科研产出
玉米DIR基因家族的全基因组鉴定及ZmDIR17基因在籽粒发育中的功能解析
《上海农业学报 》 2025 北大核心 CSCD
摘要：DIR(Dirigent)基因家族在植物生长发育与逆境响应中具有重要功能，但其在玉米中的系统性鉴定尚未有相关研究。本研究通过全基因组分析，在玉米B73-V4参考基因组中鉴定到39个DIR基因家族成员，并系统解析其理化性质、结构特征及保守基序。结果表明：77.0%(30个)的ZmDIR蛋白具有高稳定性，64.1%(25个)的ZmDIR蛋白具有疏水性。亚细胞定位预测显示：11个ZmDIR蛋白定位于叶绿体中，10个定位于内质网中，8个定位于细胞质中，只有5个定位于液泡中，说明玉米的DIR蛋白存在多样化的生物学功能。进化分析表明：ZmDIR基因可分为3个亚家族，其启动子区域包含多样化的逆境响应元件及系统发育相关响应元件。围绕ZmDIR17基因进行功能解析，发现其突变导致玉米籽粒形态发生显著改变，且玉米籽粒蛋白质含量显著增加，淀粉和总木脂素含量明显降低。蛋白互作网络与GO富集分析表明，ZmDIR17蛋白通过参与核糖体生物发生（互作Pescadillo同源蛋白）和苯丙烷代谢（调控木脂素合成）双重通路协调碳氮分配。本研究揭示了玉米DIR基因家族的系统特征，并初步探索了ZmDIR17基因及其编码蛋白通过整合初级与次生代谢调控籽粒发育的分子机制，可为玉米品质改良提供新的参考。
关键词： 玉米 DIR基因家族 ZmDIR17基因 籽粒发育
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枣疯病植原体巢式PCR检测方法的建立及应用
《植物保护学报 》 2025 北大核心 CSCD
摘要：为建立高效、灵敏的枣疯病植原体Candidatus Phytoplasma ziziphi分子检测方法，以植原体secA基因为靶标序列设计并筛选特异性引物，建立枣疯病植原体的巢式PCR检测方法，评价该检测方法的特异性、灵敏度以及对34份枣树样品的检测效果。结果表明：基于两对特异性引物建立的巢式PCR方法能精准从枣树组织中检测到枣疯病植原体；该巢式PCR检测方法对枣疯病植原体的灵敏度为3×10-4 ng/μL，是普通PCR灵敏度的1 000倍；该检测方法对16份显症枣树样品的检出率为100.0%，对18份无症状枣树样品的检出率达66.7%，明显高于常规PCR。表明所建的枣疯病植原体巢式PCR方法特异性强，灵敏度高，稳定可靠，可用于枣疯病的监测预警及早期科学防控。
关键词： 枣疯病 枣疯病植原体 secA基因 巢式PCR 病原检测 灵敏度 特异性
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胡萝卜番茄红素ε–环化酶基因DcLCYE启动子活性分析及互作因子筛选
《园艺学报 》 2025 北大核心 CSCD
摘要：分别从胡萝卜‘黑田五寸’‘红玉八号’‘本红金时’‘玫瑰红’‘大禹美人指’和‘贝塔’中克隆得到长度为970 bp的DcLCYE基因启动子序列，并对其进行生物信息分析。结果显示，胡萝卜DcLCYE基因启动子区域含有多种光响应元件、激素响应元件以及转录因子结合位点等。利用不同长度DcLCYE基因启动子缺失片段驱动GUS报告基因表达，在胡萝卜中进行稳定表达检测启动子活性，结果表明起始密码子上游610 bp长的启动子区域具有较强的活性。对不同胡萝卜品种DcLCYE基因启动子进行序列比较，发现表型相近的品种DcLCYE基因启动子序列相似性更高，启动子差异可能会影响DcLCYE在不同胡萝卜品种中的转录。构建胡萝卜cDNA文库，利用DcLCYE启动子诱饵载体，采用酵母单杂交系统筛选与DcLCYE基因启动子互作的上游调控因子，阳性克隆包括数个抗氧化酶蛋白、热激蛋白、锌指蛋白和水解酶蛋白等，还筛选到可能在胡萝卜类胡萝卜素积累调控中发挥作用的MYB、bHLH以及bZIP等转录因子。
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du1新等位变异的克隆及其分子标记的开发
《作物杂志 》 2025 北大核心 CSCD
摘要：爽甜糯玉米是一种玉米新种质，其胚乳特性由糯基因和甜质基因共同控制，但甜质基因尚未被定位和克隆。本试验结果表明，爽甜糯（XT）玉米的自然晾干籽粒可溶性糖含量为62.82 mg/g，显著高于普通玉米的19.32 mg/g，但低于普甜（su1）玉米的110.9 mg/g。利用BSR-seq技术及基于籽粒皱缩特征将XT玉米中甜质基因定位到10号染色体24～68 Mb区间。比较XT玉米与普通玉米B73中候选基因Du1的全长DNA序列，发现XT玉米中du1基因在第3外显子的1455 bp位置后有5839 bp的Gypsy类LTR反转座子插入。cDNA序列分析发现，XT玉米中du1基因的转座子插入序列被大片段转录，导致转录本异常，故确定为甜质调控关键基因。该基因是du1突变体的一个新等位变异，针对基因突变位点开发的KASP分子标记能够高效区分du1du1、du1Du1和Du1Du1 3种基因型。
关键词： 玉米 du1新等位变异 BSR-seq 反转座子插入 KASP分子标记
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融合多光谱与LiDAR的玉米地上生物量精准估算研究
《光谱学与光谱分析 》 2025 EI SCI 北大核心 CSCD
摘要：准确估算玉米地上生物量(AGB)是精准农业管理的核心任务.光谱遥感技术通过捕捉作物冠层不同波段的反射特性,能有效反映玉米的生理状态但易受复杂冠层结构干扰,激光雷达(LiDAR)技术则能获取玉米的高精度三维结构信息但难以揭示作物的生理特征,单一数据源在生物量估算中存在局限.因此本研究构建了融合多光谱与LiDAR数据的玉米地上生物量估算方法.实验于2021年—2022年在北京市小汤山精准农业示范基地开展,采集了 140个样方数据,涵盖7个玉米品种.利用P4M多光谱无人机获取关键生长期的冠层反射光谱数据,采用M600无人机搭载Riegl VUX-1激光雷达获取三维点云数据.分别测定地上叶生物量(AGLB)、地上茎生物量(AGSB)和总地上生物量(AGB).从多光谱数据中提取了 NDVI、OSA-VI等12种常用植被指数,从LiDAR点云中基于三角不规则网格(TIN)计算了最大高度(HMax)、平均高度(AspAvg)等9种结构特征.采用随机森林算法构建生物量估算模型,并通过Shapley加性解释(SHAP)方法评估特征重要性.结果显示,相较于光谱估算模型,融合模型显著提升了生物量估算精度.融合模型的决定系数R2分别达到0.80(AGLB)、0.78(AGSB)和0.73(AGB),分别提高5.2%、27.8%和12.3%;均方根误差(RMSE)分别降低至61.67、248.61和356.78 g·m-2,分别降低8.2%、43.6%和15.4%.光谱指数和结构特征均与生物量显著相关(r=0.52~0.83),其中HMax、AspAvg及RVI、OSAVI是关键变量.SHAP分析表明,结构特征对茎生物量的贡献最显著,光谱指数对叶生物量的作用更大.研究证明了两种技术在生物量估算中的互补性和协同效应,为精准农业的作物生长监测和地上生物量估算提供了可靠的方法支持,推动了农业数字化管理和智能化发展.
关键词： 玉米 地上生物量 多光谱遥感 激光雷达 数据融合 机器学习
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北京市不同土地利用方式下土壤抗生素抗性基因分布特征
《环境科学 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：为揭示北京市不同土地利用方式下土壤抗生素抗性基因(ARGs)的分布特征,选取了粮田、露天菜地、设施菜地和果园这4种不同土地利用方式的75个土壤样品,通过高通量荧光定量PCR扩增,对296个ARGs和移动遗传元件(MGEs)进行了分析.结果显示,所有样品中一共检测出195个ARGs和9个MGEs,检出比例较高的3类抗性基因是β内酰胺类、多重耐药类和氨基糖苷类,设施菜地样品中ARGs的检出种类最高,粮田样品较低.从不同地区来看,设施菜地土壤中相对丰度检出较高的地区包括平谷、昌平、通州和海淀;粮田、露天菜地和果园中,相对丰度最高的地区均是延庆;4种土地类型中相对丰度检出较低的地区均是房山.设施菜地土壤中,速效钾含量与氨基糖苷类和β内酰胺类抗性基因存在显著负相关关系(P<0.05);果园土壤中,有效磷含量与细菌的数量呈现显著正相关关系(P<0.01).
关键词： 北京 土地利用方式 土壤 抗生素抗性基因(ARGs) 分布特征
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成熟期核桃青皮组织内生菌群落多样性及功能类群分析
《果树学报 》 2025 北大核心 CSCD
摘要：【目的】揭示内生菌群与核桃果实病害间的关系，挖掘有益功能菌群，为绿色防控果实病害提供理论依据。【方法】基于高通量测序技术，分析不同抗性核桃品种（系）健康/患病青皮内生菌群多样性及群落结构组成，鉴定标志性内生菌，并对菌群代谢功能进行预测。【结果】抗病品种（系）青皮内生菌群的丰富度和多样性显著高于易感品种（系），患病后青皮真菌群落的多样性显著提高；优势细菌门中变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度最高（11.19%～97.76%），优势细菌属是假单胞菌属（Pseudomonas）、黄单胞菌属（Xanthomonas）、泛菌属（Pantoea）和鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas），优势真菌门中子囊菌门（Ascomycota）的相对丰度最高（33.03%～99.87%），刺盘孢属（Colletotrichum）、篮状菌属（Talaromyces）、链格孢属（Alternaria）、Nothophoma为优势真菌属；病原菌对不同抗性品种（系）的喜好程度存在差异，不同品种（系）对病原菌的抵御能力也存在差异，包括鞘氨醇单胞菌属、甲基杆菌-甲基红菌属（Methylobacterium-Methylorubrum）、乳杆菌属（Lactobacillus）、篮状菌属、Apiosordaria和Coniosporium等有益菌属作为标志菌属在核桃抗性品种（系）健康青皮中富集；核桃青皮内生菌群具有丰富的代谢功能，主要通过促进氨基酸、核苷酸的生物合成来增强对病原菌的抵御能力。【结论】不同抗性核桃品种（系）病、健青皮组织内生菌群组成存在明显差异，有益内生菌对果实抗病性的提高有重要作用。
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基于有限元瞬态结构仿真的嫁接夹渐进式上夹方法
《农业机械学报 》 2025 EI 北大核心 CSCD
摘要：自动上夹是机械嫁接过程中的关键环节。针对目前瓜类嫁接夹力学参数不明确、夹子瞬间释放易对幼嫩苗茎造成冲击损伤的问题,本文通过有限元瞬态结构仿真模拟自动上夹全过程,分析嫁接夹动态力学特性,明确了嫁接夹结构参数对苗茎夹持过程中瞬时冲击力及稳定夹持力的影响规律。构建了以不同钢圈直径下嫁接夹夹臂完全闭合时的夹口位移、夹口张开角度为结构参数,以瞬时夹持力和稳定夹持力为评价指标的五因素数学模型,实现了对任意苗茎直径条件下夹持力的理论计算。依托自主研制的嫁接机及其渐进式上夹机构,进行了嫁接夹指定角度渐进式释放与传统夹口张至最大瞬间释放两种方式对比试验。结果表明,在嫁接夹指定角度渐进式释放过程中,当钢圈直径为0.7 mm时,嫁接苗表面瞬时冲击力为5.29 N,小于接穗安全压缩力,上夹成功率达94%,苗茎表面未出现明显机械损伤,满足机械嫁接上夹环节对安全性和稳定性的要求。研究结果可为嫁接机器人自动上夹机构设计与优化提供理论支撑和参考依据。
关键词： 嫁接夹 有限元仿真 瞬态结构 苗茎损伤 渐进式上夹
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基于土壤高光谱特征波段优选的盐分预测模型构建
《中国农业科学 》 2025 北大核心 CSCD
摘要：[目的]土壤盐渍化导致土壤结构恶化、作物减产及生态系统退化,是威胁干旱区农业可持续发展的关键环境问题.本研究旨在利用光谱变换、波段筛选以及多种机器学习方法,构建土壤盐分预测模型,快速、准确地预测土壤盐分,为盐渍化农田的科学管理提供技术支撑.[方法]以达拉特旗农田土壤为研究对象,系统采集土壤样品并测定其电导率(EC)与光谱反射率数据.首先,采用Savitzky-Golay(S-G)滤波对原始光谱(R)进行平滑去噪,在此基础上系统开展包括倒数、对数、一阶微分、二阶微分等在内的12种光谱变换处理,以挖掘隐含光谱特征.进而,分别采用相关性分析(CA)和最小角回归(LAR)方法进行特征降维,并结合竞争性自适应重加权采样(CARS)算法进一步筛选敏感特征波段.最后,基于优选特征分别构建偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机(SVM)、反向传播神经网络(BPNN)和随机森林(RF)模型,通过决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)综合评价模型性能,对比特征集在不同算法中的建模效果.[结果]原始光谱经过光谱变换后,相关系数均有不同程度的提升,表明光谱变换能显著增强土壤盐分与光谱特征的相关性;在使用竞争性自适应重加权采样进行特征波段优选时,最小角回归比相关性分析具有更好的特征降维效果;倒数对数一阶微分(ATFD)结合偏最小二乘回归模型表现最优,其验证集精度为R2=0.81、RMSE=2.04 dS·m-1;不同建模方法对比显示,偏最小二乘回归模型的预测性能优于其他3种模型(反向传播神经网络/随机森林/支持向量机),表明偏最小二乘回归模型更适合该区域土壤盐分的预测.[结论]基于ATFD-LAR-CARS-PLSR的土壤盐分高光谱预测模型精度高、预测能力最优,证实了高光谱技术结合多维度特征优化可有效实现干旱区土壤盐分预测.
关键词： 土壤盐分 光谱变换 特征波段选择 相关性分析 最小角回归 竞争性自适应重加权采样
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氨基葡萄糖对断奶仔猪血清抗氧化、炎症指标以及肠道微生物的影响
《畜牧兽医学报 》 2025 北大核心 CSCD
摘要：旨在研究氨基葡萄糖（glucosamine, GlcN）对断奶仔猪血清抗氧化、炎症指标以及肠道微生物的影响。试验选取250头体重相近21日龄的健康“杜×长×大”断奶仔猪，随机分为5个处理组，每组5个重复，每个重复10头猪，试验期14 d。分别饲喂基础日粮（NC组）、基础日粮+金霉素75 mg·kg-1（PC组）、基础日粮+GlcN 1 g·kg-1（G1组）、基础日粮+GlcN 2 g·kg-1（G2组）和基础日粮+GlcN 3 g·kg-1（G3组）,在试验14 d每组随机选择两个重复采集仔猪的血清和粪便样品，检测血清氧化应激和炎症相关指标，解析粪便微生物群构成，并对血清指标和微生物组成做相关性分析。结果表明：1)GlcN添加能够改变血清丙二醛（MDA）含量、总抗氧化能力（T-AOC）以及过氧化氢酶（CAT）和总超氧化物歧化酶（T-SOD）活性，改变炎症指标白细胞介素-10（IL-10）、白细胞介素1β（IL-1β）水平；2)GlcN添加能够影响肠道微生物组成，在门水平上，各组中占比前三的菌门为厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidota）和螺旋体门（Spirochaetota）;在属水平上，与NC组相比，G2组瘤胃球菌科UCG-002属细菌丰度显著降低，并且与T-SOD呈显著负相关（P<0.05）;G3组norank＿f＿Eubacterium＿coprostanoligenes＿group丰度显著降低（P<0.05）;G1组norank＿f＿Ruminococcaceae丰度显著增加（P<0.05）;G2组毛螺菌科Dorea属细菌与T-SOD呈显著正相关、G3组Dorea与IL-6呈显著负相关（P<0.05）;在G2组中Christensenellaceae＿R-7＿group与肿瘤坏死因子-α（TNF-α）呈显著负相关，在G3组中与T-SOD呈显著正相关（P<0.05）;GlcN添加后仔猪肠道中与抗氧化指标和抗炎指标相关性均较大的微生物属有UCG-002、Dorea和Christensenellaceae＿R-7＿group。综上所述，GlcN能够增强断奶仔猪的抗氧化能力、抗炎功能以及调节肠道微生物菌群的组成共同缓解断奶应激。
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