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[硕士论文] 肖睿
设施园艺学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:马铃薯(Solanum tuberosum L.)因其粮菜兼用,营养全面,深受广大消费者的喜欢。较其他粮食作物,马铃薯经济效益高,具有较大的种植面积;但在我国其单产并不高,与发达国家相比差距较大,究其原因,病害是影响马铃薯产量的最主要原因之一。马铃薯黄萎病(Potato Verticillium wilt)是一种真菌性病害,严重影响马铃薯的产量和品质。挖掘抗病资源、定位抗病基因、开发连锁标记可加速抗病育种,而选育抗病品种则是防治病害最经济有效的途径之一。但到目前为止,关于马铃薯黄萎病抗病基因的研究还较少,还没有抗病基因定位的报道。
  本研究利用二倍体马铃薯种间杂种C545为抗病母本,与感病父本V67的回交BC1群体为材料,取得以下主要结果:
  1、BC1群体表型鉴定:随机选择172个群体后代,经过多轮的表型验证实验,完成了群体材料的表型鉴定。
  2、极端材料的BSA+DNA-seq分析:分别选择24个抗病材料和30个感病材料组建抗感病混合池,进行全基因组测序,测序深度为30x。分别得到28.46Gb和26.39Gb的数据,并利用生物信息学分析,绘制了抗感池平均△(SNP-index)分布图。通过分布图预测出抗黄萎病位点位于五号染色体0-6.3Mb的位置。
  3、主效位点的连锁标记开发:根据分布图预测的五号染色体0-6.3Mb抗病位点区间,设计了278对基因标记引物和329对CAPS标记引物。通过对抗感亲本和抗感群体后代的验证,共筛选开发了6个基因标记、1个Indel标记和5个CAPS标记。利用这12个标记结合群体材料表型绘制出总长为69.4cM的遗传连锁图谱,但12个标记均在抗病位点一侧,共同将抗病位点定位于五号染色体4.7Mb之后。
  4、Ve基因的初定位:将生物信息学预测的区间和标记定位的区间整合,定位出抗病位点位于4.7Mb-6.3Mb之间1.6Mb的区间范围内。与前人报道的马铃薯黄萎病抗性位点位于9号染色体不同,本研究首次定位出马铃薯抗黄萎病的新位点,该位点位于马铃薯五号染色体前端,为马铃薯抗黄萎病遗传定位研究扩充了思路,同时对马铃薯黄萎病抗性基因的克隆奠定了基础,开发的连锁标记对马铃薯抗黄萎病育种提供了有力帮助。
[硕士论文] 彭晓君
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:马铃薯(Solanum tuberosum L.)因其丰富全面的营养得到广泛的使用,其加工产业中的高附加值产品薯条薯片等,因其独特的风味而备受人们喜爱,然而马铃薯中的低温糖化现象严重阻碍了薯条薯片等油炸加工产品的发展。淀粉是马铃薯块茎的主要储能形式,前人研究表明,淀粉处于淀粉-糖代谢的源头,是造成低温糖化的主要因素之一,其中β-淀粉酶9(StBAM9)尽管检测不到淀粉酶活性,但对马铃薯的低温糖化有着重要作用,为了研究这类无β-淀粉酶活性的蛋白是发挥功能的机制,本研究主要从蛋白水平对StBAM9互作蛋白进行了分离,并完成了验证及互作机制解析,主要研究结果如下:
  1.利用马铃薯低温糖化酵母文库对StBAM9的互作蛋白进行了筛选,得到了92个与StBAM9和StBAM9-P互作的蛋白,其中与StBAM9和StBAM9-P都互作的蛋白有12个,通过WEGO分析,两者的潜在互作蛋白在定位、分子功能以及生物学途径上相似,主要定位在细胞内,大多数是具有催化活性和结合功能的蛋白,且大部分蛋白富集在细胞、代谢、生物调控以及对刺激的响应的生物学途径上。通过酵母点对点验证,初步得到4个互作蛋白分别是StDUF842、StTPR01660、StTPR22129和StTPR45174。
  2.为了明确StDUF842、StTPR01660、StTPR22129和StTPR45174在马铃薯栽培种E3中不同组织及块茎低温处理下的表达模式,我们通过qRT-PCR进行定量分析,得到StDUF842、StTPR22129在叶片中相对表达量高,StTPR01660在叶片和成熟的薯块中相对表达量高,StTPR4517334在成熟薯块中相对表达量高,其中StTPR01660和StTPR45174与StBAM9类似,在成熟的薯块中表达量高。叶片是马铃薯主要的产能器官,薯块是马铃薯主要的储能器官,推测它们都很有可能参与淀粉的降解。
  3.为了明确StDUF842、StTPR01660、StTPR22129、StTPR45174的亚细胞位置,分别构建GFP融合表达载体GFP-StDUF842、GFP-StTPR01660、GFP-StTPR22129、GFP-StTPR45174,通过农杆菌介导的烟草瞬时表达得到StDUF842、StTPR01660、StTPR22129、StTPR45174都定位于细胞质。
  4.为了进一步明确互作蛋白与StBAM9在植物细胞中的互作部位,我们通过BiFC对StDUF842、StTPR01660、StTPR22129、StTPR45174与StBAM9进行互作验证,发现只有StTPR01660与StBMA9互作于淀粉粒上,另外StTPR01660与定位在质体基质中的β-淀粉酶1(StBAM1)互作于细胞质。另外,GST pull down结果表明StTPR01660与StBAM9有互作,且还发现StTPR45174与StBAM9有着较强的互作。而前期研究表明StBAM9定位在淀粉上,由此我们推测StTPR01660可能在细胞质中与StBAM1互作,形成复合体,并通过StBAM9的招募,到达淀粉粒上,从而实行淀粉粒上淀粉降解的功能;此外,是否存在StTPR45174等其他蛋白参与这个过程,还有待于进一步确定。
  5.为了明确StTPR01660、StBMA1与StBMA9间互作的区段,我们以不同的StTPR01660短截区段与StBMA9进行酵母点对点实验,结果表明StTPR01660完整的TPRdomain区段(第181到277个氨基酸区段)才能与StBMA9互作。通过NCBI对StBAM1进行结构域的预测,发现第1到85个氨基端区段有一个质体转运肽,第111到542个氨基端区段为葡糖基水解酶结构域。通过将水解结构域进行短截,我们得到StBAM1的第330到413个氨基酸区段与StBAM9-P互作。通过NCBI对StBAM9进行结构域的预测,发现第1到63个氨基端区段有一个质体转运肽,第88到506个氨基端区段为葡糖基水解酶结构域。通过将水解结构域进行短截,我们得到StBAM9的第238到386个氨基酸区段与StBAM1互作。StBAM1和StBAM9这两个短截的区段里含有两个相同的底物结合位点(赖氨酸和组氨酸),推测StBAM9可能借助StBAM1行使降解淀粉的功能。
  6.通过StBAM9干涉株系中直链和支链淀粉含量测定结果表明,在4℃30d处理条件下,支链淀粉的降解速度比直链淀粉的降解速度慢,StBAM9更青睐于支链淀粉,我们可以进一步通过蛋白体外添加实验,明确互作蛋白与StBAM9可能的功能机制。此外,StBAM9干涉株系及对照的淀粉磷含量测定结果表明干涉株系与对照E3相比无显著差异,说明StBAM9调控的淀粉降解可能不是通过淀粉磷酸化的途径。
[硕士论文] 陈凯
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:马铃薯(Solanum tuberosum L.)是中国第四大粮食作物,生产过程中会受到多种病虫害的危害,严重影响其产量和品质。其中由卵菌致病疫霉菌(Phytophthora infestans(Mont.)De Bary.)引起的晚疫病是危害最严重的病害。本实验室前期发现马铃薯U-box类E3泛素连接酶StPUB17可以正调控晚疫病的抗性。通过酵母筛库得到一个互作蛋白为StKH17,是一个含有KH-domain的RNA结合蛋白,在本氏烟中初步鉴定是一个抗性负调控因子。本研究旨在通过遗传转化获得超量和干涉StKH17马铃薯转基因植株,验证其在晚疫病抗性中的功能;以StKH17为诱饵通过酵母双杂交筛库筛选与其互作的靶标蛋白;获得稳定表达StKH17和myc融合蛋白转基因株系,为下一步利用Chip-seq技术研究StKH17调控的RNA靶标打下基础。取得的主要研究结果如下:
  1、构建了StKH17超量表达和RNAi干涉载体,通过遗传转化成功获得了2个超量表达和6个干涉马铃薯株系;晚疫病菌接种鉴定表明,超量表达StKH17降低晚疫病抗性,而干涉StKH17增强晚疫病抗性,即StKH17负调控马铃薯晚疫病的抗性。
  2、蛋白结构分析表明StKH17具有2个保守的结构域,一个为STAR-domain,另一个为KH-domain。酵母自激活和点对点互作验证表明,StKH17与StPUB17的互作需要STAR-domain,缺失STAR-domain对于酵母自激活效应没有影响;而KH-domain对于酵母自激活效应很重要,但其缺失对于StKH17与StPUB17的互作没有影响。
  3、以StKH17△128-261为诱饵从酵母文库中筛选到3个候选互作蛋白,一个为StKH17自身,另一个为StKH17-2,还有一个为StKH17-3,酵母点对点互作验证表明StKH17-2和StKH17-3与StKH17△128-261特异互作,而不与StPUB17互作。
  4、构建了破坏RNA结合能力的StKH17(GDDG)突变体载体,在本氏烟中瞬时表达时,发现其不能促进晚疫病菌的侵染。表明GDDG domain对StKH17发挥功能十分重要。
  5、构建了StKH17-myc蛋白标签载体并通过马铃薯遗传转化,获得11个转基因株系,Western Blot检测到了3个株系稳定的表达了StKH17和3×myc融合蛋白。
  本研究初步回答了StPUB17可能是通过降解负调控感病因子StKH17从而实现正调控马铃薯晚疫病抗性的假设。另外本研究结果表明,StKH17可能以复合体的形式调控抗病防卫相关基因的可变剪接从而发挥负调控晚疫病抗性的功能。本研究为构建StPUB17-StKH17-靶标蛋白互作模型,阐明StPUB17在马铃薯晚疫病抗性中的功能和分子机制奠定了良好基础。
[硕士论文] 谢媛媛
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:马铃薯野生种具有许多生物和非生物抗性,但它与栽培种之间由于胚乳平衡数和倍性差异,不能直接进行有性杂交,体细胞杂交技术能够克服有性杂交不亲和的障碍,为马铃薯野生种的利用提供了一条有效途径。
  本实验室前期利用二倍体不结薯野生种S.etuberosum(简称ETB)和栽培种双单倍体AC142融合,获得了93个体细胞杂种;利用二倍体野生种S.commersonii(简称MLM)和AC142融合获得51个体细胞杂种。野生种S.etubersoum具有多种病毒抗性,S.commersonii具有良好的直接和驯化抗寒性。为了利用这批体细胞杂种,本研究选择其中的整倍体材料(四倍体和六倍体),系统分析了S.etuberosum+AC142(EA体细胞杂种)的病毒抗性、结薯特性和胞质遗传组成,S.commersonii+AC142(MA体细胞杂种)的胞质遗传组成,以下是主要结果:
  1、细胞质遗传组成分析:用叶绿体和线粒体特异性引物对体细胞杂种的细胞质来源进行了分析,并根据体细胞杂种片段扩增差异进行聚类分析,结果表明部分体细胞杂种由双亲的线粒体基因组重组而成,叶绿体只有一个亲本的。其中,EA体细胞杂种叶绿体组成存在明显的偏向性,多数为AC142的叶绿体类型;MA体细胞杂种则不同,它的叶绿体类型没有明显的偏向性。
  2、EA体细胞杂种的病毒抗性鉴定:利用病毒接种鉴定方法,从37份体细胞杂种中筛选到7个PVY抗性材料:EA7-3,EA11-1,EA48-1,EA56-1,EA92-1,EA5-1和EA28-1,8个PVS抗性材料:EA11-1,EA48-1,EA56-1,EA92-1,EA5-1,EA49-1,EA53-1和EA88-1。2个PVX抗性材料:EA11-1和EA40-1。因融合亲本均有PVA抗性,所有体细胞杂种也均具有PVA抗性。
  3、EA体细胞杂种的结薯表型鉴定:分别于2016年上半年和2016下半年在温室大棚对体细胞杂种的结薯情况进行分析;在培养室进行试管薯试验。综合3次实验结果表明四倍体杂种都可以结薯,六倍体体细胞杂种结薯存在差异:部分结薯,部分不结薯,部分体细胞杂种有明显高于亲本的薯重。三次结薯试验的相关性分析表明,2016上半年结薯试验与下半年结薯试验有极显著的相关性,与试管薯结薯同样有极显著的相关性,而2016年下半年结薯试验与试管薯结薯没有相关性。
[硕士论文] 李晓静
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:由茄科雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的青枯病造成了世界范围内马铃薯产量的降低。大多数细菌病原体通过分泌效应蛋白到植物细胞内来操控植物免疫应答反应。由于效应子是青枯病的重要致病因子,本课题旨在通过研究效应子的基础功能继而探究马铃薯青枯病致病机理。本课题以马铃薯E3试管薯为受体,通过农杆菌介导的马铃薯遗传转化技术获得了效应子Rip5、Rip6和Rip13的转基因株系。探究效应子转入所影响的马铃薯免疫途径,同时对效应子转基因株系进行了接种鉴定。并且对Rip6转基因株系进行了转录组测序,通过数据分析找到了与植物抗性有关的差异表达基因。由于Rip5毒力较强且在本氏烟叶片瞬时表达可以引起强烈的HR反应,为了深入研究Rip5的基因功能,酵母杂交实验初步筛选了Rip5的候选互作蛋白,通过免疫共沉淀实验确认了互作蛋白。以上结果为进一步研究效应子调控马铃薯免疫应答机制奠定了良好基础。主要结果如下:
  1.课题通过农杆菌介导的马铃薯遗传转化体系获得了Rip5、Rip6和Rip13转基因株系。最终获得Rip5、Rip6和Rip13生根株系分别为9、13和30个。通过阳性检测,我们选取Rip5的转基因株系4、5和7;Rip6的转基因株系1、3、8和11;以及Rip13的转基因株系11、14和25进行后续试验。
  2.对Rip5、Rip6和Rip13转基因株系进行优势菌株UW551接种鉴定。3个效应子转基因株系接种表型与对照E3相比抗性明显下降,说明效应子Rip5、Rip6和Rip13可以促进青枯菌侵染寄主植物,降低植物抗性。
  3.对转基因株系PTI免疫途径标志基因进行表达量检测,发现虽然转基因株系接种抗性下降,但是PTI免疫途径并未受到影响,说明效应子基因的转入可能影响了其他免疫途径。
  4.对效应子Rip6转基因株系的转录组数据进行分析,发现有大量钙调蛋白、部分热激蛋白和WRKY转录因子与对照相比差异表达。推测转基因株系青枯菌抗性下降与这些基因的差异表达紧密相关。
  5.利用酵母杂交实验初步筛选出Rip5的候选互作蛋白,在本氏烟叶片上对Rip5及互作蛋白进行农杆菌共注射瞬时表达,通过免疫共沉淀实验进行植物体内互作验证。
[硕士论文] 何欢
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:晚疫病(Late blight)作为全球范围内马铃薯生产上的头号病害,每年因晚疫病所造成的直接经济损失高达马铃薯总产值的15%。大量化学杀菌剂不仅增加资金投入,还会严重污染环境甚至危害人体健康,故防治晚疫病最为经济有效的方法是育成具有广谱且持久晚疫病抗性的品种。我国马铃薯晚疫病抗病育种中遇到的最大困难是抗性资源缺乏,现存的少数抗性资源的遗传背景、抗性来源不清楚,严重制约抗病育种。聚合马铃薯中具有NBS-LRR结构域的R基因育种仍是目前国内外最有成效的马铃薯抗晚疫病育种方法。
  本研究基于本实验室十多年晚疫病抗病资源研究基础,旨在通过筛选得到一批马铃薯晚疫病抗性材料,并利用植病互作机制,R基因诊断标记,效应子组学和dRenSeq相结合的策略,明确优异抗性材料中已知R组成,并探索材料中是否含有未知抗病基因。为聚合抗病基因,选育广谱且持久的马铃薯品种提供资源基础;为克隆未知R基因提供原始材料和技术支持。主要结果如下:
  1.用16-2、3928A、14-2三个晚疫病强毒力小种接种鉴定收集自国内外的240余份马铃薯材料,最终筛选出抗性水平在中抗及以上的抗性材料为36份。使用采自云南GN51,武汉HTP-9,荷兰NL11564的三个晚疫病原菌接种36份抗性材料,了解材料抗病谱。绝大多数材料对GN51依旧保持较好的抗性;新采集的HTP-9菌株能克服14%的抗性材料;50%的抗性材料能被NL11564克服。
  2.R8基因PCR分子诊断结果表明:包含抗性对照材料‘加湘1号’共有20个抗性材料含有R8基因,说明R8基因在抗性材料中出现频率高。从7个晚疫病原菌生理小种中都能扩增出Avr8基因,尽管存在少数碱基差异,但都能与R8识别,推测这是R8具有广谱抗性的原因之一。抗性鉴定结果表明含有R8基因的材料大多数能病原小种NL11564克服。
  3.选取了24个经过晚疫病抗性鉴定的具有一定代表性的马铃薯材料,进行了抗病基因测序诊断(dRenseq),序列比对分析明确:这些材料中主要含有8个R基因,其中6个晚疫病抗性基因,分别是R8,R3a,R3b,R1,Rpi-blb1和Rpi-ptal,还有与病毒抗性相关的Rx,及抗线虫相关基因Gpa2。其中高代系抗晚疫病育种亲本06HE13-1含抗病基因多达6个。
  4.根据诊断结果从抗性材料06HE13-1中尝试扩增R1和R8基因,克隆的R1和R8都存在长短两种类型,符合预期长度的基因分别能与Avr1和Avr8识别,表明这个材料中含有R1和R8基因,证明了dRenseq诊断结果的准确性。
  5.利用PVX-agroinfection技术,在抗性材料叶片上用农杆菌进行牙签穿刺瞬时表达38个效应子。12个材料在单次穿刺表达效应子实验中有半数以上的穿刺点出现坏死斑,16个材料在穿刺实验中有少数效应子穿刺点出现坏死斑,表明抗性材料中可能存在与效应子识别的未知R基因。但仍然需要更多重复来验证。
  6.36份抗性材料进行倍性鉴定结果显示:这些材料包含6个二倍体,21个四倍体,1个五倍体,和4个六倍体;农艺性状调查显示,材料总体农艺性状较好,并且具有一定多样性。
[博士论文] 陈千思
细胞生物学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:马铃薯(Solanum tuberosum L.)是全球继小麦、水稻、玉米之后的第四大粮食作物,由致病疫霉(Phytophthora infestans)引起的晚疫病是马铃薯生产中最为严重的病害。马铃薯进化出两个分支的免疫反应来应对晚疫病原菌的侵染,包括由病原相关分子模式(Pathogen associated molecular pattern,PAMPs)激发的PTI(PAMPs triggered immunity)和由效应子(Effector)引起的ETI(Effecter triggered immunity),激发一系列抗病反应相关基因来抵抗病原菌的侵染,有时会诱导产生过敏性坏死反应(Hypersensitive response,HR)来抑制病原菌的进一步扩展。
  本实验室前期克隆到了一个可能与过敏性反应相关的基因StPOTHR1,该基因受晚疫病原菌、机械伤害、盐胁迫和茉莉酸诱导表达,但在马铃薯晚疫病抗性上的作用机制及其与HR的关系尚不明确。本课题研究了StPOTHR1与HR的关系、在晚疫病抗病反应中的作用机制及其介导的免疫信号途径,为马铃薯晚疫病持久抗性育种研究提供了新的思路及潜在的基因资源。主要研究结果如下:
  1.获得了可以高丰度组成型稳定表达GFP且具有与野生型菌株致病力相当的转基因P.infestans菌株W8-G20,为定性和定量研究马铃薯与晚疫病原菌互作机制提供了直观和简便的技术手段;利用WS-G20接种马铃薯晚疫病水平抗性基因型386209.10和感病基因型鄂马铃薯1号(E1),能够清晰的观察到两个基因型表现出明显不同的发病症状,E1叶片上的荧光强度显著高于386209.10,386209.10可以显著地抑制病原菌的增殖速度,说明抑制病原菌在体内的定殖和扩展可能是水平抗性的一个重要防御机制。
  2.通过生物信息学分析发现StPOTHR1含有NHL(NDR/HIN1-like)家族的3个保守结构域,属于NHL家族成员。通过系统进化树分析进一步发现,其与NHL基因家族成员NtHIN1和AtNHL3亲缘关系最近,推测其与植物的过敏性反应、抗病性等生物学过程相关。原位杂交(ISH)和qRT-PCR实验表明,在垂直抗性基因型鄂马铃薯3号(E3)与晚疫病致病菌株W8互作产生HR的过程中,StPOTHR1只在过敏性病斑部位大量表达,而在其他位置几乎不能诱导表达,表明StPOTHR1的表达与HR紧密相关,可能是马铃薯抗病反应中的起重要作用的基因。
  3.通过研究StPOTHR1在马铃薯对晚疫病在亲和互作(感病)、非亲和互作(垂直抗性)以及水平抗性(小种非特异抗性)过程的表达模式,发现StPOTHR1在垂直抗性基因型E3中能迅速响应,并维持在较高的表达水平;而在感病基因型E1中则一直维持在较低的水平,只在后期有上调表达的趋势;在水平抗性基因型386209.10中,表达水平处于则前两者之间。研究结果表明StPOTHR1基因的表达量与马铃薯的抗性反应发生的强度呈正相关。
  4.在感病基因型E1中超量表达StPOTHR1,能显著抑制病原菌孢子囊的数量,显著提高植株对晚疫病的抗性,表现出与水平抗性基因型386209.10相似的抗性特征,但在垂直抗性基因型E3中,抑制StPOTHR1的表达不能抑制HR的产生;同时,在本氏烟草(Nicotiana benthamiana)中瞬时沉默StPOTHR1的同源基因NbPOTHR1后,也不会影响由主效R/Avr基因(Sto/Ipio、Rvnt-1/Avrvnt-1、Pto/AvrPto、Cf4/Avr4、Cf9/Avr9和R3a/Avr3a)等介导产生的HR,说明StPOTHR1介导的抗性反应可能独立上述已知的R/Avr介导的HR。
  5.研究主效R/Avr基因对(Sto/Ipio、Rvnt-1/A vrvnt-1、Pto/AvrPto、Cf4/Avr4、Cf9/Avr9和R3a/Avr3a)介导的HR过程中POTHR1的表达模式发现,POTHR1只响应特异的R/Avr基因对(Pto/AvrPto)介导的HR;同时其也受到能激活PTI的晚疫病原菌效应子INF1和细菌PAMPs flg22的诱导,并且POTHR1也能调控PTI早期响应marker基因的表达,表明POTHR1可能参与了PTI和ETI的crosstalk。
  6.在烟草上瞬时表达GFP-StPOTHR1融合表达载体,发现GFP-StPOTHR1定位于细胞膜上,通过Western Blot证明了该蛋白的完整性,说明GFP-StPOTHR1的定位能准确反应StPOTHR1在植物体内执行功能的位置;同时,我们还发现GFP-StPOTHR1的实际电泳条带大于其理论值,其可能是翻译后修饰所导致,通过利用LC-MS/MS技术,对StPOTHR1的翻译后修饰进行了探究,结果发现StPOTHR1受到多种翻译后修饰调控,GFP-StPOTHR1条带的迁移可能与这些翻译后修饰相关。本研究首次全面地探究了NHL家族成员StPOTHR1的翻译后修饰位点,对这些位点潜在功能的探究将进一步增强对植物免疫调控的认识。
  7.通过利用IP-LC-MS/MS分析,筛选到一个植物MAPK级联途径上的可能与StPOTHR1互作的组分NbMKK5L,进一步通过Co-IP确证了NbMKK5L与StPOTHR1的直接互作,该结果暗示过表达StPOTHR1导致的马铃薯晚疫病抗性的增强可能与激活植物免疫相关的MAPK级联途径相关;本研究构建了StPOTHR1基因原核表达载体并在体外获得了大量纯化活性蛋白,为体外进一步直接研究MKK5L与StPOTHR1间的调控作用,如MKK5L能否直接将StPOTHR1磷酸化等研究提供了基础。
[博士论文] 张圣奎
作物遗传育种 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:木薯,一种典型的热带作物,具有高光效、高生物量、耐旱、耐贫瘠等优良特性,是非常重要的粮食作物和潜在的生物质能源作物。木薯基因组高度杂合,遗传变异多样,这为品种改良提供了丰富的供试材料,然而常规育种周期较长,选育效率低下。木薯的许多农艺性状如淀粉含量、干物质含量、块根产量、产后生理衰变(PPD)等,都是微效多基因控制的数量性状,其遗传研究目前仍然十分有限。因此,挖掘木薯重要性状的优异等位基因变异及其标记,发展基因组选择育种技术,对于木薯品种改良有重要的指导意义。
  本研究以158份不同来源(包括中国、南美洲、东南亚等地)的木薯种质作为研究对象,对包括叶型、株型、产量及品质三类性状及抗产后生理性衰变PPD等23个性状、进行连续3年4点12个环境下的表型鉴定,获得大量表型多样性数据,综合评价木薯种质资源;通过扩增片段单核苷酸多态性和甲基化(AFSM)简化基因组测序方法,获取该木薯群体的全基因SNP、indels以及甲基化分子标记,并对该群体进行遗传多样性分析、群体结构分析和全基因组关联分析。
  主要结果如下:
  1.木薯表型变异度较大,叶型、株型和产量与品质23个性状在不同环境下变异程度不同,11个数量性状中,广义遗传力变化在0.38-0.92之间,其中叶长宽比最高(0.92),而干物质产量最低(0.38)。木薯采后生理衰变(PPD)研究中,我们优选出了糯米木薯、海南细叶、桂热4号、罗勇5号、ZM8625、ZM8641、SC205、G16、BRA258和E40710个抗PPD品种。对种质资源进行综合评价,根据综合指数筛选出桂热6号、CH16、BRA274、CM7595-1、SC124、SC205、10J、16P、17Q和2B共10个优异品种。
  2.采用AFSM简化重测序总计获得34.98万个多态性标记(SNP+Indel),较均匀覆盖18条染色体,平均分布密度达到1.48Kb/SNV。利用25,989个SNP和indels标记对木薯群体进行遗传多样性评估,,发现其遗传多样性指数(π)为1.21×10-4。群体结构分析表明这些木薯材料可划分为3个亚群,主成分分析和进化树分析表明木薯的亚群主要受其起源地影响而与采集地没有明显的分化关系,即在我国尚未形成明显的地理分化,这与其引进历史较短有关。亚群间的群体分化系数(FsT)在0.034-0.07之间,表明各亚群之间存在较低或中等水平的遗传分化。
  3.利用158份木薯材料对各个性状进行全基因组关联分析,多个环境下总共得到115个显著性位点。其中质量性状有4个显著性位点;株型性状共检测到22个显著性位点,其中5个位点在多个环境下重复,贡献率在0.12-0.21之间;叶型相关性状共检测到35个显著性位点,7个显著性位点在多个环境下重复,贡献率在0.12-0.25之间;产量组成和品质性状共检测到54个显著性位点,多个环境下同时检测到2个位点。其中淀粉含量共获得4个关联位点,贡献率0.12-0.18;干物质含量获得10个显著性位点,贡献率0.13-0.19,;块根条数共获得9个显著性位点,贡献率0.12-0.16;块根产量获得9个显著性位点,贡献率在0.13-0.18;干物质产量获得8个显著性位点,贡献率0.13-0.18。
  4.对显著性位点进行整合分析,共发现了14个显著性位点和不同的性状存在同样的关联性。块根重量和干物质重量这两个性状在2、4、18号染色体上分别有3个、1个和1个同样的位点。淀粉含量和干物质含量这两个性状定位到两个相同的位点,分别位于13号和9号染色体。块根条数与块根重量有一个相同的位点,该位点位于9号染色体。叶长宽比和中间裂叶长这两个性状在1、2、5和6号染色体上分别得到一个相同的位点。中间裂叶宽和叶长宽比这两个性状定位到2个相同的位点,分别位于3号和10号染色体上。同时,相关性分析表明这些表型之间有极显著的相关性。
  5.对所有的显著性位点进行候选基因分析,鉴定出195个候选基因。其中131个基因用于组织差异表达分析。我们发现与株型和叶型相关的候选基因68个,除了20个基因在根和叶组织中表达量低外,其余48个基因在根和叶组织中表达量较高;块根产量和品质相关性状的候选基因有63个,其中10个基因在根和叶中的表达都很高,37个基因中等表达水平,仅有16个基因在根和叶中的表达量很低。对165个候选基因GO注释发现其大部分为细胞组分、催化活性以及参与细胞代谢等生物学过程的基因。
[硕士论文] 丁雪茹
细胞生物学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:随着植物组织培养技术的不断成熟,组织培养条件下通过控制培养基成分和培养条件,可以诱导腋芽形成试管薯(microtuber)。研究表明马铃薯试管薯在组织结构、生长发育、遗传稳定性等方面与自然状态下的块茎基本相同,这为试管薯在生产和研究上的应用提供了最基本的前提。试管薯的形成条件的研究有很多,其中较为明确的结果是短日照和较高的蔗糖浓度是试管薯形成的必须条件,但关于光周期与蔗糖的协同调控试管薯形成机制目前还不清楚。马铃薯是喜凉作物,温度是影响马铃薯产量最重要的因素之一,高温会抑制块茎的形成,对于一些热带地区而言,马铃薯种植仍然存在许多困难,而马铃薯耐热机制和遗传基础研究的还十分缺乏。
  基于上述背景本研究主要分为两大部分内容,第一部分在实验室前期利用RNA-seq技术分别建立的光周期和蔗糖转录组数据库的基础上,对其进行进一步分析,筛选光-糖协同作用的差异表达基因,为深入研究光糖协同调控马铃薯试管薯形成的分子机理提供研究基础。第二部分是利用实验室试管薯研究平台,在前期光周期对试管薯生长发育影响研究的基础上,先确定耐热性筛选鉴定的温度,然后通过耐热性鉴定筛选出耐热性差异基因型,为后期进一步分离出耐热性差异的相关基因奠定基础。研究结果如下:
  1.光糖同时响应的相关基因筛选:首先通过对前期利用第一代RNA-seq测序技术获得的光周期处理转录组数据资料进行重分析,在将其与现在的马铃薯基因组数据库序列比对的基础上,使基因标签与现在马铃薯的通用基因标签一致。然后按照现在的分析方法重新分析,筛选得到170个光周期响应的差异表达基因。其次,利用实验室前期已有的蔗糖处理转录组测序数据资料,采用相同的分析方法得到响应蔗糖的差异表达基因302个,比对分析筛选到128个光糖同时响应基因。
  2.光糖同时响应的相关基因的信息分析:对光周期和蔗糖同时有响应的128个基因进行GO(Gene Ontology)注释和KEGG pathway路径分析,发现基因涉及了37个功能小类和28条代谢路径上。其中主要涉及了光合作用、植物病原互作和激素信号传导等路径。
  3.光糖同时响应的关键基因确定与表达分析:结合GO和KEGG pathway注释,选择了26个涉及胁迫应答、糖类代谢、发育、激素信号转导以及若干功能未知基因进行进一步的分析,选其中的7个基因对其在结薯表型显著差异基因型中的表达模式进行比较分析,发现有3个基因对结薯响应,分别是PGSC0003DMT400007869(Osmotin)PGSC0003DMT400013500(Glucose-6-phosphate/phosphatetranslocator2)和PGSC0003DMT400073694(Chloroplast-post-illumination-chlorophyll fluorescence increase protein)。
  4.马铃薯高温处理温度确定:先以马铃薯结薯季节可能的较高温度范围(26-30℃)为耐热性筛选温度设置范围,26℃处理不能达到筛选鉴定耐热基因型的目的,而30℃高温处理下的试管苗几乎都无法正常生长,介于其中的28℃培养条件下可以明显反应基因型对温度的敏感程度,所以确定以28℃作为筛选鉴定马铃薯耐高温性的实验温度。
  5.马铃薯耐热性差异基因型筛选:为筛选耐热性差异基因型,用MTI群体材料中的9个基因型在恒温(28℃)处理基础上又做了昼夜变温(日间28℃夜间25℃)处理,并对照实验室对这些基因型在长日照和短日照条件下的结薯习性评价,最终筛选得到光温双敏感基因型MTI115和MTI035,光周期不敏感但温度敏感的基因型MTI084和MTI306,光温双不敏感基因型MTI208和MTI109。
[硕士论文] 叶丹丹
模式识别与智能系统 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:损伤马铃薯在损伤识别过程中难以检测,易腐烂、难储存,导致严重的食品安全和经济问题。由此,本研究提出基于高光谱成像技术的无损检测方法,以实现对损伤马铃薯的识别以及损伤程度的分类。
  健康与损伤马铃薯的高光谱图像作为本次的研究对象,其中损伤样本是通过定量损伤装置诱导而成的,共包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级损伤。高光谱图像分析的首要步骤包括:图像校正、背景分割与剪裁这三个方面。然后,对比线性判别分析法(Liner Discriminant Analysis,LDA)、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)与自适应增强算法(Adaptive Boosting,AdaBoost)建立损伤识别模型的效果,确定AdaBoost为最佳分类模型。接着,比较了多项式平滑(Savitzky-Golay,S-G)、一阶导数(First derivative,D1)、二阶导数(Second derivative,D2)、标准正态变量变换(Standard Normal Variate,SNV)、多元散射校正(Multiplicative Scatter Correction,MSC)及其组合方法预处理光谱的效果。最后确定用于建立识别损伤、Ⅰ级损伤、Ⅱ级损失、Ⅲ级损伤、Ⅳ级损伤马铃薯的五个模型(分别命名为A1、A2、A3、A4、A5)的最优预处理方法分别为:D1、SNV、无预处理、无预处理、SNV。
  另外,改进了模拟退火算法选取特征波长,A1、A2、A3、A4、A5模型的识别精度都有提高,分类成功率为99.12%、97.89%、96.05%、100%、100%。
  此次研究表明,应用高光谱成像技术可实现损伤马铃薯的准确检测,并可成功地将不同损伤程度的马铃薯进行分类,为马铃薯的在线和无损检测提供新思路。
[硕士论文] 徐进
生物化学与分子生物学 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:马铃薯(Solanum tuberosum L.)是世界公认的主要粮食作物之一,它的块茎不仅可以当作粮食作物,而且还可以用于工业生产淀粉等。在植物光合作用产生的碳水化合物,通过韧皮部筛管向储存库器官运输并积累的过程中,起到主要作用的就是蔗糖转运蛋白(Sucrose transporter)。双子叶植物中的蔗糖转运蛋白包括SUT1、SUT2和SUT4三类,主要功能就是对植物光合产物蔗糖的装载、运输和卸载过程的调节作用。在马铃薯中,StSUT1蛋白主要对蔗糖的装载进行调控,StSUT4蛋白主要对蔗糖的卸载过程进行调控,并且还与光周期相互作用来调节马铃薯植株的开花、茎长短和块茎形成,但是StSUT2蛋白的功能仍是未知的。根据国内外多年来对高等植物SUT2的研究分析来看,它的结构与葡萄糖信号感受器类似,因此推测SUT2有可能是蔗糖信号感受器而不是蔗糖转运体。
  本研究主要通过构建马铃薯StSUT2基因的干扰载体,并对其转化至马铃薯中,为对StSUT2蛋白进行功能分析奠定了基础。实验主要分为两部分:一是干扰载体的构建,用Gateway克隆技术可将StSUT2基因干扰片段快速重组到表达载体中,通过对重组子进行测序,确定为干扰表达载体;二是马铃薯遗传转化,将构建好的干扰载体通过农杆菌介导法转化至马铃薯块茎中,使其再分化产生含有干扰基因的转基因植株。取得的主要成果如下:
  (1)利用TOPO克隆,将扩增出的干扰片段整合到pENTR中,构建出入门载体命名为pENTR-SUT2。
  (2)根据Gateway克隆技术进行LR重组,根据入门载体与表达载体的attL和attR位点重组,构建出干扰表达载体pSUT2-RNAi。
  (3)用冻融法将干扰载体pSUT2-RNAi转至农杆菌GV3101中。
  (4)将干扰载体转化至夏波蒂(SHB)和陇薯3号(L3)等马铃薯品种的块茎中,通过卡那霉素筛选和PCR扩增检测,初步确定干扰基因已经成功转入马铃薯植株中。用实时荧光定量 PCR对转化株进行相对表达量检测表明,干扰基因已经转入马铃薯植株,并对StSUT2基因表达产生抑制作用。
[硕士论文] 朱斌彬
机械设计及理论 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:甘薯是一种营养丰富、用途广泛、高产稳产的农作物。中国的甘薯种植面积和总产量均位于世界前列。在甘薯生产过程中,栽插环节是用工量最大的环节之一,占到总用工的1/4以上。因此,对甘薯移栽机械的研究可以有效地推动产业的机械化水平向前发展,对整个产业的机械化具有十分重要的意义。
  我国的甘薯移栽机研发使用尚处初级阶段,机具也多以半自动移栽机、简易移栽器为主。结构简单,成本低,但是无法进行膜上移栽,且无法实现精确的栽植轨迹。根据这一现状,在了解国内外现有移栽机械的基础上,研制出一种带夹式甘薯裸苗移栽机,实现了甘薯的插秧作业。主要研究内容及创新之处如下:
  (1)确定带夹式甘薯裸苗移栽机的总体方案,移栽机的行进方式为牵引式,主要由行走系统、送苗装置、插秧装置、夹苗装置和控制系统组成。
  (2)提出一种四连杆式插秧机构,并设计出由不完全齿轮机构、曲柄连杆机构、齿轮齿条机构和四连杆机构组成的插秧装置。根据甘薯苗插秧作业农艺要求的插秧轨迹,以连杆机构运动的设计轨迹与理论轨迹的偏差最小建立目标函数,利用Matlab优化工具箱提供的多变量有约束非线性最优化函数fmincon计算得出四杆机构的各个参数;利用不完全齿轮机构、曲柄连杆机构和齿轮齿条机构的组合实现插秧连杆的间歇式往复摆动;从而使插秧装置实现精确轨迹的插秧作业。
  (3)设计一种送苗装置。主要由槽轮机构和同步带传动装置组成,实现同步带的间歇式运动配合插秧装置的间歇式摆动,为插秧装置提供秧苗。
  (4)开发带夹式甘薯裸苗移栽机控制系统。控制系统的作用是根据软件程序控制浇水电磁阀的开启和气缸的动作,实现浇水作业和夹苗指的夹紧与松开。通过proteus和keil的联合仿真验证了控制系统的可行性。
  (5)设计移栽机行走机架及传动系统。利用SolidWorks软件建立各零部件的三维模型,利用SolidWorks simulation对移栽机主要零部件进行有限元分析,确保移栽机作业中各部件安全可靠.
  (6)对插秧装置进行了正交仿真试验,根据正交试验表讨论了不同种植土壤情况下的插秧参数配置。对于土壤比较干旱、覆膜种植的情况,最优的插秧参数为插秧装置离地高度设置为80mm,移栽机前进速度为0.3m/s,移栽株距设置为250mm;对于土壤比较干旱、不覆膜种植的情况最优的插秧参数插秧装置离地高度设置为80mm,移栽机前进速度为0.2m/s,移栽株距设置为200mm。对于土壤水肥条件比较好、覆膜种植的情况最优的插秧参数为插秧装置离地高度设置为120mm,移栽机前进速度为0.4m/s,移栽株距设置为200mm。对于土壤水肥条件比较好、覆膜种植的情况最优的插秧参数插秧装置离地高度设置为120mm,移栽机前进速度为0.3m/s,移栽株距设置为300mm。
[硕士论文] 赵庆鑫
作物栽培学与耕作学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:氮钾元素对甘薯块根产量的形成都有影响,但关于土壤氮钾比对甘薯块根产量影响的研究鲜见报道,因此为探讨土壤氮钾比对甘薯块根产量形成的影响,本试验选用淀粉型甘薯品种济徐23和商薯19,设置5个土壤氮钾比水平,分别为0.9、0.7、0.6、0.5、0.4,采用随机区组设计,于山东农业大学农学实验站进行试验。主要研究结果如下:
  1甘薯块根产量与干物质积累分配
  当土壤氮钾比为0.5时的甘薯块根产量最高;土壤氮钾比过低,块根产量不增反降。土壤氮钾比对结薯数的影响不显著。土壤氮钾比对甘薯产量的影响主要是影响了甘薯的单薯重。甘薯块根产量提高的原因是,适宜土壤氮钾比能使甘薯的单株叶面积在块根膨大中后期处于较高水平,比叶重在块根膨大中后期处于较低水平。适宜土壤氮钾比能增强功能叶蒸腾速率,增加胞间 CO2浓度,增加气孔导度,显著增加甘薯功能叶光合速率,使光合速率在块根膨大期维持较高水平。适宜土壤氮钾比能促进干物质向块根转运,提高块根膨大速率,提高块根干物质初始积累量,延长膨大持续期,提高收获期干物质在块根中的分配比例,收获指数高,最终块根产量得到提高。土壤氮钾比过低,甘薯叶面积减小,比叶重降低,蒸腾速率等下降,光合速率降低,光合能力下降。土壤氮钾比过低,块根膨大速率下降,收获指数降低,块根产量减少。
  2影响甘薯光合产物运转的关键过程
  适宜土壤氮钾比既有利于增强源端光合产物制造能力,又有利于库端光合产物卸载。在块根膨大前期影响干物质由源到库运输的主要原因是蔗糖由柄到茎蔓基部的运输,叶柄中蔗糖积累是限制因素;在块根膨大中后期,影响干物质由源到库运输的原因主要是由叶到柄和由茎基到块根的蔗糖运输,即源端光合产物制造和库端光合产物卸载都影响干物质向块根运输,且茎基到块根的蔗糖浓度差更大,库端卸载影响更严重。适宜土壤氮钾比有利于减小基部茎粗,降低各器官蔗糖浓度差,促进干物质由源到库的运输,大幅提高库端蔗糖分解关键酶 SS和 AI活性。适宜土壤氮钾比使同化物向块根中的分配比例增加,向块根中的输入效率增加,块根卸载能力提高。土壤氮钾比过低,同化物向块根中的分配比例减少,向侧枝茎叶中的分配比例增加,同化物向块根中的输入效率下降。
  3氮、钾的吸收利用
  适宜土壤氮钾比能提高块根膨大前期叶片和叶柄中氮钾积累,促进膨大中后期的氮钾元素转运,促进氮钾元素向块根分配。适宜土壤氮钾比提高了块根的氮钾元素积累。施钾量增加,钾肥偏生产力降低;适宜土壤氮钾比能提高钾肥农学利用率;土壤氮钾比过低会降低钾肥吸收利用率并且增加钾肥生理利用率。
[博士论文] 轩袁国超
微生物学 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:核因子-Y(Nuclear factor-Y,NF-Y)是真核生物中普遍存在的一类转录因子,由NF-YA,NF-YB和NF-YC三种亚基组成,在植物发育和环境压力应答等生理过程中发挥重要作用。
  本研究以马铃薯作为研究材料,基于拟南芥和番茄中报道的核转录因子NF-YB,在马铃薯基因组中分离鉴定了20个NF-YB蛋白的编码基因。这些基因分布在马铃薯12条染色体的8条染色体上。系统进化分析表明马铃薯20个NF-YB基因聚类形成5个进化分枝。蛋白序列多重比对结果显示马铃薯NF-YB蛋白具有高度保守的核心结构域,而N-端和C-端保守性较差。基因结构分析表明多数马铃薯NF-YB基因同系物间具有相同的基因结构。RNA-seq数据显示马铃薯NF-YB基因具有不同的组织特异性和非生物胁迫诱导表达模式。
  马铃薯20个NF-YB基因中,StNF-YB3.1与拟南芥AtNF-YB3基因及其水稻和小麦中的同源基因OsNF-YB11/HAP3H和TaNF-YB3同源性最高,通过RACE方法克隆StNF-YB3.1基因全长(1171bp),并对其功能进行深入分析。RNA-seq及qRT-PCR结果表明StNF-YB3.1基因在马铃薯各种组织中广泛表达。
  通过农杆菌转化获得超表达StNF-YB3.1的马铃薯转基因植株,田间试验结果表明超表达St NF-YB3.1导致马铃薯开花时间提前、叶片中叶绿素含量显著增加。与非转基因植株相比,转基因(超表达StNF-YB3.1马铃薯植株叶片的光合速率和气孔导度在整个生育期内都显著下降,块茎数量和产量显著降低。气孔性状相关试验表明叶片表皮保卫细胞大小和气孔密度在转基因植株与非转基因植株间没有显著差异,然而与非转基因植株相比,植物激素脱落酸(ABA)介导的气孔关闭能力在转基因植株中显著提高。ABA信号通路中控制气孔关闭的关键因子,如StCPK10-like,StSnRK2.6/OST1-like,StSnRK2.7-like等基因及其下游调控基因StSLAC1-like的表达在转基因植株都显著增强。因此我们推测马铃薯中超表达StNF-YB3.1促进ABA介导的气孔关闭,促使转基因植株光合速率及气孔导度下降,进而导致马铃薯产量降低。
[硕士论文] 李陶
农业资源利用 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:氮钾互作能够影响甘薯养分吸收、利用和产量,为研究不同甘薯品种最适氮钾配比特进行此研究。以不同甘薯品种(商薯19号、烟薯25号、徐薯32号与龙薯9号)为试验材料,于2015年与2016年在山东省泰安市岱岳区山阳北村进行大田试验,研究结果表明:
  1.不同品种甘薯最佳经济施氮量有所不同。在本试验条件下,经回归分析得出商薯19号的最佳经济施氮量为73.71 kg/hm2,徐薯32号的最佳经济施氮量为74.46 kg/hm2,烟薯25号的最佳经济施氮量为79.94 kg/hm2。
  2.不同品种甘薯最佳经济施钾量有所不同。在本试验条件下,经回归分析得出商薯19号的最佳经济施钾量为90.16 kg/hm2,徐薯32号的最佳经济施钾量为92.98 kg/hm2,烟薯25号的最佳经济施钾量为99.43 kg/hm2。
  3.不同品种甘薯最佳经济氮钾配比有所不同。在本试验条件下,经回归分析得出商薯19号的最佳经济氮钾配比为N74.73 kg/hm2、K2O105.97 kg/hm2,龙薯9号的最佳经济氮钾配比为N65.07 kg/hm2、K2O86.72 kg/hm2,烟薯25号的最佳经济氮钾配比为N65.12 kg/hm2、K2O92.13 kg/hm2。
  4.氮钾互作可以增加不同甘薯结薯数、提高单薯重,从而提高甘薯的产量,增加甘薯块根干物质量;不同品种之间存在差异,烟薯25号块根干物质积累量相对其它两品种有明显提高。
  5.氮钾互作可以降低不同甘薯T/R比值;不同品种之间存在差异,烟薯25号相对其它两品种T/R比值较高,易产生茎叶疯长现象。
  6.氮钾互作对不同甘薯块根氮素、磷素、钾素的积累量都有所提升;不同品种甘薯营养元素吸收量有所差异,商薯19号的氮、钾吸收量明显高于其它两品种,龙薯9号的磷吸收量明显低于其它两品种。
  7.氮钾互作对不同甘薯块根品质有显著影响,且不同品种甘薯品质存在差异;商薯19号淀粉与蛋白质含量明显高于其它两品种,烟薯25号则是可溶性糖含量相对最高。
[硕士论文] 崔石新
植物学 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:阴山丘陵旱作区是我国重要的马铃薯生产基地,但由于灌溉水资源的缺乏使该地区马铃薯产量低于全国平均水平,因此,研发高效利用天然降雨的栽培模式是发展该地区旱作马铃薯产业的战略考虑。有研究表明微垄覆膜侧播栽培能显著提高阴山丘陵地区旱作马铃薯的产量,本文通过设置三对比(露地平作、平作覆膜和微垄覆膜侧播)试验,一方面来检验微垄覆膜侧播马铃薯的增产效果,另一方面从阶段降水利用效率、光合性能、群体构建及产量形成等方面分析其增产机制,为微垄覆膜侧播栽培技术的应用提供充分依据。
  通过2年的田间试验研究,得出如下主要结果:
  1.微垄覆膜侧播栽培模式较露地平作、平作覆膜模式可显著提高旱作马铃薯整株干物质累积量、块茎产量,且在降雨偏少的年份,这种增产效应更加显著;
  2.微垄覆膜侧播模式较露地平作、平作覆膜可显著提高马铃薯植株根系的总长度、体积和表面积,并促进了植株对NPK养分的吸收和累积,为植株光合性能的提高奠定了生理基础。
  3.在马铃薯块茎形成期和块茎膨大期,微垄覆膜侧播模式下的马铃薯叶片净光合速率、冠层NDVI值(归一化植被指数)高于另外两种模式,且在生育后期,NDVI值降低的速度小于其它两种栽培模式,因此更好的维持了有效光合时间和光合面积,为产量提高奠定了群体基础,进一步使得单位降雨对马铃薯整株RGR(相对生长速率)的贡献以及降水利用效率显著提高。
[硕士论文] 沈加斌
微生物学 四川师范大学 2017(学位年度)
摘要:甘薯是我国最主要的粮食作物之一,其产量大、价格低,是重要的食品及工业原料。由于甘薯多种植于贫瘠土地中,产量容易受到非生物胁迫影响,因此对甘薯相关抗逆基因功能的研究具有重要的意义。△'-吡咯琳-5-羧酸合成酶(△1-pyrroline-5-carboxylate synthetase,P5CS)是植物进行脯氨酸合成的关键酶,许多研究都表明植物P5CS基因与植物抗非生物胁迫能力有着重要联系。研究发现过表达P5CS基因的植株相比对照其非生物胁迫能力有明显的提升,转基因植株中的脯氨酸含量也明显增加。脯氨酸作为一种兼容性小分子在植物体内具有渗透调节、抗氧化、降低毒性及信号传导等功能,当植物受到干旱、高盐和其它非生物胁迫时脯氨酸能够快速大量积累,增强植物细胞抵御逆境胁迫的能力。
  本研究利用甘薯转录组和NCBI数据库中相关P5CS基因序列,设计特异引物,成功克隆得到甘薯的IbP5CS基因,利用相关生物信息学软件对其进行了初步的分析。构建IbP5CS基因原核(pET32-P5CS)及真核表达载体(pYES2-P5CS),分别转化大肠杆菌BL21和酿酒酵母,在大肠杆菌BL21中经IPTG诱导表达IbP5CS蛋白,在非生物胁迫(干旱、高盐和高温等)下验证IbP5CS基因在大肠杆菌和酿酒酵母中的相关功能。结果表明过表达IbP5CS基因能够提升大肠杆菌和酿酒酵母的抗盐及抗高温胁迫能力,但是在干旱和碱性胁迫下没有明显的增加。为了研究IbP5CS基因在植物中的功能,本研究将pCAMBIA1302-P5CS质粒转化农杆菌,利用农杆菌侵染拟南芥,研究IbP5CS基因过表达对拟南芥生长发育的影响,结果发现转基因植株的光合作用和蒸腾作用相比野生型有一定的提升,未来本研究将继续完成后续实验,为深入研究甘薯IbP5CS基因的功能提供实验依据,为提升农作物的产量打下坚实的基础。
[硕士论文] 魏乐乐
机械工程 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:我国的甘薯生产机械化发展水平低,尤其是在耗费人力较多的甘薯杀秧环节,机械化水平不高,限制了农民生产积极性。因此,推行机械化杀秧已成为必然趋势。本课题针对甘薯秧蔓生长特性和甘薯成熟期秧蔓的特点,探索性的研制了一种链条式甘薯秧蔓粉碎回收机,以期减少留茬高度和伤薯率、提高作业流畅性和适应性、降低薯秧回收机功耗,避免薯秧粉碎还田带来的危害,为秧蔓回收机的结构设计提供新思路。主要研究内容包括:
  (1)整机结构设计。设计了一种甘薯秧蔓处理机械,能一次性实现秧蔓的切割、输送、粉碎回收作业。整机设计主要包括往切割装置、夹持输送装置、粉碎装置,仿形挑秧装置,动力传动装置。确定了回收机的工作原理和工作过程。
  (2)统计了成熟期甘薯的生长特性,进行了秧蔓茎秆物理特性试验与分析。通过对薯秧主茎(切割器切割处)的剪切试验得到了该位置的剪切力曲线。试验表明,切断薯秧主茎的剪切力随秧蔓的含水率的减少而增加,含水率越低,秧蔓被切断所需要的剪切力越大,为选择甘薯秧蔓进行粉碎回收作业的合适时间与甘薯处理机的设计和制造提供了理论依据。
  (3)对关键部件进行了结构设计和参数分析,确定了仿形铲、往复式切割器、夹持输送装置、粉碎机的结构参数和运动参数,得到的各零件参数分别为:仿形铲倾角范围7°-56°;切割装置选用标准Ⅱ型的往复式切割器,切割速度2m/s,切割倾角选择15°;选用夹持输送链条作为整机的夹持输送装置,确定了链条的布置倾角22°,链条速度与机具速度之比K=2-3.1之间;粉碎机选择锤片式粉碎机,得出了影响锤片平衡的两个主要因素:主轴转动角速度ω1和锤片绕销轴的相对转动的角速度ω2。提出了根据机器作业速度,确定往复式切割器、夹持输送链及粉碎机的运动参数的作业方法。
  (4)利用ADAMS软件,对切割装置进行了运动学和动力学分析,通过虚拟试验,以割刀受到的切割力F为评价指标,以机具速度vg、切割速度vm切割倾角α为影响因素,得到了割刀受到最小切割力时,三参数值分别为:5km/h,2.14m/s,15.18°。
  (5)对仿形挑秧装置和切割装置进行了性能试验,为零件设计的优化改进提供了参考依据。
[硕士论文] 田静儇
农业资源与环境;植物营养学 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:本试验通过设置不同的播种穴数及单穴主茎数,研究不同密度及密度调控方式对马铃薯农艺性状、块茎大小分布和养分积累的影响,为寻找合适的密度及密度调控方式,改善其群体结构,合理利用田间养分,满足不同生产目的需求、提高马铃薯的产量和效益提供有效途径。通过两年的小区试验,主要结论如下:
  早熟品种‘尤金’随播种穴数和主茎数增加株高增加,茎粗减小,主茎数对株高和茎粗的影响比播种穴数的影响更显著。6万穴/hm2-1主茎/穴(6-1)处理株高最小(54.4 cm),茎粗最大(12.5mm);12万穴/hm2-3主茎/穴(12-3)处理株高最大(65.6 cm),茎粗最小(8.6 mm)。
  收获期的单株块茎氮、磷、钾积累量、马铃薯单株叶片干物质积累量、单株块茎干物质积累量以及全株干物质积累量均随着播种穴数增加而增加,表现为6万穴/hm2>9万穴/hm2>12万穴/hm2;且3主茎处理大于1主茎处理。但单位面积块茎氮、磷、钾积累量、叶片干物质积累量、单位面积块茎干物质积累量和单位面积植株干物质积累量,在播种穴数相同时仍为3主茎处理大于1主茎处理,主茎数相同时,各指标随播种穴数增加表现为12万穴/hm2>9万穴/hm2>6万穴/hm2。
  ‘尤金’商品薯生产的栽培模式以6-3和12-3时产量较高,分别为31.6t/hm2和31.7t/hm2。考虑到生产成本和田间管理,6-3处理优于12-3处理。种薯生产以12-3的播种方式,苗后60d左右收获最佳,30-150 g块茎产量为18.2 t/hm2,占总产量的70%。
  中晚熟品种‘克新13号’随播种穴数和主茎数增加株高增加,茎粗减小,主茎数对株高和茎粗的影响比播种穴数对株高和茎粗的影响更显著。6万穴/hm2-1主茎/穴处理株高最小(43.3cm),茎粗最大(12.8 mm);10万穴/hm2-2主茎/穴处理株高最大(53.3 cm),茎粗最小(11.2mm)。
  收获期的单株块茎氮、磷、钾素积累量、马铃薯单株叶片干物质积累量、单株块茎干物质积累量以及全株干物质积累量均随着播种穴数增加而减小,表现为6万穴/hm2>8万穴/hm2>10万穴/hm2;且2主茎处理大于1主茎处理。但单位面积块茎氮、磷、钾素积累量、叶片干物质积累量、单位面积块茎干物质积累量和单位面积植株干物质积累量,在播种穴数相同时2主茎处理大于1主茎处理,主茎数相同时,各指标随播种穴数增加而增加,表现为10万穴/hm2>8万穴/hm2>6万穴/hm2。
  ‘克新13号’商品薯生产的栽培模式以6-2和8-2处理较高,分别为45.4 t/hm2和45.6t/hm2。6-2处理可在节约成本的同时保证商品薯产量。种薯生产8-2的播种方式,苗后80d左右收获最佳,30-150 g块茎产量为20.1 t/hm2,占总产量的49%。
[硕士论文] 尚琴琴
农业工程;农业机械化工程 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:目前,中国已经成为世界第一大马铃薯生产大国,我国马铃薯总产量位于全球首位,但单产水平却较低,合理的中耕管理施肥能有效提高马铃薯产量和质量,避免长期施肥不当造成的土壤酸碱不平衡、水土流失严重等一系列的环境问题。近年来,国外大多数采用圆盘式撒肥机进行撒肥作业,采用水平或锥形撒肥盘并安装若干个甩肥叶片调节撒肥宽幅,但国外的撒肥机械相对价格昂贵,配件供应不及时,撒肥均匀性有待提高;我国对撒肥机械的研究较晚,现处于初步阶段,现有的机具存在施肥精度不高、肥料抛撒均匀性差等问题,我国大多数变量撒肥机都是圆盘式撒肥机构,且多以水平圆盘为主,对锥盘式撒肥机的结构和相关的理论研究较少。
  针对现阶段中国大多数撒肥机械在作业过程中存在抛撒不均匀和施肥量调节精度较差、调节时间较长等问题,本文针对锥盘式撒肥机进行研究,并对其关键部件进行了设计与试验研究。主要内容如下:
  (1)根据马铃薯种植区域的面积及所需的撒肥宽幅、锥盘式撒肥机撒施肥料颗粒的特点,设计一种锥盘式撒肥机,并对其关键部件进行设计,对锥形撒肥圆盘和肥量调节装置进行设计,能够有效解决肥料抛撒不均和肥量调节精度差等方面的问题。
  (2)以单个肥料颗粒为研究对象,分别对其在锥形撒肥盘、叶片和空气中的运动情况进行动力学和运动学分析,得到肥料颗粒在以上两个运动过程中的运动模型,确定锥形撒肥圆盘和叶片的结构参数,从理论上验证该锥盘式撒肥机的可行性和可靠性。
  (3)对我国常用肥尿素、磷酸二铵和复合肥料三种肥料的物料特性进行试验,得到肥料颗粒的粒度中径、与撒肥盘和叶片的摩擦系数及肥料颗粒的密度等相关物理参数,为撒肥装置的结构设计以及模拟运动轨迹提供理论参数。
  (4)利用MATLAB软件对得出的肥料颗粒在两个运动过程中运动模型进行求解,对肥料颗粒的运动过程进行模拟仿真,得到肥料颗粒从肥箱下落到锥形撒肥盘上直至落到地上整个过程中的位移和速度,验证理论模型的正确性,确定锥盘式撒肥机关键部件的结构参数。
  (5)试验参照国际标准ISO5690和美国ASAE S341.2中规定的圆盘式撒肥机的试验方法,设计锥盘式撒肥机试验台,并设置相应的可变参数,为后续的试验分析和优化做准备。台架试验采用二次旋转正交组合设计,以肥箱落肥口位置、叶片长度、落肥口面积、叶片倾角和撒肥盘转速为试验因素,以横向撒肥宽幅上的变异系数为试验指标进行试验,并对试验结果进行分析,建立肥料撒肥变异系数(试验指标)与试验因素之间的数学关系模型,得到各因素交互作用对试验指标的影响,分析试验结果,最后对撒肥机关键部件的结构参数进行优化,得到满足马铃薯撒肥作业要求的撒肥机械。
  相关研究结果:
  (1)设计的锥盘式撒肥机关键部件能够满足对马铃薯的撒肥作业要求。直径为400 mm和锥角为160°的锥形撒肥圆盘结构有效的提高了撒肥距离;长度可调的叶片结构能够更好的调整撒肥均匀性,提高撒肥质量。理论分析肥料颗粒在锥盘、叶片上和空气中的运动,得到了肥料颗粒在2个过程中的运动模型。
  (2)针对目前国内肥料调节装置的调节精度较低等问题,设计一种便于调节的肥料调节转板,该装置的肥箱落肥口面积以等差数列增大或减小。
  (3)对尿素样品、磷酸二铵样品和复合肥料样品的物理特性进行了测量,用筛分法得到三种肥料颗粒之间的粒径分别为2.41 mm,2.43 mm和2.60 mm,并建立折线图,直观分析肥料颗粒在不同级别筛系下所占的比例;试验得到尿素颗粒的密度为1265 kg/m3,磷酸二铵颗粒的密度为905 kg/m3,复合肥料颗粒的密度为1549 kg/m3;用斜面法测得的尿素肥料颗粒的摩擦系数为0.47,磷酸二铵肥料颗粒的摩擦系数为0.58,复合肥料颗粒的摩擦系数为0.50。
  (4)调用MATLAB软件中ode函数,对肥料颗粒在2个过程中的运动方程进行求解,绘制肥料颗粒在运动过程中的位移和速度图像,得到尿素颗粒运动至撒肥盘边缘的速度为11.2 m/s,离开撒肥盘后进入空气中进行运动,得到肥料颗粒运动的水平抛射距离为6.4 m;磷酸二铵运动至锥形撒肥盘边缘的速度为9.9 m/s,抛射的水平位移,为5.4 m;复合肥料颗粒运动至锥形撒肥盘边缘的速度为10.7 m/s,在空气中抛撒的水平位移为6.1m。
  (5)对设计的锥盘式撒肥机关键部件搭建试验台,进行了二次旋转正交组合试验,建立了撒肥变异系数与各个试验因素间的回归模型,并建立响应曲面更直观的得出变异系数与试验因素之间的关系,分析得出影响撒肥变异系数的因素主次顺序是撒肥盘转速、落肥口位置、叶片水平投影倾角、叶片长度和落肥口面积。
  (6)利用Design-Expert8.0.6软件对试验结果进行优化求解,得出当落肥口位置坐标为(70 mm,0,800 mm),叶片长度为150 mm,落肥口面积为2456mm2,叶片水平投影倾角为1°,撒肥盘转速为1090 r/min时,横向撒肥变异系数最小,为5.215%,验证试验表明试验结果与优化结果基本一致,满足圆盘式撒肥机撒肥作业要求。
  本文为我国撒肥机械在作业过程中存在的均匀性差等问题提供了有效的解决办法,并为锥盘式撒肥机的发展提供了参考。
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