基于卷积神经网络和叶绿素荧光成像的绿豆叶斑病识别研究

为了解决绿豆叶斑病不同病害等级之间容易混淆的问题,本研究以感染不同程度叶斑病的绿豆叶片叶绿素荧光图像为研究对象,提出了多模块串联卷积神经网络(Multi-Module Sequential Convolutional Neural Network,MMS-Net)模型。该模型主要由本研究搭建的Sub模块和Wave模块串联堆叠组成,并且在每个Sub模块中和每个Wave模块结尾处加入混合注意力机制CBAM,在减少非叶斑病特征干扰的同时,对相似病斑进行更为细致的特征提取,提高病害识别的准确率。在相同条件下,与经典的卷积神经网络模型(VGG16、GoogLeNet、ResNet50)以及流行的轻量级卷积神经网络模型(MobileNetV2、MobileNeXt、MobileNetV3、Shuffle-NetV2)进行比较,本研究提出的MMS-Net模型参数量仅为11.43 M,测试准确率达到91.25%,均高于其他模型,分类效果最优。通过分析精度、召回率、F1分数等评价指标可以看出MMS-Net模型具有较好的鲁棒性和泛化能力。本研究结果可为绿豆等作物的抗病种质资源识别和筛选提供新思路。

辣椒苗期耐紫外性综合评价及预测

【目的】对青海地区主栽的9个辣椒(Capsicum annuum L.)品种苗期耐紫外性进行综合评价,并建立预测辣椒品种耐紫外性数学模型。【方法】测定9个辣椒品种在UV-B辐射剂量为28.56 kJ/(m2·d)和自然条件下(对照)幼苗的形态指标、叶片抗氧化酶活性及光合特性等17个指标,计算耐紫外系数,并进行主成分分析,联合隶属函数法和聚类分析综合比较9个品种的耐紫外性;由综合隶属值(D)与耐紫外系数建立预测辣椒品种耐紫外性数学模型。【结果】经UV-B辐射后,叶片表型上,华美105损伤最严重,乐都长辣椒变化很小;过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性在乐都长辣椒、YTS2013-13叶片中经UV-B辐射后表现为上升趋势,而华美105的酶活性均表现为下降趋势,且下降幅度是9个品种中最大的。9个品种的光合作用在UV-B辐射下均受到抑制,其中对华美105光合特性的影响最大,而乐都长辣椒受影响程度最小。主成分分析得出,最大荧光(F_(m))、SOD、气孔导度(G_(s))、原初光能转化效率(F_(v)/F_(m))、净光合速率(P_(n))和类胡萝卜素(Car)等指标对辣椒苗期的耐紫外性强弱影响较大。经隶属函数法及聚类分析筛选出耐紫外性强的品种2个,中等耐紫外性品种3个,紫外敏感型品种4个,通过逐步回归分析建立耐紫外性最优数学模型D=0.037SOD+1.123P_(n)-0.228(R2=0.913,P=0.01),耐紫外性评价的数学模型的预测平均精度为92.642%。【结论】SOD和P_(n)可用于耐紫外型辣椒品种的育种筛选;乐都长辣椒幼苗的耐紫外性远强于其他品种,可考虑将其作为高原地区主栽辣椒品种,保障辣椒的优质生产。

低压喷灌对冬小麦光合作用和叶绿素荧光特征的影响

为给低压喷灌的应用提供理论依据,以传统灌溉方式(地面畦灌)为对照,研究了不同水量低压喷灌对冬小麦叶绿素含量、叶绿素荧光、光合特性及产量的影响。结果表明,低压喷灌显著提高了冬小麦叶绿素含量,尤其表现在中后期旗叶上,衰老明显延缓;提高了PSⅡ反应中心的光能转化效率和开放比例,增强了光合电子的传递能力;显著增加净光合速率,降低细胞间CO2浓度、蒸腾速率和气孔导度;低压喷灌的小麦干物质积累、最终产量均高于地面畦灌,以减量15%的低压喷灌产量最高。

高温胁迫下花楸树幼苗的生理响应

在40℃下对1年生花楸树幼苗进行0、2、4、68、1、0 h的高温胁迫,测定不同胁迫时间的叶绿素含量、相对电导率、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性、叶绿素荧光参数以及叶绿体超微结构等生理生化和形态指标。结果表明:高温胁迫下叶绿素含量下降,MDA含量增加,相对电导率增大,超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)含量先增加后降低;随着胁迫时间的延长,最大光量子产量(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学淬灭系数(qP)都呈下降趋势,非光化学淬灭系数(NPQ)呈上升趋势。高温胁迫0、6 h叶绿体超微结构基本没有发生变化,但是高温胁迫8 h,叶绿体超微结构发生了较大变化,质膜受到严重破坏,基粒片层变得模糊并且受到破坏,基质片层出现紊乱、排列错位等现象。

干旱胁迫对水土保持先锋植物类芦光合特性的影响

以水土保持先锋植物类芦为研究材料,通过4个不同梯度干旱胁迫的盆栽试验,测定类芦的光合色素、叶绿素荧光参数和光合参数,研究干旱胁迫对类芦的光合特性的影响。结果表明:中度、轻度干旱胁迫类芦叶绿素含量增加,叶绿素a/b比值下降,干旱胁迫下叶绿素荧光参数F0、Fm、Fv提高,Fv/Fm、Fv/F0下降。类芦叶片的胞间CO2浓度随干旱程度加重而逐渐增加,日变化表现为上午缓慢上升,下午快速上升,到16:00达到最高。净光合速率、气孔导度、蒸腾速率日变化均表现为"单峰型",为先升后降,12:00达到高峰,日均值随着干旱程度加重而逐渐下降。中度、轻度干旱胁迫下WUE提高,重度干旱WUE稍有下降,类芦具有较强的耐干旱能力。

长豇豆品种耐低温弱光性和叶绿素荧光参数等的关系

研究了低温弱光(昼温15℃/夜温10℃,光强40μmol.m-1.s-1)胁迫对4个不同熟期长豇豆植株幼苗生长和相关生理指标的影响。结果表明,长豇豆不同熟期品种间耐低温弱光性能存在较大差异,与胁迫后叶片细胞电解质渗透率、叶绿素荧光参数(Fo,Fv/Fm,ΦPSII,qP)的变化趋势相一致。认为可应用这些指标对长豇豆品系的耐低温弱光性进行鉴定评价。

遮荫对凤丹白光合特性的影响

在大田栽培条件下研究不同程度遮荫对凤丹白光合特性和叶绿素荧光参数的影响。2a数据表明:夏季晴天、自然光照条件下,凤丹白的光合速率日变化为"双峰型",有明显的"光合午休"现象;遮荫75%条件下,净光合速率没有出现"光合午休"现象。经过连续2a遮荫后,遮荫75%条件下的净光合速率显著低于其他处理,净光合速率在一天中始终处于最低水平;遮荫45%和60%条件下的净光合速率在一天中保持较高。随着遮荫程度增加,最大净光合速率、光补偿点、光饱和点降低。经过遮荫处理的Fv/Fm均显著高于全光照植株。结果表明,夏季大田中午强光、高温条件下,凤丹白光合作用的光抑制显著,遮荫叶片优于全光照叶片,适度遮荫提高了光合效率,综合比较各参数可知,遮荫45%~60%最适合凤丹白的生长。

神农香菊不同株系间光合特性及叶绿素荧光特性比较分析

以成功引种栽培在东北林业大学园林学院苗圃的神农香菊(Dendranthema indicum var.aromaticum)-3个优良株系S_(1401)、S_(1407)和S_(1415)为研究对象,采用Li-6400XT便携式光合作用分析系统对3个株系的光合生理差异以及它们在不同光照环境的适应性进行了比较分析。结果表明:(1)S_(1407)为双峰型曲线,S_(1401)和S_(1415)为单峰曲线;3个株系的光补偿点差异不大,S_(1415)的光饱和点最高,S_(1401)最低;对强光的利用能力S_(1415)>S_(1407)>S_(1401),S_(1415)的光适应范围最广。(2)在荧光参数上,3个株系的初始荧光Fo大小是S_(1407)>S_(1415)>S_(1401),PhiPS2、qP、ETR均为S_(1401)>S_(1407)>S_(1415),S_(1401)的非光化学淬灭系数qN最小,为0.83,其光合系统的自我保护能力最弱。

高温胁迫对柠条锦鸡儿光合参数和叶绿素荧光特性的影响

为探明北方荒漠地区重要治沙造林先锋树柠条锦鸡儿对高温胁迫的光合生理适应机制,通过测定柠条锦鸡儿在25℃和36℃温度处理的光合参数和叶绿素荧光特性,研究其对高温胁迫的响应和适应机制。结果表明:高温胁迫下,柠条锦鸡儿的光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和水分利用效率(WUE)显著降低,蒸腾速率(Tr)提高。胞内CO2浓度(Ci)和气孔限制值(Ls)对高温胁迫的响应与光合有效辐射(PAR)相关,当PAR>200μmol/(m2·s)时,Ci下降,Ls上升;当PAR<200μmol/(m2·s),Ci上升,Ls下降。高温胁迫导致柠条锦鸡儿的光能热耗散量(1-Fv′/Fm′)显著提高,但对电子传递速率(ETR)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)和光化学淬灭系数(qP)的影响不显著。36℃高温胁迫限制了柠条锦鸡儿的光合作用,但对光系统Ⅱ的功能没有明显影响;气孔限制是造成光合作用下降的主要因素,同时柠条锦鸡儿通过提高蒸腾速率降低叶片温度和增强过剩光能的热耗散以适应高温环境。

镉对山梨和山荆子叶片气体交换和叶绿素荧光参数的影响

以北方阔叶树种山梨(Pyrus ussuriensis Maxim.)和山荆子(Malus baccata(Linn).Borkh.)1年生苗木为材料,采用土壤和风化砂混合物作为盆栽基质,设置0(CK)、10、50、100、200 mg·kg-15种土壤镉质量分数,研究了土壤镉污染对苗木叶片气体交换和叶绿素荧光参数的影响。结果表明:随着土壤镉质量分数增加,两树种的净光合速率(P n)和瞬时水分利用效率(W U,E)先升后降、气孔导度(G s)持续下降、胞间二氧化碳摩尔分数(C i)先下降后上升,山梨和山荆子蒸腾速率(T r)总体分别为升高、下降,说明镉污染导致两树种P n的下降是由非气孔限制因素所致;随土壤镉质量分数的增加,山梨和山荆子的F v/F m和q N、山梨的F v/F o逐渐降低,二者的ФP,SⅡ和q P、山荆子的F v/F o先升后降,说明镉通过影响光合作用过程的顺利进行而导致P n的下降。综合各项参数分析山荆子对土壤镉的抗性大于山梨,并初步推断100 mg·kg-1Cd2+是山梨和山荆子对土壤镉污染的耐受极限。

基于无人机的叶绿素荧光参数检测系统设计

为了快速高效地对植物叶片光合功能进行测试,以叶绿素荧光动力学为依据,设计了一套基于无人机的叶绿素荧光参数检测系统.实验结果表明:与传统的叶绿素荧光检测仪器相比,该系统检测速度快、执行效率高、应用范围广,为植物叶片光合功能的测定提供了一种实时、快速、高效的检测工具.

低温弱光下不同苦瓜杂交F_1代的生长及叶绿素荧光特性

以‘绿箭霸王’苦瓜品种为对照,研究了4个苦瓜杂交F1代在低温弱光(白天15℃/晚上7℃,80μmol·m-2·s-1)下的生长以及叶绿素荧光参数的变化。结果表明:低温弱光下苦瓜的株高、叶片数、叶长和叶宽的生长量明显下降,不同杂交组合之间差异明显。苦瓜叶片的叶绿素荧光参数Fo、Fv/Fm、ETR、Yield和qP都有不同程度的下降,非光化学猝灭系数qN有所增加,不同杂交组合下降和增加的幅度不同。从生长量和叶绿素荧光参数综合来看,杂交组合K3和K4在低温弱光下有较好的耐受性,可以作为设施专用品种选育的重要目标。

镉处理后两种景天的光合相关参数变化

超积累植物是一种绿色、经济、环保的土壤重金属污染修复材料。本研究以超积累型(hyperaccumulating ecotype,HE)东南景天(Sedum plumbizincicola)和非积累型(non-hyperaccumulating ecotype,NHE)东南景天为试验材料,在水培条件下,测定镉处理不同时间两种东南景天叶片中叶绿素含量、光合参数及叶绿素荧光参数的变化,分析镉胁迫对两种东南景天光合能力的影响。结果表明,在胁迫7d时,HE的叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)较未胁迫时分别显著(P<0.5)下降了46.91%和43.09%,而NHE则分别显著下降了50.9%和49.98%;在镉胁迫过程中,HE的P_n下降幅度小于NHE,HE的P_n在胁迫7d时较对照显著下降了31.97%,NHE显著下降了50.69%;HE的T_r在胁迫4d时下降了50.58%,然后呈上升趋势,而NHE则在胁迫1d时就下降了60.47%,然后上升;随着镉胁迫时间延长,HE初始荧光强度(F_0)先升后降,NHE的F_0胁迫前4d一直上升;HE最大荧光强度(F_m)始终大于NHE;HE实际光化学效率(Φ_(PSⅡ))、光化学猝灭系数(qP)、表观光合电子传递速率(ETR)均先降后升,NHE的Φ_(PSⅡ)和ETR下降后趋于稳定;HE的非光化学淬灭系数(NPQ)一直处于上升趋势,NHE的NPQ和qP一直趋于稳定状态。由此认为,两种东南景天对于镉胁迫的响应不同,本研究进一步完善了两种景天应对镉胁迫时的生理响应,这为超积累型东南景天用于镉污染土壤的修复提供更多依据。

珍稀树种红花玉兰在华北地区的最适光环境(英文)

珍稀树种红花玉兰对其华南原产地的自然环境有良好的适应性,但在华北地区却生长不良。通过对红花玉兰在华北地区一个生长季内对三种光照水平(100%、70%、40%全光照)的光合和生长响应分析,结果表明:在70%全光照条件下,红花玉兰幼苗的净光合速率、光饱和点、株高、基径、根生物量和茎生物量均达到最高水平。随着光照强度的减弱,暗呼吸速率、光补偿点、比叶重量、叶片厚度和密度显著降低,表观量子效率、最大荧光Fm、可变荧光Fv、Fm/Fo(Fo为初始荧光)、Fv/Fo、Fv/Fm、叶绿素含量、叶面积和叶柄角度均显著增大。说明70%全光照最适于一年生红花玉兰幼苗在华北地区的生长,全光照和40%全光照条件下幼苗则因光量的过剩和不足而生长不良。因此建议将红花玉兰栽植在林缘或林窗地带,可为这一珍稀濒危树种在华北地区的引种提供有利的适生光照环境。

模拟干旱胁迫对诸葛菜无机碳利用的影响

为研究喀斯特适生植物的碳酸酐酶应对岩溶干旱机制,本实验以诸葛菜为研究对象,以聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)浓度为控制因子,已知δ13 C值的NaHCO3为无机碳源模拟喀斯特干旱逆境,测定分析不同浓度PEG下诸葛菜叶片的碳酸酐酶活力、稳定碳同位素组成、净光合速率和叶绿素荧光等指标。结果表明,诸葛菜的碳酸酐酶活力在PEG胁迫浓度低于40g·L-1时显著性增高;碳酸氢根离子利用份额随PEG浓度变化不同,10g·L-1时利用份额最多,20g·L-1时诸葛菜的碳酸氢根离子利用份额与对照相比无显著性差异;净光合速率随着PEG浓度的增加而下降,且下降趋势成非线性关系;PEG浓度低于40g·L-1时,荧光参数显示光合系统未受到损坏。适当的渗透逆境胁迫下,诸葛菜表现出高碳酸酐酶活力应对逆境。诸葛菜可凭借碳酸酐酶作用交替利用碳酸氢根离子和大气中的二氧化碳,补充诸葛菜因渗透胁迫造成的水分和二氧化碳的不足,保护光合系统,减缓净光合速率的下降。

亚心形四爿藻培养和产氢过程一体化平板光生物反应系统

利用整合了燃料电池的平板光生物反应器,探讨了将亚心型四爿藻高密度培养和产氢两段工艺一体化集成的可行性.在培养阶段通入体积分数为2%～5%的CO2可使藻细胞迅速增殖,9 d内即可达到产氢要求的生物量（8.5×10^6cell/mL）.通过叶绿素荧光参数分析,选择2%的CO2培养的藻进行后续的产氢实验.结果表明,PSⅡ活性和光合电子传递速率均随时间的推移而逐渐下降.通过对产氢动力学曲线的分析,计算出最大产氢速率为1.1 mL/（h·L）,持续产氢时间为60 h.

低钾胁迫对谷子幼苗叶片光合作用的影响

为了探究低钾胁迫引起谷子幼苗光合作用改变的响应机制,以谷子品种‘晋谷21号’(钾敏感型)和‘龙谷25号’(钾非敏感型)为试验材料,设置正常供钾(5.0 mmol·L^(-1),K_(5))、低钾(1、0.1、0.01 mmol·L^(-1),K_(1)、K_(0.1)、K_(0.01))和无钾(0 mmol·L^(-1),K_(0))5个处理,通过营养液盆栽实验,分析不同程度低钾胁迫对谷子幼苗生长、光合气体交换参数、叶绿素荧光特性和碳同化关键酶活性的影响。结果表明:(1)低钾胁迫显著抑制了谷子幼苗的生长,株高、茎粗、叶面积及干物质显著降低,同时叶片钾含量减少,K_(0)处理‘晋谷21号’和‘龙谷25号’叶片钾含量较K_(5)处理分别显著降低了48.14%和37.85%。(2)K_(0)处理谷子幼苗光合色素含量较K_(5)处理显著降低,但K_(0.1)和K_(1)处理与K_(5)处理差异不显著。(3)低钾胁迫导致谷子幼苗叶片净光合速率(P_(n))降低,与K_(5)处理相比,K_(0)、K_(0).01、K_(0.1)处理P_(n)、气孔导度(G_(s))、蒸腾速率(T_(r))、气孔限制值(L_(s))显著降低,胞间CO_(2)浓度(C_(i))却显著增加,证明光合速率降低主要由非气孔限制引起。(4)低钾胁迫很易导致光系统Ⅱ(PSⅡ)和光系统Ⅰ(PSⅠ)光化学量子产量降低,K_(1)处理叶片的PSⅡ实际光化学量子效率(Φ_(PSⅡ))、PSⅠ光化学量子产量[Y(Ⅰ)]分别降低了5.32%~9.57%和2.38%~5.63%,K_(0)处理则分别显著降低了17.15%~20.15%和18.71%~21.28%。(5)K_(0)处理下‘晋谷21号’的1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性较K_(5)处理分别显著降低了42.86%和42.71%,相应处理的‘龙谷25号’则分别显著降低了26.85%和42.77%。研究发现,低钾胁迫下‘龙谷25号’对钾素吸收利用能力较强,各生长生理参数变化幅度较小,表现出较强的低钾耐性;低钾胁迫导致谷子幼苗净光合速率降低,K_(0)和K_(0.1)处理下光合速率降低主要与气孔导度降低、光系统的电子传递与能量转换抑制以及碳同化关键酶Rubisco、PEPC活性下降等有关。

Synthesis, Structures, Fluorescence and Magnetism of Two Lanthanide Metal-organic Frameworks with CaF2 Topology Based on Silicon-centered Tetrahedral Ligand

Two 3D multifunctional lanthanide metal-organic frameworks（MOFs）, Pr（HTCPS）（H20）·2DMF·C2H2OH·5H2O（JUC-93） and Pr3（TCPS）2（NO3）（H2O）4（DMA）2.2DMA.C2H5OH.3H2O（JUC-94）[H4TCPS=tetrakis（4-carboxyphenyl）- silane, DMF=N,N＇-dimethylformamide, DMA=N,N＇-dimethylacetamide and JUC=Jilin University China] were synthe- sized by the self-assembly of a rigid silicon-centered tetrahedral carboxylate ligand H4TCPS and Pr（III） ions in different solvothermal reactions. X-Ray crystallography revealed that they exhibited a rare CaFE topology framework, constructed from the 4-connected tetrahedral TCPS unit with the 8-connected dinuclear praseodymium cluster unit and trinuclear praseodymium cluster unit, respectively. In addition, the luminescent and magnetic properties of the two compounds were investigated.

高温胁迫对水稻剑叶光合和叶绿素荧光特征的影响

采用盆栽方法在人工气候箱内对超级杂交稻组合"天优998"4个生育期(抽穗期、乳熟期、蜡熟期和完熟期)分别进行5个高温处理(最高温度分别设定为32、35、38、40和42℃,日较差为6℃,每个处理为期5d,每天2h,以自然条件下生长的水稻为对照),研究了高温胁迫对水稻剑叶光合和荧光特征的影响。结果表明:高温对水稻剑叶光合和荧光特征具有显著影响,而且因高温处理、生育期、参数的不同而有差异,温度越高影响越大;高温处理后水稻剑叶叶绿素含量(SPAD)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)下降,胞间CO2浓度(Ci)上升;光化学效率(Fv/Fm)、实际量子产量(ΦPSII)、表观电子传递速率(ETR)、光化学猝灭系数(qP)、PSⅡ光化学反应(P)下降,初始荧光(Fo)、非光化学猝灭系数(qN)、其他热耗散(E)上升;当最高温度大于35℃时,4个生育期的光合和荧光指标大多发生了显著变化,当最高温度大于38℃时,则大幅下降;抽穗期和乳熟期Pn、Gs下降显著、Ci上升显著,蜡熟期和完熟期SPAD下降显著,但高温下抽穗期、乳熟期水稻剑叶Fv/Fm的下降幅度和Fo的上升幅度比蜡熟期、完熟期大;高温胁迫对水稻剑叶Pn的影响比SPAD大,抽穗和乳熟期水稻剑叶Pn下降主要是由气孔因素引起,而蜡熟期和完熟期剑叶Pn的下降则主要是由非气孔因素所致。

NaCl胁迫下黄连木叶片光合特性及快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的变化

以1年生黄连木为试材,设置NaCl浓度分别为0(CK)、0.15%、0.3%、0.45%、0.6%5个处理,利用快速叶绿素荧光诱导动力学曲线分析技术(JIP-test),研究了NaCl胁迫对黄连木叶片光合特性和快速叶绿素荧光诱导动力学参数的影响.结果表明:随着NaCl浓度的升高,黄连木叶片中的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量逐渐降低,叶绿素a/b比值先升高后下降,类胡萝卜素含量逐渐增加;叶片的净光合速率(P n)、气孔导度(g s)逐渐降低,其中NaCl浓度<0.3%时,叶片P n下降主要受气孔限制;当NaCl浓度>0.3%时,P n下降主要由非气孔因素限制;单位面积捕获的光能(TR o/CS o)、电子传递的量子产额(ET o/CS o)、单位面积的反应中心数量(RC/CS o)、量子产额或能量分配比率(ψo和φEo)逐渐降低,而单位面积吸收的光能(ABS/CS o)、荧光诱导曲线中K点(W k)和J点(V j)明显增加,说明盐胁迫对黄连木叶片放氧复合体(OEC)、受体侧和PSⅡ反应中心造成了伤害.当NaCl浓度为0.3%时,PSⅡ最大光化学效率(F v/F m)和光化学性能指数(PI ABS)分别比对照下降17.7%和36.6%.