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太阳集团2138订阅号推送文章汇编(2019年10月-2020年3月)

文章来源: | 2020-01-13

太阳集团2138订阅号专注于持续更新植物生理生态、植物表型组学和基因组学、基因分型、智能化育种及应用、激光雷达探测技术及数据分析等领域,国内外最新资讯、战略与政策导读。本文节选了2019年10月-2020年3月推送的代表性文章,以供大家参阅。


植物逆境研究

• 马铃薯青枯病抗性及青枯病菌致病力评价方法

本文报道了一套快速、高效的马铃薯离体侵染体系——水培侵染。利用致病力程度不同的青枯病菌进行侵染试验,证明该侵染体系与土壤接种法同样有效,可用于马铃薯青枯病菌的致病力鉴定。通过对32份马铃薯种质资源的小规模鉴定,确定了3个抗病品种,表明该侵染体系是一种有效的马铃薯种质资源抗性高通量筛选方法。

• 基于深度学习的黄瓜白粉病分割与量化

本文提出了一种基于卷积神经网络的语义分割模型,以像素水平对黄瓜叶片图像上的白粉病进行分割。该模型能够在像素水平对黄瓜叶片上的白粉病进行高精度分割,为黄瓜育种人员评估白粉病的严重程度提供了有价值的工具。


植物根系研究

 土层深度对吸收根和运输根功能属性塑性的影响不同

东北林业大学Yan Wang等(Yan Wang, et al., 2020)以核桃楸、水曲柳、黄柏为研究对象,测量了表层土壤(0-10 cm)和亚表层土壤(20-30 cm)前五级细根各根序级的生物量、解剖结构、形态、化学和生理功能属性,以期揭示上述功能属性和生物量分配对与土层深度增加相关的资源可利用性变化的响应。该研究成果最近以题“Functional T rait Plasticity but Not Coordination Differsin Absorptive and T ransport Fine Roots in Response to Soil Depth”,在Forests上公开发表。

 树木根系生长动态:扰动土壤中的先锋根和纤维根

为了回答土壤干扰对细根生长动态是否存在可忽视的或实质性的影响,日本京都大学的Ryo Nakahata研究员,采用平板扫描法,以柏木和橡树为研究对象,观察了土壤受到干扰后连续四年的细根根长生长和直径生长动态,以期揭示土壤受到干扰后产生的细根的形态功能属性的时间动态变化。该研究成果最近以题“Pioneer root invasion and fibrous root developmentinto disturbed soil space observed with a flatbed scanner method”,在Trees上公开发表。

 根系表型为作物改良提供了新的机会

爱尔兰都柏林大学Saoirse R. Tracy与德国余利希研究所中子科学中心Michelle Watt等(Saoirse R. Tracy, et al., 2019)合作,从根系表型视角综述了作物改良的机会。他们认为为了改良作物,根系功能属性应该成为研究者和育种学家长期关注的重点目标;利用表型方法研究根系旨在发现对作物有益的根系功能属性,然后利用育种技术将其整合到新品种中,是实现精准农业的关键。

• 植物-真菌共生过程中的表型研究

人们对接种AM真菌是否能提高植物活力进行了大量的研究,但这些研究结果却难以复制,在本文中RohanRiley博士及其同事试图找出其原因。

• 长期灌溉条件下欧洲赤松林细根功能属性的可塑性

本文以受水分限制的欧洲赤松林为研究对象,评价浅表层土壤中细根功能属性对长期灌溉引起的土壤水分可利用性增加的响应。调查的细根功能属性包括根系统功能属性、细根动态功能属性、细根构型功能属性和形态功能属性。


植物表型研究方法/方案

• 不结球白菜生长发育过程中表型变化

该研究针对设施不结球白菜生长发育过程中相关表型指标变化问题,利用表型成像技术获取不结球白菜整个生长发育过程中表型图片与数据,探讨不同品种不结球白菜整个生长期内的投影面积、开展度、紧密度、株高、株幅、荚果表型变化趋势,旨在为不结球白菜种质资源的利用和繁育提供科学依据。

• 利用激光雷达估测大田作物生物量和冠层高度

本文中,Walter J D C等研究了车载LiDAR在小麦AGB和CH无损估算中的应用,将激光雷达获得的估算结果与手动测量结果进行了比较,评估了LiDAR在育种计划中的适用性。

• 热成像技术在植物昼夜节律分析中的应用

本文中,Dakhiya Y和Green R M搭建了一个热成像平台,以昼夜温度振荡作为植物昼夜节律测定的新指标,测量了不同植物物种、野生型和昼夜节律突变型以及叶和花的昼夜节律,并将热成像技术的结果与其他昼夜节律分析技术的结果进行了比较。

• 特邀综述:新一代植物表型组学的发展之路

本文介绍了植物表型采集分析经历的从手工测量计数的初始阶段到特定测量工具的辅助阶段再到高通量表型组学3个阶段;提出了推动植物表型采集分析发展的3个要素: 表型组学研究设施、表型采集技术及图像数据分析方法; 进而详细阐述了表型组学设施的发展、国际上代表性的设施平台情况以及表型采集传感器和图像数据分析方法的发展, 并展望了植物表型组学未来的研究方向。

• 植物表型组学研究平台建设及技术应用

本文结合国内外植物表型组学研究平台建设与应用方面的进展,以PPAP为基础,从硬件基础建设、各类表型技术开发及服务等方面介绍表型组学研究设施的技术应用。

• 利用高通量冠层表型提高大豆育种效率

本文的发现强调了高通量表型平台对于植物育种早期阶段的价值。尽管基于ACC的选择在选育中表现不是最佳的,但是本文的研究结果表明了ACC在高产大豆品系的有效选择中发挥了作用:ACC可以单独或与产量结合使用,提高高产大豆品系的选择效率。

• 棉花高通量表型研究进展

本文综述了棉花高通量表型分析的技术及其最新进展,讨论了高通量表型分析在棉花形态和生理特征研究中的潜在应用,比较了高通量表型分析系统在棉花种植中的优点和局限性。

• 利用航空影像预测玉米开花期、产量和籽粒大小

本文旨在确定基于无人机图像的植被指数分析是否能区分不同杂交玉米植株(都具有良好的产量潜力)在开花时间、产量和粒径上的差异。本研究使用的UAV平台包括一架消费级四旋翼机和安装在万向架上的消费级紧凑型相机。该相机中的传感器经过LlewellynData Processing修改,使得红色通道感测波长在670和770 nm之间,峰值在约710 nm处。因此,该相机生成的是近红外、绿色、蓝色(NGB)图像,而不是红色、绿色和蓝色(RGB)图像。

• 花,叶还是两者都有?如何获得合适的图像以自动识别植物

本文中,为了探索什么样的视角及其组合能包含更多的特征信息,以达到更高的识别精度,Rzanny M等开发了一种观察开花植物的图像捕获方案。


光谱技术

 利用高光谱成像技术预测小麦叶片中氮素和水份含量及分布

本研究中收集了在九种土壤养分条件和两种水处理条件下生长的四种小麦(Triticum aestivum)基因型的高光谱图像。旨在:(i)使用高通量表型系统获得小麦植物的高光谱图像,(ii)开发能够预测小麦植物水和氮水平的回归模型,(iii)将表现最佳的模型的回归系数应用于高光谱图像,以便开发可视化植物中的氮和水分布预测图。

 基于NIR光谱仪的鲜食葡萄成熟度非接触式测量

本文使用傅立叶变换近红外(FT-NIR)光谱和非接触式测量模式对单个完整的鲜食葡萄串以上参数进行定量测量,以评估FT-NIR非接触式测量葡萄成熟度的可能性。

• 多光谱成像在种子表型和质量监测中的最新应用概述

本文综述了利用多光谱成像技术对不同品种种子进行质量评价和安全性分析的研究进展,回顾了多光谱成像系统可能的设计结构和图像采集模式,并讨论了这些系统在可用性和适用性方面的总体优缺点。本文首次尝试介绍了多光谱成像技术在种子表型鉴定和质量监测中的应用,给出了种子性状表征、生理参数预测、缺陷检测、种子健康检测等方面的实例和研究成果。

• 基于冠层RGB图像颜色和纹理特征的大豆性状早期预测

本研究旨在探讨利用冠层RGB图像的颜色和纹理特征进行大豆性状早期预测的可能性。研究的目标是:筛选能提供最佳预测结果的建模技术;确定哪种类型的变量组合能提供最佳的预测结果,如仅使用颜色指数、仅使用纹理指数、同时使用颜色指数和纹理指数等;研究RGB图像变换的颜色和纹理信息是否能提高预测结果;通过早期冠层RGB图像的颜色和纹理特征,确定生长季末期哪些大豆性状是可以预测的。


新观点/新技术

 基于Micro-CT技术的玉米茎秆表型分析

采用Micro-CT扫描技术,对20个玉米品种和2个生育期(拔节期、抽雄期)的玉米茎秆进行了扫描成像。根据玉米茎秆在拔节期和抽雄期的显著差异,首次定义了玉米茎秆功能区来描述玉米茎秆的物质积累。在此基础上,建立了一套基于图像的Micro-CT表型分析流程,对2个生育期的玉米茎和维管束进行了定量分析。

• X射线显微断层扫描和线性判别分析可检测与栓塞相关的声发射

本文提出了一种利用机器学习和X射线计算机显微断层成像记录栓塞事件的新方法,用于从2年生盆栽欧洲白蜡树干旱试验过程中收集的AE数据集中检测与栓塞相关的AE信号。栓塞的形成用两个宽频点接触声发射传感器进行声学测量,同时用μCT进行可视化。采用机器学习方法,将μCT视觉检测到的栓塞形成与相应的AE信号联系起来。具体地说,对6个声发射波形参数进行线性判别分析(LDA),得到了一个与栓塞相关的声学脆弱曲线,该曲线更像标准的μCT脆弱曲线(VCCT),无论是在时间上还是在栓塞导管的绝对数量上。

• 手持式近红外光谱鉴别枫斗及定量分析桑葚

本文一方面解释了近红外光谱技术是目前最先进小型化技术的原因,另一方面通过详细讨论定性和定量应用实例,强调了近红外光谱技术对植物分析的影响。在定性实例中,近红外光谱技术成功地将铁皮石斛加工成的枫斗(DOK,高价值)从齿瓣石斛加工成的枫斗(DDP,低价值)中鉴别出,这二者仅通过目视检查是不太可能区分的。


植物生理生态研究

 高温下环式电子传递对线性电子传递和活性氧的调节作用

由沈阳农业大学园艺学院等多家机构组成的联合研究组使用双通道叶绿素荧光仪——Dual-PAM-100(含P515/535模块)、叶绿素荧光成像系统——Maxi-Imaging-PAM等设备对番茄叶片的环式电子传递进行了相关研究,发现PGR5/PGRL1依赖的环式电子传递在番茄的高温响应中发挥了主要作用。

 气孔导度对茉莉酸甲酯处理黄瓜叶片释放挥发性物质剂量效应的影响

本文研究了气孔导度(Gs)、净同化率(A)、LOX和甲醇释放对不同MeJA浓度(0.2-50 mM)处理的快速(处理后0-60分钟)响应。研究结果表明,挥发性化合物的MeJA剂量响应受气孔控制,改变了MeJA吸收和挥发性释放动力学,并以复杂的方式形成叶氧化状态。

 芬兰科学家发现环式电子传递调控新机制

来自芬兰图尔库大学的研究人员通过NADPH-硫氧还蛋白还原酶(NTRC)基因敲除和过表达的拟南芥株系,使用多激发波长调制叶绿素荧光仪——Multi-Color-PAM、双通道调制叶绿素荧光仪——Dual-PAM-100(含P515/535模块)、四通道动态LED阵列近红外光谱仪——Dual-KLAS-NIR等设备,研究了环式电子传递的潜在调控方式,发现了一系列生物化学和生物物理学的关键证据。

 Flav蛋白和NDH-1复合物协同保护蓝藻光合作用

本研究的结果为Flv1/3或NDH-11,2的存在提供了令人信服的证据,但不是NDH-13,4,需要说明的是NDH-13,4对于集胞藻在从高浓度CO2条件过渡到空气CO2和强光的联合胁迫条件下的生存是必不可少的。我们证明Flv1/3和NDH-11,2的动态协调和协同作用是集胞藻细胞光合结构光保护所必需的,并讨论了其中涉及的分子机制。

 针叶树利用不同的机制实现春季光合作用重新激活

为了在动态的季节性生长周期中保持光合作用捕获的光能和代谢需求之间的平衡,耐寒植物采用了两种主要策略来应对低温:(1)上调代谢库容量和/或(2)下调光化学效率,以平衡光合作用装置对光能的收集和利用。
• 光合作用过程中过氧化物酶对氧化还原调节功能的研究

Vaseghi等人研究了2-CysPRX作为TRX氧化酶新功能,证明了其在光到暗的过渡过程中共同控制Calvin-Benson-Cycle酶的氧化还原状态。

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