基于环境与光谱相似性的橡胶树叶片磷含量局部估测模型

为解决现有基于光谱相似性的局部样本搜索方法存在样本误选引起模型预测性能降低的问题,该研究提出先利用环境因子对叶片样本进行类别划分,然后在与待估测样本具有相同类别的样本集内进行局部样本搜索的方法。为验证该方法的有效性,将其用于实际案例中。在案例研究中,分3个时期(4-6月:抽叶期,7-9月:成熟期,10-12月:衰老期)在相同地块采集橡胶树叶片样品,然后利用该方法分别构建每个时期橡胶树叶片磷含量高光谱估测模型,并将模型预测精度与利用现有局部样本搜索方法构建的模型进行比较。为体现该研究提出方法的稳定性和可靠性,将每个时期采集的叶片样本随机分割5次,然后利用方差分析比较不同模型之间的预测精度是否存在显著差异。结果表明,利用该研究提出的方法构建的3个时期的橡胶树叶片磷含量高光谱估测模型预测精度(抽叶期:RMSE分别为(0.031±0.003)%和(0.030±0.004)%,成熟期:RMSE分别为(0.030±0.002)%和(0.029±0.003)%,衰老期:RMSE分别为(0.026±0.002)%和(0.024±0.003)%)都要高于利用现有局部样本搜索方法构建的高光谱估测模型(抽叶期:RMSE分别为(0.034±0.002)%和(0.034±0.002)%,成熟期:RMSE分别为(0.042±0.002)%和(0.042±0.003)%,衰老期RMSE分别为(0.034±0.003)%和(0.035±0.003)%),且在成熟期和衰老期的差异达到了P<0.05的显著性水平,这就证明了在进行局部样本搜索时必须要考虑橡胶树叶片样本所处环境的差异,以避免选择到与待估测样本不属于同一环境条件的局部样本,进而可显著提高估测模型的预测性能。

基于归一化植被指数获取环境因子权重的土壤管理分区方法

在基于加权环境变量进行土壤管理分区时,常利用作物产量与环境变量之间的关系来获取环境变量的影响权重。然而,当作物产量难以获取或作物产量与环境变量之间不能建立关系模型时,这种基于作物产量获取环境变量影响权重的方法将不再适用。针对此问题,该研究基于归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)可以反映土壤条件而土壤条件又受环境变量影响,提出一种利用NDVI获取环境变量影响权重的方法,并将其应用于橡胶园土壤管理分区。结果表明,利用该方法可以筛选出与NDVI关系紧密的15个关键环境变量,并且可以获取这些环境变量的权重,其中,前5个环境变量(坡向正弦和余弦,地形位置指数,地形湿度指数,剖面曲率)的权重几乎占到15个环境变量权重之和的一半。利用加权后的环境变量可将研究区橡胶园划分为6个分区。这些分区可以很好地区分不同土壤养分(土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾)的丰缺水平。同时,不同分区间环境变量的差异也达到了显著水平(P<0.05)。可见,该研究提出的利用NDVI获取环境变量影响权重的方法是可靠的。研究可为土壤管理分区提供可靠的思路。

橡胶树品种‘湛试327-13’乙烯响应分子机制分析

橡胶树‘湛试327-13’新品种兼具抗寒和高产的特性,揭示其在乙烯刺激后的分子机制有利于精准鉴定和选育种质资源。本研究以1.5%乙烯利处理橡胶树‘湛试327-13’开割树为材料,利用荧光定量技术分析胶乳和树皮中活性氧淬灭酶、蔗糖转运蛋白和橡胶生物合成关键酶等基因的表达规律,结果表明:乙烯利处理并连续割6刀后,橡胶树活性氧淬灭酶、蔗糖转运蛋白、胶乳抗性和橡胶生物合成关键酶基因在树皮表达量高于其在胶乳中表达量。与对照相比,随着割胶刀数的增加,‘湛试327-13’树皮脂肪氧化酶(HbLOX1)和过氧化物酶基因(HbPOD1)基因表达显著上调,最高为22.15和31.95倍;蔗糖转运蛋白HbSUT1、HbSUT2a分别提高66.11和58.50倍;几丁质酶(HbCHI)、葡聚糖酶(HbGLU)和橡胶素(HbHEV)分别提高16.93、8.09和10.37倍;橡胶生物合成关键酶基因HbGGPPS和HbHMGS1分别提高了14.71和15.05倍。说明乙烯刺激橡胶树后,‘湛试327-13’胶乳和树皮中活性氧淬灭酶、蔗糖转运蛋白、胶乳抗性和橡胶生物合成关键酶基因依次高表达且持续时间长达6刀(18 d),是其抗寒性和产量形成的分子基础,亦可作为橡胶树种质资源评价指标用于分子辅助育种。

壳聚糖调控橡胶树生长发育的分子机制分析

为了证明其对橡胶树生长发育的促进作用,本研究采用叶面喷施的方法处理橡胶树‘热研73397’和‘热研917’组培苗叶片,分析与橡胶树生长发育相关基因的表达规律,并对其进行相关分析和主成分分析。结果表明,壳聚糖可显著上调与橡胶树生长发育相关的能量合成基因HbATP、光合作用基因HbRbsS和活性氧淬灭酶基因HbAPX、HbCuZnSOD的表达量。相关和主成分分析表明,‘热研73397’品种的12个基因均呈正相关关系,且主成分只有1个。‘热研917’品种的12个基因中除HbMnSOD和HbCOXI不相关外,其余基因表达正相关,且有2个主成分。本研究结果表明,壳聚糖对橡胶树生长发育具有明显的促进作用并具有品种特异性,可作为橡胶树抗病和抗逆等化学调控剂的使用载体广泛应用,为橡胶树生长发育和抗逆机制研究提供科学依据,为新型栽培技术研发提供技术指导。