李少辰 1,2,3张爱武 1,2,3,*张希珍 1,2,3杨志强 1,2,3李梦南 1,2,3
1 首都师范大学资源环境与旅游学院，北京 100048
2 首都师范大学三维信息获取与应用教育部重点实验室，北京 100048
3 首都师范大学空间信息技术教育部工程研究中心，北京 100048
植物三维表型结构信息在生物育种和基因组研究中尤为重要。为了能够有效、快速、无损地实现对植物三维表型信息的提取，以玉米为例，提出一种从图像生成的三维点云提取玉米幼苗叶片尺度的三维表型结构信息的方法。首先利用运动恢复结构算法将手机获取的图像重建生成三维点云；然后结合ExGR指数、条件欧氏聚类算法从环境背景中自动提取玉米幼苗，进而采用区域增长算法分割叶片；最后计算玉米幼苗的株高、三维体积、叶片面积和叶片周长等三维表型结构信息，并分析表型信息随时间的动态变化。结果表明，与真实值相比，所提方法计算的株高、叶片面积和叶片周长的均方根误差（RMSE）分别为0.77 cm、1.62 cm2和1.21 cm，平均绝对百分比误差（MAPE）分别为3.23%、8.27%和4.75%，且决定系数R2均达0.98以上。所提方法可以有效地无损提取玉米幼苗三维表型结构信息，并可以拓展到对其他柱状结构植物的表型信息提取方面。
三维点云 植物表型 可见光植被指数 叶片分割 动态监测 激光与光电子学进展
2023, 60(2): 0210002
1 南京农业大学工学院/江苏省现代设施农业技术与装备工程实验室, 江苏 南京 210031
2 John Innes Centre, Earlham Institute, Norwich Research Park, Norwich, NR4 7UH, UK
3 南京农业大学作物表型组学交叉研究中心, 江苏 南京 210014
针对土壤遮挡时根系图像信息不全的问题, 提出一种热红外成像根系表型检测方法, 结合Criminisi改进算法实现根系图像信息的增强和修复, 并研究玉米根系表型与种子活力之间的关系。 首先, 设计一种适应于玉米根系构型的环形双层石英培养装置迫使玉米根系贴壁生长, 分别将老化0, 1, 3和6 d的玉米种子种植在环形培养装置中。 基于水和土壤比热容具有显著差异的特点, 利用水对玉米苗根茎进行滴灌, 并通过热空气对培养装置中的玉米根系进行短时热激励, 再用红外热像仪采集根系红外热像, 利用土壤与根土间隙水流温度的差异实现土壤遮挡处根系的热成像。 其次, 对预处理后的根系热像, 进行端点和最佳匹配对判定, 并利用Criminisi改进算法对红外热像中的断根连接, 实现根系热红外图像的修补。 最后, 利用以上方法分别对不同老化天数的玉米种子幼苗进行根系表型检测验证。 结果表明, 所提出的热红外成像方法可有助于土壤遮挡处根系的表型图像信息增强, 比彩色图像提取的根系表型参数精度提高约0.5%~10%。 玉米种子老化1d后其根系表型参数总根长（RTL）和总根数（RTN）未见明显差异, 但老化3d和6d的种子其根系表型参数具有显著差异, RTL减少20%～35%, RTN减少10%～55%, 反映了玉米种子长时间老化后其活力存在显著下降。 不同老化天数的玉米根系表型参数RTL和RTN均与老化天数呈显著负相关, 可作为种子活力的重要指标参数, 其中, 种子根系RTN参数对老化更为敏感, 更能够直观反映种子的活力水平, 老化1和3 d的种子发根与未老化种子相比均推迟1 d; 老化6 d的种子其发根则推迟2 d, 且后续根系发育一直迟缓。 所提的基于热红外成像的根系表型检测结合Criminisi改进算法的根系表型检测方法, 可用于作物根系表型高通量无损检测, 具有广阔的应用前景。
根系表型 热红外成像 图像修复 种子 无损检测 Root phenotype Thermal infrared imaging Image restoration Seed Nondestructive detection 光谱学与光谱分析
2020, 40(9): 2845
省部共建淡水鱼类发育生物学国家重点实验室, 湖南师范大学生命科学学院, 长沙 410081
H1N1流感病毒属于常见的致病性病毒。流行病学调查研究表明, 新生儿表型缺陷与流感病毒感染有关, 但是具体机制还不明确。为了探讨H1N1流感病毒对胚胎发育的影响, 本文通过流感病毒感染孕母鼠来构建流感病毒宫内感染的动物模型, 分别在胚胎发育至E14.5、E15.5、E16.5、E17.5、E18.5 d以及出生1 d后测量各胚胎的体长, 并在体视镜下观察胚胎体表各血管和器官来分析胚胎外表发育的情况, 然后采用阿尔新蓝-茜素红染色法观察各发育时期胚胎骨骼发育的情况。结果表明, 流感病毒感染的小鼠胚胎的体长明显降低。外部器官发育的差异性可体现在眼、耳等器官, 攻毒组成型稍晚, 尾部异常卷曲更为严重。各骨骼发育攻毒组较对照组更迟缓, 但没有出现长短肢或骨骼缺失等严重异常表型。本研究首次构建了流感病毒宫内感染的动物模型, 探究了H1N1流感病毒对小鼠胚胎表型发育的影响。
H1N1流感病毒 小鼠胚胎 表型 H1N1 influenza virus mouse embryo phenotype
湖南农业大学植物激素与生长发育湖南省重点实验室,湖南 长沙 410128
经EMS诱变ag-10拟南芥后筛选获得一株矮化且叶色较深的突变体ah45,该突变体与ag-10相比具有开花时间晚,叶片更圆更小,果荚长度缩短,种子数目减少,生长周期延长等表型。遗传分析表明ah45的表型由隐性单基因突变所致。利用图位克隆的方法对突变位点进行初步定位,结果表明ah45突变基因位于第2号染色体的BAC克隆F5E13(1)与F6E13(2)之间61 kb区间内。
拟南芥 矮化 表型 遗传 Arabidopsis thaliana dwarf phenotype hereditary
通过PCR扩增技术, 从DNA和mRNA水平上鉴定出拟南芥GEF14基因的T-DNA插入纯合突变体gef14-1。不同浓度ABA处理拟南芥野生型(Col-0)及gef14-1的7 d龄幼苗, 采用实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR, Q-PCR)方法, 分析小G蛋白ROP10的表达模式, 结果表明gef14-1在不同浓度ABA处理下的ROP10的表达模式与Col-0中的一致; 表型分析结果显示gef14-1与野生型并无明显区别。推测GEF14不参与ROP10介导的ABA信号转导途径或其调控与其他GEFs存在功能冗余。
突变体 基因表达 表型 GEF14 GEF14 ROP10 ROP10 mutant gene expression phenotype
1 湖南师范大学生命科学学院, 湖南 长沙 410081
2 湘南学院文学化生系, 湖南 郴州 423000
基因突变表型的获得是利用果蝇模型进行发育相关基因功能研究的基础。拟表型是指生物体的基因型未发生变化, 而由外界环境条件的变化所引起的常与某个特定基因的突变表型相似的表型改变。拟表型的存在往往干扰突变表型的鉴定, 为基因功能的研究带来困扰。采用胚胎抗体染色和绿色荧光蛋白GFP心脏特异标记的转基因果蝇(Hand-GAL4; UAS-GFP品系)作为表型检测手段, 比较活体胚胎、固定处理胚胎和低温处理幼虫中果蝇心管拟表型产生的概率以及统计分析其方法的差异, 结果显示胚胎固定处理可以明显减少拟表型出现的概率, 而低温固定幼虫也是有效减少拟表型的方法。拟表型和突变表型必须通过统计分析才能有效区分。
绿色荧光蛋白(GFP) 表型标记 拟表型 GFP phenotype marker phenocopy
湖南师范大学生命科学学院,中国湖南,长沙,410081
本文自拟了3道例题,这三个例题都突破了普通遗传学教材中相关内容的范畴,这类例题在教学中是首次探讨,用以介绍连锁的非等位基因不同作用方式的解题分析,以此来拓展和深化遗传学的教学内容.
表型效应 非等位基因 基因间相互作用 基因互补 隐性上位 non-allele phenotype effect gene interaction gene complementation recessive epistasis
