科研产出
基于无人机影像多时相的小麦品种氮效率分类识别
《中国农业科学 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：【目的】探索无人机遥感在氮效率分类识别中的潜力，构建小麦品种氮效率分类方法，为氮高效品种筛选提供理论依据和技术支持。【方法】通过6个成熟期与氮效率密切相关的农学指标（产量、植株氮积累、氮素生理利用效率、植株干生物量、籽粒总吸氮量、N收获指数）构建主成分综合值，并对其进行K-Means聚类分析，将121个小麦品种划分为氮高效型、氮中效型和氮低效型3种类型。利用无人机遥感平台搭载多光谱相机，在小麦拔节期、孕穗期和开花期获取无人机遥感影像，并提取34种植被指数，分析植被指数与氮效率综合值的相关性；对比支持向量机（SVM）、随机森林（RF）和K最近邻（KNN）分类方法的氮效率分类模型精度，使用总体分类精度（OA）和Kappa系数比较不同生育时期下小麦品种氮效率分类识别的能力；并使用3种不同的特征集筛选方法（ReliefF算法、Boruta算法和RF-RFE算法）对优化的特征子集进行综合评价，确立适宜的小麦品种氮效率分类识别方法。【结果】随着小麦生育时期的不断推进，植被指数与氮效率综合值的相关性逐渐提高，开花期最高（r=0.502）；利用植被指数全特征集对小麦品种氮效率进行分类，对于单生育时期数据而言，以开花期的SVM模型分类效果最好（OA=77.1%,Kappa=0.591），拔节期最差（OA=65.6%,Kappa=0.406）；总体而言，多生育时期数据融合的品种氮效率分类精度高于单生育时期，其中以拔节期+孕穗期+开花期3个生育时期数据融合的SVM模型的分类效果最优（OA=80.6%,Kappa=0.669）。为减少多生育时期数据融合的特征集变量数量，比较分析RF-RFE、Boruta和ReliefF 3种算法的特征优化效果，基于RF-RFE算法得到的优化特征子集分类精度最高，其OA和Kappa系数比全特征集分类模型分别提高了4.0%和10.1%，其中，以3个生育时期数据融合的分类效果最好（OA=85.4%,Kappa=0.749）。【结论】确立6个氮效率指标—主成分分析—K-Means氮效率评价方法；RF-RFE算法有效优化多生育时期组合的特征子集数量，且获得较高的分类精度，确立基于多生育时期组合—RF-RFE—SVM技术融合的小麦品种氮效率分类模型，为小麦氮高效品种的快速准确分类鉴定提供理论依据和技术支撑。
关键词： 冬小麦 无人机 植被指数 生育时期 特征筛选 氮效率分类
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小麦新品种郑麦16、郑麦20和郑麦22的遗传基础解析
《种子 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：为解析高产广适多抗小麦新品种郑麦16、郑麦20和郑麦22的分子遗传基础，本研究利用小麦55K SNP芯片和功能基因标记对郑麦16、郑麦20和郑麦22及其亲本进行了分析。结果表明，郑麦16和郑麦22分别与周麦22、周麦16之间的亲缘关系相近，郑麦20与周麦18之间的亲缘关系相近。周麦16、周麦18和周麦22分别含有与郑麦16、郑麦20、郑麦22的相同基因型位点占比分别为78.97%、64.99%和88.83%,相应遗传贡献率也最高，分别为46.60%、43.08%和60.96%。进一步对21条染色体进行分析表明，周麦16、周麦18和周麦22的1B、1D、2D、3A、3D、4B、4D、5A、5B、5D、6A、6D、7B和7D染色体上为亲本贡献了最多的位点。在2A染色体上，偃展4110与郑麦16、偃展4110与郑麦20、矮抗58与郑麦22相同基因型的位点占比分别为70.6%、80.4%和78.0%,推测2A染色体上存在的广适早熟相关基因被选择利用。功能标记检测结果表明，郑麦16和郑麦22聚合了Yr5、Yr30、QYr.nwafu-4BL、QYrqin.nwafu-2AL和Lr13,郑麦22携带Phs1基因，穗发芽抗性较好。
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基于多层级特征筛选和无人机影像的冬小麦植株氮含量预测
《农业工程学报 》 2024 EI 北大核心 CSCD
摘要：氮素是冬小麦生长发育必不可少的大量元素，无人机超高分辨率影像丰富的光谱信息和纹理信息为冬小麦植株氮含量精准预测提供了重要的技术途径，但是过多变量造成了信息冗余和模型复杂的问题。针对此问题，该研究提出了一种“相关分析+共线性分析+LASSO(least absolute shrinkage and selection operator)特征筛选”的多层级植株氮含量敏感特征的筛选方法，引入约束系数向量的L1正则化实现特征的稀疏性，将某些特征的系数缩小为0，基于冬小麦关键生育期（拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期）无人机影像提取的65个光谱和纹理特征，采BP神经网络（back propagation,BP）、Adaboost、随机森林（random forest,RF）和线性回归（linear regression,LR）4种机器学习算法构建了冬小麦植株氮含量预测模型。结果表明：相关分析筛选出51个通过0.01显著性检验的变量；基于共线性分析，当LASSSO正则化参数λ取值为0.08时，17个敏感特征变量被筛选。基于筛选的敏感特征变量，BP、Adaboost、RF和LR 4种算法建立的植株氮含量预测模型均达到了0.01水平差异显著性，且BP、Adaboost和RF 3种预测模型的精度具有高度的一致性，模型R~2均为0.81,RMSE分别为0.36%、0.38%和0.37%，说明该研究提出的多层级特征筛选方法不仅使得模型变得简洁，而且稳健性高，可为智慧农业氮肥精准监测、智慧管理提供技术支撑。
关键词： 无人机 冬小麦 氮素 多层级特征筛选 LASSO回归 机器学习 最小二乘回归
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河南省花生果腐病病原菌的分离及鉴定
《中国油料作物学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：花生果腐病又称烂果病，是河南省乃至全国花生主产区日趋严重的重要病害。为明确河南省花生果腐病的病原菌，采用组织分离法对2019和2020年采自河南省各花生产区的92份花生果腐病样进行了菌株分离。结合形态学和分子生物学鉴定方法并依据柯赫氏法则进行验证，确定了引起河南省花生果腐病的病原菌包括镰刀菌属尖孢镰刀菌（Fusarium. oxysporum）、腐皮镰刀菌（F. solani）、层出镰刀菌（F. proliferatum）和厚垣镰刀菌（F. chlamydosporum）、曲霉属黑曲霉菌（Aspergillus niger）和黄曲霉菌（A. flavus）、可可毛色二孢菌（Lasiodiplodia theobromae）、齐整小核菌（Sclerotium rolfsii）以及侵管新赤壳菌（Neocosmospora vasinfecta）共计5属9种，其中以镰刀菌属的尖孢和腐皮镰刀菌为优势种。本研究进一步确定了花生果腐病是由多种病原菌复合侵染所致，研究结果可为花生果腐病的有效防治提供重要依据。
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施钼对花生氮代谢关键酶活性、氮素利用及产量的影响
《中国油料作物学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：为分析施钼对花生氮代谢关键酶活性、氮素利用及产量的影响，采用盆栽和田间试验相结合的方式，设不施钼（0）、施钼（0.2 mg·kg~(-1))2个水平，研究了增施钼肥对花生关键生育时期氮代谢相关酶活性、植株氮素积累量、氮素利用率和产量的影响。盆栽试验和田间试验结果表明，与不施钼相比，增施钼肥显著提高了结荚期和成熟期花生根和叶片中硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶活性，显著增加了花生根系、地上部和荚果中氮素积累和荚果产量，其中，盆栽试验和田间试验两生育期氮素吸收效率分别平均提高47.79%和21.65%，氮素利用率分别平均提高10.58%和13.56%，花生分别显著增产38.20%和25.81%。可见，增施钼肥可显著提高花生根系和叶片氮素代谢相关酶活性，显著提高花生氮素积累量、氮素吸收利用效率和产量。增施钼肥是提高花生产量和氮利用率的有效措施。
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河南省新乡地区金龟甲发生动态及影响因子分析
《环境昆虫学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：为明确河南省新乡地区农田地下害虫优势种群组成、发生动态及影响因子，本研究于2015-2021年间利用虫情测报灯对该地区的金龟甲进行了监测。结果表明铜绿丽金龟Anomala corpulenta Motschulsky和暗黑鳃金龟Holotrichia parallela Motschulsky为河南新乡小麦-玉米/花生1年2熟制农田地下害虫的优势种群，且暗黑鳃金龟的年度诱虫量及其在混合种群中的占比呈逐年增加趋势。金龟甲的发生在不同年份呈现单峰或双峰，暗黑鳃金龟发生盛期表现出明显的隔日出土现象即双倍节律。相较于暗黑鳃金龟发生期的6月中旬至9月上旬，铜绿丽金龟的发生期相对较短，在6月下旬至8月下旬。同时暗黑鳃金龟高峰日也晚于铜绿丽金龟，其中高峰日最多差22 d。金龟甲的发生与环境降雨、湿度、温度相关。本研究为新乡地区乃至黄淮海农田地下害虫的危害预警和综合治理提供数据支撑。
关键词： 暗黑鳃金龟 铜绿丽金龟 虫情测报灯 种群动态 气候因子
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基于非靶代谢组学的糙皮侧耳子实体发育的关联物质及主要代谢通路分析
《菌物学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：本研究采用代谢组学方法鉴定并分析了糙皮侧耳原基和刚分化的子实体中的小分子代谢物质，以期解析糙皮侧耳子实体形成和发育的潜在机制。糙皮侧耳原基和子实体中共鉴定出545种代谢物，包含酚酸、脂类、氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、有机酸、生物碱、单宁、木脂素和香豆素以及其他代谢物共9类。主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）表明糙皮侧耳原基和子实体中的代谢物质具有显著差异。以VIP≥1、fold change≥2或≤0.5为条件，共筛选到253种差异代谢物。调控通路分析结果显示差异物质涉及76条代谢途径，推测该菌通过色氨酸代谢，苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成，赖氨酸降解，D-精氨酸和D-鸟氨酸代谢，生物素代谢，莨菪烷、哌啶和吡啶生物碱的生物合成，酪氨酸代谢，嘌呤代谢，丙酸代谢和异喹啉生物碱的生物合成等主要代谢通路完成物质的深度转化及调控。本研究为糙皮侧耳子实体发育机制的研究提供了一定的理论依据。
关键词： 糙皮侧耳 子实体发育 代谢组学 差异代谢物 代谢通路
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油莎豆茎豆形成相关代谢物挖掘及通路富集分析
《河南农业科学 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：为挖掘油莎豆匍匐茎形成茎豆过程中的关键代谢物质，调控匍匐茎形成更多的茎豆，以匍匐茎及新茎豆为研究对象，利用高效液相色谱联合三重四极杆质谱仪进行广泛靶向代谢组学分析，采用多元统计学方法挖掘与茎豆形成相关的差异代谢物质，并富集差异代谢物相关的KEGG代谢通路。结果表明，未膨大匍匐茎（PFJ1）、膨大匍匐茎（PFJ2）及新茎豆（JD1）3组样本中共检测到1 217个代谢物。按照变量投影重要度（VIP）>1、P<0.05且差异倍数（FC）>2或FC<0.5的条件进行差异代谢物筛选，JD1 vs PFJ1筛选到35个差异代谢物，其中26个上调表达，9个下调表达；JD1 vs PFJ2筛选到57个差异代谢物，其中50个上调表达，7个下调表达；PFJ2 vs PFJ1筛选到39个差异代谢物，其中3个上调表达，36个下调表达。利用数据库对代谢物进行定性分析，差异表达代谢物主要被鉴定为氨基酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、有机氧化合物、黄酮类、苯丙素类、酚类等。差异表达代谢物相对含量分析显示，JD1谷胱甘肽含量是PFJ1的14.021倍、PFJ2的29.195倍；JD1 3-甲基组氨酸含量是PFJ1的10.463倍、PFJ2的129.931倍；JD1山柰酚含量是PFJ1的0.421倍、PFJ2的0.358倍。进一步的KEGG通路分析显示，差异表达代谢物主要富集到氨酰-tRNA生物合成，精氨酸和脯氨酸代谢，丙氨酸、天冬氨酸及谷氨酸代谢，苯丙氨酸代谢，黄酮及黄酮醇生物合成等代谢通路。综上，与油莎豆茎豆形成相关的代谢物质主要为氨基酸类及黄酮类物质；代谢通路主要集中在氨酰-tRNA生物合成及黄酮和黄酮醇生物合成途径中。
关键词： 油莎豆 匍匐茎 茎豆形成 代谢组学 氨基酸类 黄酮类
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黄河中下游过渡区河岸植物多样性与土壤因子的关系
《西北植物学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：【目的】河岸带物种多样性与土壤因子的关系对维持河岸带生态系统的稳定性十分重要，为揭示黄河中下游河岸带物种多样性与土壤因子的关系，进一步为黄河中下游过渡区河岸生态恢复、保护和高质量发展提供一定的参考与理论指导。【方法】采用样方调查法、试验分析法、CCA排序法等方法，以河南黄河中下游过渡区对植物分布和物种多样性与土壤因子的关系进行研究。【结果】(1)黄河中下游过渡区河岸有机质、速效钾及有效磷均属于中等变异程度，土壤含水量、全氮变异系数为强变异性，土壤养分空间分布总体呈现中度不均匀的特征。(2)黄河中下游过渡区河岸植物优势度指数(D)与土壤全氮具有显著负相关关系(P<0.05);土壤pH值、速效钾和有效磷对物种丰富度指数(S)的影响不明显；均匀度指数(E)、香农-威纳指数(H)与6个土壤因子之间均没有达到显著水平。(3)红蓼、头状穗莎草、长芒稗、糠稷、醴肠群落的分布受土壤含水量的影响较大；青蒿、酸枣、毛白杨等的分布主要受全氮的影响较大，在全氮含量较高的区域分布较多；葎草和反枝苋受速效钾影响较大；而狗牙根、苍耳、芦苇、狗尾草、春蓼、绿豆等群落受土壤因子的影响较小。【结论】黄河中下游过渡区河岸带土壤含水量、速效钾及全氮是影响植物分布的主要因子，不同植物对土壤条件的需求存在差异，能够直观反映出植被与土壤环境之间的关系。
关键词： 黄河中下游过渡区 河岸带 植物群落 物种多样性 土壤因子
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玉米逆境胁迫响应基因ZmbZIP84的克隆与功能验证
《核农学报 》 2024 北大核心 CSCD
摘要：碱性亮氨酸拉链（Basic leucine zipper,bZIP）转录因子是真核生物中分布最广泛、结构极其保守的家族之一，在植物生长进程中发挥重要作用。为验证bZIP转录因子在逆境胁迫中发挥的作用，本研究通过分析转录组数据，筛选到27个参与干旱-复水胁迫的bZIP基因，计算相关性系数、构建共表达网络图发现ZmbZIP84（Zm00001d053988）是核心节点基因；该基因位于玉米第4号染色体，具有高度保守的bZIP结构域；分析理化性质，发现该基因是亲水性蛋白且属于不稳定蛋白；构建系统发育树，发现该基因与柳枝稷和高粱的亲缘关系最近；实时荧光定量PCR（qRT-PCR）结果显示，ZmbZIP84在玉米各组织中均有表达，成熟根中的表达量最高；设置20%聚乙二醇（PEG）-6000、42℃高温、200 mmol·L-1 NaCl以及缺乏铵态氮等模拟试验，发现该基因在高温、干旱、氮处理下表达量显著上调，而在NaCl处理下表达量下调，说明ZmbZIP84基因积极参与并响应非生物胁迫；利用CRISPR/Cas9技术获得ZmbZIP84基因的拟南芥同源基因缺失型纯合突变体，发现在高温、干旱胁迫处理下突变体植株生长受到严重抑制、叶片萎蔫、甚至干死，而野生型植株影响较小，说明在干旱、高温胁迫处理下，ZmbZIP84基因敲除后抗旱、耐高温能力下降；亚细胞定位发现该基因编码的蛋白位于细胞核。本研究结果可为后续研究ZmbZIP84基因的功能及下游靶基因的调控机制奠定基础，为培育抗逆性玉米新品种提供参考。
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