• 2022年第43卷第5期文章目次
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      2022, 43(5).

      摘要 (95) HTML (0) PDF 20.64 M (455) 评论 (0) 收藏

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      2022, 43(5).

      摘要 (74) HTML (0) PDF 425.29 K (247) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >特约综述
    • 土壤噬菌体的研究进展及生态功能解析

      2022, 43(5):1-11. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202205039

      摘要 (204) HTML (305) PDF 3.60 M (506) 评论 (0) 收藏

      摘要:噬菌体在地球表层生态系统中的元素循环及污染物转化的微生物群落调控中发挥重要作用。相比于水生系统,土壤高度的异质性和病毒颗粒的高吸附度给土壤中噬菌体的研究带来挑战,尚未引起足够的关注。本文介绍了土壤噬菌体的形态与生命周期分类、以及噬菌体的提取和分析方法;探讨噬菌体调控土壤微生物群落结构以及碳、氮、磷、硫等生命元素循环与重(类)金属转化的科学联系;揭示其生物地球化学机制,阐明其生态功能和环境意义;并对土壤中噬菌体未来研究重点进行了展望。

    • >研究论文
    • 腐植酸碱性液体肥对香蕉生长的影响及机制

      2022, 43(5):12-19. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202111022

      摘要 (87) HTML (178) PDF 1018.44 K (467) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 探究腐植酸碱性肥料对香蕉生长的影响及促生机制,为腐植酸碱性肥料的研制与推广应用提供理论依据。方法 采用盆栽试验,研究腐植酸碱性肥料对香蕉生物量、土壤微生物、酶活性、根系活力和土壤氮磷养分含量的影响。结果 与常规复合肥和无腐植酸碱性液体肥料相比,腐植酸碱性肥料有利于促进香蕉生长,明显增加香蕉生物量、根系活力、土壤脲酶活性、酸性磷酸酶活性、土壤矿质氮含量、有效磷含量以及细菌、真菌和放线菌数量。香蕉叶面积增加了50~100 cm2,生物量增加了10%~21%,香蕉根系活力增加了89%~188%,土壤脲酶活性增加了25%~91%,酸性磷酸酶活性增加了2.4~3.5倍。腐植酸碱性液体肥处理的土壤细菌、真菌和放线菌的数量分别是常规肥料的1.6~14.4、1.7~26.7和2.3~3.8倍,分别是无腐植酸碱性肥的3.0~10.6、3.9~56.0和1.2~2.0倍。结论 施用腐植酸碱性液体肥能明显促进香蕉生长,其机制在于:一方面,肥料的碱性改良了土壤酸性环境而有利于土壤微生物多样性;另一方面,肥料的腐植酸增加了土壤的脲酶和酸性磷酸酶活性,改善了土壤的氮、磷营养状况,进而增加土壤肥力。因此,施用腐植酸碱性液体肥料是为香蕉提供养分和提高土壤肥力的有效措施。

    • 木薯SR45亚家族基因鉴定及表达

      2022, 43(5):20-28. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202111032

      摘要 (75) HTML (162) PDF 2.61 M (309) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 精氨酸和丝氨酸富集蛋白(Arginine/serine-rich proteins,SR)为剪接复合体的主要成员,不仅参与植物前体mRNA可变剪接过程,在植物非生物胁迫中也具有相当重要的作用。SR45基因为SR基因亚家族成员之一。本研究旨在分析木薯SR45亚家族成员蛋白结构特征与表达模式,为进一步了解该亚家族基因在木薯中的功能提供理论支持。方法 利用生物信息学技术重新构建木薯SR基因家族进化树,对木薯SR45亚家族蛋白理化性质、基因结构、保守结构域进行分析,同时利用转录组数据分析低温与干旱胁迫下SR基因表达变化,运用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)研究各基因成员在不同组织中的特异性表达以及对低温胁迫的响应。结果 木薯SR基因家族共7个大类26个成员,SR45亚家族共有5个成员;SR45亚家族基因编码蛋白长度为135~423 aa,相对分子质量为14970~47210,等电点为5.19~12.34;预测其主要定位于细胞核和叶绿体;SR45编码RS结构域和RRM结构域,具有Motif 3、Motif 6、Motif 2和Motif 1保守基序。转录组数据和RT-qPCR分析表明,SR45基因均响应木薯低温胁迫,且MeSR45-2显著上调表达,MeSR45-4MeSR45-5在木薯根和叶中有较高表达量。结论 木薯SR45亚家族基因显著响应低温胁迫;将MeSR45-2基因列为调控低温逆境变化的候选基因,将根和叶列为研究SR45基因亚类成员的主要组织。本研究为探索木薯SR45基因奠定了理论基础,并为进一步研究木薯SR45基因逆境胁迫应答过程指明了方向。

    • 草地贪夜蛾对不同品种甘蔗及筒轴茅的取食选择及生长适应性

      2022, 43(5):29-34. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202201016

      摘要 (88) HTML (146) PDF 871.82 K (330) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 明确草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda对甘蔗和筒轴茅的取食偏好及生长适应性。方法 通过取食选择性试验和构建试验种群生命表,以2个糖蔗品种(‘桂糖42号’和‘台糖22号’)、2个果蔗品种(‘桂果蔗1号’和‘黄皮果蔗’)及蔗田常见杂草筒轴茅作为研究对象,研究草地贪夜蛾对不同品种甘蔗及筒轴茅的取食选择及生长适应性。结果 草地贪夜蛾各龄幼虫在糖蔗和果蔗间更趋向取食果蔗,其中在‘桂果蔗1号’上的取食选择率大多显著高于其他供试品种;在‘桂果蔗1号’和筒轴茅上选择取食时,对筒轴茅有显著的趋向性。草地贪夜蛾幼虫期存活率在筒轴茅上最高,为66%;其次为‘桂果蔗1号’,存活率为12%;在其余品种甘蔗上,低龄幼虫时就已全部死亡。草地贪夜蛾在筒轴茅上能够完成生活史,试验种群内禀增长率(rm)和周限增长率(λ)分别为1.16和1.52。结论 相对于甘蔗,草地贪夜蛾更嗜好取食筒轴茅,并且对筒轴茅有更强的适应性。

    • 黄龙病菌在4个品种柑橘果枝内的时空分布

      2022, 43(5):35-42. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202112047

      摘要 (109) HTML (251) PDF 1.17 M (317) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 亚洲种韧皮部杆菌(‘Candidatus Liberibacter asiaticus’, CLas)是引起柑橘黄龙病(Citrus Huanglongbing, HLB)的优势种,也是引发我国柑橘HLB的唯一病原菌。探索CLas在柑橘果枝内的时空分布规律,有利于及时准确地对其进行检测,对HLB的防控具有重要意义。方法 以砂糖橘、W?默科特、红心蜜柚和沙田柚不同生长期的果枝为材料,利用实时荧光定量PCR检测果枝CLas含量,研究其时空分布规律。结果 CLas在病枝中分布不均匀,在果实处(橘络、果中轴或种皮)富集。对于宽皮柑橘的砂糖橘和杂柑的W?默科特,成熟期果实橘络中的CLas含量最高;而对于柚类的红心蜜柚和沙田柚,成熟期果轴中的CLas含量最高。砂糖橘果实膨大与成熟过程中,CLas随着营养物质的流动从源器官(叶片)向库器官(果实)分流并聚集;果轴和橘络中的CLas含量不断增加,且橘络中的CLas含量显著上升。结论 CLas随着柑橘果实生长和成熟而汇集,结合源库理论可解析CLas在果枝上的运转和分布规律。

    • 云南油茶炭疽病菌的鉴定及生防菌筛选

      2022, 43(5):43-53. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202201005

      摘要 (71) HTML (214) PDF 5.22 M (340) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 明确云南省德宏州、文山州和保山市油茶炭疽病菌的种类,筛选具有良好拮抗效果的生防菌。方法 本研究于2019和2020年7—9月进行了病害调查,收集病叶标本,采用组织分离法分离病原菌,通过柯赫氏法则验证其致病性,联合形态学与多位点序列分析鉴定病原菌种类。同时从健康油茶叶片内分离筛选内生拮抗菌,并通过平板对峙法验证抑菌作用。结果 云南省德宏州地区油茶炭疽病发生较严重,平均发病率为56.18%,病情指数为53.11,云南省油茶炭疽病菌种类主要有5种,分别是胶孢炭疽菌Colletotrichum gloeosporioides、卡哈瓦炭疽菌C. kahawae、喀斯特炭疽菌C. karstii、松针刺盘孢C. fioriniae和暹罗刺盘孢C. siamense。其中,胶孢炭疽菌是优势病原菌,菌株 CA17(暹罗刺盘孢)在活体油茶叶片上的致病性最强。平板对峙培养结果表明,采自德宏州健康油茶叶片的内生菌Streptomyces fulvissimusBacillus mojavensis对菌株CA17具有较好的拮抗作用,抑菌率分别达到37%和42%。结论 本研究可为油茶炭疽病的诊断与绿色防控提供理论依据。

    • 2种桑树病原真菌多重PCR检测方法的建立

      2022, 43(5):54-60. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202201019

      摘要 (77) HTML (105) PDF 1.33 M (341) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 褐斑病与轮纹病是桑树Morus alba 的2种常见真菌性病害,危害严重,给生产上带来极大损失。本研究旨在快速准确地诊断2种病害的主要病原菌新褐斑壳丰孢Neophloeospora maculans与膝节霉Gonatophragmium triuniae方法 基于多重PCR原理,针对2种病原菌的核糖体内转录间隔区(Internal transcribed spacer, ITS)序列设计多重PCR的特异性引物,优化多重PCR反应的条件,并通过对45份不同地区桑树褐斑病与轮纹病样本进行检测以验证所建立的多重PCR的可行性。结果 建立的多重PCR检测体系具有良好的可操作性,特异性良好,2种病原菌的DNA检测灵敏度分别达0.1 和1.0 pg/μL,通过对不同地区的田间收集的多份桑树病样进行检测,可以明显区分出不同地区2种病害病原菌的种类。结论 所建立的多重PCR技术可用于桑树褐斑病与轮纹病病原菌的快速检测,可为桑树真菌性病害的防控建立基础。

    • 再生稻收割机刚柔耦合杆齿脱粒装置的设计与试验

      2022, 43(5):61-69. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202205048

      摘要 (67) HTML (108) PDF 3.45 M (314) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 针对再生稻头季收获时籽粒和秸秆含水率较高,籽粒与稻穗的黏结力较大,采用传统刚性杆齿脱粒装置的收割机收获时会导致大量籽粒破碎的问题,在轴流式脱粒滚筒的基础上设计了一种刚柔耦合杆齿的脱粒滚筒。方法 采用EDEM仿真软件对脱粒过程进行仿真模拟,通过后处理获得3种不同杆齿(刚性、柔性、刚柔耦合)对籽粒的平均法向打击力和切向揉搓力;以夹带损失率、破碎率和未脱净率为评价指标,分别以不同滚筒转速下的单因素和以滚筒转速、水稻籽粒含水率、杆齿种类为因素的三因素三水平进行不同杆齿的正交台架验证试验。结果 EDEM仿真结果表明,在滚筒转速分别为650、750和850 r/min时,3种杆齿对籽粒的平均法向打击力和切向揉搓力均表现为刚性杆齿最大、柔性杆齿最小。单因素试验结果表明,刚性杆齿脱粒装置的籽粒破碎率明显高于柔性杆齿脱粒装置和刚柔耦合脱粒装置,在滚筒转速为900 r/min时,柔性杆齿、刚性杆齿和刚柔耦合杆齿的破碎率均很高,分别为1.632%、1.925%和2.564%;柔性杆齿脱粒装置的未脱净率和夹带损失率明显高于刚性杆齿脱粒装置和刚柔耦合脱粒装置,在滚筒转速为900 r/min时,柔性杆齿、刚性杆齿和刚柔耦合杆齿的未脱净率均很低,分别为0.286%、0.071%和0.240%,在滚筒转速为850 r/min时,柔性杆齿、刚性杆齿和刚柔耦合杆齿的夹带损失率均很低,分别为1.595%、0.729%和1.341%。正交试验结果表明,影响籽粒夹带损失率和破碎率的因素顺序依次为杆齿种类 > 滚筒转速 > 籽粒含水率,影响未脱净率因素的顺序依次为杆齿种类 > 籽粒含水率 > 滚筒转速。结论 相同条件下,刚柔耦合脱粒装置能够在保证籽粒脱净率的前提下,降低籽粒破碎率。研究结果可为再生稻收割机脱粒装置的设计与田间应用提供参考。

    • 双充种型孔滚筒式杂交稻育秧精密播种器设计与试验

      2022, 43(5):70-82. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202112013

      摘要 (72) HTML (194) PDF 2.40 M (271) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 为满足杂交稻钵苗育秧低播量精密播种的农艺要求,解决型孔滚筒式育秧播种器作业过程中稻种在充种室流动性差、充种可靠性低、漏播指数高以及型孔易堵塞等问题,设计一种双充种型孔滚筒式杂交稻育秧精密播种器。方法 基于PLC控制技术,搭建型孔充种性能检测与控制系统,对播种器的关键部件进行设计,并通过EDEM离散元软件开展不同型孔形状、第一充种室充种位置角及生产率对充种性能影响的仿真试验,对第一充种区的型孔滚筒工作参数进行优化。研制试验样机并进行性能试验,试验材料为‘培杂泰丰’杂交稻。试验分2步:第1步,第二充种机构不动作,采用三因素三水平正交试验,研究型孔深度、生产率和第一充种室充种位置角对试验指标的影响,验证仿真准确性;第2步,启动第二充种机构,研究进行双充种作用下的不同振动频率对试验指标的影响,探明设计第二充种机构后播种性能。结果 第1步试验结果表明,影响播种合格指数与重播指数的因素主次顺序为型孔深度>生产率>第一充种室充种位置角;影响漏播指数的因素主次顺序为生产率>型孔深度>第一充种室充种位置角。第2步试验结果表明,当型孔形状为椭圆凹槽形,第一充种室的充种位置角为35°、第二充种室振动频率为27 Hz、生产率在400~600盘/h,播种合格指数均大于90%,漏播指数均小于3%,试验结果满足杂交稻低播量精密播种的农艺要求。结论 采用双充种的填充方式改善了播种器每穴的填充性能,减少了漏播指数,本研究结果为轻简型杂交稻钵苗育秧精密播种机的开发提供了理论依据。

    • 基于稻田除草部件横向偏距视觉感知的对行控制系统设计与试验

      2022, 43(5):83-91. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202112049

      摘要 (65) HTML (85) PDF 1.92 M (292) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 为使水稻机械除草部件作业时能避开秧苗、降低伤苗率,设计了一种基于机器视觉与比例积分微分(Proportion integration differentiation,PID)控制的避苗控制系统。方法 利用改进超绿算法对秧苗进行灰度化,运用图像投影法对感兴趣区域(Region of interest,ROI)内的秧苗进行特征提取及图像坐标定位,采用稳健回归算法拟合秧苗,得到苗带中心线,通过小孔成像模型转换,获得秧苗的地面坐标位置及除草部件中心与苗带中心线的距离。基于PID控制算法对液压纠偏系统进行控制,并应用Matlab/Simulink对系统进行仿真研究。结果 系统可实现避苗作业,模型的稳态响应时间为0.34 s。系统性能对比试验的结果表明:避苗控制系统明显减少了除草部件的伤苗情况,平均伤苗率为3.75%;而没有避苗控制系统的情况下,平均伤苗率为24.88%。结论 本文设计的对行控制系统满足除草部件作业路径实时校正要求,可有效降低稻田机械除草的伤苗率。研究结果为水稻及其他作物的机械除草对行控制提供参考。

    • 基于离散因子的多传感器数据融合和导航线提取方法

      2022, 43(5):92-98. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202112029

      摘要 (66) HTML (197) PDF 1.55 M (327) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 针对玉米田间路径边界模糊和形状不规则特点,普通的田间导航线提取算法在农业机器人实际应用中会出现偏差过大的问题,本文针对3~5叶期玉米田提出了基于离散因子的相机与三维激光雷达融合的导航线提取算法。方法 首先利用三维激光雷达获取玉米植株点云数据,同时将相机采集的图像利用超绿化算法和最大类间方差法自动获得绿色特征二值图像,然后将聚类分析后的点云数据投影到图像中的目标边框上,构建多传感器数据融合支持度模型进行特征识别,最后拟合所获取特征中心点即为导航基准线。结果 该算法能够很好地适应复杂环境,具有很强的抗干扰能力,单帧平均处理时间仅为95.62 ms,正确率高达95.33%。结论 该算法解决了传统算法寻找特征质心偏移、识别结果不可靠等问题,为机器人在玉米田间行走提供了可靠的、实时的导航路径。

    • 基于密度自适应的RANSAC非结构化环境下果园机器人导航

      2022, 43(5):99-107. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202111025

      摘要 (75) HTML (179) PDF 1.46 M (316) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 提出一种基于多传感器融合的果园导航方案,解决果园机器人在GPS导航过程中受果树遮挡导致信号弱、定位效果差的问题。方法 通过16线激光雷达采集高精度的三维点云数据,利用Voxel grid filter滤波算法进行点云预处理,降低点云密度并去除离散点,将果树行通过欧几里类算法进行聚类,采用改进的随机采样一致性 (Random sample consensus, RANSAC) 算法拟合出果树行直线,根据平行直线的关系,推算得到导航线,并融合惯性测量单元(Inertial measurement unit, IMU)对果园机器人进行高精度定位。基于差速转向和纯追踪模型进行轨迹跟踪,实现果园机器人在果树行间自主导航以及自动换行的目标。结果 在将激光雷达和IMU的数据进行融合后,获取到果园机器人的准确位姿,当机器人以速度0.8 m/s在果园作业时,对比最小二乘法和传统RANSAC法产生的偏差,基于密度自适应RANSAC法产生的横向偏差不超过0.1 m、航向角偏差不超过1.5°,均为3种方法中的最小值。但当机器人速度增加到1.0 m/s时,各项偏差均明显增大。结论 本文提出的基于多传感器融合的果园机器人导航技术适用于大多数规范化果园,具有重要推广价值。

    • 近红外在线检测装置参数对苹果糖度模型适用性的影响

      2022, 43(5):108-114. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202112027

      摘要 (65) HTML (173) PDF 1.34 M (260) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 近红外(Near-infrared)光谱在线检测装置的检测速度和积分时间等因素会影响所建立苹果糖度模型的性能,本文旨在分析检测速度和积分时间对模型适用性的影响,以提高在线检测的精度。方法 近红外光谱在线检测装置检测速度和积分时间分别设置为0.3 m/s+100 ms、0.5 m/s+70 ms、0.5 m/s+100 ms、0.5 m/s+120 ms、0.5 m/s+150 ms,共5个实验组,试验所用苹果样本共180个,在350~1 150 nm波长下采集5个试验组苹果的近红外光谱,应用偏最小二乘法(Partial least squares,PLS)建立苹果可溶性固形物含量(Soluble solid content,SSC)的预测模型。结果 近红外在线检测装置积分时间对苹果糖度的检测存在阈值,当积分时间低于70 ms时,模型预测性能较差。预测模型中建模集与预测集的检测速度与积分时间相同时的预测效果优于二者不同时的。检测速度和积分时间会影响在线检测的精度,不同检测速度和积分时间下,光线在苹果内部的传输路线不同,会导致光纤探头获得的内部信息有所差异,使预测性能变差。在0.3 m/s+100 ms、0.5 m/s+100 ms、0.5 m/s+120 ms和0.5 m/s+150 ms 4个试验组中使用Kennard-Stone算法挑选出135个具有代表性的样本光谱,建立了混合检测速度和积分时间的预测模型,其预测集相关系数(RP)均在0.85以上,预测集均方根误差(RMSEP)均低于0.65。结论 本研究建立的混合检测速度和积分时间的预测模型可对苹果的糖度达到更好的预测,满足不同检测装置参数下苹果糖度在线检测的要求。

    • 金纳米颗粒和多壁碳纳米管协同增敏的维生素C传感器的研制与应用

      2022, 43(5):115-123. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202112005

      摘要 (50) HTML (176) PDF 3.51 M (329) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 开发一种低成本、高响应的维生素C电化学传感器,用于实现果蔬中维生素C含量的快速检测。方法 通过在铅笔芯电极上修饰金纳米颗粒和多壁碳纳米管,构建具有维生素C强催化响应的MWCNTs/Au/PGE电极。通过扫描电镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱和循环伏安法表征电极,采用差分脉冲伏安法确定电极的pH适用范围和最优pH条件。采用时间电流法建立标准曲线和方程,以实现快速检测。最后通过加标回收率法检测番茄中维生素C含量。结果 基于MWCNTs/Au/PGE电极的维生素C电化学传感器可在pH 4~8范围内准确地测定维生素C含量,在pH 5时性能最优。快速检测时检测维生素C的质量分数范围为1~500 μg/g,灵敏度达0.244 μA·(μg/g)?1·cm?2。该传感器对葡萄糖、苹果酸和柠檬酸的干扰率均小于1.77%,同一传感器多次测定的相对标准偏差为2.7%。成功检出番茄样品中的维生素C质量分数为69.42 μg/g,加标回收率为109%~113%,相对标准偏差小于2.26%。结论 MWCNTs/Au/PGE电极制备工艺简单,成本低,灵敏度高,测量范围宽,有较强的稳定性和抗干扰性,为实现快速检测果蔬中维生素C提供了新思路。

    • 基于PLC技术的火龙果智能补光调控器设计与应用

      2022, 43(5):124-132. DOI: 10.7671/j.issn.1001-411X.202112041

      摘要 (79) HTML (104) PDF 1.78 M (284) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的 不同植物对光照强度、光质的需求程度不同,本文旨在通过LED灯实时照射实现对植物的智能补光。方法 针对火龙果Hylocereus undatus生长发育过程充足补光和调节果期的需要,应用新一代可编程控制器(Programmable logic controller, PLC)技术,选择波长570~590 nm的黄色LED灯,本文设计了一套种植火龙果专用的智能补光调控器和相应的数据传输协议,进行硬件选型、电路设计与软件设计, 建立了调控策略和远程通信协议,最后在广东省新兴县10 666 m2的火龙果农庄进行了实际布署与应用试验。结果 该调控器能够长时间稳定地通过手动、自动以及远程的方式实现对火龙果的补光,并且数据传输稳定,调控器的响应时间不超过3 s,每次补光4 h。利用该调控器进行火龙果补光调控可以让果实成熟期提前2~4 d,部分果树挂果可以多2~3个,补光后产量提升16.7%。结论 该装置实现了火龙果的智能补光,经济效益和社会效益提升明显,具有较好的推广前景。