕士论文] 李晓静
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:由茄科雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的青枯病造成了世界范围内马铃薯产量的降低。大多数细菌病原体通过分泌效应蛋白到植物细胞内来操控植物免疫应答反应。由于效应子是青枯病的重要致病因子,本课题旨在通过研究效应子的基础功能继而探究马铃薯青枯病致病机理。本课题以马铃薯E3试管薯为受体,通过农杆菌介导的马铃薯遗传转化技术获得了效应子Rip5、Rip6和Rip13的转基因株系。探究效应子转入所影响的马铃薯免疫途径,同时对效应子转基因株系进行了接种鉴定。并且对Rip6转基因株系进行了转录组测序,通过数据分析找到了与植物抗性有关的差异表达基因。由于Rip5毒力较强且在本氏烟叶片瞬时表达可以引起强烈的HR反应,为了深入研究Rip5的基因功能,酵母杂交实验初步筛选了Rip5的候选互作蛋白,通过免疫共沉淀实验确认了互作蛋白。以上结果为进一步研究效应子调控马铃薯免疫应答机制奠定了良好基础。主要结果如下:
  1.课题通过农杆菌介导的马铃薯遗传转化体系获得了Rip5、Rip6和Rip13转基因株系。最终获得Rip5、Rip6和Rip13生根株系分别为9、13和30个。通过阳性检测,我们选取Rip5的转基因株系4、5和7;Rip6的转基因株系1、3、8和11;以及Rip13的转基因株系11、14和25进行后续试验。
  2.对Rip5、Rip6和Rip13转基因株系进行优势菌株UW551接种鉴定。3个效应子转基因株系接种表型与对照E3相比抗性明显下降,说明效应子Rip5、Rip6和Rip13可以促进青枯菌侵染寄主植物,降低植物抗性。
  3.对转基因株系PTI免疫途径标志基因进行表达量检测,发现虽然转基因株系接种抗性下降,但是PTI免疫途径并未受到影响,说明效应子基因的转入可能影响了其他免疫途径。
  4.对效应子Rip6转基因株系的转录组数据进行分析,发现有大量钙调蛋白、部分热激蛋白和WRKY转录因子与对照相比差异表达。推测转基因株系青枯菌抗性下降与这些基因的差异表达紧密相关。
  5.利用酵母杂交实验初步筛选出Rip5的候选互作蛋白,在本氏烟叶片上对Rip5及互作蛋白进行农杆菌共注射瞬时表达,通过免疫共沉淀实验进行植物体内互作验证。
[博士论文] 张圣奎
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:木薯,一种典型的热带作物,具有高光效、高生物量、耐旱、耐贫瘠等优良特性,是非常重要的粮食作物和潜在的生物质能源作物。木薯基因组高度杂合,遗传变异多样,这为品种改良提供了丰富的供试材料,然而常规育种周期较长,选育效率低下。木薯的许多农艺性状如淀粉含量、干物质含量、块根产量、产后生理衰变(PPD)等,都是微效多基因控制的数量性状,其遗传研究目前仍然十分有限。因此,挖掘木薯重要性状的优异等位基因变异及其标记,发展基因组选择育种技术,对于木薯品种改良有重要的指导意义。
  本研究以158份不同来源(包括中国、南美洲、东南亚等地)的木薯种质作为研究对象,对包括叶型、株型、产量及品质三类性状及抗产后生理性衰变PPD等23个性状、进行连续3年4点12个环境下的表型鉴定,获得大量表型多样性数据,综合评价木薯种质资源;通过扩增片段单核苷酸多态性和甲基化(AFSM)简化基因组测序方法,获取该木薯群体的全基因SNP、indels以及甲基化分子标记,并对该群体进行遗传多样性分析、群体结构分析和全基因组关联分析。
  主要结果如下:
  1.木薯表型变异度较大,叶型、株型和产量与品质23个性状在不同环境下变异程度不同,11个数量性状中,广义遗传力变化在0.38-0.92之间,其中叶长宽比最高(0.92),而干物质产量最低(0.38)。木薯采后生理衰变(PPD)研究中,我们优选出了糯米木薯、海南细叶、桂热4号、罗勇5号、ZM8625、ZM8641、SC205、G16、BRA258和E40710个抗PPD品种。对种质资源进行综合评价,根据综合指数筛选出桂热6号、CH16、BRA274、CM7595-1、SC124、SC205、10J、16P、17Q和2B共10个优异品种。
  2.采用AFSM简化重测序总计获得34.98万个多态性标记(SNP+Indel),较均匀覆盖18条染色体,平均分布密度达到1.48Kb/SNV。利用25,989个SNP和indels标记对木薯群体进行遗传多样性评估,,发现其遗传多样性指数(π)为1.21×10-4。群体结构分析表明这些木薯材料可划分为3个亚群,主成分分析和进化树分析表明木薯的亚群主要受其起源地影响而与采集地没有明显的分化关系,即在我国尚未形成明显的地理分化,这与其引进历史较短有关。亚群间的群体分化系数(FsT)在0.034-0.07之间,表明各亚群之间存在较低或中等水平的遗传分化。
  3.利用158份木薯材料对各个性状进行全基因组关联分析,多个环境下总共得到115个显著性位点。其中质量性状有4个显著性位点;株型性状共检测到22个显著性位点,其中5个位点在多个环境下重复,贡献率在0.12-0.21之间;叶型相关性状共检测到35个显著性位点,7个显著性位点在多个环境下重复,贡献率在0.12-0.25之间;产量组成和品质性状共检测到54个显著性位点,多个环境下同时检测到2个位点。其中淀粉含量共获得4个关联位点,贡献率0.12-0.18;干物质含量获得10个显著性位点,贡献率0.13-0.19,;块根条数共获得9个显著性位点,贡献率0.12-0.16;块根产量获得9个显著性位点,贡献率在0.13-0.18;干物质产量获得8个显著性位点,贡献率0.13-0.18。
  4.对显著性位点进行整合分析,共发现了14个显著性位点和不同的性状存在同样的关联性。块根重量和干物质重量这两个性状在2、4、18号染色体上分别有3个、1个和1个同样的位点。淀粉含量和干物质含量这两个性状定位到两个相同的位点,分别位于13号和9号染色体。块根条数与块根重量有一个相同的位点,该位点位于9号染色体。叶长宽比和中间裂叶长这两个性状在1、2、5和6号染色体上分别得到一个相同的位点。中间裂叶宽和叶长宽比这两个性状定位到2个相同的位点,分别位于3号和10号染色体上。同时,相关性分析表明这些表型之间有极显著的相关性。
  5.对所有的显著性位点进行候选基因分析,鉴定出195个候选基因。其中131个基因用于组织差异表达分析。我们发现与株型和叶型相关的候选基因68个,除了20个基因在根和叶组织中表达量低外,其余48个基因在根和叶组织中表达量较高;块根产量和品质相关性状的候选基因有63个,其中10个基因在根和叶中的表达都很高,37个基因中等表达水平,仅有16个基因在根和叶中的表达量很低。对165个候选基因GO注释发现其大部分为细胞组分、催化活性以及参与细胞代谢等生物学过程的基因。
[博士论文] 陈千思
细胞生物学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:马铃薯(Solanum tuberosum L.)是全球继小麦、水稻、玉米之后的第四大粮食作物,由致病疫霉(Phytophthora infestans)引起的晚疫病是马铃薯生产中最为严重的病害。马铃薯进化出两个分支的免疫反应来应对晚疫病原菌的侵染,包括由病原相关分子模式(Pathogen associated molecular pattern,PAMPs)激发的PTI(PAMPs triggered immunity)和由效应子(Effector)引起的ETI(Effecter triggered immunity),激发一系列抗病反应相关基因来抵抗病原菌的侵染,有时会诱导产生过敏性坏死反应(Hypersensitive response,HR)来抑制病原菌的进一步扩展。
  本实验室前期克隆到了一个可能与过敏性反应相关的基因StPOTHR1,该基因受晚疫病原菌、机械伤害、盐胁迫和茉莉酸诱导表达,但在马铃薯晚疫病抗性上的作用机制及其与HR的关系尚不明确。本课题研究了StPOTHR1与HR的关系、在晚疫病抗病反应中的作用机制及其介导的免疫信号途径,为马铃薯晚疫病持久抗性育种研究提供了新的思路及潜在的基因资源。主要研究结果如下:
  1.获得了可以高丰度组成型稳定表达GFP且具有与野生型菌株致病力相当的转基因P.infestans菌株W8-G20,为定性和定量研究马铃薯与晚疫病原菌互作机制提供了直观和简便的技术手段;利用WS-G20接种马铃薯晚疫病水平抗性基因型386209.10和感病基因型鄂马铃薯1号(E1),能够清晰的观察到两个基因型表现出明显不同的发病症状,E1叶片上的荧光强度显著高于386209.10,386209.10可以显著地抑制病原菌的增殖速度,说明抑制病原菌在体内的定殖和扩展可能是水平抗性的一个重要防御机制。
  2.通过生物信息学分析发现StPOTHR1含有NHL(NDR/HIN1-like)家族的3个保守结构域,属于NHL家族成员。通过系统进化树分析进一步发现,其与NHL基因家族成员NtHIN1和AtNHL3亲缘关系最近,推测其与植物的过敏性反应、抗病性等生物学过程相关。原位杂交(ISH)和qRT-PCR实验表明,在垂直抗性基因型鄂马铃薯3号(E3)与晚疫病致病菌株W8互作产生HR的过程中,StPOTHR1只在过敏性病斑部位大量表达,而在其他位置几乎不能诱导表达,表明StPOTHR1的表达与HR紧密相关,可能是马铃薯抗病反应中的起重要作用的基因。
  3.通过研究StPOTHR1在马铃薯对晚疫病在亲和互作(感病)、非亲和互作(垂直抗性)以及水平抗性(小种非特异抗性)过程的表达模式,发现StPOTHR1在垂直抗性基因型E3中能迅速响应,并维持在较高的表达水平;而在感病基因型E1中则一直维持在较低的水平,只在后期有上调表达的趋势;在水平抗性基因型386209.10中,表达水平处于则前两者之间。研究结果表明StPOTHR1基因的表达量与马铃薯的抗性反应发生的强度呈正相关。
  4.在感病基因型E1中超量表达StPOTHR1,能显著抑制病原菌孢子囊的数量,显著提高植株对晚疫病的抗性,表现出与水平抗性基因型386209.10相似的抗性特征,但在垂直抗性基因型E3中,抑制StPOTHR1的表达不能抑制HR的产生;同时,在本氏烟草(Nicotiana benthamiana)中瞬时沉默StPOTHR1的同源基因NbPOTHR1后,也不会影响由主效R/Avr基因(Sto/Ipio、Rvnt-1/Avrvnt-1、Pto/AvrPto、Cf4/Avr4、Cf9/Avr9和R3a/Avr3a)等介导产生的HR,说明StPOTHR1介导的抗性反应可能独立上述已知的R/Avr介导的HR。
  5.研究主效R/Avr基因对(Sto/Ipio、Rvnt-1/A vrvnt-1、Pto/AvrPto、Cf4/Avr4、Cf9/Avr9和R3a/Avr3a)介导的HR过程中POTHR1的表达模式发现,POTHR1只响应特异的R/Avr基因对(Pto/AvrPto)介导的HR;同时其也受到能激活PTI的晚疫病原菌效应子INF1和细菌PAMPs flg22的诱导,并且POTHR1也能调控PTI早期响应marker基因的表达,表明POTHR1可能参与了PTI和ETI的crosstalk。
  6.在烟草上瞬时表达GFP-StPOTHR1融合表达载体,发现GFP-StPOTHR1定位于细胞膜上,通过Western Blot证明了该蛋白的完整性,说明GFP-StPOTHR1的定位能准确反应StPOTHR1在植物体内执行功能的位置;同时,我们还发现GFP-StPOTHR1的实际电泳条带大于其理论值,其可能是翻译后修饰所导致,通过利用LC-MS/MS技术,对StPOTHR1的翻译后修饰进行了探究,结果发现StPOTHR1受到多种翻译后修饰调控,GFP-StPOTHR1条带的迁移可能与这些翻译后修饰相关。本研究首次全面地探究了NHL家族成员StPOTHR1的翻译后修饰位点,对这些位点潜在功能的探究将进一步增强对植物免疫调控的认识。
  7.通过利用IP-LC-MS/MS分析,筛选到一个植物MAPK级联途径上的可能与StPOTHR1互作的组分NbMKK5L,进一步通过Co-IP确证了NbMKK5L与StPOTHR1的直接互作,该结果暗示过表达StPOTHR1导致的马铃薯晚疫病抗性的增强可能与激活植物免疫相关的MAPK级联途径相关;本研究构建了StPOTHR1基因原核表达载体并在体外获得了大量纯化活性蛋白,为体外进一步直接研究MKK5L与StPOTHR1间的调控作用,如MKK5L能否直接将StPOTHR1磷酸化等研究提供了基础。
[硕士论文] 丁雪茹
细胞生物学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:随着植物组织培养技术的不断成熟,组织培养条件下通过控制培养基成分和培养条件,可以诱导腋芽形成试管薯(microtuber)。研究表明马铃薯试管薯在组织结构、生长发育、遗传稳定性等方面与自然状态下的块茎基本相同,这为试管薯在生产和研究上的应用提供了最基本的前提。试管薯的形成条件的研究有很多,其中较为明确的结果是短日照和较高的蔗糖浓度是试管薯形成的必须条件,但关于光周期与蔗糖的协同调控试管薯形成机制目前还不清楚。马铃薯是喜凉作物,温度是影响马铃薯产量最重要的因素之一,高温会抑制块茎的形成,对于一些热带地区而言,马铃薯种植仍然存在许多困难,而马铃薯耐热机制和遗传基础研究的还十分缺乏。
  基于上述背景本研究主要分为两大部分内容,第一部分在实验室前期利用RNA-seq技术分别建立的光周期和蔗糖转录组数据库的基础上,对其进行进一步分析,筛选光-糖协同作用的差异表达基因,为深入研究光糖协同调控马铃薯试管薯形成的分子机理提供研究基础。第二部分是利用实验室试管薯研究平台,在前期光周期对试管薯生长发育影响研究的基础上,先确定耐热性筛选鉴定的温度,然后通过耐热性鉴定筛选出耐热性差异基因型,为后期进一步分离出耐热性差异的相关基因奠定基础。研究结果如下:
  1.光糖同时响应的相关基因筛选:首先通过对前期利用第一代RNA-seq测序技术获得的光周期处理转录组数据资料进行重分析,在将其与现在的马铃薯基因组数据库序列比对的基础上,使基因标签与现在马铃薯的通用基因标签一致。然后按照现在的分析方法重新分析,筛选得到170个光周期响应的差异表达基因。其次,利用实验室前期已有的蔗糖处理转录组测序数据资料,采用相同的分析方法得到响应蔗糖的差异表达基因302个,比对分析筛选到128个光糖同时响应基因。
  2.光糖同时响应的相关基因的信息分析:对光周期和蔗糖同时有响应的128个基因进行GO(Gene Ontology)注释和KEGG pathway路径分析,发现基因涉及了37个功能小类和28条代谢路径上。其中主要涉及了光合作用、植物病原互作和激素信号传导等路径。
  3.光糖同时响应的关键基因确定与表达分析:结合GO和KEGG pathway注释,选择了26个涉及胁迫应答、糖类代谢、发育、激素信号转导以及若干功能未知基因进行进一步的分析,选其中的7个基因对其在结薯表型显著差异基因型中的表达模式进行比较分析,发现有3个基因对结薯响应,分别是PGSC0003DMT400007869(Osmotin)PGSC0003DMT400013500(Glucose-6-phosphate/phosphatetranslocator2)和PGSC0003DMT400073694(Chloroplast-post-illumination-chlorophyll fluorescence increase protein)。
  4.马铃薯高温处理温度确定:先以马铃薯结薯季节可能的较高温度范围(26-30℃)为耐热性筛选温度设置范围,26℃处理不能达到筛选鉴定耐热基因型的目的,而30℃高温处理下的试管苗几乎都无法正常生长,介于其中的28℃培养条件下可以明显反应基因型对温度的敏感程度,所以确定以28℃作为筛选鉴定马铃薯耐高温性的实验温度。
  5.马铃薯耐热性差异基因型筛选:为筛选耐热性差异基因型,用MTI群体材料中的9个基因型在恒温(28℃)处理基础上又做了昼夜变温(日间28℃夜间25℃)处理,并对照实验室对这些基因型在长日照和短日照条件下的结薯习性评价,最终筛选得到光温双敏感基因型MTI115和MTI035,光周期不敏感但温度敏感的基因型MTI084和MTI306,光温双不敏感基因型MTI208和MTI109。
[硕士论文] 何欢
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:晚疫病(Late blight)作为全球范围内马铃薯生产上的头号病害,每年因晚疫病所造成的直接经济损失高达马铃薯总产值的15%。大量化学杀菌剂不仅增加资金投入,还会严重污染环境甚至危害人体健康,故防治晚疫病最为经济有效的方法是育成具有广谱且持久晚疫病抗性的品种。我国马铃薯晚疫病抗病育种中遇到的最大困难是抗性资源缺乏,现存的少数抗性资源的遗传背景、抗性来源不清楚,严重制约抗病育种。聚合马铃薯中具有NBS-LRR结构域的R基因育种仍是目前国内外最有成效的马铃薯抗晚疫病育种方法。
  本研究基于本实验室十多年晚疫病抗病资源研究基础,旨在通过筛选得到一批马铃薯晚疫病抗性材料,并利用植病互作机制,R基因诊断标记,效应子组学和dRenSeq相结合的策略,明确优异抗性材料中已知R组成,并探索材料中是否含有未知抗病基因。为聚合抗病基因,选育广谱且持久的马铃薯品种提供资源基础;为克隆未知R基因提供原始材料和技术支持。主要结果如下:
  1.用16-2、3928A、14-2三个晚疫病强毒力小种接种鉴定收集自国内外的240余份马铃薯材料,最终筛选出抗性水平在中抗及以上的抗性材料为36份。使用采自云南GN51,武汉HTP-9,荷兰NL11564的三个晚疫病原菌接种36份抗性材料,了解材料抗病谱。绝大多数材料对GN51依旧保持较好的抗性;新采集的HTP-9菌株能克服14%的抗性材料;50%的抗性材料能被NL11564克服。
  2.R8基因PCR分子诊断结果表明:包含抗性对照材料‘加湘1号’共有20个抗性材料含有R8基因,说明R8基因在抗性材料中出现频率高。从7个晚疫病原菌生理小种中都能扩增出Avr8基因,尽管存在少数碱基差异,但都能与R8识别,推测这是R8具有广谱抗性的原因之一。抗性鉴定结果表明含有R8基因的材料大多数能病原小种NL11564克服。
  3.选取了24个经过晚疫病抗性鉴定的具有一定代表性的马铃薯材料,进行了抗病基因测序诊断(dRenseq),序列比对分析明确:这些材料中主要含有8个R基因,其中6个晚疫病抗性基因,分别是R8,R3a,R3b,R1,Rpi-blb1和Rpi-ptal,还有与病毒抗性相关的Rx,及抗线虫相关基因Gpa2。其中高代系抗晚疫病育种亲本06HE13-1含抗病基因多达6个。
  4.根据诊断结果从抗性材料06HE13-1中尝试扩增R1和R8基因,克隆的R1和R8都存在长短两种类型,符合预期长度的基因分别能与Avr1和Avr8识别,表明这个材料中含有R1和R8基因,证明了dRenseq诊断结果的准确性。
  5.利用PVX-agroinfection技术,在抗性材料叶片上用农杆菌进行牙签穿刺瞬时表达38个效应子。12个材料在单次穿刺表达效应子实验中有半数以上的穿刺点出现坏死斑,16个材料在穿刺实验中有少数效应子穿刺点出现坏死斑,表明抗性材料中可能存在与效应子识别的未知R基因。但仍然需要更多重复来验证。
  6.36份抗性材料进行倍性鉴定结果显示:这些材料包含6个二倍体,21个四倍体,1个五倍体,和4个六倍体;农艺性状调查显示,材料总体农艺性状较好,并且具有一定多样性。
[硕士论文] 肖睿
设施园艺学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:马铃薯(Solanum tuberosum L.)因其粮菜兼用,营养全面,深受广大消费者的喜欢。较其他粮食作物,马铃薯经济效益高,具有较大的种植面积;但在我国其单产并不高,与发达国家相比差距较大,究其原因,病害是影响马铃薯产量的最主要原因之一。马铃薯黄萎病(Potato Verticillium wilt)是一种真菌性病害,严重影响马铃薯的产量和品质。挖掘抗病资源、定位抗病基因、开发连锁标记可加速抗病育种,而选育抗病品种则是防治病害最经济有效的途径之一。但到目前为止,关于马铃薯黄萎病抗病基因的研究还较少,还没有抗病基因定位的报道。
  本研究利用二倍体马铃薯种间杂种C545为抗病母本,与感病父本V67的回交BC1群体为材料,取得以下主要结果:
  1、BC1群体表型鉴定:随机选择172个群体后代,经过多轮的表型验证实验,完成了群体材料的表型鉴定。
  2、极端材料的BSA+DNA-seq分析:分别选择24个抗病材料和30个感病材料组建抗感病混合池,进行全基因组测序,测序深度为30x。分别得到28.46Gb和26.39Gb的数据,并利用生物信息学分析,绘制了抗感池平均△(SNP-index)分布图。通过分布图预测出抗黄萎病位点位于五号染色体0-6.3Mb的位置。
  3、主效位点的连锁标记开发:根据分布图预测的五号染色体0-6.3Mb抗病位点区间,设计了278对基因标记引物和329对CAPS标记引物。通过对抗感亲本和抗感群体后代的验证,共筛选开发了6个基因标记、1个Indel标记和5个CAPS标记。利用这12个标记结合群体材料表型绘制出总长为69.4cM的遗传连锁图谱,但12个标记均在抗病位点一侧,共同将抗病位点定位于五号染色体4.7Mb之后。
  4、Ve基因的初定位:将生物信息学预测的区间和标记定位的区间整合,定位出抗病位点位于4.7Mb-6.3Mb之间1.6Mb的区间范围内。与前人报道的马铃薯黄萎病抗性位点位于9号染色体不同,本研究首次定位出马铃薯抗黄萎病的新位点,该位点位于马铃薯五号染色体前端,为马铃薯抗黄萎病遗传定位研究扩充了思路,同时对马铃薯黄萎病抗性基因的克隆奠定了基础,开发的连锁标记对马铃薯抗黄萎病育种提供了有力帮助。
[硕士论文] 陈凯
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:马铃薯(Solanum tuberosum L.)是中国第四大粮食作物,生产过程中会受到多种病虫害的危害,严重影响其产量和品质。其中由卵菌致病疫霉菌(Phytophthora infestans(Mont.)De Bary.)引起的晚疫病是危害最严重的病害。本实验室前期发现马铃薯U-box类E3泛素连接酶StPUB17可以正调控晚疫病的抗性。通过酵母筛库得到一个互作蛋白为StKH17,是一个含有KH-domain的RNA结合蛋白,在本氏烟中初步鉴定是一个抗性负调控因子。本研究旨在通过遗传转化获得超量和干涉StKH17马铃薯转基因植株,验证其在晚疫病抗性中的功能;以StKH17为诱饵通过酵母双杂交筛库筛选与其互作的靶标蛋白;获得稳定表达StKH17和myc融合蛋白转基因株系,为下一步利用Chip-seq技术研究StKH17调控的RNA靶标打下基础。取得的主要研究结果如下:
  1、构建了StKH17超量表达和RNAi干涉载体,通过遗传转化成功获得了2个超量表达和6个干涉马铃薯株系;晚疫病菌接种鉴定表明,超量表达StKH17降低晚疫病抗性,而干涉StKH17增强晚疫病抗性,即StKH17负调控马铃薯晚疫病的抗性。
  2、蛋白结构分析表明StKH17具有2个保守的结构域,一个为STAR-domain,另一个为KH-domain。酵母自激活和点对点互作验证表明,StKH17与StPUB17的互作需要STAR-domain,缺失STAR-domain对于酵母自激活效应没有影响;而KH-domain对于酵母自激活效应很重要,但其缺失对于StKH17与StPUB17的互作没有影响。
  3、以StKH17△128-261为诱饵从酵母文库中筛选到3个候选互作蛋白,一个为StKH17自身,另一个为StKH17-2,还有一个为StKH17-3,酵母点对点互作验证表明StKH17-2和StKH17-3与StKH17△128-261特异互作,而不与StPUB17互作。
  4、构建了破坏RNA结合能力的StKH17(GDDG)突变体载体,在本氏烟中瞬时表达时,发现其不能促进晚疫病菌的侵染。表明GDDG domain对StKH17发挥功能十分重要。
  5、构建了StKH17-myc蛋白标签载体并通过马铃薯遗传转化,获得11个转基因株系,Western Blot检测到了3个株系稳定的表达了StKH17和3×myc融合蛋白。
  本研究初步回答了StPUB17可能是通过降解负调控感病因子StKH17从而实现正调控马铃薯晚疫病抗性的假设。另外本研究结果表明,StKH17可能以复合体的形式调控抗病防卫相关基因的可变剪接从而发挥负调控晚疫病抗性的功能。本研究为构建StPUB17-StKH17-靶标蛋白互作模型,阐明StPUB17在马铃薯晚疫病抗性中的功能和分子机制奠定了良好基础。
[硕士论文] 谢媛媛
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:马铃薯野生种具有许多生物和非生物抗性,但它与栽培种之间由于胚乳平衡数和倍性差异,不能直接进行有性杂交,体细胞杂交技术能够克服有性杂交不亲和的障碍,为马铃薯野生种的利用提供了一条有效途径。
  本实验室前期利用二倍体不结薯野生种S.etuberosum(简称ETB)和栽培种双单倍体AC142融合,获得了93个体细胞杂种;利用二倍体野生种S.commersonii(简称MLM)和AC142融合获得51个体细胞杂种。野生种S.etubersoum具有多种病毒抗性,S.commersonii具有良好的直接和驯化抗寒性。为了利用这批体细胞杂种,本研究选择其中的整倍体材料(四倍体和六倍体),系统分析了S.etuberosum+AC142(EA体细胞杂种)的病毒抗性、结薯特性和胞质遗传组成,S.commersonii+AC142(MA体细胞杂种)的胞质遗传组成,以下是主要结果:
  1、细胞质遗传组成分析:用叶绿体和线粒体特异性引物对体细胞杂种的细胞质来源进行了分析,并根据体细胞杂种片段扩增差异进行聚类分析,结果表明部分体细胞杂种由双亲的线粒体基因组重组而成,叶绿体只有一个亲本的。其中,EA体细胞杂种叶绿体组成存在明显的偏向性,多数为AC142的叶绿体类型;MA体细胞杂种则不同,它的叶绿体类型没有明显的偏向性。
  2、EA体细胞杂种的病毒抗性鉴定:利用病毒接种鉴定方法,从37份体细胞杂种中筛选到7个PVY抗性材料:EA7-3,EA11-1,EA48-1,EA56-1,EA92-1,EA5-1和EA28-1,8个PVS抗性材料:EA11-1,EA48-1,EA56-1,EA92-1,EA5-1,EA49-1,EA53-1和EA88-1。2个PVX抗性材料:EA11-1和EA40-1。因融合亲本均有PVA抗性,所有体细胞杂种也均具有PVA抗性。
  3、EA体细胞杂种的结薯表型鉴定:分别于2016年上半年和2016下半年在温室大棚对体细胞杂种的结薯情况进行分析;在培养室进行试管薯试验。综合3次实验结果表明四倍体杂种都可以结薯,六倍体体细胞杂种结薯存在差异:部分结薯,部分不结薯,部分体细胞杂种有明显高于亲本的薯重。三次结薯试验的相关性分析表明,2016上半年结薯试验与下半年结薯试验有极显著的相关性,与试管薯结薯同样有极显著的相关性,而2016年下半年结薯试验与试管薯结薯没有相关性。
[硕士论文] 彭晓君
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:马铃薯(Solanum tuberosum L.)因其丰富全面的营养得到广泛的使用,其加工产业中的高附加值产品薯条薯片等,因其独特的风味而备受人们喜爱,然而马铃薯中的低温糖化现象严重阻碍了薯条薯片等油炸加工产品的发展。淀粉是马铃薯块茎的主要储能形式,前人研究表明,淀粉处于淀粉-糖代谢的源头,是造成低温糖化的主要因素之一,其中β-淀粉酶9(StBAM9)尽管检测不到淀粉酶活性,但对马铃薯的低温糖化有着重要作用,为了研究这类无β-淀粉酶活性的蛋白是发挥功能的机制,本研究主要从蛋白水平对StBAM9互作蛋白进行了分离,并完成了验证及互作机制解析,主要研究结果如下:
  1.利用马铃薯低温糖化酵母文库对StBAM9的互作蛋白进行了筛选,得到了92个与StBAM9和StBAM9-P互作的蛋白,其中与StBAM9和StBAM9-P都互作的蛋白有12个,通过WEGO分析,两者的潜在互作蛋白在定位、分子功能以及生物学途径上相似,主要定位在细胞内,大多数是具有催化活性和结合功能的蛋白,且大部分蛋白富集在细胞、代谢、生物调控以及对刺激的响应的生物学途径上。通过酵母点对点验证,初步得到4个互作蛋白分别是StDUF842、StTPR01660、StTPR22129和StTPR45174。
  2.为了明确StDUF842、StTPR01660、StTPR22129和StTPR45174在马铃薯栽培种E3中不同组织及块茎低温处理下的表达模式,我们通过qRT-PCR进行定量分析,得到StDUF842、StTPR22129在叶片中相对表达量高,StTPR01660在叶片和成熟的薯块中相对表达量高,StTPR4517334在成熟薯块中相对表达量高,其中StTPR01660和StTPR45174与StBAM9类似,在成熟的薯块中表达量高。叶片是马铃薯主要的产能器官,薯块是马铃薯主要的储能器官,推测它们都很有可能参与淀粉的降解。
  3.为了明确StDUF842、StTPR01660、StTPR22129、StTPR45174的亚细胞位置,分别构建GFP融合表达载体GFP-StDUF842、GFP-StTPR01660、GFP-StTPR22129、GFP-StTPR45174,通过农杆菌介导的烟草瞬时表达得到StDUF842、StTPR01660、StTPR22129、StTPR45174都定位于细胞质。
  4.为了进一步明确互作蛋白与StBAM9在植物细胞中的互作部位,我们通过BiFC对StDUF842、StTPR01660、StTPR22129、StTPR45174与StBAM9进行互作验证,发现只有StTPR01660与StBMA9互作于淀粉粒上,另外StTPR01660与定位在质体基质中的β-淀粉酶1(StBAM1)互作于细胞质。另外,GST pull down结果表明StTPR01660与StBAM9有互作,且还发现StTPR45174与StBAM9有着较强的互作。而前期研究表明StBAM9定位在淀粉上,由此我们推测StTPR01660可能在细胞质中与StBAM1互作,形成复合体,并通过StBAM9的招募,到达淀粉粒上,从而实行淀粉粒上淀粉降解的功能;此外,是否存在StTPR45174等其他蛋白参与这个过程,还有待于进一步确定。
  5.为了明确StTPR01660、StBMA1与StBMA9间互作的区段,我们以不同的StTPR01660短截区段与StBMA9进行酵母点对点实验,结果表明StTPR01660完整的TPRdomain区段(第181到277个氨基酸区段)才能与StBMA9互作。通过NCBI对StBAM1进行结构域的预测,发现第1到85个氨基端区段有一个质体转运肽,第111到542个氨基端区段为葡糖基水解酶结构域。通过将水解结构域进行短截,我们得到StBAM1的第330到413个氨基酸区段与StBAM9-P互作。通过NCBI对StBAM9进行结构域的预测,发现第1到63个氨基端区段有一个质体转运肽,第88到506个氨基端区段为葡糖基水解酶结构域。通过将水解结构域进行短截,我们得到StBAM9的第238到386个氨基酸区段与StBAM1互作。StBAM1和StBAM9这两个短截的区段里含有两个相同的底物结合位点(赖氨酸和组氨酸),推测StBAM9可能借助StBAM1行使降解淀粉的功能。
  6.通过StBAM9干涉株系中直链和支链淀粉含量测定结果表明,在4℃30d处理条件下,支链淀粉的降解速度比直链淀粉的降解速度慢,StBAM9更青睐于支链淀粉,我们可以进一步通过蛋白体外添加实验,明确互作蛋白与StBAM9可能的功能机制。此外,StBAM9干涉株系及对照的淀粉磷含量测定结果表明干涉株系与对照E3相比无显著差异,说明StBAM9调控的淀粉降解可能不是通过淀粉磷酸化的途径。
[硕士论文] 周扬帆
农村与区域发展 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:农情信息有效快速的获取是农业科学决策的重要保障。除常用的统计抽样调查方法外,随着空间信息技术的不断发展,遥感数据已广泛应用于农作物种植信息提取研究中;利用遥感技术快速准确地实施农作物分布、长势等变化的监测是农业生产与管理部门的迫切需求。我国地域广阔,人口众多,三大传统粮食作物增产空间有限,粮食安全问题尤为重要与突出。马铃薯以其适应性广、单产提升空间大等优势显示出强劲的发展势头,成为新时期确保国家粮食安全的新途径,2015年初农业部正式启动了马铃薯主粮化工程。
  目前,我国利用遥感监测的农作物主要集中于水稻等禾本科作物及大豆等豆科作物,对于茄科作物马铃薯研究较少。而且近年来,神经网络技术以其较高的分类精度、较广的应用范围逐渐成为农作物空间信息识别的重要手段。
  因此,本文选用BP人工神经网络分类方法,结合高光谱特征分析确定输入特征的方式,利用Landsat-8遥感影像对吉林省长春市纪家镇、兴隆镇马铃薯分布进行遥感提取。主要方法和结果如下:
  1、构建多种高光谱指数确定马铃薯与其他作物的光谱差异特征
  以马铃薯关键生长期——结薯期为测量时点,以马铃薯和玉米、大豆、水稻为研究对象,开展高光谱曲线特征差异性研究。为更好地描述马铃薯与其他作物的光谱差异,创建了高光谱反射率差异性指数、高光谱一阶导数差异性指数、高光谱红边幅值差异性指数、高光谱曲率差异性指数、高光谱植被指数差异性指数。结果表明:
  马铃薯与玉米、大豆、水稻3种作物光谱曲线具有明显差异,马铃薯与玉米的反射率值在480nm附近蓝色波段位置差异最显著,差异性指数值为67.866%,与大豆、水稻的最大差异性指数值分别为49.068%、57.559%,均位于550nm附近绿色波峰位置;作物光谱曲线经一阶导数变换运算,马铃薯与其他作物间的光谱差异被显著放大,在近红外波段放大程度最显著;马铃薯与玉米、大豆、水稻高光谱曲率差异性指数最大值均位于波长750nm附近,差异性指数值分别为78.365%、63.471%、80.882%;常用植被指数中,比值植被指数、增强型植被指数可显著区分马铃薯与玉米、大豆、水稻。
  2、开展不同作物的高光谱差异性分析,确定BP神经网络分类输入特征
  以普通遥感器为基础进行马铃薯与其他作物的分辨,植被指数和光谱波段反射率都可以作为输入特征值。选择距离地面光谱曲线测量时间最接近的2016年7月4日Landsat-8遥感影像;结合高光谱差异性分析结果,将差异较小的红色波段剔除,植被指数选择差异最大的比值植被指数RVI;综合后将输入特征确定为23567波段+RVI以进行BP神经网络的参数优化训练。
  3、确定神经网络分类结构
  选用landsat-8遥感数据,借助ENVI平台构建基于BP神经网络的土地覆盖分类模型,应用于研究区的马铃薯等作物分类研究。以23567+RVI波段特征作为输入,不断调节分类参数,确定最优分类网络结构。最终确定的参数值为:活化函数为对数函数,初始权值为0.1,学习速率为0.1,动量因子为0.5,RMS为0.3,隐层数目为1,训练次数为350,最小输出活化阈值为0。
  4、马铃薯分布结果及精度验证
  以最优参数分类得出的结果经混淆矩阵精度检验,达到的分类总精度为95.8675%,Kappa系数为0.9395,其中马铃薯的分类精度为89.18%。
  选择作物生育期内多时相的Landsat-8影像进行精度对比验证。影像日期分别为2016年7月4日、2016年8月5日、2016年9月22日。最终得出2016年7月4日的Landsat-8影像分类精度最高;分析原因为该时间距离地面实测光谱的时间最近,因此光谱特征与差异性结果最相似。
  选择作物生育期内多时相的GF1影像与Landsat-8影像的分类结果进行精度对比,结果显示Landsat-8影像分类精度远高于多时相GF1影像的分类精度;分析原因为Landsat-8影像包含的光谱信息比GF1丰富,即使空间分辨率不及,但对于马铃薯识别而言,光谱信息更重要。
  与ISODATA法、最小距离法、最大似然分类法进行分类精度对比分析,BP神经网络的分类精度最高;表明BP神经网络的自组织学习适应能力对于分类精度的提升有很大影响,是较优的遥感影像马铃薯识别方法。
[硕士论文] 解雅晶
食品加工与安全 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:马铃薯是世界第三大粮食作物,消费量仅次于小麦和水稻。马铃薯中富含多种维生素及矿物元素,被誉为“地下苹果”、“第二面包”和“植物之王”。为了减少马铃薯贮藏期间的发芽率和腐烂率,通常将收获后的马铃薯置于4℃贮藏。然而,低温贮藏会导致还原糖的积累,造成低温糖化现象。还原糖含量过高会使马铃薯在高温烘焙、油炸过程中,与游离氨基酸发生美拉德反应,产生类黑色素,严重影响产品的色、香、味,并且还会导致丙烯酰胺的积累,不利于人体健康。因此,还原糖含量是马铃薯加工业的重要检测指标,如何有效控制其积累量,是马铃薯贮藏保鲜中的重点与难点。本文通过不同温度贮藏马铃薯,探究其低温糖化机制,并研究UV-C、赤霉素和S-香芹酮处理对马铃薯低温糖化现象的调控作用。具体结果如下:
  低温通过调控马铃薯腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(A GPase)、淀粉合成酶(GBSS)、β-淀粉酶(BAM1/2)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)、酸性转化酶(INV1)以及酸性转化酶抑制子(INH1)等基因的表达,引起低温糖化现象的发生,以此增加机体对冷胁迫的响应应答。
  UV-C处理显著延缓马铃薯块茎中葡萄糖和果糖的积累,贮藏28天后,抑糖率达到39%。在此过程中,SPS和INV1的表达被UV-C处理显著抑制。由此推测,UV-C通过降低蔗糖合成速率,同时抑制蔗糖进一步分解,最终减缓了马铃薯低温糖化现象的发生。
  赤霉素处理可上调块茎中BAM1/2和脲苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(UGPase)的表达,下调AGPase、GBSS和INH1/2的表达。通过降低淀粉合成速率,同时加快淀粉及蔗糖水解,加剧低温糖化现象的发生。而S-香芹酮处理通过上调GBSS和INH1/2,导致淀粉合成速率加快,蔗糖分解速率减慢,最终减轻了低温糖化现象的发生。
  由上得出,马铃薯低温糖化现象受到BAM1/2、AGPase、GBSS、SPS、INV1和INH等多个基因的共同调控,UV-C、赤霉素和S-香芹酮处理通过调控糖代谢相关基因表达,从而调控马铃薯低温糖化现象。此外,UV-C和S-香芹酮均可作为潜在的控糖技术在马铃薯加工业中进行应用。
[博士论文] 杨亚东
区域发展 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:马铃薯作为世界第四大作物,耐旱、耐寒、耐瘠薄,具有产业链条多、产品形态多、价格类型多等特点。2016年,马铃薯主粮化战略的提出正式将马铃薯产业定位在国家粮食安全层面。由于部分地区种植面积快速扩张,致使价格起伏较大,市场波动周期明显,马铃薯区域性、季节性囤积卖难现象频发。部分地区以劳动力、能源消耗为主的成本推动型发展方式导致水土环境恶化。质量差、产量低、分级模糊、种质匮乏等问题导致马铃薯减贫扶贫功能大幅弱化,严重制约马铃薯产业健康发展。本研究在剖析马铃薯产业现状的基础上,基于省域和县域尺度分析中国马铃薯种植空间格局演变特征,通过分析中国马铃薯种植空间格局演变动力机制和内生机制,模拟不同情境下基于生态适宜性的中国马铃薯种植空间布局,综合分析提出中国马铃薯生产区域布局优化路径。主要进展与结论如下:
  1.运用综合比较优势模型和空间分析方法,基于省域和县域尺度分析了中国马铃薯种植空间格局演变特征。结果表明,中国马铃薯种植综合比较优势在西北、西南和中东部地区呈现上升趋势,在东北、华北和中部地区呈现下降趋势。中国马铃薯种植重心总体沿着“西南-东北-西南”的轨迹移动,呈现阶段性持续增强特征和“由北向南、由东向西”转移的趋势,2000年以后加速向西南移动,重心由山西省长治市变为四川省达州市,向西南方向移动了50507公里。中国马铃薯种植空间格局在县域尺度经历了向西南移动(1983-1994年)、向东北移动(1994-2001年)和再向西南移动(2001-2013年)三个阶段。
  2.运用主成分回归分析等方法,定量分析气候变化、技术进步、比较收益和政策扶持等主要指标,从完全不可控要素、完全可控要素和部分可控要素三个方面构建中国马铃薯种植空间格局演变动力机制。其中,中原二季作区和西北一季区具有较大自然比较优势,生长季降水量、生长季日照时数、生长季平均气温等影响因子得分为0.38、0.38、0.37;西南一二季混作区比较收益方面优势明显,替代作物价格、每亩总成本、亩净利润等影响因子得分为0.23、0.22、0.17。西北一季区和西南一二季混作区的种植科技水平优势相对突出,但种植技术在空间格局形成中影响力并不明显。
  3.运用条件价值评估法和多元线性回归模型,分析1208个调研农户马铃薯种植意愿的主要影响因素,在个体决策影响群体决策,进而改变区域空间格局的逻辑设定下,构建中国马铃薯种植空间格局演变内生机制。正向影响马铃薯种植支付意愿的因子从高到低排序依次为:教育程度、马铃薯出售价格、每亩补贴收入、实际耕地面积。负向影响马铃薯种植支付意愿的因子从高到低排序依次为:每亩种薯成本、每亩自营土地折租、每亩流转费用、每亩农药成本、每亩机械成本、信息来源是否丰富、是否关注替代作物市场信息、马铃薯种植面积、家庭马铃薯年饲用量。
  4.运用全球农业生态区划模型、多源数据融合模型和自回归滑动平均模型,基于生态适宜性视角,模拟多情境下的中国马铃薯种植空间格局分布情况并测算其布局优先序。结果显示,近期(2011-2040年),中国马铃薯在主粮化情境、延续性情境和极端型情境的总需求量分别为1038206万吨、978338万吨和1093599万吨;中远期(2041-2070年)的总需求量分别为1148993万吨、1259781万吨和1481354万吨。在主粮化情境下,中国马铃薯种植生态适宜区布局优先序依次为:松嫩三江平原区、长城沿线区、晋东豫西丘陵山地区、长江下游平原丘陵区。在延续性情境下的优先序依次为:松嫩三江平原区、长城沿线区、晋陕甘黄土丘陵沟谷区、山东丘陵区和川滇高原山地区。在极端型情境下的优先序依次为:松嫩三江平原区、内蒙及长城沿线区、黄土高原区、黄淮海区、西南区、华南区和长江中下游区。
  5.综合分析提出中国马铃薯生产区域布局的优化路径。在主粮化背景下构建种薯种植区、食用薯种植区、兼用薯种植区;在延续性情境下构建马铃薯种植优势区、传统区和过渡区;以极端型情境为政策构建出发点,在具备种植优势的区域开展马铃薯全产业链布局,树立生存性口粮不足情况下的新型人地关系与粮食生产底线意识,确立马铃薯的“预备粮”、“准口粮”和“选择粮”战略定位,进一步强化国家粮食安全战略的物质基础。
[硕士论文] 秦丽娟
农业水资源与环境 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:地膜覆盖安全期是指作物在特定区域内覆膜的最佳时间。本文于2016、2017年,在青岛胶州、平度开展马铃薯不同时间的揭膜试验,设置露地、播种30d、60d、75d、90d中途揭膜和全生育期覆膜6个处理,通过研究不同揭膜时间对马铃薯农田土壤水热状况,马铃薯生育进程、产量、商品率及品质等的影响,确定了华北集约农区马铃薯地膜覆盖安全期。同时,于2016年在青岛胶州开展生物降解地膜马铃薯种植试验,通过分析不同生物降解地膜降解特性及其对马铃薯农田水分温度和马铃薯产量的影响,以筛选出适宜马铃薯生产的生物降解膜。论文主要结论.
  (1)华北集约农区地膜覆盖对马铃薯农田土壤的增温保墒作用在播种60d内表现最为明显。在马铃薯播种-出苗期,全生育期覆膜10cm土层日均地温为13.1~14.2℃,较露地种植提高0.8~1.1℃,土壤积温为369.6℃d,较露地增加66.1℃d。相比全生育期覆膜及其他揭膜处理,60d揭膜马铃薯农田10cm土层地积温最高,为1795.6℃d,结果说明,马铃薯播种60d内地膜覆盖可以显著增加10cm土层地温日较差,而播种75d和90d揭膜对10cm土层地温日较差影响不大。另一方面,在60d和75d揭膜马铃薯土壤水分利用效率最高,为80.2~113.1kg m-3,较露地种植提高20.2%~40.7%,较全覆膜处理提高4.4%~10.8%。
  (2)揭膜时间对华北集约农区马铃薯生长具有重要影响。播种60d后揭膜不影响覆膜效果,仍可以加快马铃薯幼苗生长、缩短马铃薯生育期。播种60d揭膜马铃薯产量最高,较露地种植增产13.4%~31.0%,较全生育期覆膜增产4.1%~8.4%;75d揭膜马铃薯产量较高,较露地种植增产10.4%~25.9%,较全生育期覆膜增产1.4%~4.2%。播种60d揭膜马铃薯商品率最高,较全生育期覆膜增加9.1%~10.2%,75d揭膜马铃薯商品率较高,较全生育期覆膜增加7.4%~8%。60~75d揭膜马铃薯脂肪含量提高50%~90%,75d后揭膜马铃薯淀粉含量增加8.4%~13.3%,90d揭膜处理马铃薯蛋白质含量提高14.2%,全覆膜处理马铃薯维生素C含量增加15.9%,即播种60d后揭膜有利于改善马铃薯品质。因此,该地区马铃薯地膜覆盖安全期为60~75d。
  (3)主要材料为PBAT的生物降解膜保温性能良好,播种65~75d后膜面开始破裂,避免马铃薯生育后期高温对马铃薯生长的影响。PBAT地膜覆盖种植的马铃薯产量最高,为52.5~53.3t hm-2,比PE地膜马铃薯增产6.7%~8.3%,比露地种植马铃薯增产17%~18.7%。主要材料为PBAT+PPC与PPC的地膜开始降解时间为播种后35~55d,这些处理覆盖种植的马铃薯产量为50.2~51t hm-2,均明显低于PBAT地膜覆盖种植的马铃薯产量。因此,主要材料为PBAT的生物降解地膜适于华北集约地区马铃薯生产。
[硕士论文] 叶丹丹
模式识别与智能系统 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:损伤马铃薯在损伤识别过程中难以检测,易腐烂、难储存,导致严重的食品安全和经济问题。由此,本研究提出基于高光谱成像技术的无损检测方法,以实现对损伤马铃薯的识别以及损伤程度的分类。
  健康与损伤马铃薯的高光谱图像作为本次的研究对象,其中损伤样本是通过定量损伤装置诱导而成的,共包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级损伤。高光谱图像分析的首要步骤包括:图像校正、背景分割与剪裁这三个方面。然后,对比线性判别分析法(Liner Discriminant Analysis,LDA)、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)与自适应增强算法(Adaptive Boosting,AdaBoost)建立损伤识别模型的效果,确定AdaBoost为最佳分类模型。接着,比较了多项式平滑(Savitzky-Golay,S-G)、一阶导数(First derivative,D1)、二阶导数(Second derivative,D2)、标准正态变量变换(Standard Normal Variate,SNV)、多元散射校正(Multiplicative Scatter Correction,MSC)及其组合方法预处理光谱的效果。最后确定用于建立识别损伤、Ⅰ级损伤、Ⅱ级损失、Ⅲ级损伤、Ⅳ级损伤马铃薯的五个模型(分别命名为A1、A2、A3、A4、A5)的最优预处理方法分别为:D1、SNV、无预处理、无预处理、SNV。
  另外,改进了模拟退火算法选取特征波长,A1、A2、A3、A4、A5模型的识别精度都有提高,分类成功率为99.12%、97.89%、96.05%、100%、100%。
  此次研究表明,应用高光谱成像技术可实现损伤马铃薯的准确检测,并可成功地将不同损伤程度的马铃薯进行分类,为马铃薯的在线和无损检测提供新思路。
[硕士论文] 黄雾
蔬菜学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:马铃薯是世界上最重要的根茎类粮食作物。马铃薯的野生种质资源多为二倍体和四倍体,在遗传育种方面应用广泛。目前,马铃薯双单倍体参考基因组DM已经发表,且在功能基因克隆等研究方面发挥了很大作用。但是由于多马铃薯基因组杂合度较高,单体型之间的差异较大(>1%),双单倍体参考基因组能提供的信息有限,不能满足二倍体马铃薯育种和基因组功能研究的需求。由于二倍体马铃薯基因组高度杂合,组装难度较大,国际马铃薯团队曾尝试对二倍体马铃薯RH进行测序组装,但是没有成功。本课题利用10X genomics(10XG)建库和高通量测序手段,结合自己开发的基因组组装和单体型分型流程,成功对RH进行了基因组组装、分型和注释。并利用自交后代群体从头构建了遗传图谱,将组装所得的序列进行了染色体锚定。在区分了单体型基础上,对单体型多态性进行了分析,解析了杂合基因组等位基因之间差异的特征。该方法可以作为杂合物种基因组组装的借鉴。本课题主要结果有:
  (1)结合10XG长片段文库构建和高通量测序,从头组装了杂合二倍体马铃薯RH的基因组。该组装长度一共1.7Gb,scaffold N50为308Kb,完整性达到93.3%。通过对基因组进行基因注释,识别出71561个蛋白编码基因。
  (2)开发了一套从头构建遗传图谱的方法。将约90%的组装序列锚定到24个连锁群上,对应RH的12对染色体。
  (3)通过单体型共线性分析,共找出844个共线性区域,覆盖55.5%的基因组区域,包含36,297个基因,占基因组总基因数比例为50.67%。分析比较共线性区域单体型之间的多态性,共找出5.23M的SNPs以及552K个InDels,单体型差异大于1%。
  (4)结合RH自交群体的等位基因分离情况,对基因组上严重偏分离区域进行分析,初步解释12号染色体上一个严重偏分离区域内,单体型上的基因结构和表达差异。
[硕士论文] 苏一钧
作物 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:随着我国大众生活水平的逐渐提高,菜用甘薯因其食用、保健价值受到了追捧,观赏甘薯以叶色叶型丰富成为了重要的园林绿化植物。然而国内菜用和观赏用甘薯研究基础薄弱,种质资源数量及其亲缘关系等基础信息匮乏。为了发掘菜用和观赏甘薯种质资源,分析其遗传多样性,获得菜用和观赏甘薯品质特性,本文对国家种质徐州甘薯试管苗库田间圃1100份资源进行表型特征评价,初步筛选菜用和观赏用甘薯种质96份。针对这些种质,研究结果如下:
  1.基于12个表型性状对田间表现健康的89份菜用和观赏甘薯资源进行主成分和聚类分析。
  结果得到了5个主要成分,累计方差贡献率为80.50%。将主成分1与主成分2作图,得到了3个类群,并发现茎端缠绕度越大,茎端茸毛越少的现象。UPGMA法聚类共有8个类群,但是15份资源通过聚类没有彻底区分开,说明形态学标记在种质鉴定中具有局限性。
  2.利用SSR分子标记对这96份种质进行了遗传多样性和群体结构分析。
  30对SSR引物扩增了269条多态性条带;将种质资源按来源地归类,通过MEGA6.06软件分析,不同地区间平均遗传距离为0.404,用DPS软件计算了96份资源内的Nei72遗传距离为0.15-0.76,平均遗传距离是0.66,在遗传距离为0.272处可划分为3个类群,其中类群Ⅲ在遗传距离为0267处划分为3个亚群,通过群体结构分析将96份资源划分为3个组群,通过对NJ聚类法与Structure群体结构分析比较,认为两种方法分析结果相互吻合。
  3.对部分菜用和观赏甘薯种质进行品质分析。
  对其中75份菜用和观赏甘薯种质进行了食味评价和方差分析,结果发现“湛薯01-2”、“甜脆薯”、“DAJIA”、“秦薯10号”、“冀薯3号”、“三角拧”、“湘薯18”、“鲁薯4号”的食味评价极显著高于对照。测定了58份资源的蛋白质、脂肪、膳食纤维、总多酚含量、抗氧化活性品质性状数据,构建了其品质性状数据库,为后续资源利用提供参考。其中,“湛薯01-2”的食味评价、脂肪含量、总多酚含量和抗氧化活性均最高。
  通过形态学标记、分子标记、品质测定对菜用和观赏甘薯种质资源进行了遗传多样性分析和较大范围的鉴定和评价。以期对未来菜用甘薯、观赏甘薯、菜观兼用型甘薯资源利用和新品种选育提供参考。
[博士论文] 段绍光
蔬菜学 中国农业科学院 2017(学位年度)
摘要:随着我国与国外合作的日益深入,我国的马铃薯种质资源数量和种类得到了很大的改善。中国农业科学院蔬菜花卉研究所保存了大量的马铃薯材料,基本可以代表我国整体的马铃薯种质资源组成。本研究利用保存的包括国内育成品种以及从欧洲、北美和CIP等地区和国际研究机构引进的600余份材料,从系谱分析、细胞质分型、表型性状聚类、遗传多样性分析、配合力和遗传力分析等方面进行系统的研究,以期为我国马铃薯种质资源的利用、育种亲本的选配和拓宽我国马铃薯育成品种遗传基础提供参考。本论文获得的主要结果如下.
  1.分析了我国马铃薯审定品种的遗传基础。截至2012年,我国共审定436个马铃薯品种,其中自行选育的379个品种共涉及亲本423个,累计使用724次,按来源分为国内品种、国内品系、地方品种、新型栽培种、北美资源、欧洲资源、CIP资源和其他共8类,相应的核质遗传贡献分别为97.5、107、10.5、16、27.5、71、33和16.5,从中可以看出国内品种和国内品系一直是贡献最大的类型,而农家品种主要以母本为主,外来资源如新型栽培种、欧洲资源和北美资源更多以父本为主。育成品种系谱分析和血缘组成系统分析表明,疫不加、竹板、工业、兰芽和早玫瑰可以称为第一代亲本,男爵、胜利、燕子、白头翁、米拉、多子白、卡它丁和小叶子可以归为第二代亲本。
  2.采用多重引物系统对我国保存的608份马铃薯材料进行了细胞质分型。T、D、P、A、M和W型细胞质占我国马铃薯种质资源的数量和比例分别为303(49.8%)、243(40%)、2(0.3%)、15(2.5%)、6(1%)和39(6.4%),未发现6种类型以外的其他细胞质类型。
  3.选用16个田间表型性状,对454份马铃薯材料进行了UPGMA聚类分析。在欧式距离14.66处参试的所有材料可以被聚成两个类群A1和A。在欧式距离12.74处类群A1又可以被分为两个亚群A11和A12。在欧式距离11.73处全部参试材料可以被聚成9个类群,包括四个小类(A、B、C和H)和五个大类(D、E、F、G和I),其中类群I所包括的材料占总数的57.5%。
  4.筛选获得了36对分布于马铃薯12条染色体上、多态性高、可用于遗传多样性分析的SSR引物,构建了559份材料的系统进化树。利用8份来源广泛、具有遗传背景代表性的材料从332对引物中筛选出36对谱带清晰、多态性较高、容易统计的引物,对559份马铃薯材料总共扩增出134个多态性位点,36对引物扩增出的多态性位点数量在1~7间变动,平均每个引物扩增多态性位点为3.72个。36对引物多态性信息量(PIC)的浮动范围为0.1545~0.7743,平均值为0.5783。采用PowerMarker V3.25构建NJ系统进化树,供试559份材料总体可以分为3个大的类群(类群1、类群2和类群3)。类群1是一个混合群,各地区品种均有分布,包括133份马铃薯材料,占总数的23.8%;类群2中欧洲、北美以及我国东北和西北地区的材料所占比重大,该类群包括的材料数量为187,所占比例为33.5%,类群3中北美、南美以及我国东北和西南地区马铃薯材料所占比重大,其包含的239份材料占供试559份材料的42.8%。
  5.对8个马铃薯加工和早熟亲本进行了配合力分析。大西洋和GT12867-02在单株结薯数上具有较强的负向GCA效应,大西洋两年的效应值分别为-9.89和-15.43,GT12867-02在2010年的效应值为-9.11,大西洋和Lenape在干物质含量上具有较强的正向GCA效应,其中大西洋2009年的相对效应值为4.50;大西洋、GT12867-02和Lenape在炸片颜色上具有较强的正向GCA效应,大西洋两年的相对效应值分别为11.90和12.45,GT12867-02和Lenape在2009年的效应值分别为5.02和4.75。
  6.对马铃薯加工品质和重要农艺性状进行了遗传力的估算和分析。单株产量、干物质含量、单薯重、单株结薯数和炸片颜色两年的所有广义遗传力均大于62%,说明这5个性状受遗传因素影响较大。炸片颜色两年的狭义遗传力均大于50%,说明该性状主要由基因的加性效应决定,不易受环境影响,亲本所具备的炸片品质能够稳定有效地传递给分离后代,可以对该性状进行早世代的选择。单株产量和单薯重两年的狭义遗传力均小于40%,说明这两个性状易受环境条件的影响,应该进行高世代选择。
[硕士论文] 徐进
生物化学与分子生物学 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:马铃薯(Solanum tuberosum L.)是世界公认的主要粮食作物之一,它的块茎不仅可以当作粮食作物,而且还可以用于工业生产淀粉等。在植物光合作用产生的碳水化合物,通过韧皮部筛管向储存库器官运输并积累的过程中,起到主要作用的就是蔗糖转运蛋白(Sucrose transporter)。双子叶植物中的蔗糖转运蛋白包括SUT1、SUT2和SUT4三类,主要功能就是对植物光合产物蔗糖的装载、运输和卸载过程的调节作用。在马铃薯中,StSUT1蛋白主要对蔗糖的装载进行调控,StSUT4蛋白主要对蔗糖的卸载过程进行调控,并且还与光周期相互作用来调节马铃薯植株的开花、茎长短和块茎形成,但是StSUT2蛋白的功能仍是未知的。根据国内外多年来对高等植物SUT2的研究分析来看,它的结构与葡萄糖信号感受器类似,因此推测SUT2有可能是蔗糖信号感受器而不是蔗糖转运体。
  本研究主要通过构建马铃薯StSUT2基因的干扰载体,并对其转化至马铃薯中,为对StSUT2蛋白进行功能分析奠定了基础。实验主要分为两部分:一是干扰载体的构建,用Gateway克隆技术可将StSUT2基因干扰片段快速重组到表达载体中,通过对重组子进行测序,确定为干扰表达载体;二是马铃薯遗传转化,将构建好的干扰载体通过农杆菌介导法转化至马铃薯块茎中,使其再分化产生含有干扰基因的转基因植株。取得的主要成果如下:
  (1)利用TOPO克隆,将扩增出的干扰片段整合到pENTR中,构建出入门载体命名为pENTR-SUT2。
  (2)根据Gateway克隆技术进行LR重组,根据入门载体与表达载体的attL和attR位点重组,构建出干扰表达载体pSUT2-RNAi。
  (3)用冻融法将干扰载体pSUT2-RNAi转至农杆菌GV3101中。
  (4)将干扰载体转化至夏波蒂(SHB)和陇薯3号(L3)等马铃薯品种的块茎中,通过卡那霉素筛选和PCR扩增检测,初步确定干扰基因已经成功转入马铃薯植株中。用实时荧光定量 PCR对转化株进行相对表达量检测表明,干扰基因已经转入马铃薯植株,并对StSUT2基因表达产生抑制作用。
[硕士论文] 朱斌彬
机械设计及理论 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:甘薯是一种营养丰富、用途广泛、高产稳产的农作物。中国的甘薯种植面积和总产量均位于世界前列。在甘薯生产过程中,栽插环节是用工量最大的环节之一,占到总用工的1/4以上。因此,对甘薯移栽机械的研究可以有效地推动产业的机械化水平向前发展,对整个产业的机械化具有十分重要的意义。
  我国的甘薯移栽机研发使用尚处初级阶段,机具也多以半自动移栽机、简易移栽器为主。结构简单,成本低,但是无法进行膜上移栽,且无法实现精确的栽植轨迹。根据这一现状,在了解国内外现有移栽机械的基础上,研制出一种带夹式甘薯裸苗移栽机,实现了甘薯的插秧作业。主要研究内容及创新之处如下:
  (1)确定带夹式甘薯裸苗移栽机的总体方案,移栽机的行进方式为牵引式,主要由行走系统、送苗装置、插秧装置、夹苗装置和控制系统组成。
  (2)提出一种四连杆式插秧机构,并设计出由不完全齿轮机构、曲柄连杆机构、齿轮齿条机构和四连杆机构组成的插秧装置。根据甘薯苗插秧作业农艺要求的插秧轨迹,以连杆机构运动的设计轨迹与理论轨迹的偏差最小建立目标函数,利用Matlab优化工具箱提供的多变量有约束非线性最优化函数fmincon计算得出四杆机构的各个参数;利用不完全齿轮机构、曲柄连杆机构和齿轮齿条机构的组合实现插秧连杆的间歇式往复摆动;从而使插秧装置实现精确轨迹的插秧作业。
  (3)设计一种送苗装置。主要由槽轮机构和同步带传动装置组成,实现同步带的间歇式运动配合插秧装置的间歇式摆动,为插秧装置提供秧苗。
  (4)开发带夹式甘薯裸苗移栽机控制系统。控制系统的作用是根据软件程序控制浇水电磁阀的开启和气缸的动作,实现浇水作业和夹苗指的夹紧与松开。通过proteus和keil的联合仿真验证了控制系统的可行性。
  (5)设计移栽机行走机架及传动系统。利用SolidWorks软件建立各零部件的三维模型,利用SolidWorks simulation对移栽机主要零部件进行有限元分析,确保移栽机作业中各部件安全可靠.
  (6)对插秧装置进行了正交仿真试验,根据正交试验表讨论了不同种植土壤情况下的插秧参数配置。对于土壤比较干旱、覆膜种植的情况,最优的插秧参数为插秧装置离地高度设置为80mm,移栽机前进速度为0.3m/s,移栽株距设置为250mm;对于土壤比较干旱、不覆膜种植的情况最优的插秧参数插秧装置离地高度设置为80mm,移栽机前进速度为0.2m/s,移栽株距设置为200mm。对于土壤水肥条件比较好、覆膜种植的情况最优的插秧参数为插秧装置离地高度设置为120mm,移栽机前进速度为0.4m/s,移栽株距设置为200mm。对于土壤水肥条件比较好、覆膜种植的情况最优的插秧参数插秧装置离地高度设置为120mm,移栽机前进速度为0.3m/s,移栽株距设置为300mm。
[博士论文] 轩袁国超
微生物学 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:核因子-Y(Nuclear factor-Y,NF-Y)是真核生物中普遍存在的一类转录因子,由NF-YA,NF-YB和NF-YC三种亚基组成,在植物发育和环境压力应答等生理过程中发挥重要作用。
  本研究以马铃薯作为研究材料,基于拟南芥和番茄中报道的核转录因子NF-YB,在马铃薯基因组中分离鉴定了20个NF-YB蛋白的编码基因。这些基因分布在马铃薯12条染色体的8条染色体上。系统进化分析表明马铃薯20个NF-YB基因聚类形成5个进化分枝。蛋白序列多重比对结果显示马铃薯NF-YB蛋白具有高度保守的核心结构域,而N-端和C-端保守性较差。基因结构分析表明多数马铃薯NF-YB基因同系物间具有相同的基因结构。RNA-seq数据显示马铃薯NF-YB基因具有不同的组织特异性和非生物胁迫诱导表达模式。
  马铃薯20个NF-YB基因中,StNF-YB3.1与拟南芥AtNF-YB3基因及其水稻和小麦中的同源基因OsNF-YB11/HAP3H和TaNF-YB3同源性最高,通过RACE方法克隆StNF-YB3.1基因全长(1171bp),并对其功能进行深入分析。RNA-seq及qRT-PCR结果表明StNF-YB3.1基因在马铃薯各种组织中广泛表达。
  通过农杆菌转化获得超表达StNF-YB3.1的马铃薯转基因植株,田间试验结果表明超表达St NF-YB3.1导致马铃薯开花时间提前、叶片中叶绿素含量显著增加。与非转基因植株相比,转基因(超表达StNF-YB3.1马铃薯植株叶片的光合速率和气孔导度在整个生育期内都显著下降,块茎数量和产量显著降低。气孔性状相关试验表明叶片表皮保卫细胞大小和气孔密度在转基因植株与非转基因植株间没有显著差异,然而与非转基因植株相比,植物激素脱落酸(ABA)介导的气孔关闭能力在转基因植株中显著提高。ABA信号通路中控制气孔关闭的关键因子,如StCPK10-like,StSnRK2.6/OST1-like,StSnRK2.7-like等基因及其下游调控基因StSLAC1-like的表达在转基因植株都显著增强。因此我们推测马铃薯中超表达StNF-YB3.1促进ABA介导的气孔关闭,促使转基因植株光合速率及气孔导度下降,进而导致马铃薯产量降低。
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