基于改进Detection Transformer的棉花幼苗与杂草检测模型研究

基于深度学习的目标检测技术在棉花幼苗与杂草检测领域已取得一定进展。论文提出了基于改进Detection Transformer的棉花幼苗与杂草检测模型,以提高杂草目标检测的准确率和效率。首先,引入了可变形注意力模块替代原始模型中的Transformer注意力模块,提高模型对特征图目标形变的处理能力。提出新的降噪训练机制,解决了二分图匹配不稳定问题。提出混合查询选择策略,提高解码器对目标类别和位置信息的利用效率。使用Swin Transformer作为网络主干,提高模型特征提取能力。通过对比原网络,论文提出的模型方法在训练过程中表现出更快的收敛速度,并且在准确率方面提高了6.7%。

外源H_(2)O_(2)对盐胁迫下棉花幼苗生理特性的影响

为探明外源H_(2)O_(2)对NaCl胁迫下棉花幼苗的生理调节机制,以棉花品种新陆早48号为供试材料,使用室外盆栽法,设置盐胁迫(NaCl,浓度梯度0,100,200 mmol/L)和H_(2)O_(2)(浓度梯度0,0.005,0.010,0.020,0.050 mmol/L)两因素随机组合,探究棉花幼苗鲜质量、干质量、叶绿素含量、叶绿素荧光参数、光合气体参数、抗氧化酶活性和渗透调节系统的变化规律。结果表明,外源H_(2)O_(2)有效缓解盐胁迫对棉花幼苗生长的抑制效应,提高棉花幼苗叶绿素含量、光合气体参数、叶绿素荧光参数,维持棉花幼苗光合作用正常运行,保证了干物质的积累;同时,外源H_(2)O_(2)提高抗氧化酶(POD、APX、CAT)活性,加速清除棉花幼苗体内ROS,降低了电解质渗出率、MDA含量及Pro、游离氨基酸、SS等渗透调节物质含量,提高棉苗抗盐性。其中0.020 mmol/L外源H_(2)O_(2)对棉花幼苗所受盐胁迫缓解作用最佳。综上,外源H_(2)O_(2)通过提高盐胁迫棉花幼苗光合性能,保持棉花幼苗稳定的光合作用,维持棉花幼苗体内ROS产生与消除的动态平衡,从而提高棉花幼苗对盐胁迫的适应性。

水分胁迫对棉花幼苗水分利用和光合特性的影响

以转基因棉花品种农大棉8号和鲁棉研28号为材料进行盆栽试验,设置正常处理(CK)、轻度胁迫(LS)、中度胁迫(MS)、重度胁迫(SS)和极度胁迫(ES)5个水分处理。结果表明:随着水分胁迫程度的加重,棉花幼苗的生长受到明显的抑制,2个品种的叶片相对含水率、叶水势、净光合速率(Pn)、光能利用率(LUE)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ光化学量子效率(φPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)呈下降趋势;气孔限制值(Ls)、水分利用率(WUE)和非光化学猝灭系数(NPQ)呈上升趋势。两品种的Pn和NPQ的MS、SS和ES与CK相比差异显著,不同测定时期各胁迫处理的平均Pn比CK分别下降了11.5%、18.1%、32.1%和38.1%;平均NPQ比CK上升了24.1%、50.9%、79.4%和145.1%。表明棉花幼苗期持续轻度水分胁迫对叶片光合能力无显著影响,但高于中度的持续水分胁迫会造成叶片光合能力下降和光抑制加重。

盐分胁迫下棉花幼苗对外源甜菜碱的生理响应

通过研究盐分胁迫下棉花幼苗对外源甜菜碱的生理响应,为盐分胁迫下施用甜菜碱提高棉花幼苗抗逆提供参考。以新疆广泛种植的新陆早18号为试验材料,200mmol/L氯化钠胁迫,用5、10mmol/L甜菜碱喷施处理,7d后测定棉花幼苗体内主要生理指标含量的变化。结果表明非盐胁迫下,甜菜碱处理显著提高脯氨酸和可溶性糖含量,而丙二醛含量和抗氧化酶活性不受甜菜碱影响;盐胁迫下棉花幼苗体内丙二醛含量显著高于对照,并且脯氨酸、可溶性糖含量增加,抗氧化酶活性提高,盐分胁迫下棉花幼苗经过甜菜碱处理后,有效抑制丙二醛的产生,同时脯氨酸、可溶性糖和抗氧化酶含量进一步提高。甜菜碱处理有效缓解盐胁迫对棉花幼苗的伤害,以施用5mmol/L甜菜碱(glycinebetaine/GB)效果较好。

外源水杨酸对NaCl胁迫下棉花幼苗生长生理特性的影响

以‘中棉所41号’(耐盐品种)和‘中棉所49号’(中等耐盐品种)为试验材料,采用水杨酸(SA)浸种+叶面喷施复合处理,通过温室盆栽试验探究了0.60%NaCl胁迫下外源SA对棉花幼苗生长、渗透调节能力和抗氧化能力的影响。结果表明:(1)NaCl胁迫显著抑制了棉花幼苗的生长,外源SA处理下棉花幼苗的株高、叶面积、干物质质量、根系活力、根冠比均有升高,叶片中丙二醛(MDA)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)和脯氨酸(Pro)含量增加,叶片和根系中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性显著提高,且棉花幼苗根系的SOD、POD和CAT活性小于叶片,SA处理对棉花幼苗根系酶活力的提高幅度大于叶片。(2)SA浸种+叶面喷施复合处理对0.60%NaCl胁迫的缓解作用优于单独SA浸种处理,尤以0.05mmol·L^(-1)浸种+0.2mmol·L^(-1)叶面喷施处理最好。(3)两品种比较,SA对‘中棉所49号’的盐胁迫缓解作用大于‘中棉所41号’,且以棉花幼苗根系生长发育的表现最为显著;外源SA使‘中棉所41号’的根系活力提高10.58%~57.56%,‘中棉所49号’提高15.08%~80.48%。研究发现,外源SA能通过调控棉花幼苗的渗透调节和抗氧化能力来减轻细胞膜损伤,提高其耐盐性,但缓解效应在不同耐性品种和处理方式间存在明显差异。

干旱胁迫下外源钙对棉花幼苗抗旱相关生理指标的影响

为研究外源钙对棉花抗旱性的作用机理,利用控制溶液渗透势(含和不含0.2 kg/L PEG-6000)与不同钙量的方法研究了正常水分和干旱胁迫下钙素对棉花幼苗的生理影响。结果表明,在相同硝酸钙条件下,干旱胁迫下棉花幼苗叶片膜透性、超氧自由基产生速率、MDA和POD活性高于正常水分,而叶片相对含水量和根系活力低于正常供水;无论在正常水分还是干旱胁迫下,均表现出随Ca2+浓度增加,叶片膜透性、超氧自由基产生速率、MDA呈下降趋势,叶片相对含水量和根系活力及POD活性呈上升趋势,但正常供水条件下生理指标变化较小。

氮素水平对棉花幼苗生长和光合特性的影响

为研究氮素水平对棉花幼苗生长和光合特性的影响,测定了营养液培养下棉苗的生长指标、叶绿素含量及光合作用参数等指标。结果表明:棉花幼苗地上部干重、叶绿素a+b、叶绿素a/b、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、PSII的潜在活性、PSII光化学最大效率均随氮浓度的增加呈先升高后降低趋势。棉花幼苗生长的最适宜氮浓度为4 mmol·L-1;随处理时间延长,处理间差异先增加后减少,处理第12天时,除根冠比外,各指标均与氮浓度极显著相关;气孔导度和净光合速率对氮素的响应最为灵敏;鲁棉研28各光合指标下降程度大于银瑞361和农大棉8号,3个品种对氮素敏感性依次为:鲁棉研28>银瑞361>农大棉8号。

低温胁迫下棉花幼苗对外源钙的生理响应

为提高棉花幼苗抗冷性,以冷敏感性基因型棉花品种新陆早12号为材料,人工模拟北疆棉区早春气候特点,分别用不同浓度(10、15、20、25、30mmol/L)CaCl2、Ca(NO3)2和CaAc2喷施棉花幼苗,5℃低温胁迫3d后测定棉花幼苗体内主要生理指标含量的变化,研究低温胁迫下棉花幼苗对外源钙的生理响应。结果表明,3d低温胁迫使棉花幼苗受到明显伤害,CaCl2、Ca(NO3)2和CaAc23种钙盐能在一定程度上降低低温对棉花幼苗的伤害,但不同种类钙盐的有效作用浓度不同,其中以CaCl2作用效果最佳。适当浓度的CaCl2处理可以显著降低棉花幼苗的冷害指数、叶片相对电导率和丙二醛的积累量,提高抗氧化酶活性和渗透调节物质的含量,有效减轻低温胁迫对棉花幼苗的伤害。

不同铵硝配比对低温胁迫棉花幼苗生长及抗氧化酶活性的影响

【目的】新疆春季的"倒春寒"是严重阻碍棉花前期的生长发育,影响产量及品质的主要非生物限制因子之一,而氮素供应及氮素形态对棉花(Gossypium hirsutum)的生长发育具有显著影响。研究低温胁迫下不同铵硝配比对棉花幼苗抗氧化酶活性及质膜脂质过氧化伤害的影响,为通过调节氮素供应提高棉花抗寒性提供理论依据。【方法】以‘新陆早13号’为供试棉花品种,在人工气候室内采用营养液水培法调节铵硝营养配比,研究了常温和低温条件下,不同铵硝配比对低温胁迫下棉花幼苗电解质渗出率、丙二醛(MDA)、游离脯氨酸(Pro)、可溶性蛋白质(SP)含量及抗氧化酶活性的影响。【结果】常温条件(25℃)下,铵硝混合营养较单纯铵态氮或硝态氮营养对棉苗各器官生物量均有显著的提高(P<0.05),地上部分和根系干物质重量在NH_4^+/NO_3~–比为50/50处理时最大,纯铵营养处理时最小;对棉苗生物量的影响效果表现出铵硝混合营养处理优于纯铵或纯硝营养处理。低温胁迫(15℃)后棉苗各器官生物量明显减小(P<0.05)。低温胁迫下棉花幼苗电解质渗出率、MDA、Pro含量显著增加(P<0.01),SP含量差异不大(P>0.05),超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性显著降低(P<0.01),抑制了棉花幼苗的生长发育。相同温度条件下,棉花幼苗电解质渗出率和MDA含量均随营养液中铵营养比例的增加而呈现出先减小后增大的变化趋势,在营养液中NH_4^+-N/NO_3~–-N比例为50/50处理时达到最小,纯硝营养处理次之,纯铵营养处理最大;而同温下SP、Pro含量先增加后减少,NH_4^+-N/NO_3~–-N为25/75最大。增铵营养明显增强了SOD、CAT活性(P<0.01),POD活性则随着NH_4^+-N/NO_3~–-N比例增加表现出先降低后升高的趋势。【结论】低温胁迫下,铵硝混合营养降低了棉花幼苗电解质渗出率和MDA含量,增加了渗透调节物质积累,提高了抗氧化酶活性,降低了脂质过氧化伤害,增强棉花幼苗对低温的抗性,尤其NH_4^+-N/NO_3~–-N比例为50/50的营养液效果更明显。

生长素和细胞分裂素对棉花幼苗根系顶端优势的调控作用

以中棉所 2 9为材料 ,测定了从主根根尖到基部不同区段 IAA、Z+ ZR、i P+ i PA、DHZ+DHZR的含量 ,并研究了其与侧根原基和侧根发生的关系。 CTKs含量表现从根尖向基部逐渐递减的大体趋势 ,在侧根原基大量发生的主根中上部 ,IAA含量处于高峰区 ,而 CTKs含量较低 ,IAA/CTKs多在 2～ 3之间。在根尖附近不发生侧根的区域 ,有较高 CTKs和 IAA水平 ,IAA/CTKs低于 2或高于 3。根尖与侧根发生区 IAA/CTKs的差别可能是控制根顶端优势的关键因子 ,2～ 3可能是适于侧根原基发生的阈值范围。用 0 .5～ 1 5 mg· L- 1KT和 0 .5～ 5 mg· L- 1IBA处理主根 。

增铵营养对低温胁迫下棉花幼苗氮代谢的影响

【目的】探明增铵营养提高棉花幼苗抗低温胁迫能力的机制。【方法】以棉花‘新陆早13号’为供试品种,在人工气候室内模拟不同温度处理(15℃和25℃),研究了不同铵硝态氮配比(NH_4^+-N/NO_3~–-N分别为0/100、25/75、50/50、75/25、100/0)对低温(15℃)胁迫下棉花苗期生长、氮素吸收量及氮代谢相关酶活性的影响。【结果】常温条件(25℃)下,较单一铵、硝营养,铵硝混合营养显著提高棉苗各器官的生物量,地上部和根系干物质量在NH_4^+-N/NO_3~–-N比为50/50处理时最大,单一铵营养处理时最小;对棉苗生物量的影响效果表现出铵硝混合营养处理优于单一铵、硝营养处理。低温胁迫(15℃)后棉苗各器官生物量减小,且差异显著。常温和低温条件下,随着营养液中NH_4^+-N比例增加,棉苗全氮含量逐渐递增,氮素吸收量先升后降;棉苗根系、茎秆及叶柄内硝态氮含量呈明显降低趋势;棉花幼苗叶片NR活性明显减小,相反,GS和GOGAT活性则极显著提高。常温处理下棉苗各器官的氮素累积量显著高于低温胁迫处理,低温抑制了棉苗对硝态氮的吸收,降低NR、GS和GOGAT活性。【结论】低温胁迫下,增铵营养可显著提高氮素养分含量,促进棉苗生长,同时通过提高GS、GOGAT等氮代谢相关酶活性,维持氮代谢平衡,增强棉花幼苗对低温的抗性。

外源水杨酸对盐胁迫下棉花幼苗激素含量及生长特性的影响

以中棉所4l号和中棉所49号为试验材料,通过盆栽试验,研究外源水杨酸(SA)对盐胁迫下棉花幼苗激素水平和生长特性的影响。结果表明:(1)0.6%Na Cl胁迫条件下,棉花幼苗叶片中ABA含量增加,CTK、GA和IAA含量减少,在0.05 mmol·L^(-1)SA浸种+0.2 mmol·L^(-1)叶面喷施复合处理下,中棉所41号和中棉所49号幼苗中ABA含量分别降低了59.14%和76.71%,CTK、GA、IAA含量分别提高了55.39%、21.05%、22.39%和17.08%、12.5%、18.20%,说明SA处理可有效缓解盐胁迫的伤害;(2)ABA/IAA+GA、CTK/IAA和ABA/CTK值在0.6%Na Cl胁迫处理下分别为增高、降低和增高,0.05 mmol·L^(-1)SA浸种+0.2 mmol·L^(-1)叶面喷施复合处理下,中棉所41号和中棉所49号幼苗中ABA/IAA+GA和ABA/CTK值分别降低了63.40%、74.03%和71.66%、79.99%,CTK/IAA值分别增加了28.41%和21.18%,说明SA可使幼苗体内激素恢复动态平衡,促进幼苗的生长发育;(3)0.6%Na Cl胁迫处理下棉花幼苗的株高、根鲜重、茎鲜重和叶鲜重都表现为降低,在不同浓度外源SA浸种和喷施处理下都有所恢复,幼苗根表现最为明显,用0.05 mmol·L^(-1)SA浸种+0.2 mmol·L^(-1)叶面喷施处理0.6%Na Cl胁迫下,两品种棉花幼苗单株鲜重分别增加了24.20%和22.39%。SA能通过调控棉花幼苗激素含量从而提高棉花幼苗的耐盐性,其中以0.05 mmol·L^(-1)SA浸种+0.2 mmol·L^(-1)叶面喷施对缓解棉花幼苗盐胁迫的伤害效果明显。

棉花幼苗侧根发生的化学诱导研究 Ⅰ.NAA诱导棉花幼苗侧根发生的效应与机理研究

1989～1990年,以陆地棉(Gossypium hirsutum L.)中棉12号品种为材料,研究了应用 NAA 浸种和移栽浸根对幼苗侧根发生的影响。结果表明:两种方式处理均能促进侧根的发生,子叶期移栽的幼苗表现出较强的生根能力。NAA 处理提高了幼根中 IAA、CTK 和 GA_3含量及 IAA/CTK 和 IAA/GA_3氧的值,抑制了根中过氧化物酶活性,降低棉酚含量,并增强了多酚氧化酶活性。

外源调节物质对棉花幼苗耐寒生理特性的效应

以棉花幼苗为试材,叶面分别喷施外源调节物质水杨酸(SA)、壳聚糖(CTS)、水杨酸+壳聚糖(SCM)、水杨酸+壳聚糖+硝酸钙(SCCa M)后,在5℃低温下进行处理,分别于0、24 h、48 h及恢复处理24 h时测定相对电导率、MDA含量、叶绿素含量,SOD、POD、CAT的活性和可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸的含量。结果表明:低温胁迫前用0.7 mmol·L-1水杨酸、0.6 mmol·L-1壳聚糖及复配制剂处理棉花幼苗,其叶片的SOD、POD、CAT活性和叶绿素、可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量与对照相比均有不同程度的提高,相对电导率和MDA含量有所降低;复配制剂处理效果优于水杨酸和壳聚糖单独施用的效果,而水杨酸、壳聚糖、硝酸钙三元复配的效果比水杨酸和壳聚糖两元复配的效果好。表明水杨酸、壳聚糖和硝酸钙在诱导棉花幼苗耐寒性中具有协同效应。

外源ABA对棉花幼苗抗寒性的影响初探

【目的】研究脱落酸(ABA)在低温(5℃)条件下对棉花幼苗电导百分率、MDA含量、SOD活性的影响。【方法】以中棉所15号为材料,分别进行5℃低温处理0、2、4、6、12、24、48和72 h和ABA浓度0、10-8、10-7、10-6和10-5mol/L交叉处理,并做二因素方差分析和Duncan多重比较。【结论】低温时间和ABA浓度均极显著影响电导率、MDA含量、SOD活性,且低温时间和ABA浓度之间无相互作用;5℃低温及ABA 10-7mol/L条件下处理4 h,能极显著降低棉花幼苗电导百分率和MDA含量,提高SOD活性。在低温5℃、4 h、ABA 10-7mol/L处理下比较中棉所15号、中棉所35号、新陆早8号三种棉花品种的抗寒性。【结论】抗寒能力大小为:中棉所15号>中棉所35号>新陆早8号。

外源NO对棉花幼苗氧化损伤和保护酶活性的影响

以子叶全展期的棉花幼苗为材料,在1/4 Hoagland营养液中添加不同浓度,0,10,50,100,200μmol/L SNP(硝普钠)处理棉花幼苗,研究外源NO对棉花幼苗叶片和根系氧化损伤和保护酶活性的影响。结果表明:外源NO供体SNP处理使棉苗叶片和根系MDA含量和O2.-产生速率显著增加,可溶性蛋白含量(叶片)显著降低,SOD、POD活性增加,但是CAT活性下降。10～100μmol/L SNP处理间差异不显著。各生理指标之间差异优先表现在叶片中。结果表明,外源NO在一定浓度范围内抑制棉花幼苗的生长。

不同铵硝配比对低温胁迫下棉花幼苗光合及叶绿素荧光参数的影响

为探讨增铵营养提高新疆棉花抗逆能力的内在机制,以新陆早13号为供试棉种,通过在人工气候室内模拟低温逆境,研究不同氮素形态对低温胁迫下棉花幼苗叶绿素含量及部分光合特性的影响。结果表明:两种温度培养下,铵硝混合营养处理的棉苗叶绿素含量均高于纯铵处理,并显著高于纯硝处理(P<0.05)。低温逆境(15℃)处理,棉花叶绿素含量显著低于正常(25℃)处理(P<0.05)。15℃逆境处理导致棉花幼苗净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、电子传递速率(ETR)、光化学量子产量(Yield)、光化学猝灭系数(q P)及非光化学猝灭系数(q N)表现出下降趋势,且差异显著(P<0.05)。25℃条件下,棉花幼苗Pn、Gs、Tr随着铵比例增加显著增大(P<0.05),在纯铵营养下达到最大。而在15℃下,棉花幼苗ETR、Yield、q P及q N随着铵浓度增加呈现出先增大后减小的趋势。结论:低温胁迫下,增铵营养提高了棉花幼苗叶绿素含量,促进了棉苗生长,维持代谢平衡,同时通过提高Pn、Gs、Tr等光合参数及ETR、Yield、q P、q N等叶绿素荧光参数,减轻了低温胁迫对棉花光合系统的伤害,增强棉花幼苗的抗冷性。

棉花幼苗侧根发生的化学诱导研究 Ⅱ.DPC诱导棉花幼苗侧根发生的效应与机理研究

1989～1990年,以陆地棉(Gossypium hirsutum L.)中棉12号品种为材料,研究了应用 DPC 浸种和移栽时浸根对幼苗侧根发生的影响。结果表明,两种方式处理均能促进侧根的发生。DPC 处理提高了根中 IAA、CTK 的含量、GA_3的含量也受到调节。IAA/CTK 和IAA/GA_3的值增高。DPC 处理抑制了根中过氧化物酶的活性,降低了棉酚的含量,并增加了多酚氧化酶的活性。作者认为棉花应用 DPC 200ppm 溶液浸种是一项可行的技术。