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[硕士论文] 刘悦
农业资源利用 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:植物在吸收硅素的同时,常常会在植物内形成一种具备不同形状的非晶体状二氧化硅结构,也叫做植物岩。植物岩在形成的过程中,往往会存续一些有机物,其中就包括部分的有机碳,这一部分的有机碳由于外层硅的包裹,性质非常稳定,可以存续几千年之久,因而在考古学和生态学上具有重要意义。环境学的研究者们发现这部分碳积蓄的总量较为庞大,因此可以减轻生态环境中的碳排放压力,促进生态平衡,实现环境保护的需求。
  水稻是中国乃至全世界最广为种植的农作物,由于水稻是典型禾本科喜硅作物,因此在水稻上研究植物岩的碳固定对环境保护很有帮助。本研究选取中国水稻种植量最大的两个省份:湖南、江西,采集24种早稻、晚稻样品,同时采集这些水稻生长的土壤,分别进行硅含量、植物岩、植物岩碳的提取、分析和测算,得到的结论如下:
  1、早稻和晚稻的植物样品测定显示,晚稻的硅含量、植物岩含量、植物岩碳含量均高于早稻,且茎秆大于谷粒。早稻茎秆硅含量为17.73~46.20g/kg,晚稻茎秆硅含量为65.18~83.01g/kg;早稻茎秆植物岩含量为73.60~108.80g/kg,晚稻茎秆植物岩含量为133.60~176.00g/kg。早稻茎秆植物岩碳含量为52.19~77.19g/kg,晚稻茎秆植物岩碳含量为83.78~96.83g/kg。早稻谷粒硅含量为26.47~35.92g/kg,晚稻谷粒硅含量为40.32~49.04g/kg;早稻谷粒植物岩含量为15.12~24.60g/kg,晚稻谷粒植物岩含量为23.56~28.88g/kg。早稻谷粒植物岩碳含量为43.93~59.08g/kg,晚稻谷粒植物岩碳含量为53.31~68.46g/kg。
  2、以植物岩碳/样品干物质量计算碳固定能力,植物茎秆为4.13~16.42g/kg,谷粒为0.78~1.94g/kg,我们的研究表明,以往被忽视的谷粒固碳能力也很高,值得重视。以中国水稻平均亩产量420kg来计算,一公顷水稻每一个生育期内仅仅是稻谷部分就可以固定大约6.3kg碳。根据中国水稻种植面积计算,中国每年水稻茎秆部分植物岩固定的碳为70.56~284.66万吨,水稻稻谷部分每年固碳约为18.82万吨。
  3、植物中硅含量、植物岩含量、植物岩碳含量间存在显著正相关关系。例如,水稻茎秆的硅含量与植物岩含量的相关系数R2=0.59(P<0.01),谷粒中硅含量与植物岩含量的相关系数R2=0.89(P<0.01),茎秆植物岩与茎秆植物岩碳含量的相关关系R2=0.95(P<0.01),而稻谷植物岩与植物岩碳含量的相关系数R2=0.80(P<0.01)。土壤中硅含量、植物岩含量、植物岩碳含量间的相关性相对较小。
  4、土壤植物岩碳/植物岩的生物质量范围从0.17~0.65g/kg,根据中国水稻种植面积计算,中国水稻土耕层植物岩每年固碳约为1.34~4.97万吨。我们的研究结果表明,通过种植植物岩产生能力强、植物岩碳含量高的水稻品种来吸收固定碳,对自然界中碳的生物固定具有重要的作用,有助于缓解全球气候变暖。
[博士论文] 孙媛媛
农业遥感与信息技术 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:数字图像处理与分析技术广泛应用于植物营养诊断研究,但现有方法和技术路线较多倾向于分析主要生育期的植物冠层及叶片信息,而对营养胁迫条件下叶片整体特征和局部特征时空演变规律的研究挖掘较少。分析叶片特征的时空变化情况,有助于对特异性症状的深入挖掘,使水稻营养胁迫的种类识别和定量诊断更具针对性,对提高数字化诊断效果具有十分重要的意义,目前鲜见相关研究。因此,本研究采用活体扫描方式(该方法既能保证图像的高精度又能实现标准化的获取)动态获取水稻叶片的数字图像,利用数字图像处理技术提取叶片整体与局部特征,并对其时空演变规律进行分析,比较其在不同氮磷钾营养水平下的差异性。在此基础上,对叶片动态特征进行量化和筛选,建立基于叶片动态特征的氮磷钾营养胁迫诊断规则及模型。主要内容及结论如下:
  1.获取氮磷钾胁迫下水稻不同叶位叶片的时间序列图像
  本研究中叶片数字图像数据分别于2014、2015、2016年通过活体扫描的方式获取。为研究叶片的时空动态特征,试验期内(移苗后第20天至第44天,DAT20-DAT44)对标记叶片进行每3天一次的图像采集,获取叶片的时间序列图像。考虑到营养胁迫对不同叶位叶片所造成的影响具有差异性,分别采集未完全展开叶(正在伸展中的新生叶片)、第一、第二、第三完全展开叶的图像信息,为后续动态分析及氮磷钾胁迫诊断模型的建立奠定基础。
  2.氮磷钾营养胁迫下叶片形态和颜色的时空动态特征
  叶片生长发育是一个动态过程,其形态和颜色是体现叶片动态的主要特征。在叶片形态指标中,本研究选取面积指标分析氮磷钾胁迫对叶片伸展和黄化过程的影响;在叶片颜色指标中,有针对性地选取不同的颜色指标(红蓝绿分量、深绿色颜色值、标准红光值)揭示氮磷钾胁迫下叶片颜色的变化情况。结果表明,氮、磷、钾含量越高,未完全展开叶面积增长越快(即叶片伸展速度越快);完全展开叶颜色变化(叶色褪绿)越晚到达“终点”(即叶片褪绿衰老速度越慢)。此外,氮胁迫下未完全展开叶伸展速度最慢、完全展开叶衰老速度最快,磷胁迫次之,钾胁迫下叶片伸展速度相对最快、完全展开叶的衰老速度相对最慢。由此可见,氮胁迫对水稻叶片生长的影响最大,其次为磷胁迫和钾胁迫。
  为将叶片的动态特征用于诊断模型的建立当中,本文按时间顺序以不同时间间隔计算叶片形态和颜色指标的相对生长率(RGR),实现对叶片动态特征的量化,得到不同时间段的动态指标数据集(以3天为间隔的数据集:P1,P2...P7;以6天为间隔的数据集:P1',P2',P3');同时,为进一步提高叶片的识别效果,将动态指标数据集按照时间顺序进行组合,建立组合数据集。
  3.基于叶片动态特征的氮磷钾营养胁迫种类识别
  本研究采取先识别氮磷钾胁迫种类,再确定胁迫程度的诊断思路和技术路线。在氮磷钾胁迫种类识别中,首先采用逐步判别分析法(SDA)筛选有效特征组成最优特征集,再利用Fisher判别法和留一交叉验证法(LOO-CV)建立诊断模型并进行验证,揭示不同叶位叶片在胁迫种类识别中的有效性,确定最佳诊断时间及相应叶位。
  特征筛选结果显示,不同叶位的最优特征集包含不同类型的动态指标(颜色指标、形态指标)。未完全展开叶的最优指标包括RGR(面积、周长、偏心率、主成分分析指数、标准红光值、绿光值)等,叶片伸展阶段的最优特征集包含形态指标和颜色指标,而叶片完全展开后的最优特征集则以颜色指标为主;第一、第二完全展开叶的最优特征集以颜色指标RGR(红光值、蓝光值、绿光值、标准红光值、kawashima指数)为主;第三完全展开叶的最优指标包括RGR(黄化面积、周长、长轴、蓝光值、主成分分析指数、黄化区域蓝光值)等,其中形态和颜色指标在各时间段最优特征集中均有体现。
  叶片动态特征在氮磷钾胁迫识别中的有效性存在时间差异性,且不同叶位的识别效果也有所不同:未完全展开叶的动态特性主要体现在叶片的伸展阶段,完全展开后,其动态特性减弱,故总体识别精度呈下降趋势,最高识别精度出现在P1'数据集中(DAT26),其训练精度为77.30%,验证精度为69.30%;第一、第二完全展开叶处于相对稳定的生长阶段,叶片动态特性较弱,因此识别效果欠佳,总体识别精度在50-60%;第三完全展开叶随水稻生长表现出越来越明显的黄化现象,叶片动态特征愈加显著,识别效果呈上升趋势,在DAT41(组合数据集P1-P7)时达到训练精度100.00%,验证精度95.00%。不同叶位叶片的识别结果表明,未完全展开叶和第三完全展开叶分别为试验前期和中后期的最佳诊断叶位,其中未完全展开叶的动态特征对提高早期营养诊断效果有重要价值。
  4.基于叶片动态特征的氮磷钾营养胁迫程度的识别
  本文在完成胁迫种类识别的基础上,对氮胁迫、磷胁迫、钾胁迫程度的识别做进一步研究。结果表明,氮胁迫、磷胁迫、钾胁迫程度识别中的最佳诊断叶位均为未完全展开叶和第三完全展开叶;试验前期,未完全展开叶的识别效果优于完全展开叶,而在试验中后期以第三完全展开叶的识别效果最佳。
  氮胁迫下,叶片的伸展速度随着氮含量的升高而增加,叶片颜色也呈现不同程度的变化。特征筛选结果表明,叶片伸展阶段的有效指标以形态指标为主,完全展开后的有效指标则以颜色指标为主,最高识别精度出现在P1'数据集(DAT26时),其训练精度为69.80%,验证精度为61.90%;第三完全展开叶从叶尖开始黄化枯萎,并逐渐向叶基部扩展,故最优特征组合由能够表征叶片黄化速度、衰老速度的动态指标组成,包括RGR(面积、短轴、标准红光值、绿光值、黄化区域红光值)等,其组合数据集P1-P5(DAT35)在氮胁迫程度识别中取得研究期内的最高识别精度:训练精度100.00%,验证精度95.20%。
  磷胁迫下,未完全展开叶的面积、叶长等特征的增长速度以及颜色变化速度随着磷含量的变化而改变。因此,未完全展开叶最优特征集主要包含RGR(面积、叶长、红光值、蓝光值、标准红光值)等,在DAT26时(P2和P1'数据集)诊断模型的训练精度达70%,验证精度达65%;随着水稻的生长,第三完全展开叶呈现褪绿、衰老现象,筛选后的最优特征集主要包括RGR(面积、周长、叶长、叶宽、黄化面积、标准红光值、绿光值)等指标,组合数据集P1-P6(DAT38)取得研究期内最高识别精度:训练精度100.00%,验证精度91.70%。
  钾胁迫下,未完全展开叶的伸展速度随胁迫程度的加剧而降低,而第三完全展开叶颜色的褪绿速度随着胁迫的加剧而加快。经特征筛选,未完全展开叶的有效指标主要包括RGR(面积、周长、叶长、绿光值、蓝光值、标准红光值、主成分分析指数)等,第三完全展开叶的有效指标主要为RGR(面积、周长、黄化面积、红光值、主成分分析指数)等。利用未完全展开叶的动态特征在DAT26时(P1'数据集)训练精度达到78.70%,验证精度达到68.50%;而第三完全展开叶的组合数据集P1-P5(DAT35)识别精度达到训练精度100.00%,验证精度97.80%,为研究期内的最高识别精度。
  综上所述,本研究依据植物营养生长机理及氮磷钾胁迫下所呈现的多种缺素症状,对叶片形态特征和颜色特征的时空变化规律进行深入挖掘,利用未完全展开叶伸展过程和第三完全展开叶黄化过程的动态特征,有效地实现了对氮磷钾胁迫种类和胁迫程度的识别,在研究思路与方法上有创新,诊断效果较前人研究也有一定的提升。
[硕士论文] 孙发宇
作物遗传育种 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:硒是人和动植物的有益元素。硒可以增强人的免疫力,在保护心脑血管、肝脏,抗癌、抗衰老方面具有重要作用。对植物而言,硒不仅可以促进植物发育,提高产量,还可以增强植物的抗逆性。本文研究了硒强化对小麦籽粒相关性状、硒氮累积的互作效应、小麦赤霉病的抑制效应以及硒耐性主效数量性状位点定位,以期为更好的利用小麦进行硒强化以应对国民普遍缺硒现象提供理论依据,为提高氮肥利用效率、创新赤霉病防治方法提供思路。
  (1)在小麦硒强化对籽粒相关性状的研究中:选择110份小麦品种(系),采用的施肥方式为基施纳米硒肥,设施Se0、100及150mg·kg-1土三个处理浓度,结果显示小麦籽粒的百粒重均值分别为3.78、4.11和3.70g,籽粒中总硒含量分别为2.00、12.46和17.35mg·kg-1。籽粒中的硒主要以有机态形式存在,以硒蛋氨酸含量最多,其次是硒甲基化半胱氨酸和少量的硒半胱氨酸。基施硒肥对测定的矿质元素的吸收积累既有协同也有拮抗作用,对小麦面粉的糊化特性没有显著影响。对114个不同小麦品种(系)进行叶面喷施硒酸钠,设四个处理浓度:0、100、200、300mg·kg-1100mL·line-1,籽粒的总硒含量分别为1.54、5.70、10.01和13.10mg·kg-1。总体而言,高浓度硒降低了籽粒中钙、镁、铜、铁、锰和硫的含量,但提高了锌的含量。对63个近年来江苏小麦品种(系)进行叶面喷施硒酸钠(强化浓度为300mg Se·L-1),结果显示,叶面喷施硒酸钠可以提高小麦籽粒中的硒含量,总硒含量平均值由对照组的2.13mg·kg-1提高到9.13mg·kg-1,但增幅因品种而异;籽粒中不同矿物质元素对叶面喷施硒酸钠的响应不同,硒降低了籽粒中铜、铁、钾、镁和硫的含量,但提高了锌的含量,对锰和钙元素含量没有影响。
  (2)研究高浓度硒酸钠对小麦主要农艺性状的影响,结合关联分析挖掘小麦耐硒的优异等位变异,为耐硒小麦的品种选育提供参考。利用99个品种进行硒处理(120mg·kg-1),将硒处理前后的性状变化(Se120-CK)作为硒耐性指标与SNP标记进行关联分析,共有44个SNP位点与硒耐性相关联(P<0.01)。13个硒耐受型SNP(如SNP2565-TT,SNP3597-GG)和8个硒敏感型SNP(如SNP2949-CC,SNP3584-CC)被定位。进一步发掘硒耐性优势等位变异组合,发现6209和莜麦3号是典型的硒耐性品种,Field-H和Jupatecar(34+)是典型的硒敏感型品种。
  (3)为研究小麦生长中硒和氮的相互作用,利用材料宁7840和自选高代品系7001,设计2016年和2017年两年的温室盆栽硒-氮试验。试验结果表明,施硒可以促进小麦对氮的吸收,且随着氨水平的增加,这种促进效果会更加显著。施氮也可以促进小麦对硒的吸收,但促进的效率与氮处理浓度有关,在低氮条件下,氮促进小麦对硒的吸收,随着氮处理浓度的增加,这种促进效益被抑制。不同器官中的氮含量为籽粒>叶片>茎秆,在低硒处理下,不同器官中的硒含量表现为籽粒>茎秆>叶片,在高硒处理下,不同器官中的硒含量表现为叶片>籽粒>茎秆。该试验为进行高效硒强化和提高氮肥利用率提供新的思路和方案。
  (4)为研究硒对小麦赤霉病的防治效果,设计离体和活体试验,为赤霉病的药剂防治提供参考。离体培养基试验显示,硒能够显著抑制赤霉菌在培养基中的生长,能显著抑制DON毒素的产生,且与无籽粒的培养基相比,有籽粒条件下的赤霉菌培养的生长更快,产毒能力更强。活体植株试验的结果表明,喷施硒可以抑制赤霉菌在小麦麦穗上的扩展,其中又以有机硒硒代半胱氨酸(Secys)的效果最佳,对喷施硒酸钠和亚硒酸钠的接种赤霉菌籽粒进行DON毒素测定,发现与对照相比喷施硒酸钠和亚硒酸钠在两个品种中均能显著降低DON毒素的含量。离体和活体试验均表明,硒可以抑制赤霉菌的生长或扩展,抑制赤霉菌DON毒素的产生。
[硕士论文] 王琳
细胞生物学 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:过氧化氢(H2O2)是活性氧分子(ROS)的主要成分之一,在植物发育过程中发挥着重要调节作用。植物遭受生物和非生物胁迫后ROS生成量增加,不仅能够导致蛋白质、DNA和脂类的氧化损伤,同时也作为一种重要的信号分子,启动氧化还原传感器触发信号转导以激活防御反应。
  本研究以耐盐牧草星星草(Puccinellia tenuiflora)为材料,应用基于iTRAQ标记的蛋白质组学技术,分析了通过对不同浓度H2O2(0mM、12mM、24mM和36mM)胁迫响应蛋白质的丰度变化模式。在星星草根中共鉴定到2025种蛋白质,其中114种H2O2应答蛋白质丰度变化显著,包括21种丰度上升蛋白质和93种丰度下降蛋白质。这些蛋白质的丰度变化模式暗示着星星草根部启动了多种H2O2应答策略,主要包括:(1)通过调节信号转导相关蛋白的丰度感受并传递氧化胁迫信号;(2)多种氧化胁迫相关蛋白的丰度显著变化,从而抵御氧化损伤;(3)H2O2胁迫影响了根部离子稳态,导致物质转运相关蛋白丰度降低;(4)蛋白质合成与命运相关蛋白丰度降低,导致蛋白质周转受到抑制。这些研究结果为深入解析解星星草氧化胁迫应答的信号与代谢网络提供了重要信息。
[硕士论文] 施璇
作物遗传育种 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:小麦类过敏反应(hypersensitive reaction-like,HRL)是一类在没有病原物侵染情况下就能自发产生类似病原菌侵染后的过敏反应症状,这类突变往往能够增强小麦的抗病能力并且提高防御相关基因的组成性表达。中国小麦品种宁7840通过自发性类过敏反应的产生介导了成株期的广谱抗病性。EMS诱导获得了宁7840的两个HRL缺失突变体:Dlm1和Dlm2,并且两个突变体都易感白粉病。通过对抽穗期的Dlm1,Dlm2突变体和野生型宁7840旗叶提取RNA进行转录组测序来阐述类过敏反应产生的分子机制。结果表明,在宁7840中,二萜化合物相关的压力应激反应介导了类过敏性反应和广谱抗性的产生。此外,在DLM突变体中,氧化磷酸化、蛋白酶解体和光合途径也与抑制类过敏性反应表型相关。这在小麦中提供了一个新的了解类过敏性反应和广谱抗性的分子机制的途径。
  本实验对携带HRL性状的宁7840进行EMS诱变和连续选择,筛选到14个比野生型的HRL表型更为明显的突变体。同时,对这14个突变体和野生型进行四个不同氮素水平处理,结果表明:宁7840野生型在低氮条件下,能够诱导HRL性状的提早表达,随着施氮量的增加,HRL性状延迟显现并逐渐消失(non-HRL),白粉病也随之加重,表现为氮依赖型;但在高氮(每盆6g和9g尿素)条件下,有2个突变体(NMu-HRL-1和NMu-HRL-2)依旧表现HRL性状,为非氮依赖型。通过比较13个氮依赖型(包括宁7840野生型)和2个非氮依赖型的HRL突变体氮肥吸收利用情况,发现两种类型的突变体的氮肥吸收利用效率和施氮量都成负相关关系,同一氮肥水平下,非氮依赖型突变体穗部的氮含量和氮素吸收利用效率都显著高于氮依赖型突变体。低氮(每盆0g和3g尿素)条件下,非氮依赖型突变体的叶绿素含量显著低于氮依赖型突变体,高氮条件下,两种类型突变体植株内叶绿素含量差异不显著。在同一氮肥处理水平下,这两种类型的突变体之间白粉病严重度存在极显著差异,氮依赖型HRL突变体在高氮条件下白粉病严重度极显著高于非氮依赖型HRL突变体,非氮依赖型突变体在高氮条件下仍然高抗白粉病。
  小麦品系P7001携带的HRL性状在0g氮处理下表达,但当氮供应较多时,该性状消失,因此认为该表型受氮素调控,并称之为氮依赖性。结合BSA和RNA-seq技术(BSR-Seq),并利用P7001×P216的F5代的重组自交群体将P7001中氮依赖的HRL基因(Ndhrl1)定位在小麦2B染色体的短臂上,位于CAPS/dCAPS标记7hrC9和7hr2dc14之间,且HRL性状与dCAPS标记7hrdc2共分离。在此定位的基础上,进一步对小麦2Bs染色体的参考基因组序列的SSR位点筛查,开发并筛选到207个多态性SSR标记,应用其中3个区间内的SSR标记和共分离标记7hrdc2对F7次级分离群体的2437个单株进行基因型分析和表型鉴定,将Ndhrl1定位于分子标记7hrdc2与C075783之间,物理距离8.5Mb。从该基因的染色体位置和性质方面来看,Ndhrl1很可能是小麦中的一个新基因。转录组测序数据的进一步分析表明,植物-病原体相互作用、氮代谢、玉米素生物合成和植物激素信号转导这四条信号路径在HRL植株和non-HRL植株间差异显著。
  该研究对理解小麦HRL性状的多样性及解析广谱抗性机制以及阐明氮肥、类过敏反应和抗病性之间的关系具有一定的意义。
[硕士论文] 王亚楠
营养与食品卫生学 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:随着全球转基因产品的日益增多,以及越来越多的转基因作物品系获得商品化生产,品系特异性检测已成为国际上转基因成分检测的重要方法。随着技术的不断发展和进步,转基因食品的检测技术也在向着快速、精确、高通量的检测方向发展。基于核酸特异性检测,现已有四种方法,分别是通用元件的筛选检测、外源特异性基因检测、构建特异性检测和品系特异性检测,其特异性强度依次增加,品系特异性检测的特异性最高。目前检测转基因品系特异性的主要方法有普通PCR、实时荧光定量PCR和环介导等温扩增(Loop-mediated Isothermal Amplification,LAMP)法,他们各有优缺点。
  转基因水稻PA110-15是通过农杆菌转化获得的含有高赖氨酸储藏蛋白基因的水稻品种,目前尚未获得我国农业部颁发的安全证书。为更好地监测转基因水稻PA110-15品系的存在,我们有必要建立品系特异性的检测方法来满足转基因标识管理的要求。从长远角度看,建立转基因水稻PA110-15品系特异性检测方法可以有效防止该转基因事件流失到市场,并对我国水稻及其制品的安全管理,特别是对我国未通过安全评价转基因植物品系的筛查和监控方面具有重大意义。
  本研究根据转基因水稻PA110-15的5'端外源插入片段旁侧序列建立了普通PCR、实时荧光定量PCR和LAMP的检测方法。用这3种方法对转基因水稻PA110-15的品系特异性进行检测,并做比较。实验一是用定性PCR方法检测转基因水稻PA110-15品系特异性,实验二是用实时荧光定量PCR方法检测转基因水稻PA110-15品系特异性,实验三是用LAMP技术检测转基因水稻PA110-15的品系特异性。关于DNA提取方面,普通PCR和LAMP均使用SDS法,而实时荧光PCR是用的磁珠吸附法提取的DNA,因为该方法可以提取出高浓度模板,并且DNA质量良好。实验结果表明,这3种方法的特异性和稳定性都很高,LAMP的灵敏度最高,达到了1拷贝/μL,普通PCR的灵敏度最低,为20拷贝/μL,定量PCR的灵敏度居中,为5拷贝/μL。但是,假阳性率与灵敏度成正比,LAMP最容易污染。这3种方法都满足对转基因水稻PA110-15的日常检测要求,可以根据具体情况选择具体方法。
[博士论文] 徐展
作物遗传育种 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:DNA双链断裂(double-strand break,DSB)是一种危害性非常高的损伤形式。如不能进行正确有效的修复,DSB将造成遗传信息的改变、缺失,严重影响基因组的稳定性,最终导致细胞凋亡或细胞癌变。真核细胞中具备了两种体细胞DSB的修复机制,一种是非同源末端连接(NHEJ)、另一种是同源重组(HR)。由于机制的区别,NHEJ途径在整个细胞周期都有发挥作用,但修复结果容易产生局部遗传信息的改变;HR途径则主要在G2/S期发挥作用,依赖于同源序列为修复模板,因此能够保证高精度的修复。
  根据修复过程中链侵入是否需要由RAD51重组酶的催化,同源重组途径可分为两种不同的类型:synthesis-dependent strand annealing(SDSA)途径需要RAD51重组酶的参与;而single-strand annealing(SSA)途径不依赖于RAD51重组酶。水稻RAD51旁系同源蛋白有5个成员:RAD51B、RAD51C、RAD51D、XRCC3、和XRCC2。它们参与水稻减数分裂同源重组过程中的作用已经基本明确,但它们在体细胞DSB重组修复中的分子机制依旧模糊,并且它们的作用机制在拟南芥和人类中呈现较大的差异。
  在本研究中,我们对5个水稻RAD51旁系同源基因在体细胞同源重组修复过程中的功能进行了研究,具体结果如下:
  1、与各自野生型相比,5个水稻rad51paralogs基因突变体对博来霉素(DSB诱导物)更加敏感。
  2、我们构建了一套适用于水稻的体细胞重组修复率检测体系。通过对各个突变体的分析,发现水稻RAD51paralogs基因的突变会造成体细胞SDSA或SSA重组修复率的降低(XRCC3对应SDSA,RAD51B和XRCC2对应SSA,RAD51C和RAD51D对应两者)。即:CDX3复合物参与SDSA重组修复过程,而BCDX2复合物参与SSA重组修复过程。
  3、我们通过根尖免疫染色的实验,考察在γ射线诱导的损伤修复过程中修复蛋白在DSB位点募集的作用关系。表现如下:
  a.在响应γ射线过程中,XRCC3、RAD51C、或RAD51D基因的突变会导致RAD51蛋白的募集受到极大的损坏。
  b.在响应γ射线过程中,RAD51C(而非RAD51D)基因的突变对另两个伙伴成员(XRCC3和RAD51B)的蛋白募集造成强烈的抑制;其他4个伙伴成员(XRCC3、RAD51D、RAD51B、或XRCC2)基因的突变不影响RAD51C的蛋白募集;XRCC2和XRCC3基因的突变也不影响RAD51B的蛋白募集。
  c.野生型植株wortmannin处理(PI3K-like激酶抑制剂)的情况下,XRCC3和RAD51B的免疫信号显著降低,而RAD51C免疫信号没有变化,呈现与rad51c突变体中相似的蛋白募集现象。
  因此我们认为,水稻CDX3复合物参与SDSA重组修复过程,而BCDX2复合物参与SSA重组修复过程。重要的是,在水稻RAD51paralogs依赖的体细胞重组修复过程中,RAD51C可以同时参与SDSA和SSA修复通路:它不仅是SDSA途径的RAD51蛋白(RAD51A1和RAD51A2)的募集所必需的,而且在招募它的伙伴成员(SDSA途径的XRCC3和SSA途径的RAD51B)的过程中,RAD51C可以发挥重要的支点作用,并且这一蛋白募集过程受到PI3K-like激酶的正面调控。
[硕士论文] 杨艳婷
草学 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:叶绿体基因组对研究叶绿体基因工程、优良品种培育、分子谱系地理学及较低分类单元的系统发育关系具有重要价值。本文以禾本科赖草属牧草羊草(Leymus chinensis)为例,经过叶绿体基因组测序、拼接组装、基因功能注释、基因组特征分析、基因组比较及系统发育分析,开发了叶绿体非编码区及SSR分子标记,并应用在不同的羊草居群上,开启了赖草属牧草叶绿体基因组测序的先例,为羊草进一步分子标记开发、遗传多样性及分子谱系地理学研究、种质资源保护、抗逆性品种培育奠定基础,羊草叶绿体基因组为叶绿体基因工程、系统进化关系的研究提供重要依据。
  羊草叶绿体基因组全长136783bp,具有典型的四分体结构,包括大单拷贝区(LSC,80946bp),小单拷贝区(SSC,12715bp)和一对反向重复序列(IRa,IRb,各21561bp)。共注释得到131个基因,包括91个蛋白编码基因,32个tRNA基因和8个rRNA基因。羊草叶绿体基因组中91个蛋白基因共编码22917个密码子,基因组中共检测到49个长重复序列和26个SSR位点,A/T碱基含量丰富。通过与已测序的5个羊草近缘种叶绿体基因组比较发现,羊草非编码区的变异程度高于编码区,大部分变异发生在基因间隔区;IR区比LSC和SSC区序列保守,且IR区内非编码区序列比LSC和SSC区非编码区序列更为保守;IR边界的扩张或收缩表现为基因rps19和ndhH位置的变化。通过与小麦族已测序的18个羊草近缘种系统发育分析得到,羊革与小麦(Triticum timopheevii)和冰草(Agropyron cristatum)亲缘关系较近,与大麦(Hordeum vulgare)较远。
  通过对12个叶绿体DNA片段测序及其序列间变异分析,结果得到ndhF-rpl32、trnL-trnF、trnC-ycf6、aptI-aptH4条序列变异相比较丰富。9个羊草居群37个个体在4条非编码区片段的合并序列中,共检测到15种单倍型,单倍型多态度Hd为0.928,核苷酸多态度Pi为0.00101;遗传分化指数Fst为0.58884,基因流Nm为0.17,基因流较小;中性检验Tajima's D(-1.08542)和Fu's Fs(-5.301)均为负值,且差异不显著(P>0.1);AMOVA分析结果显示,分子变异主要出现在居群间(65%);Mantel检验得到,羊草各居群的地理距离与遗传距离具有显著相关性(R=0.449,P<0.05)。通过系统发育树和单倍型网络图分析均得到,单倍型H2和H10(即居群Pop6和Pop8)的亲缘关系较近。
  对羊草叶绿体基因组中检测到的26个cpSSR位点多态性进行分析,筛选到8个具有多态性的标记。Nei's遗传多样性指数办为0.2024,Shannon's信息指数I为0.3095;9个羊草居群的Nei's遗传多样性指数h平均为0.0587,Shannon's信息指数I平均为0.0865;整体来看,羊草cpSSR多态性小,遗传多样性水平偏低。聚类分析与Structure软件分析均得到,居群Pop6和Pop8亲缘关系最近。羊草cpSSR和叶绿体非编码区标记分析得到的结果基本一致。
[硕士论文] 王改革
农业资源利用 河南农业大学 2018(学位年度)
摘要:为明确不同氮素调控方式对小麦群体动态情况的影响,以河南禹州为试验地点。选用豫麦49-198为供试品种,在0kg·hm-2、180kg·hm-2、360kg·hm-2施氮水平下,返青-拔节时期连续喷施3次质量浓度分别为0%、1%、2%、4%的氮肥;在氮肥基施水平为0kg·hm-2、90kg·hm-2、180kg·hm-2下,于拔节期分别追施氮肥(纯氮0kg·hm-2、90kg·hm-2、180kg·hm-2),探究不同氮素调控方式小麦植株氮浓度、群体数量和质量、产量及产量构成的影响。主要结论如下:
  1.不同供氮水平下叶面喷施不同浓度氮肥对小麦的影响不同。不施氮肥(N1)处理时,叶面喷施氮肥能够增加分蘖成穗率、叶片氮浓度、茎鞘氮浓度、地上部干物质。中氮(N2)营养水平下,适宜的叶面氮肥喷施浓度(S2、S3)促进小麦分蘖成穗率、叶面积指数、茎鞘氮浓度、叶片氮浓度上升。高氮(N3)营养水平下,高浓度(S3、S4)氮肥叶面喷施导致小麦分蘖成穗率、叶面积指数、茎鞘氮浓度、叶片氮浓度、地上部干物质、氮素利用效率下降。
  2.不同氮营养水平下叶面喷施不同浓度氮肥对小麦的产量影响不同。施氮量为180kg·hm-2下氮肥喷施浓度为1%时产量达到最大值。不施氮肥(N1)处理下,随叶面喷施浓度的增加小麦产量、亩穗数增加,S4>S3>S2>S1;中氮营养水平下,适宜的氮肥喷施浓度可增加小麦产量,S2>S3>S1>S4;高氮(N3)营养水平下,喷施氮肥小麦产量有下降趋势。
  3.不同氮肥基施水平下根部追施不同用量氮肥对小麦群体、产量的影响不同。同一氮肥基施水平下,随追施氮肥水平的提高叶面积指数、茎鞘氮浓度、叶片氮浓度、地上部干物质增加。基施低氮(B1)水平下,随追肥水平的提高分蘖成穗率、产量增加;基施中氮(B2)水平下,追施高水平(180kg·hm-2)氮肥小麦产量达到最大,D3>D2=D1。
  4.无氮肥基施水平下,两种氮素调控方式均能显著增加氮素利用率。基施中氮水平下,叶面施氮对氮素利用效率显著增加;高氮水平下,氮素调控对氮素利用率影响不显著。
[硕士论文] 程良
农业水土工程 宁夏大学 2018(学位年度)
摘要:本文针对宁夏中部干旱带枸杞灌溉定额较高、水分利用效率较低以及宁夏水资源短缺等问题,通过设置覆膜和不覆膜两种种植模式,采用单因素随机区组试验方法,对枸杞耗水规律、适宜的种植模式及覆膜滴灌枸杞灌溉制度等进行了较为系统的研究。为宁夏中部干旱带枸杞的高效灌溉提供了理论支撑。本文主要研究结果如下:
  (1)枸杞生长性状变化规律:当灌溉定额为3840m3/hm2时,覆膜枸杞地径、南北冠幅、枝条数和枝长均最大,不覆膜枸杞地径、东西冠幅、枝条数和枝长均最大。覆膜枸杞各处理地径平均值、东西冠幅平均值、南北冠幅平均值和枝条数平均值均大于不覆膜枸杞;覆膜枸杞各处理枝长平均值略小于不覆膜枸杞,两者基本等。
  (2)枸杞光合指标变化规律:覆膜与不覆膜枸杞日蒸腾速率、日气孔导度与日光合速率变化规律一致,均呈双峰型变化规律,日胞间CO2浓度与日光合速率变化规律相反;当灌溉定额为3840m3/hm2时,覆膜与不覆膜枸杞叶绿素含量、日光合速率平均值、日蒸腾速率平均值和日气孔导度平均值均最大,覆膜大于不覆膜。随生育期的延长,生育期日均光合速率、生育期日均气孔导度与生育期日均蒸腾速率均呈先增大后减小的规律,胞间CO2浓度呈先减小后增大的规律;当灌溉定额为3840m3/hm2时,覆膜与不覆膜枸杞生育期日均光合速率、生育期日均气孔导度和生育期日均蒸腾速率均最大,覆膜大于不覆膜。
  (3)枸杞品质指标变化规律:覆膜与不覆膜枸杞总糖含量随采收月份分别呈先上升后下降及逐渐上升的变化规律,甜菜碱含量随采收月份分别呈先下降后上升及不断下降的变化规律。覆膜与不覆膜枸杞胡萝卜素含量随采收月份均呈不断上升的变化规律;当灌溉定额为3840m3/hm2时,覆膜与不覆膜枸杞总糖含量和胡萝卜素含量均最高,且覆膜大于不覆膜。甜菜碱含量虽也最高,但覆膜小于不覆膜。
  (4)枸杞耗水量和耗水模系数变化规律:不覆膜枸杞各处理整个生育期耗水量均大于覆膜枸杞各处理整个生育期耗水量。除落叶期,不覆膜枸杞春梢生长期各处理平均耗水量、开花初期各处理平均耗水量和果熟期各处理平均耗水量均大于覆膜枸杞。覆膜和不覆膜枸杞各生育期耗水量及耗水模系数果熟期均最大。
  (5)水分利用效率和产量变化规律:除F6、B6和F7、B7处理,覆膜枸杞各处理WUE均高于不覆膜枸杞各处理WUE;随灌溉定额增大,覆膜和不覆膜枸杞鲜果及干果产量均呈先增大后减小的变化趋势。当灌溉定额为3840m3/hm2时,覆膜和不覆膜枸杞鲜果及干果产量均达最大,覆膜枸杞最大分别为10400.7kg/hm2和2629.9kg/hm2,不覆膜枸杞最大分别为9923.4kg/hm2和2380.1kg/hm2,覆膜大于不覆膜;覆膜F6和F7处理鲜果及干果产量均小于B6和B7处理,过高的灌溉定额不利于覆膜枸杞产量的提高。
  (6)枸杞适宜的种植方式和滴灌灌溉制度:综合考虑得出,适合枸杞的种植方式为覆膜种植。在试验条件下,覆膜枸杞较为适宜的滴灌灌溉制度为:灌水8次/年。第1次和第8次灌水定额均为300m3/hm2,其余各次灌水定额均为540m3/hm2。
[硕士论文] 郑艳军
农业水土工程 宁夏大学 2018(学位年度)
摘要:针对宁夏中部干旱区水资源短缺、灌溉方式粗放、灌溉关键参数不明确等问题,以基于土壤水分上下限的不同生育期水分控制,在宁夏中部干旱区开展枸杞精量灌溉关键参数试验,采用随机区组排列设计,研究了宁夏中部干旱区滴灌条件下,枸杞需水特点、土壤水分的变化特征及不同水分对枸杞生长指标,品质指标,光合生理特性和产量指标的影响,确定不同生育期水分控制指标,得出枸杞精量灌溉关键参数,提出宁夏中部干旱区适宜的枸杞精量灌溉制度。研究结论可为本地区枸杞精量灌溉决策提出综合性分析和判断,为宁夏中部地区科学种植枸杞提供技术和理论支持,对宁夏中部干旱区枸杞产业发展、农民增收具有重要意义。本文主要研究结论如下:
  (1)土层在20~60cm之间土壤含水量最大,是枸杞生长所需水分来源的主要土层,在20~40cm处土壤含水量范围在3.7%~12.7%之间,40~60cm处土壤含水量范围为4.8%~12.9%之间。在试验区进行枸杞样株挖根显示主根系分布于30~40cm,部分根系可深入至60~80cm土层。
  (2)枸杞光合有效辐射呈现“双峰曲线”变化规律,第一次峰值出现在10:00点,12:00点达到极小值,第二次峰值出现在14:00点,到16:00点达到另一个极小值,到18:00点有微小上升趋势;叶片气孔导度呈现“凸抛物线”变化规律,峰值出现在10:00和12:00;蒸腾速率呈现两种变化规律,一种是“单峰凸抛物线型”,另一种是“双峰凸抛物线型”;光合速率整体呈现“双峰凸抛物线”变化规律。
  (3)根据分析计算得出:枸杞全生育期需水量范围在290.85~336.01mm,枸杞水分利用效率和水分生产效益最大的是处理S5,其值为30.93元/m3;枸杞生长指标地径、株高、冠幅、枝条茎粗和枝条长增长量最大值均为处理S5;枸杞品质指标甜菜碱、多糖、蛋白质、氨基酸含量最高值也出现在处理S5;枸杞干果产量最高为处理S5,达到72.46kg/667m2,处理S5的50g粒数最少,仅为249粒。在各类参数指标评价中处理S5表现最优。
  (4)综合全生育期内土壤水分变化特征、生长量、光合特性、品质、产量等指标,处理S5的各项指标参数表现最优,得出枸杞精量灌溉制度为:枸杞全生育期划分为6个灌水时期,其中萌芽期(春水)灌水25m3/667m2,休眠期(冬水)灌水30m3/667m2,其他划分为4个灌水时期:春梢生长期灌水50%θf(θf为田间持水率),营养生长期和盛花期灌水(始花期、果熟前期)65%θf,盛果期灌水(果熟后期、秋果前期)65%θf,秋果期灌水55%θf。当各生育期土壤含水率低于各控水期下限时应及时灌水,灌水上限为95%θf。
[硕士论文] 马燕
观赏园艺 宁夏大学 2018(学位年度)
摘要:油用牡丹具有观赏、药用、油用等价值,推广应用前景广阔。目前对于油用牡丹的研究主要集中在系统分类、新品种选育、繁殖技术、籽油提取方法、牡丹籽和籽油营养成分分析等方面,对于油用牡丹抗旱性的研究目前鲜有报道。本试验为推广油用牡丹在干旱、半干旱地区的种植,促进油用牡丹的可持续发展,以“凤丹”、“冰山雪莲”、“蓝鹤齐鸣”、“琉璃冠珠”、“如花似玉”等油用牡丹品种为试验材料,设计2个与抗旱有关的试验,研究5个油用牡丹抗旱性大小,构建抗旱性评价体系。
  一、不同灌水量处理对5个油用牡丹品种地上部生长指标的影响研究
  研究不同灌水量(自2017年4月30日至2017年9月3日止,每周灌水一次,设1个对照,4个处理,0L/周、1.8L/周、3.6L/周、5.4L/周、7.8L/周,三次灌水为一个周期)处理对5个油用牡丹品种的生长指标、结实指标的影响,揭示油用牡丹在不同生长发育时期对水分需求的规律。研究结果表明:
  1、油用牡丹生长发育指标中,不同灌水量对油用牡丹新梢生长的影响最大,对地径生长的影响最小,其中T3灌水量5.4L/周处理的各项生长指标均达到最大值;
  2、在油用牡丹结实指标中,各油用牡丹品种在T2灌水量3.6L/周处理下果实生长量均达到最大值,表明油用牡丹在果实生长时期的需水量小于新梢生长期;相同灌水量条件下,凤丹品种的百粒重均高于其他品种;不同灌水量处理下,凤丹百粒重表现出差异性,T2灌水量3.6L/周处理下百粒重达到最大值33.75g。
  3、不同油用牡丹品种在相同生长发育时期对灌水量的需求具有一致性;不同油用牡丹品种果实生长时期的需水量均小于新梢生长期,表现出一致性;不同灌水量下,凤丹百粒重均高于其他品种,具有高产优势,为其大面积推广种植提供了理论依据。
  二、5个油用牡丹品种抗旱鉴定指标的筛选及抗旱性综合评价
  该研究筛选出了鉴定油用牡丹抗旱性的指标,比较了5个油用牡丹品种的综合抗旱性大小,并构建了抗旱综合评价体系。在???期对试验材料进行透水处理后研究田间持续自然干旱0天、10天、20天、30天、40天对5个油用牡丹品种水分生理、膜透性、渗透性调节物质以和叶绿素含量的影响,对鉴定指标进行相关性分析筛选出抗旱鉴定指标,利用主成分分析与模糊隶属函数值法构建油用牡丹品种抗旱性综合评价体系。试验结果表明:
  1、油用牡丹的干旱胁迫试验,测定叶片含水量、叶片相对含水量、相对电导率和丙二醛含量、游离脯氨酸、可溶性糖含量和叶绿素含量7个与抗旱关联的生理指标,根据这些指标利用主成分分析模型和模糊隶属函数构建油用牡丹抗旱性综合评价体系:
  F1=0.299X1+0.502X+0.029X3+0.384X4+0.434X5+0.388X6-0.414X7
  F2=0.533X+0.212X2+0.594X3-0.156X4+0.135X5-0.463X6+0.247X7
  F3=-0.247X1-0.111X2+0.554X3+0.686X4-0.316X5+0.145X6+0.167X7
  得出叶片含水量、叶片相对含水量、相对电导率和丙二醛含量、游离脯氨酸、可溶性糖含量和叶绿素含量与抗旱密切关联的主成分可作为抗旱综合评价指标。
  2、根据隶属函数值大小评价本试验的5个供试品种的抗旱性从强到弱为:冰山雪莲>凤丹>琉璃冠珠>蓝鹤齐鸣>如花似玉,冰山雪莲、凤丹、琉璃冠珠3个品种相对更抗旱,更具有向干旱、半干旱地区推广的价值。
[硕士论文] 叶申怡
化学生物学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:金线莲[Anoectochilus roxburghii(Wall.)Lindl.]是我国珍稀名贵中草药,兼具药用、食补及观赏的功能。随着金线莲在医疗、保健等领域的广泛应用,人们对其产量及品质的要求也越来越高。因此,本研究从光质处理、干燥方法以及储藏条件三个方面对金线莲的产量及品质调控进行研究。研究结果分述如下:
  1.比较4种不同色膜(红膜、黄膜、蓝膜、无色薄膜)的处理结果发现,采用蓝膜覆盖种植技术种植金线莲,其单株鲜重、茎粗、叶面积、气孔频率、叶绿素含量、抗氧化酶活性(过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶),以及活性成分含量均显著提高。与无色薄膜处理的对照组相比,蓝膜处理的金线莲所含活性成分(多糖、黄酮、多酚)含量分别增加22.25%,17.68%,101.01%,总体产量增加7.98%。红膜和黄膜处理的金线莲株高分别显著增加10.45%和8.13%,其中,红膜处理组的多酚含量较对照组增加273.68%。
  2.比较5种不同干燥方法(自然干燥、热风干燥、微波干燥、真空干燥、冷冻干燥)的处理结果发现,采用真空干燥处理,金线莲的外观颜色、香气风味,以及活性成分含量均得到较好的保持。与自然干燥处理相比,热风干燥和真空干燥的金线莲活性成分(多糖、黄酮、多酚)含量均显著增加,其中,热风干燥分别增加23.94%,19.31%,20.94%;真空干燥分别增加13.35%,54.23%,22.54%。感官评价结果表明,人们对于微波处理组的接受度最高,其次是真空干燥组。此外,冷冻干燥法对外观颜色、多酚含量的保持能力最佳;微波干燥法能够增强风味,但多糖损失严重;热风干燥法能够较均衡的保持活性成分,但香气风味相对逊色。
  3.比较3种储藏条件(常温、4℃和-20℃)的处理结果发现,采用-20℃储藏,金线莲的水分损失较少,全株无明显皱缩,颜色与鲜株相近但质地较软呈透明状。相比于另外两种储藏条件,-20℃储藏下的金线莲总蛋白损失较少,最大值为0.89gprot·L-1,其SOD、POD、CAT酶活性和谷胱甘肽含量也维持在较高的水平。4℃储藏组的MDA含量增加缓慢,最大值仅为4.14mol·mL-1。不同储藏条件对金线莲特征香气成分的维持能力为:-20℃>4℃>常温。与室温储藏组相比,-20℃储藏组的多糖含量增加105.50%,而两者的黄酮和多酚含量无显著性差异。
[硕士论文] 李莉
作物 宁夏大学 2018(学位年度)
摘要:合理的间套作可以提高作物对地上部光、热、气等资源以及地下部土壤养分的利用效率。本试验以马铃薯、玉米间作系统、马铃薯、蚕豆间作系统为研究对象,利用单因素随机区组试验设计的方法,从不同作物种间关系的角度,研究了马铃薯与玉米、蚕豆间作下马铃薯生长发育和生理特性、作物养分吸收特征、产量效应及土壤养分变化特征。试验设5个处理:分别为马铃薯单作(P)、玉米单作(M)、蚕豆单作(B)、马铃薯玉米间作(PIM)、马铃薯蚕豆间作(PIB)。
  研究结果表明:
  1.与马铃薯单作相比,间作栽培模式促进了马铃薯干物质的积累、增加了马铃薯的叶面积指数。马铃薯淀粉积累后期,马铃薯间作玉米(PIM)、马铃薯间作蚕豆(PIB)下马铃薯干物质累积量较马铃薯单作(P)增加了22.28%、18.28%。马铃薯间作蚕豆(PIB)下马铃薯叶面积指数在淀粉积累前期分别比马铃薯单作(P)、马铃薯间作玉米(PIM)分别增加了36.43%、36.43%。
  2.与马铃薯单作相比较,马铃薯间作蚕豆(PIB)下,马铃薯植株叶片叶绿素荧光指标中可变荧光(F0)、光合性能指数(PI)有增加的趋势;马铃薯间作玉米(PIM)、马铃薯间作蚕豆(PIB)中马铃薯叶片叶绿素相对含量(SPAD)含量分别比单作增加了7.54%、1.66%;随着马铃薯生育期的推进,玉米对马铃薯的遮阴作用增强,马铃薯间作蚕豆(PIB)处理中,蚕豆收获后,马铃薯条带间有效光和辐射(PAR)显著增强。
  3.与马铃薯单作相比,马铃薯玉米间作、马铃薯蚕豆间作下,马铃薯在淀粉积累后期、收获期植物氮素积累分别增加了28.80%、41.37%、112.37%、48.32%。
  4.马铃薯玉米间作(PIM)下土地当量比小于1,而马铃薯蚕豆间作下(PIB)下土地当量比大于1;间作下马铃薯处于竞争劣势,马铃薯种间相对竞争能力弱于蚕豆、玉米。
  5.与单作相比,间作栽培模式下土壤全磷、速效钾含量及土壤pH值增加,土壤全氮、碱解氮、速效磷、有机质的含量有下降的趋势。
[博士论文] 张迪
作物栽培学与耕作学 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:黄淮海平原是我国的主要粮食产区,该地区粮食稳产和高产是我国粮食安全的重要保证。小麦玉米一年两熟是黄淮海平原最主要的粮食作物种植制度。近几十年来,由于品种的改良和水肥的大量投入,小麦玉米的产量大幅度增加。同时,过度抽取地下水和使用化肥也使生态环境受到一定影响,制约农业的可持续发展。明确该地区进一步减少灌溉量、提高水分利用效率的农艺措施,具有重要意义。农业生产系统是一个复杂的多因素动态系统,受气象、土壤、品种、栽培管理措施等多因素的影响。本研究以田间试验和作物模型相结合的方法,探讨了灌溉方式对小麦籽粒产量和水分利用效率的影响;进一步分析了不同栽培措施对小麦籽粒产量的影响;分析了限水灌溉模式下施氮量和播种密度对小麦籽粒产量和氮肥利用以及对环境的影响;最后,运用DSSAT模型中的连续分析(Sequence analysis)方法模拟了小麦玉米一年两熟轮作制度,探讨了不同灌溉方式和施氮量对小麦和玉米籽粒产量、水足迹及其组分的影响。主要结果表明:
  在播种期墒情较好的情况下,限水灌溉方式以关键生育时期1次充分灌溉优于少量多次灌溉。起身拔节期1次充分灌溉可以获得较高的水分利用效率和籽粒产量。合理的农业水价改革能够改善农业用水措施。当灌溉水价为最大相对边际净收益的26.4%时,推荐模式和限水模式的边际净收益相等。为了提高农民的收入,政府应该实施农业节水补贴。
  不同栽培措施对小麦籽粒产量的影响程度不同,其中,显著影响小麦籽粒产量的措施为灌溉和耕作方式。千粒重显著降低是限水灌溉产量降低的主要原因。节水灌溉的籽粒产量范围与限水灌溉大部分重叠,因此,在限水条件下合理调整栽培措施,仍然可以获得较高的籽粒产量。
  翻耕处理能够补偿减少灌溉而造成的产量损失,但耕作方式的增产效应低于环境和水肥效应。随着灌溉量增加,翻耕处理增产效应降低。因此,翻耕措施应该在水分亏缺的条件下实施。翻耕处理的增产效应存在不同年份差异。在翻耕处理实施当年,翻耕处理显著促进小麦生育前期土壤水的消耗,造成干旱胁迫,从而促进开花前营养器官干物质的转移。小麦播种前深耕能够提高土壤贮藏玉米生长季降雨和灌水的能力,提高下季小麦土壤贮水耗水量和消耗比例,提高开花后干物质的积累量,从而提高小麦的籽粒产量。
  在限水灌溉模式下,随着施氮量的增加产量增加,但是当施氮量超过180kg hm-2时,籽粒产量不再增加。在同一施氮量下,随着密度的增加,籽粒产量呈现先增加后降低的趋势。施氮量180kg hm-2的土壤残留量较施氮量240kg hm-2约减少了25%,氮肥农艺效率提高了30.27%~33.30%,氮肥偏生产力增加了33%。增加根系氮素的吸收量和提高向籽粒的转移效率是提高氮素利用效率的有效途径。虽然施氮量240kg hm-2和180kg hm-2的氮素生理效率相同,但是施氮量180kg hm-2的氮素吸收效率显著提高。施氮量180kg hm-2配合300万株hm-2可以改善氮肥利用,稳定籽粒产量,提高净收益和确定等价收益,降低土壤氮素残留对环境的污染。
  小麦生育期间灌溉量、降雨量和小麦播种时的土壤含水量与小麦籽粒产量呈显著或极显著的正相关。虽然玉米生育期间的灌溉量与小麦籽粒产量呈显著的负相关,但是玉米生育期间灌溉量和降雨量的互作效应与小麦籽粒产量呈显著正相关。根据玉米和小麦生育期降雨量,合理调整灌溉量和灌溉时间可以获得较高的籽粒产量和水分利用效率。灌溉量和灌溉时间对玉米籽粒产量和水分利用效率影响较小。小麦收获后土壤含水量较低,为了保证玉米安全出苗,玉米播种后需要浇蒙头水。在玉米生育期降水较多的情况下,小麦全生育期灌溉1水即可;在玉米平水年型下,小麦生育期灌溉1~2水就可以获得较高的籽粒产量。
  氮肥和灌溉对全年平均水足迹的促进效应,主要是通过提高小麦和玉米的N淋溶造成的。氮肥和灌水不仅能够影响当季作物的水足迹,而且也会作用于下季作物的水足迹。小麦和玉米相比,氮肥引起玉米总水足迹和灰水足迹的增加幅度要显著高于小麦。随着小麦生育期施氮量增加,玉米绿水足迹和蓝水足迹下降,但是玉米灰水足迹直线增加,玉米总水足迹升高。对于小麦来说,灌溉引起小麦水足迹的增加幅度高于氮肥。增加灌溉可以通过促进玉米N淋溶,间接促进全年平均水足迹。增加灌溉可以促进小麦籽粒产量提高,但不会通过提高小麦生育期N淋溶间接提高全年平均水足迹。全年灌溉240mm配合施氮360kg hm-2可以获得较高的籽粒产量和较低的水足迹。
  综合研究认为,提高小麦播种前的土壤贮水量和充分利用土壤贮水是实现小麦节水高产栽培的有效途径。根据玉米生育期降雨量情况,小麦全生育期灌溉1~2次水的限水灌溉模式大幅度减少灌溉用水,是一种稳产和节水的小麦高产栽培模式。为了弥补产量损失和降低对环境的不利影响,应该采用隔年深松或者翻耕,在播种密度为300万株hm-2的基础上配合施N180kghm-2可以获得较高的籽粒产量和较低的水足迹。该灌溉模式在黄淮海平原地下水超采地区推广,对于实现该区域农业减灌压采和确保我国粮食安全具有重要的意义。
[硕士论文] 张婷
控制工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:我国农业种植面积广大,而且一直都是农民凭借经验进行人工灌溉,故用于灌溉的水资源消耗一直很大。随着近几年环境的恶化,大部分地区的小河、水井等都已经干枯,所以提高水资源的利用率、加快转变农业的发展方式迫在眉睫。国家也一直在号召农业现代化,随着国家政策的推出,越来越多的技术被逐渐地应用在农业上,比如智能控制、物联网技术、云计算等。针对目前的形式,本文以小麦田为例,设计了一套基于物联网的小麦智能灌溉系统。
  基于物联网的小麦智能灌溉系统主要包括四部分:下位机的终端监控设备模块、网关模块、上位机的智能灌溉决策模型和交互界面。终端监控设备用于监测小麦的环境参数和控制电磁阀的开关,该部分主要完成了ZigBee芯片、各类传感器和电源模块的软硬件设计。网关模块是整个智能灌溉系统的协议转换设备,它将来自终端监控模块的数据包进行分析、压缩和融合后,利用4G网络传输到上位机,此部分主要是ZigBee、处理器、4G模块的硬件电路设计和网关处理数据的软件工作流程设计。上位机的智能灌溉决策模型主要包括规则模型和数学模型,规则模型是根据小麦灌溉管理的专家知识和种植人员的经验设计的,数学模型是利用彭曼公式和水平衡方程对小麦需水量和所需灌溉量进行的建模,这两种模型均可对小麦的灌溉进行预报和决策,从而达到节水灌溉的目的。最后设计了可实时显示的监控界面,将采集的信息和灌溉决策更直观的展现给用户。
  本文设计的基于物联网的小麦智能灌溉系统以ZigBee技术和4G技术相结合的方式实现无线传输,解决了有线传输中布线麻烦、不易维修等问题。同时,该系统的智能灌溉决策模型给出了两种基于不同的灌溉策略下的灌溉决策方法,提高了小麦智能灌溉的准确性,为小麦节水灌溉提供了参考,具有一定的实际意义。
[硕士论文] 高海荣
植物学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:旱作玉米中半膜覆盖栽培作为一种常见的栽培模式,可以影响土壤的理化特性,提高土壤温度,减少水分蒸发,加快生育进程,改善叶面积指数等,从而增加作物产量和经济效益。本研究以玉米品种浚单29为材料,在玉米主要生育时期(苗期、拔节期和大喇叭口期)测定土壤物理性状指标,玉米农艺性状和产量性状指标;同时在这三个时期对植株顶端叶片取样,采用cDNA-AFLP(cDNA amplifiedfragment length polymorphism)技术,利用90对单引物组合,分析半膜覆盖与露地栽培模式(CK)下基因的差异表达情况。
  本论文主要结论如下:
  1.半膜覆盖栽培下土壤含水量和土壤温度均高于露地栽培,苗期、拔节期和大喇叭口期的植株高度分别比露地栽培增加了21%、32%和16%,叶面积指数分别增加了35%、26%以及36%,半膜覆盖能够使生育期提前4~7d,籽粒产量增加7%。
  2.根据cDNA-AFLP分析结果,苗期筛选出差异表达片段1879条,拔节期2115条,大喇叭口期2298条;选择其中70条差异片段进行测序,利用BLASTX和MaizeGDB数据库对测序成功的65条进行比对分析,结果发现与玉米同源性较高的有36条,与其他植物高度同源的有10条,与动物高度同源的有4条,与微生物高度同源的有15条。
  3.按照差异表达片段功能可以将65条TDFs(Transcript-derived fragments,转录衍生片段)分为9类:胞内运输(6.15%)、细胞骨架蛋白(3.08%)、能量代谢(10.77%)、核酸代谢(16.92%)、细胞自救和防卫(1.54%)、转录过程(20.00%)、蛋白质合成调控(10.77%)、信号转导(7.69%)及功能未知(23.08%)。选取6个TDFs进行qRT-PCR定量分析,结果与cDNA-AFLP表达模式基本一致。
  4.分析部分TDFs在半膜覆盖栽培模式下表达的生物学意义。RPM1抗病蛋白调控抗病防御反应,还通过调节胞质钙浓度来参与氧化迸发和过敏性细胞死亡等过程;转录因子AP2/EREBP具有维持分生组织的分生能力以及对干旱和盐碱的抗性;蛋白精氨酸甲基转移酶PRMTs调节RNA加工、信号转导和基因表达;翻译起始因子eIF3b调控细胞周期活性及DNA合成;此外,与微生物同源性较高的基因,可能是与玉米共生或内生性的细菌代谢活动有关。
  本试验通过cDNA-AFLP技术分离筛选到65条差异表达基因,揭示了部分基因表达谱的变化情况,在分子水平上对半膜覆盖调控玉米生长发育的分子机制有一定的了解,为玉米遗传育种方面提供了一些有价值的基因资源。
[硕士论文] 李娥
环境工程 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:土壤盐渍化是世界范围内普遍存在的一个重要问题,关系着土地资源利用、作物生产及农业发展.内蒙古自治区盐渍化土壤分布广泛,由于矿产资源的开发利用以及牧区牧业等的影响使得耕地面积逐年减少,而作为一种土地资源,盐渍土具有非常广阔的应用前景.目前,对于盐渍土的研究主要针对土壤基质的改良,对于盐渍土壤改良剂的研究则多侧重于改良剂的筛选以及多种改良剂的混合施用,而对于盐渍土的利用以及盐渍土上作物生长情况及其相关指标测定的研究则不是十分广泛,而且关于AM真菌和土壤改良剂混合施用的研究也鲜有报道.
  本论文选择玉米(Zea mays L.)作为供试植物,以呼和浩特市苗圃区无污染土壤作为供试植物生长基质,通过后期浇盐的形式模拟盐渍化土壤,利用温室盆栽试验研究施用不同改良剂(陶粒Cera、生物炭BC和聚丙烯酰胺PAM)或改良剂结合AM真菌接种处理对盐渍化土壤上玉米生长、营养元素和盐分离子吸收、C:N:P生态化学计量比及土壤pH、电导率和粒径分布的影响,同时分析植物生理生化指标以揭示改良剂及菌根的作用机制,探讨改良剂对盐渍化土壤中的作物生长和作物耐盐胁迫能力的作用,并研究改良剂结合AM真菌接种处理对作物生长的影响,旨在为盐渍土的开发利用提供基础数据和理论支持.
  试验结果表明,各改良剂处理下,AM真菌与玉米根系形成良好的共生关系,菌根侵染率在37.6%~46.7%之间.施加改良剂使玉米植株地上部、根部及总干重有增加的趋势,仅施加PAM使得玉米植株地上部干重显著增加22.7%.施加生物炭使玉米植株地上部和根部P浓度分别显著增加68.5%和91.2%;使地上部P/K+和根部K+/Na+、P/K+,分别显著增加100.0%和60.8%、50.0%;使地上部和根部Na+浓度分别显著降低17.9%和29.2%.施加PAM使玉米叶片MDA含量显著增加47.1%.各处理均使玉米叶片蛋白浓度显著增加81.6%~116.3%;使玉米叶片可溶性糖含量有增加的趋势,对脯氨酸含量的影响并不显著.各处理均使土壤pH值下降,但仅施加PAM使土壤电导率下降7.89%;各处理使2~0.25mm粒径的土壤含量增加1.77%~18.59%,使0.25~0.05mm粒径的土壤含量降低3.68%~14.74%,使0.05-0.01mm粒径的土壤含量降低降低2.02%~4.38%.
  结果表明,施加改良剂并接种AM真菌使玉米植株地上部和根部P浓度分别增加91.1%~110.5%和72.1%~107.4%;对C:N:P生态化学计量比的影响程度不同,使得玉米植株地上部N:P、C:P和根部N:P、C:P分别降低47.7%~60.0%、48.1%~51.5%和32.8%~47.7%、47.0%~56.0%;使玉米植株地上部K+/Na+、P/K+和根部P/K+分别显著增加482.8%~767.1%、100.0%~150.0%和75.0%~100%;使地上部Na+浓度显著降低81.5%~85.5%.施加PAM并接种AM真菌使玉米叶片MDA含量显著降低16.91%;对玉米叶片渗透调节物质含量的影响呈增加的趋势.各处理均使玉米叶片叶绿素含量显著增加,其中,施加生物炭使叶绿素b和总叶绿素含量显著增加了140.0%和137.0%;施加PAM使叶绿素b和总叶绿素含量显著增加了140.0%和142.6%.施加改良剂并接种AM真菌对叶绿素的影响并不一致,仅施加PAM并接种AM真菌使得玉米叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量显著增加,分别增加78.1%、69.4%和77.1%.
  试验初步证明,陶粒、生物炭和聚丙烯酰胺三种改良剂对玉米生长有促进作用,施加改良剂尤其是生物炭对于植株耐盐胁迫能力的增加有重要意义,接种AM真菌同样能促进植株耐盐胁迫的能力,促进盐渍化土壤的农业利用.
[硕士论文] 任志宽
植物病理学 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:小麦是除了玉米和水稻之外,世界上的第三大粮食作物。而小麦条锈病是国内外小麦生产上的最重要的真菌病害之一。近几年随着全球气候的变化,导致气温的逐年上升,另一方面由于我国的肥水和栽培条件的变化,使得小麦条锈病有逐年加重的趋势。培育和种植小麦抗病品种是防治锈病病害最为经济、有效和环保的方法。要培育抗病品种,首先发掘抗病基因,然后将其合理应用于栽培品种中。因为抗病基因会随着小种的变化,抗性也会有相应的变化,加之单一大面积种植某几个品种,很容易造成抗病基因丧失抗性。所以对于抗病基因的研究成为小麦锈病研究的重中之重。本研究的结果如下:
  1.根据田间表型数据,对来自我国新疆地区和甘肃地区的82份小麦品种进行抗条锈病基因Yr1、Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr16、Yr17、Yr18、Yr26、Yr29和Yr36的分子标记检测。检测结果表明,在这82个品种中,含有Yr9(32个)、Yr15(25个)、Yr10(17个)、Yr29(14个)和Yr1(10个)的品种比较多,含有Yr16(9个)、Yr17(9个)、Yr5(4个)和Yr18(4个)的品种比较少,所有品种都不含有Yr26和Yr36。
  2.依据以上的标记检测结果,从来自甘肃地区的小麦品种中,选出一个抗性好的抗病品种兰天20号进行抗病基因分析:由小麦品种兰天20号作为抗病亲本,Taichung29作为感病亲本,杂交后构建成了133个F2∶3群体,在河北廊坊进行田间种植和调查鉴定。采用高通量分析技术,运用小麦55K SNP iSelect Assay芯片对该群体的抗感小群体进行检测,通过分析得出其抗病位点集中分布于1B、6B和7D染色体上。结合以上三条染色体上的SSR分子标记,检测到了三个QTL位点,暂时命名为QYr.hbau-1BS、QYr.hbau-6BL和QYr.hbau-7DS,分别解释了13.16%、26.03%和24.28%的表型变异率。根据前人的研究结果,标记Xgwm52和Yr9的距离为3.7cM,且Yr9同样位于1BS染色体上。用QYr.hbau-1BS上的另一个标记标记Xgdm3检测Yr9的载体品种、兰天20号和Taichung29,发现兰天20号中出现了和Yr9载体品种洛夫林13相同的条带,所以QYr.hbau-1BS可能是Yr9。另外,通过与1B整合图谱的比较,发现在该标记区间内还存在Yr65和IWA6891_Seedling。染色体6BL上不含有已知基因,所以QYr.hbau-6BL是一个新的QTL。7DS上含有成株抗病基因Yr18,但抗病和感病亲本均不含有Yr18,所以QYr.hbau-7DS也是一个新的QTL。
[硕士论文] 姚佳宾
农业工程 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:水资源短缺是限制河北低平原区农业可持续发展的主要因素。减小大田耗水型作物、增加节水型经济作物种植比例是缓解该地区水资源供需矛盾、促进农民增收的重要措施。油葵作为节水耐旱作物,已逐步成为该区重要经济作物,研究不同品种油葵的区域适应性及其耗水规律,可为该地区选择生长性状稳定、产量高、水分利用效率高的品种和制定油葵节水灌溉制度提供参考依据。本文的主要研究内容和取得成果如下:
  以基于初步选出的新葵10号、新葵20号、DW567、S672等共11个油葵品种开展田间试验,对各品种的生长发育、耗水特性、产量和水分利用效率进行了比较研究。结果表明,各油葵品种的全生育期、株高、茎粗、叶片数、盘径、耗水量、百粒重、产量和水分利用效率均存在显著性差异,其中各品种间的生育期最大相差17.5%、株高最大相差46.8%、耗水量最大相差15.9%、产量最大相差22.2%、水分利用效率最大相差19.9%。
  通过对各油葵品种的生长发育、耗水量、产量和水分利用效率的综合分析,发现新葵20号、新葵22号和DW567生长性状较好,增产、节水潜力大,适宜在研究区进行推广种植,其它品种有待进一步试验研究。
  以新葵20号和DW567两个油葵品种为试材,开展盆栽试验,设置土壤水分下限分别为田间持水量的80%(T1)、70%(T2)、60%(T3)、50%(T4)和40%(T5),研究了不同水分处理对油葵生长发育的影响。结果表明,不同水分处理对油葵的生长发育状况影响显著,T4和T5处理的土壤水分下限控制过低,对油葵的生长形成了土壤水分胁迫,严重影响了油葵的株高、茎粗、叶面积、盘径等指标的生长及地上干物质的积累,同时土壤水分胁迫会加速油葵生育后期叶绿素的分解和转移,而T2和T3处理则可以满足油葵的正常生长水分需求,T1处理的土壤含水率过高,不利于油葵的干物质积累。
  盆栽试验条件下,新葵20号和DW567的全生育期耗水量均随着土壤水分下限的降低而显著减小。现蕾期和开花期的耗水量占油葵的全生育期耗水量比重较大,且平均日耗水强度较高,此阶段是油葵生长过程中的需水高峰期。
  不同水分处理对油葵的百粒重、单株产量和水分利用效率影响显著。新葵20号和DW567均以T2和T3处理时的百粒重和单株产量较大,且两个处理间没有明显的差异,但二者的单株产量都明显大于其它处理,当土壤水分下限在T1处理时,油葵产量不再增加且略有下降,呈现“报酬递减”现象。新葵20号在T2处理时的水分利用效率最高,DW567在T3处理时的水分利用效率最高。
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