1 兰州理工大学 兰州 730000
2 中国科学院近代物理研究所 兰州 730000
3 中国科学院大学 北京 101408
西蓝花（Brassica oleracea var. italica）是我国重要的蔬菜作物之一，其种子主要源于进口，亟需开发属于我国的创新型品种。为探究高能重离子束对西蓝花的当代生物学效应，本研究采用碳离子束辐照西蓝花种子，检测其幼苗期的生长指标、抗氧化酶活性、光合指标和叶绿素荧光等参数。结果表明：100~500 Gy的辐照对种子的萌发没有显著影响，600 Gy显著抑制其萌发。100~600 Gy辐照后根长、芽长、苗高、叶面积总体上随剂量增加而降低。碳离子束辐照西蓝花的半致死剂量（Median lethal dose，LD50）为415.89 Gy，使根长减半的剂量为495.12 Gy。辐照后幼苗的超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）和过氧化物酶（Peroxidase，POD）活性均高于对照，过氧化氢酶（Catalase，CAT）的活性低于对照，400 Gy辐照后丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量显著升高。随吸收剂量的增加光合色素（叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素）呈现先升高再降低的趋势，最高值出现在300 Gy处。净光合作用、蒸腾速率和气孔导度均与吸收剂量负相关，辐照后非光合淬灭系数显著升高。结果表明，重离子束辐照抑制了西蓝花植株的生长，影响了抗氧化酶活性和光合作用。本研究为西蓝花的重离子束辐照诱变育种提供了基础数据。
西蓝花 重离子束 辐照 诱变育种 生理响应 Brassica oleracea Heavy ion beam Irradiation Mutation induction breeding Physiological response 辐射研究与辐射工艺学报
2024, 42(1): 010402
1 湖南农业大学 植物激素与生长发育湖南省重点实验室，长沙 410128
2 湖南农业大学 生物科学技术学院，长沙 410128
水稻是我国最重要的粮食作物之一，高垩白性状严重降低了稻米的食用与加工品质。水稻的垩白性状主要由遗传控制，并受环境因素的影响。降低稻米的垩白含量是水稻育种改良的重要目标。近年来，研究者们揭示了多个与垩白相关的遗传学机制。本文从能量产生、能量物质分配、淀粉合成和淀粉体堆积结构等途径综述了水稻垩白性状相关基因及其遗传特性的最新研究进展，从而为水稻垩白形成的机理研究与稻米品质遗传改良提供参考。
水稻 垩白 垩白相关基因 基因功能 育种 rice chalkiness chalkiness related genes gene function rice breeding
1 山西农业大学 a. 农学院
2 山西农业大学 b. 林学院, 太谷 030801
3 国家功能杂粮技术创新中心, 太谷 030801
4 山西省旱作栽培与作物生态重点实验室, 太谷 030801
5 省部共建黄土高原特色作物高效生产协同创新中心, 太谷?030801)
氯离子通道蛋白(ClC)是存在于生物体细胞膜上一类分布极其广泛的阴离子通道, 在抗盐胁迫等多种生理过程中发挥着非常重要的作用。使用生物信息学方法在高粱基因组中鉴定出10个SbClCs基因, 对SbClCs基因家族进行基因组鉴定、启动子、保守基序、系统进化树和基因表达分析。结果显示: SbClCs基因家族主要分布在SBI-01、SBI-03、SBI-04、SBI-06、SBI-07、SBI-10共6条染色体上; SbClCs蛋白均为疏水蛋白且流动性较好, 多为质膜上的分泌性蛋白, 其二级结构主要为无规则卷曲和α-螺旋; 基因蛋白结构域分析结果显示, 相对较为保守的结构域是Voltage gated和CBS pair voltage gated ClC uk bac, ClC家族成员在蛋白上也都是比较保守的; 分析SbClCs基因启动子顺式作用元件后发现都存在光响应元件(Sp1, G-box), 除了SbClCg1基因外, 其他基因的启动子区均存在干旱诱导相关MYB结合位点(MBS); 系统进化树分析显示, 高粱ClC与玉米、水稻亲缘关系更近; 基因表达热图分析表明, SbClCc3、SbClCa基因对于高粱的耐盐胁迫和抗逆性起着重要的作用; 选择进化分析表明, ClC蛋白质编码基因还受纯化选择作用。本研究初步分析了高粱10个氯离子转运蛋白基因的结构与表达, 为进一步研究用SbClCs进行遗传转化与分子育种提供了基础。
高粱 基因表达 系统进化 分子育种 sorghum (Sorghum bicolor) ClC ClC gene expression phylogeny molecular breeding
1 华中农业大学工学院, 湖北 武汉 430070
2 农业部长江中下游农业装备重点实验室, 湖北 武汉 430070
3 国家蛋品加工技术研发中心, 湖北 武汉 430070
胚蛋雌雄识别一直是家禽业发展的瓶颈问题, 在禽肉生产过程中倾向于养殖雄性个体, 而禽蛋生产产业倾向于养殖雌性家禽。 若能在孵化过程中较早鉴别出种蛋的雌雄, 不仅能够降低家禽孵化产业的成本, 还能够提高禽蛋和禽肉生产行业的经济效益。 该文以种鸭蛋为研究对象, 为了在种鸭蛋孵化早期实现对种蛋的雌雄识别, 构建了可见/近红外透射光谱信息采集系统, 在200～1 100 nm的波长范围内采集了345枚孵化了0~8 d的种鸭蛋光谱数据。 搭建了适用于种鸭蛋光谱信息的6层卷积神经网络（convolutional neural network, CNN）, 其中包括输入层、 3个卷积层、 全连接层与输出分类层。 卷积层可以提取光谱中的有效信息, 全连接层通过对卷积层提取的局部特征进行整合供输出层分类决策。 另外在卷积神经网络中引入局部响应归一化和dropout操作能够加快网络的收敛速度。 利用该卷积神经网络构建鸭胚雌雄信息识别网络, 通过对比与分析不同孵化天数的识别效果, 发现孵化7d的识别效果最佳。 随后将孵化7 d的种鸭蛋原始光谱数据进行噪声去除, 选取500~900 nm波段用于后续的特征波长选取和建模。 分别运用了竞争性自适应重加权算法(CARS)、 连续投影算法( SPA)与遗传算法(GA)选择能够区分鸭胚性别的波长点, 将选取的特征波长转换为二维的光谱信息矩阵, 二维光谱信息矩阵保留了一维光谱的有效信息, 同时极大地方便了与卷积神经网络的结合。 利用二维光谱信息矩阵和卷积神经网络相结合, 实现孵化早期阶段鸭胚的雌雄识别。 经检验, 基于 SPA算法和CNN网络建立的模型效果较佳, 其中训练集、 开发集及测试集的准确率分别为93.36%, 93.12%和93.83%; 基于GA算法和CNN网络建立的模型效果次之, 训练集、 开发集及测试集的准确率分别为90.87%, 93.12%和86.42%; 基于CARS算法和CNN网络建立的模型的训练集、 开发集及测试集的准确率分别为84.65%, 83.75%和77.78%。 研究结果表明基于可见/近红外光谱技术和卷积神经网络可以实现孵化早期鸭胚胎雌雄的无损鉴别, 为后续相关自动化检测装置的研发提供了技术支撑。
种鸭蛋 雌雄 卷积神经网络 无损检测 可见/近红外光谱 Breeding duck eggs Male and female Convolutional neural network Nondestructive testing Visible/near infrared spectroscopy 光谱学与光谱分析
2021, 41(6): 1800
西北农林科技大学机械与电子工程学院, 陕西 杨凌 712100
植物非生物胁迫是指对植物产生不利影响的非生物因素, 非生物胁迫威胁植物发芽、 生长、 发育和繁殖, 是阻碍农作物高效栽培和农业可持续发展的主要因素。 植物胁迫精准管理和抗逆植物育种是缓解和解决非生物胁迫的有效途径, 其中植物表型分析是一个不可或缺的环节, 但是传统滞后的如人工、 破坏式表型测量方法很难满足高通量表型分析的需求, 制约着植物非生物逆境治理的精度和现代植物育种的效率。 高通量植物表型分析技术旨在实现植物复杂性状的快速、 自动、 无损地获取与分析, 能实时原位监测植物受胁迫状态与程度, 指导胁迫治理措施和资源精准投入, 可以为优良抗逆植物品种高通量筛选鉴定提供解决方案、 能为植物抗逆基因解析与定位、 植物遗传变异分析等提供大数据支撑。 由于成像光谱技术能够实时、 非接触、 高效地测量植物结构形态、 生理生化等多样化的表型, 在高通量植物表型分析中表现出良好的潜力, 近年来在植物精准种植和现代植物育种中得到广泛研究与应用。 主要阐述可见光成像(RGB Imaging)、 多光谱成像(MSI)、 高光谱成像(HSI)、 叶绿素荧光成像(ChlFI)、 多光谱荧光成像(MFI)、 热红外成像(TIRI)高通量表型分析技术在植物非生物胁迫表型分析中的研究进展以及评估分析其发展趋势; 首先简单介绍了不同成像光谱的技术特点以及在植物表型分析中的应用差异和高通量分析流程; 其次总结了近年来基于成像光谱技术高通量分析植物非生物胁迫表型的部分研究和应用, 介绍范围从植物胁迫监测、 抗逆植物品种筛选鉴定、 植物遗传分析3个方面出发, 主要涉及植物干旱、 温度、 盐害、 养分胁迫以及其他非生物逆境。 最后探讨了上述成像光谱技术在植物非生物胁迫表型高通量分析的机遇和其面临的挑战。
成像光谱 非生物胁迫 高通量表型分析 精准管理 植物育种 Imaging spectroscopy Abiotic stress High-throughput plant phenotyping Precision farming Plant breeding 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3365
1 湖南师范大学生命科学学院, 湖南省动物肠道生态与健康国际科技创新合作基地, 动物营养与人体健康实验室, 长沙 410081
2 中国科学院亚热带农业研究所动物营养生理与代谢过程实验室, 亚热带农业生态过程重点实验室, 长沙 410125
在病原菌、病毒、应激等因素的影响下, 畜禽肠道功能容易紊乱失调。抗生素可以预防或治疗由病原菌引起的感染, 但抗生素的滥用会给畜牧产品、生态环境带来一系列危害, 对人类的健康造成巨大威胁, 因此无抗养殖的趋势已成必然。益生菌在畜禽养殖中具有很重要的作用, 乳酸菌作为益生菌的重要组成部分, 它具有促进机体生长、改善胃肠道功能、提高机体免疫力、维持动物肠道菌群平衡等作用, 故乳酸菌可以作为抗生素替代品引入畜禽养殖。本文主要概述乳酸菌在畜禽养殖中发挥益生功效的作用机制和应用范围, 着重讲述乳酸菌相较于其他主要畜禽养殖益生菌的优势与劣势, 阐述乳酸菌在种养结合的运用, 对乳酸菌的未来发展和应用前景提出展望。
乳酸菌 畜禽养殖 种养结合 营养调控 lactic acid bacteria(LAB) livestock and poultry breeding (LPB) plantingand cultivation nutritional regulation
1 中国热带农业科学院海口实验站/海南省香蕉健康种苗繁育工程技术研究中心, 海口 571101
2 贵州省农业科学院亚热带作物研究所, 兴义 562400
我国是世界产蕉大国, 香蕉总产量已居世界第2位, 香蕉产业已成为我国南亚热带地区农民脱贫致富的重要支柱产业。但目前我国香蕉品种更新缓慢, 现有品种的高产性、抗寒性、抗病性均存在一定程度的缺陷, 而物理诱变技术在培育改良品种特性上具有独特的优势。本文综述了物理诱变技术及其在香蕉育种中的研究进展, 包括物理诱变定义、种类及应用等方面, 以期对香蕉诱变研究及新品种选育实践提供参考。
香蕉 物理诱变 育种 banana physical mutation breeding
1 湖南省核农学与航天育种研究所, 长沙 410125
2 湖南湘华华大生物科技有限公司, 湘潭 411100
为提高水稻诱变育种的突变频率及效果, 本研究采用新型诱变源高能电子束(EB)辐照2种不同基因型水稻品种产生突变效应, 并与传统60Co-γ射线处理相比较, 探索了高能电子束应用于水稻诱变育种的最适辐照剂量, 分析了其M1代的生物损伤特点并统计了M2代部分可见农艺性状表型突变频率, 探讨了高能电子束处理不同基因型水稻品种的损伤效应和诱变效应。本研究为水稻的高能电子束诱变育种工作提供了参考。
电子束 水稻 诱变效应 突变体 育种 electron beam rice mutagenic effects mutant breeding
中国工程物理研究院 核物理与化学研究所, 四川 绵阳 621900
利用系统分析程序RELAP5/Mod 3.4对基于中国聚变工程实验堆(CFETR)的高增益包层聚变堆进行了全堆尺度的安全分析。针对包层结构复杂、部件众多的特点, 提出了对包层两套冷却系统的复杂流动和传热结构的等效建模方法, 并建立了两套冷却系统间的传热模型。在此基础上完成全包层模型, 对稳态运行工况进行了计算验证, 并选取燃料区全部失流事故进行安全分析。计算结果表明: 在事故过程中, 第一壁-产氚区冷却系统能够带走燃料区的部分衰变热, 高增益包层的各项热工参数均未超过限值。这表明包层能够有效地抵御此类事故, 具有良好的热工安全特性。
高增益包层 全包层模型 失流事故 CFETR CFETR high tritium breeding blanket intact reactor model RELAP5 RELAP5 LOFA 强激光与粒子束
2019, 31(3): 036001
1 浙江大学生物系统工程与食品科学学院, 浙江 杭州 310058
2 农业农村部光谱检测重点实验室, 浙江 杭州 310058
作物优良品种选育是实现作物优质高产的关键。 现代育种方法需要获取植株的大量表型信息, 最终选育出性状稳定的优良品种。 近年来, 高通量植物表型分析技术因其快速、 无损、 高效等优势, 为筛选优良作物品种提供了技术保障, 已成为农学、 工程、 计算机科学等多学科交叉研究的热点。 其中, 叶绿素荧光技术作为植物光合作用的探针, 是研究植物逆境胁迫表型的有力工具之一, 能够实现植物生物与非生物胁迫的高效分析, 加快作物优良性状的筛选。 该文旨在阐述叶绿素荧光技术的研究进展和发展趋势, 主要介绍了叶绿素荧光技术的基本原理和成像系统、 叶绿素荧光参数的分析和处理方法, 总结了在植物表型分析研究中的应用情况, 探讨了该技术目前存在的问题和改进的方法, 进一步展望了叶绿素荧光技术在植物表型分析中的应用前景。
叶绿素荧光技术 植物表型分析 生物胁迫 非生物胁迫 作物育种 Chlorophyll fluorescence technique Plant phenotyping Biotic stress Abiotic stress Plant breeding 光谱学与光谱分析
2018, 38(12): 3773
