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  • 李吴洁, 危疆树, 王玉超, 陈金荣, 罗好
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 1000-1008.
    [目的]柑橘叶片受到病菌感染或虫害侵袭后,导致柑橘树生长发育异常、产量减少甚至死亡。早期柑橘叶片病虫害检测有助于做好预防措施减少损失。[方法]实际检测过程中YOLOv5s模型存在定位不精确、背景复杂等问题,受VAN(visual attention network)模型的启发,引入LKA(large kernel attention)模块,对YOLOv5s模型进行改进。改进的YOLOv5s模型可实现对图像信息的集中关注和精细抽取;使用CARAFE轻量级算子替换常规的上采样方法,能够提高特征重建质量,解决尺度不匹配问题并提高检测性能;使用FReLU激活函数,能够捕捉更多的柑橘病虫害的关键特征,提高检测准确度。此外,还构建了一个包含炭疽病、溃疡病和受潜叶蝇病虫侵害的柑橘叶片数据集,采用该数据集进行试验。[结果]改进后的模型YOLOv5-LC对于柑橘病虫害的检测结果显示:平均检测精度mAP50达到94.5%,mAP50:95为84.3%,较原模型分别提高了2.0%和4.4%,模型大小仅为7.3 MB。准确率为93.8%,召回率84.5%,浮点运算次数仅为18.5 G。[结论]改进后的YOLOv5-LC模型可以更加准确检测出柑橘病虫害。
  • 薛悦平, 胡彦蓉, 刘洪久, 童莉珍, 葛万钊
    南京农业大学学报. 2024, 47(04): 782-791.
    [目的]针对水稻病虫害图像分类技术缺少对病症描述的问题,本文提出一种轻量化的水稻病虫害图像描述模型,对水稻病虫害图像进行更为具体的描述。[方法]以白叶枯病、细菌性条斑病、恶苗病、三化螟虫、稻瘟病、稻曲病、纹枯病、飞虱、稻蓟马、胡麻斑病这十类常见的水稻病虫害开展研究,构建了水稻病虫害图像中文描述数据集。首先采用多模态预训练模型CLIP生成图像向量,其中包含基本的图像信息以及丰富的语义信息,采用映射网络将图像向量映射到文本空间里生成文本提示向量,语言模型GPT-2根据文本提示向量生成图像描述。[结果]在水稻病虫害图像描述数据集上,本文模型的指标总体明显优于其他模型,本文算法的BLEU-1、BLEU-2、BLEU-3、BLEU-4、ROUGE、METEOR指标较传统的CNN_LSTM模型分别提升0.26、0.27、0.24、0.22、0.22、0.14。生成的图像描述具有准确、详细、语义丰富等优点。另外使用实际稻田图片对模型进行测试,实际田间的场景更为复杂多样,生成的图像描述指标与数据集指标对比总体仅有轻微下降,仍高于其他对比模型。本文模型对水稻病虫害的总体识别准确率达97.28%。[结论]基于多模态预训练模型的水稻病虫害图像描述方法能够准确识别水稻病虫害病症并形成相应的病症描述,为水稻病虫害检测提供一种新思路。
  • 张龄尹, 刘珊珊, 魏文哲, 徐谞, 操一凡, 刘红军, 沈宗专, 李荣, 沈其荣
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 898-906.
    [目的]为实现香蕉枯萎病的有效防控,本研究拟构建对香蕉枯萎病具有抑制作用的生物防治菌群。[方法]利用平板对峙法从香蕉枯萎病的抑病型土壤中分离筛选对香蕉枯萎病菌(尖孢镰刀菌古巴专化型4号生理小种)具有抑制作用的菌株,并通过16S rRNA测序技术对菌株进行鉴定,通过室内培养试验测定菌株产生长素和生物膜形成能力,结合室内共培养试验和盆栽试验探究构建的菌群对香蕉枯萎病的抑制作用。[结果]分离筛选到的4株拮抗菌均对香蕉枯萎病菌表现出较强的抑制作用,16S rRNA序列检测结果表明,其分别为芽胞杆菌(Bacillus sp.)、链霉菌(Streptomyces sp.)、芽胞杆菌(Bacillus sp.)、肠杆菌(Enterobacter sp.);室内培养试验发现,分离筛选的4株拮抗菌具有较强的产生长素和生物膜形成能力;体外共培养研究结果进一步发现,由4株菌组成的合成菌群表现出最强的抑制效果,相比于对照,抑菌率增加了93.6%;盆栽试验证实该合成菌群能有效在香蕉植株根际定殖,并显著降低病原菌数量,相比于对照,其病原菌数量降低了92.13%。[结论]成功分离筛选并构建了一个由4株细菌组成的抑病菌群,盆栽条件下其能明显抑制香蕉枯萎病病原菌的增殖,为利用有益微生物防控香蕉枯萎病提供了一定的技术支撑。
  • 鲍婷婷, 孙莉琼, 李晓帆, 李宇峰, 唐晓清, 王康才
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 854-863.
    [目的]本文旨在研究4种不同根际促生菌对菘蓝根际环境改变、生长及生理的影响,为菘蓝绿色生产提供理论参考。[方法]采用4种根际促生菌(肠杆菌GS-22、芽胞杆菌GS-27、鞘氨醇杆菌GS-72和不动杆菌GS-103)单施的方法开展盆栽试验,测定土壤理化指标、菘蓝生长指标、光合指标、营养物质与相关酶活性以及活性成分等,评价根际促生菌对菘蓝的促生效果。[结果]4种根际促生菌对土壤理化性质有不同程度影响,GS-22和GS-72能够提高土壤全氮含量,GS-22和GS-103显著提高土壤速效磷含量,各处理土壤有机质含量均显著提高。接种根际促生菌,土壤脲酶、土壤碱性磷酸酶和土壤蔗糖酶活性较不接种土壤根际菌(CK)的增幅分别为33.78%~73.70%、49.51%~83.93%和8.10%~186.26%。4种根际促生菌促进菘蓝生长,增加株高、主根直径、干重、鲜重等,其中GS-22对菘蓝生长性状影响最显著。根际促生菌对菘蓝生理也有显著影响,各处理菘蓝硝酸还原酶、蔗糖合成酶、酸性磷酸酶活性较CK分别增加53.81%~125.19%、57.64%~76.54%和7.87%~22.78%。4种根际菌有利于菘蓝营养物质(可溶性糖、游离氨基酸)与活性成分(总黄酮、靛蓝、靛玉红)的积累,其中GS-22与GS-27处理均可提高总黄酮、靛蓝和靛玉红的含量。[结论]菘蓝根际促生菌GS-22、GS-27、GS-72和GS-103具促生能力,能够改良土壤环境,对菘蓝的生长与生理过程有促进作用,其中GS-27的综合效果最佳。所筛选的菌株可为开发菘蓝专用微生物菌肥、实现药材增产增效提供策略。
  • 刘文, 王超萍, 任艳华, 刘司瑜, 李少楠, 房经贵
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 835-842.
    [目的]本文旨在研究‘霞多丽’和‘维欧尼’2个酿酒白葡萄品种在乳山地区的品质特征,为白葡萄酒酿酒品种的利用、引种推广等提供一定的理论依据。[方法]以‘霞多丽’和‘维欧尼’为试验材料,对二者转色期和成熟期果实品质性状进行分析,并对转色期与成熟期的果实进行转录组测序。[结果]在成熟期,‘维欧尼’的粒重、横径、纵径、总酚含量、可溶性糖含量和可溶性固形物(TSS)含量较高,‘霞多丽’的总有机酸含量较高。从转色期到成熟期,‘维欧尼’较‘霞多丽’的可溶性糖含量、TSS和总酚含量变化程度更大,且在糖组分中,果糖和葡萄糖含量变化更快,其他性状变化程度相似。转录组分析结果表明,‘维欧尼’从转色期到成熟期的差异表达基因(DEG)数量高于‘霞多丽’。二者的差异表达基因都在18号染色体上分布最多,在15号染色体上分布最少。此外,通过对差异表达基因GO功能分析和KEGG代谢通路分析,筛选到5个与糖酸代谢相关的基因代谢通路。[结论]不同时期的2个白葡萄酿酒品种果实品质具有差异性,主要表现在果实的总有机酸、可溶性糖、TSS、总酚含量和横、纵径等方面;从转色期到成熟期,‘维欧尼’的果实性状发育比‘霞多丽’更快。2个品种在糖酸合成代谢通路上相关基因表达量的差异性可能是导致2个白葡萄酿酒品种果实品质性状差异的原因。
  • 刘小岑, 吴艳碧, 田野, 阳婷倩, 郭子涵, 孙冲, 刘奕清, 朱永兴
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 843-853.
    [目的]本文旨在探究干旱胁迫对生姜苗期形态变化、光合特性及其他生理指标的影响,为生姜耐旱机制研究及耐旱品种选育提供参考。[方法]以华北、华中、西南生姜主产区的5个主栽品种‘山东大姜’‘凤头姜’‘竹根姜’‘罗平小黄姜’和‘贵州小黄姜’为试验材料,通过250 g·L-1 PEG-6000溶液模拟干旱胁迫,设置正常水分处理(CK)和干旱处理(DS),测定不同处理15 d时不同品种生姜叶片水分含量、叶片水势、光合作用、气孔表型、叶绿素含量等生长和生理指标,并采用石蜡切片法观察生姜茎部木质素沉积。[结果]与CK相比,干旱处理15 d各品种生姜叶片均有不同程度的卷曲发黄;叶片自由水含量(FWC)、相对含水量(RWC)及总含水量(TWC)显著下降,‘山东大姜’束缚水含量(BWC)升高,其余4个品种BWC显著降低;各品种生姜叶片水势显著下降,‘凤头姜’降幅最大;此外,叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)下降,气孔长度和宽度减小,保卫细胞长度和宽度无显著变化;5个品种中‘罗平小黄姜’光合指标受影响最大,其中Gs和Tr分别下降了100%、93.84%。‘山东大姜’叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)和总叶绿素a+b(Chla+b)含量均下降但不显著,其他4个品种则显著下降;类胡萝卜素(Car)含量在‘山东大姜’中增加,但不显著,在其他4个品种中显著下降;在干旱处理后,‘山东大姜’和‘罗平小黄姜’茎秆木质素沉积量增加。[结论]干旱胁迫影响生姜苗期生长发育,且不同生姜品种耐旱性存在差异,5个生姜品种的耐旱性从强到弱排序:‘山东大姜’‘凤头姜’‘贵州小黄姜’‘竹根姜’‘罗平小黄姜’。‘山东大姜’耐旱性较强,可用于进一步的生姜抗旱分子机制解析和抗旱育种优质种质材料创制。
  • 杭慧娴, 陈硕, 杨梦圆, 刘花, 赵耕毛
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 880-890.
    [目的]本文旨在研究不同特肥产品的养分效应及其施用方法,为玉米高产栽培提供理论依据。[方法]以市场主流特肥产品为研究对象,按其功能分类后布置盆栽试验,测试特肥产品对玉米生长的促进作用。通过Pearson相关性分析和主成分分析对玉米的14个指标进行综合评价,筛选出优质高效的特肥产品并予以复配施用。试验设10个处理:CK1(不施肥)、CK2(常规施肥)、T1(有机肥O12+无机肥I3+生物刺激素M7)、T2(有机肥O12+无机肥I5+生物刺激素M7)、T3(有机肥O12+无机肥I5+生物刺激素M1)、T4(有机肥O12+无机肥I3+生物刺激素M1)、T5(有机肥O2+无机肥I3+生物刺激素M7)、T6(有机肥O2+无机肥I5+生物刺激素M7)、T7(有机肥O2+无机肥I5+生物刺激素M1)、T8(有机肥O2+无机肥I3+生物刺激素M1),每处理3次重复,按随机区组排列设计。[结果]与CK1处理相比,特肥处理显著增加土壤的速效氮、有效磷、速效钾含量(P<0.05),然而CK2处理土壤的速效氮、有效磷、速效钾含量在整个生育期中均维持最高水平,6叶期(35 d)时分别达到46.0、38.9和179.6 mg·kg-1。玉米根系扫描结果显示,T4处理对玉米根系发育具有明显促进作用,与CK2处理相比,其总根长、根体积、根总表面积、根尖数均显著增加,其增幅分别为35.5%、43.9%、42.2%和28.9%。各特肥处理也均促进了玉米对矿物质营养的吸收利用,根、茎、叶的N、P、K+、Ca2+、Na+、Mg2+等元素含量明显增加。同时,特肥处理均显著促进玉米生长,其中T4处理均显著增加玉米株高、茎粗、茎叶鲜重、根鲜重。[结论]由有机肥、无机肥、生物刺激素复配而成的特肥能促进玉米营养吸收,协调玉米根系与茎叶生长,其中T4处理(3.0 t·hm-2有机肥O12+45.0 kg·hm-2无机肥I3+稀释20 000倍生物刺激素M1复配)为玉米最佳特肥施用方法。
  • 范诗濛, 冯嘉欣, 孔维一, 郭海林, 宗俊勤, 刘建秀, 陈静波, 徐志刚
    南京农业大学学报. 2024, 47(04): 625-634.
    [目的]本文旨在研究不同LED光质对紫花苜蓿种子萌发及幼苗光合色素和酚类化合物含量的影响,为紫花苜蓿芽苗菜生产和植物工厂化生产的光质调控技术提供基础。[方法]以黑暗处理(D)为对照,研究10种LED光质(红光R660和R630,蓝光B450和B465,绿光G520,黄光Y590,红蓝光组合R5B2、R1B1和R2B5,白光W)对紫花苜蓿‘WL656’种子萌发、幼苗生长、解剖及酚类化合物合成的影响。[结果]不同处理对紫花苜蓿种子发芽率、发芽势、发芽指数无显著影响。单色光处理中,2种纯红光均促进紫花苜蓿幼苗胚根伸长;B465处理使幼苗下胚轴直径、表皮细胞厚度、皮层厚度和单个导管面积均显著增加,B450使维管束直径显著增加。不同单色光对叶绿素a含量无显著影响,而2种蓝光处理下叶绿素b含量最低,R660处理下类胡萝卜素含量最高;2种纯蓝光均对幼苗中花青素、总酚和类黄酮的积累有促进作用,而在G520、Y590和D处理下幼苗几乎不含花青素。R630提高下胚轴中查尔酮合成酶(CHS)活性,G520显著提高子叶中CHS活性;W提高幼苗下胚轴的花青素合成酶(ANS)活性,Y590提高幼苗中ANS活性。3种红蓝光组合中,随着红光比例降低,茎直径、皮层厚度和下胚轴CHS活性降低,根长、表皮细胞厚度、维管束直径和下胚轴中花青素含量先减少后增加,子叶中光合色素含量和CHS活性上升。下胚轴中总酚和类黄酮含量在R2B5处理中最高,子叶中3种酚类化合物含量无差异。下胚轴中ANS活性在R1B1处理下最高,子叶中ANS活性在R5B2处理下最高。[结论]纯红光促进种子发芽后的幼苗伸长,纯蓝光促进幼苗中花青素、类黄酮和总酚生成,红蓝光组合对幼苗生理特性影响较为复杂。综合考虑生长生理指标,R2B5处理下生长量适中,叶绿素和酚类物质含量较高,是较适合紫花苜蓿幼苗生长的LED光质。
  • 蒋薇, 严定春, 李栋, 孙伟超, 薛博文, 程涛, 李军营, 汤亮
    南京农业大学学报. 2024, 47(06): 1230-1240.
    [目的]土壤背景在无人机遥感监测中存在干扰作用,本文旨在对烟草长势和品质无人机高光谱监测进行去土壤效应的研究。[方法]通过实施2个品种、4个施氮水平互作处理的烤烟田间试验,利用无人机平台搭载的高光谱相机获取大田关键生育期的烤烟冠层反射光谱数据,并分别使用土壤植被组分光谱分解(3SV)算法与植被指数阈值法去除土壤效应后的各小区平均光谱,利用植被指数优化算法进行全生育期烤烟叶面积指数和烟碱含量的高光谱监测模型构建。[结果]在使用3SV算法后,波段组合与烟叶烟碱相关关系较高的区域分布在λ1:450~500 nm和λ2:580~660 nm组合以及λ1:630~670 nm和λ2:680~700 nm;波段组合与叶面积指数相关关系较高的区域分布于λ1:730~770 nm和λ2:750~800 nm组合以及λ1:510~600 nm和λ2:680~700 nm。基于3SV算法的烟叶烟碱含量与叶面积指数监测模型验证精度均较植被指数阈值算法处理后有不同程度提高,‘云烟87’烟碱的模型验证决定系数R2从0.64提高到0.88,RMSE从0.71%降低至0.29%,效果最为明显。利用3SV算法与波段优化算法,筛选出与‘云烟87’和‘K326’叶面积指数关系最佳的指数分别为NDLI515,691和NDLI764,799;与‘云烟87’和‘K326’烟碱含量关系最佳的指数分别为NDNI450,658和NDNI456,654,并建立了适用于监测大田生育期的叶面积指数与叶片烟碱含量的模型。[结论]通过比较不同去除土壤背景算法,发现3SV算法提高了烟草叶面积指数与烟碱监测模型的精度,为无人机高光谱大面积监测烟草长势与品质提供了技术支持。
  • 胡双明, 艾仄宜, 穆兵, 代祥, 杨亦扬
    南京农业大学学报. 2024, 47(04): 760-771.
    [目的]本文旨在探究江苏主要产区红茶的特征香气成分与不同产区的关键差异香气组分。[方法]利用电子鼻(E-nose)结合顶空固相微萃取与气相色谱-质谱联用(HS-SPME-GC-MS)技术对江苏主要产区的代表性红茶样品进行香气成分分析。[结果]电子鼻分析表明萜烯类、芳香环类物质是江苏红茶香气最主要的挥发性成分,宜兴产区红茶的醇类、酮类、醛类、硫化物、萜烯类含量显著高于句容和金坛产区。HS-SPME-GC-MS分析表明醇类物质是所有江苏红茶中比例最高的挥发性化合物,占挥发物总量的62.06%~75.66%;以相对气味活度值(ROAV)大于1.00为标准,共筛选出12种关键呈香物质,其中芳樟醇、香叶醇、柠檬醛、反式-β-紫罗兰酮、癸醛、二甲基硫醚是江苏红茶中最关键的呈香物质(ROAV>10.00)。正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)表明,不同产区的红茶香气成分之间存在一定的差异,以变量权重(VIP)值大于1.00为标准筛选出7种差异成分,其中果香型的2-甲基丁醛、苯乙醛与木质香型的反式氧化芳樟醇(呋喃类)是区分金坛产区与宜兴、句容产区的关键香气成分,花香型的顺式茉莉酮是区分句容产区与金坛、宜兴产区的关键香气成分,这些物质是造成产区间香气差异的关键因素。推测香叶醇与芳樟醇约为1∶1的含量比是江苏红茶区别于其他名优红茶的重要原因之一。[结论]本研究通过HS-SPME-GC-MS和电子鼻技术明确了江苏红茶的特征香气成分,探明了不同产区的江苏红茶的差异香气组分,该结果为丰富我国红茶香气理论奠定了基础。
  • 李越, 池慧兵, 牛家峰, 马斌, 周慧敏, 朱萍, 吕凤霞
    南京农业大学学报. 2024, 47(04): 750-759.
    [目的]呕吐毒素(deoxynivalenol, DON)C3位羟基的异构化是生物脱毒的关键部位,其中DepA作为DON生物转化中第一步关键限速酶,存在催化活性低的问题,限制了其在食品及饲料加工领域中的应用。本文旨在通过定向进化技术对DepA进行分子改造,以期获得催化活性显著提高的突变酶,提高其工业化应用的潜力。[方法]通过易错PCR和DNA shuffling相结合的方法,构建突变文库,经高通量筛选后,对催化活性明显提高的突变体进行酶学性质表征。同时,采用分子动力学模拟和三维结构模拟分析,探究突变酶催化活性提高的分子机制。[结果]成功筛选到突变酶S2、S10和S12,与野生型相比,其比活力分别提高207%、293%和258%。动力学参数结果显示,突变酶S2、S10和S12的K_m值分别为56.89、27.00和40.65μmol·L~(-1),是野生型的91.7%、43.5%和65.5%;k_(cat)/K_m值分别为327.30、576.67和380.07 L·mmol~(-1)·s~(-1),是野生型的1.25、2.20和1.45倍,相比野生型,突变酶亲和力和催化效率均显著提高。此外,分子动力学模拟和三维结构模拟分析结果表明,柔性增加、底物DON的进攻距离缩短、氢键增加、疏水性增加和远端效应是导致其催化活性提高的主要原因。[结论]本研究通过易错PCR和DNA shuffling相结合的定向进化策略有效提高了呕吐毒素解毒酶DepA的催化活性,为其工业化应用提供试验依据。
  • 牛佳斌, 唐凯, 夏迎萌, 刘同坤, 孙小川, 段伟科, 黄志楠
    南京农业大学学报. 2024, 47(04): 653-664.
    [目的]本研究旨在鉴定辣椒硝酸盐转运蛋白(NRT)基因家族成员,分析其基本性质、染色体定位、进化关系以及在不同组织、不同果实发育阶段和不同非生物胁迫下的表达特征。[方法]利用生物信息学方法在辣椒‘遵辣1号’基因组中鉴定NRT基因家族并分析其理化性质、基因结构、染色体定位、共线性、顺式作用元件分布和进化关系等;利用转录组数据分析辣椒NRT(CaNRT)基因在不同组织和不同果实发育阶段中的表达特征,并利用RT-qPCR技术分析在不同非生物胁迫下的表达模式。[结果]辣椒中共包含73个CaNRT基因,不均匀分布在10条染色体上。系统进化分析表明,CaNRT基因可分为3个亚家族,同一亚家族具有相似基因结构和保守基序。顺式作用元件分析结果表明CaNRT可能受光、激素、逆境胁迫等多种因素调控。CaNRT1亚家族成员主要在根、茎、叶中表达量较高,CaNRT2亚家族在任何时期表达量都较低,CaNRT3亚家族存在组织表达差异性,主要在根中高表达。逆境胁迫数据表明,CaNRT1.18、CaNRT3.3、CaNRT3.1、CaNRT2.1、CaNRT1.23在低温、高温、干旱、盐和氧化处理下明显响应,所有CaNRT基因在低温处理时均有不同程度的正向响应。[结论]在辣椒基因组中共鉴定获得73个CaNRT基因,筛选出多个在辣椒生长发育和逆境胁迫中具有重要作用的关键基因。
  • 卢心缘, 赵华民, 任锐, 苏萌, 苏立阳, 张淑娟
    南京农业大学学报. 2024, 47(06): 1241-1250.
    [目的]针对目前农业机器人在非结构化枣园中传统机器视觉算法难以处理光影变化、夜间难以识别等问题导致的导航道路分割不准确,实时性及复杂模型难以部署等问题,本研究提出基于YOLOv5s-seg改进网络模型视觉导航路径识别方法——YOLOv5s-orchard模型。[方法]模型采用FasterNet代替YOLOv5s-seg的原有主干网络,减少了模型的参数量和内存占用量;在特征提取层及neck部分引入SE注意力机制,提高了模型的特征提取能力;将C3替换成C3Ghost轻量级网络以进一步减少模型的参数量和内存占用量。[结果]改进后的网络mAP达到91.59%,FLOP下降到11.30 G,模型大小为2.91 MB。对分割后的图像采用最小二乘法拟合道路离散点提取导航线,算法平均距离偏差为1.99 cm,平均距离误差比例为0.68%。[结论]YOLOv5s-orchard网络具有较高的精度,导航线提取误差较小,能够满足枣园道路分割的需求。
  • 马玲, 李亚娇, 张祎洋, 王静, 马燕, 马思艳, 吴龙国
    南京农业大学学报. 2024, 47(06): 1221-1229.
    [目的]为快速检测叶片含水量,本研究探索及时监测番茄植株生长状况的在线监测模型。[方法]利用高光谱成像技术,提取195个叶片样本的平均光谱反射率。通过异常值剔除、样本集划分、5种预处理方法对原始光谱进行预处理和优化,采用连续投影算法(successive projections algorithm, SPA)、无信息变量消除变换法(uninformation variable elimination, UVE)、迭代保留信息变量法(iterative retained information variable, IRIV)和遗传偏最小二乘算法(genetic partial-least-squares algorithm, GAPLS)提取特征波长,并建立偏最小二乘回归(partial-least-squares regression, PLSR)模型。基于优选的特征波长,建立PLSR、多元线性回归(multiple linear regression, MLR)以及主成分回归(principal component regression, PCR)模型和卷积神经网络模型(convolutional neural network, CNN)。[结果]优选基线校准-正交信号校正法(baseline-orthogonal signal correction, Baseline-OSC)对叶片含水量进行预处理;IRIV法提取的特征波长建立的叶片含水量定量预测模型效果最优,Rc2为0.489,Rp2为0.466;基于IRIV-CNN建立的叶片含水量模型效果好(Rc2=0.668,RMSEC=0.019;Rp2=0.424,RMSEP=0.033)。[结论]利用高光谱成像技术结合Baseline-OSC-IRIV-CNN模型预测番茄叶片含水量是可行的。
  • 彭旭艺, 邢通, 李蛟龙, 张林, 赵良, 江芸, 高峰
    南京农业大学学报. 2024, 47(04): 731-740.
    [目的]肠道微生物的组成和多样性对宿主的肠道发育和健康有着重要的影响。本试验旨在研究慢性热应激对肉鸡盲肠微生物区系和代谢的影响及日粮添加胍基乙酸(guanidinoacetic acid, GAA)的缓解作用。[方法]选取体重相近的192羽28日龄雄性爱拔益加(AA)肉鸡,随机分成4个处理组:对照组(NC,22℃,自由采食饮水);热应激组(HS,32℃,自由采食饮水);采食配对组(PF,22℃,当天饲料饲喂量同前一天HS组肉鸡的饲料消耗量,自由饮水);热应激+胍基乙酸组(HG,32℃,日粮添加0.6 g·kg~(-1) GAA,自由采食饮水)。每处理6重复,每重复8只鸡。试验期为14 d。[结果]相较于NC组与PF组,热暴露显著降低盲肠拟杆菌门(Bacteroidota)相对丰度,显著提高厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)相对丰度(P<0.05)。LEfSe分析发现,与炎症相关的Oscillospiraceae、Erysipelatoclostridium在HS组显著富集。相较于NC组,热暴露显著提高盲肠中乙酸浓度、显著降低丁酸浓度(P<0.05)。相较于HS组,HG组的Actinobacteria相对丰度显著下降、乙酸浓度显著降低、丁酸浓度显著升高(P<0.05)。与抗炎相关的Geobacillus、Bacillaceae在HG组显著富集。[结论]慢性热应激使肉鸡盲肠微生物菌群结构和短链脂肪酸代谢改变;日粮添加GAA能够减轻慢性热应激对肉鸡盲肠菌群结构和短链脂肪酸代谢的不利影响。
  • 陈良, 赵敏蝶, 曹爱智, 王建民, 赵茹茜
    南京农业大学学报. 2024, 47(04): 700-709.
    [目的]本研究旨在探究胆汁酸是否能促进肉鸡体内脂多糖(LPS)外排及其缓解LPS诱导的炎症反应。[方法]选择60只1日龄雄性Ross 308肉鸡,分成4组,每组15只,空白组(CON)和模型组(LPS组)的鸡饲喂基础日粮,低剂量胆汁酸缓解组(LBA组)的鸡饲喂含猪源胆汁酸(160 mg·kg~(-1))的基础日粮,高剂量胆汁酸缓解组(HBA组)的鸡饲喂含猪源胆汁酸(250 mg·kg~(-1))的基础日粮。试验第28天,鸡群禁食9 h后,CON组腹腔注射等体积生理盐水,LPS组、LBA组和HBA组腹腔注射LPS(1 mg·kg~(-1) BW)。LPS注射后3 h翅静脉采血并全部屠宰取样,测定炎症相关指标、LPS水平及肝脏相关LPS摄取和外排基因表达量。[结果]CON组肝脏未发现炎性细胞浸润。LPS组肝脏出现大量炎性细胞浸润且血清IL-1β水平显著增加(P<0.05),血清和肝脏LPS水平及肝脏甘露糖受体C1基因(MRC1)、稳定素1/2基因(STAB 1/2)表达量均显著增加(P<0.05);血清、肝脏、胆汁和盲肠内容物的总胆汁酸(TBA)浓度显著降低(P<0.05),并且肝脏胆盐输出泵(BSEP)、多药耐药蛋白2(MRP2)、多药耐药相关蛋白1(MDR1)、肝X受体α(LXRα)和法尼醇受体(FXR)基因表达量均显著降低(P<0.05)。与LPS组相比,LBA组肝脏炎性细胞浸润减少,血清IL-1β浓度显著降低(P<0.05);血清和肝脏LPS水平、肝脏MRC1、STAB1/2基因表达量均显著降低(P<0.05)。与LPS组相比,HBA组肝脏炎性细胞浸润消失,血清IL-1β浓度、肝脏MRC1、STAB1/2基因的表达量显著降低(P<0.05),血清LPS水平显著降低(P<0.05),而胆汁LPS水平显著增加(P<0.05),血清、胆汁和盲肠内容物总TBA水平和肝脏MDR1、ATP结合盒转运蛋白G2(ABCG2)基因及FXR蛋白表达量均显著增加(P<0.05)。[结论]胆汁酸通过增强肝脏的摄取、合成和外排功能,提高肉鸡体内LPS外排效率,降低机体炎症反应。
  • 徐浩, 王朝阳, 徐阳春, 董彩霞
    南京农业大学学报. 2024, 47(04): 680-688.
    [目的]本文旨在明确我国梨主产区农户常规养分投入和产量现状,研究不同氮(N)、磷(P_2O_5)和钾(K_2O)优化施肥措施对梨产量和品质的影响,为通过养分优化管理协同提高我国梨产量和品质提供科学依据。[方法]搜集了1992—2022年公开发表的关于优化施肥对梨产量及品质影响的期刊文献112篇。通过对提取的数据进行整合分析,研究常规施肥和优化施肥下梨产量及N、P_2O_5和K_2O施用量间的关系,并基于产量效应对我国各梨主产区提出针对性施肥建议。[结果]从全国范围看,我国梨平均产量为31 t·hm~(-2),N、P_2O_5和K_2O平均施用量分别为453、235和320 kg·hm~(-2),全国范围内普遍存在N、P_2O_5和K_2O肥养分投入量偏高及各主产区间差距大的现象。与常规施肥相比,优化N、P_2O_5和K_2O施肥分别提高果实可溶性糖含量5.5%~7.3%、果形指数1.5%~1.6%、维生素C含量3.0%~3.4%,降低总酸含量3.6%~7.3%和果皮硬度1.4%~2.2%。同时,一定程度上减施N、P_2O_5和K_2O有助于梨的增产提质,以此为依据可针对各主产区提出N、P_2O_5和K_2O适宜的施用区间:西部产区最佳投入量分别为292.9~390.5 kg·hm~(-2)、113.1~169.6 kg·hm~(-2)和71.0~106.4 kg·hm~(-2);长江流域产区最佳投入量分别为289.0~385.3 kg·hm~(-2)、221.7~277.1 kg·hm~(-2)和158.7~238.0 kg·hm~(-2);环渤海产区最佳投入量分别为228.1~342.2 kg·hm~(-2)、113.9~170.8 kg·hm~(-2)和261.6~348.8 kg·hm~(-2);黄河故道产区最佳投入量分别为258.7~388.1 kg·hm~(-2)、164.1~218.8 kg·hm~(-2)和330.1~440.1 kg·hm~(-2)。[结论]优化施肥能够协同提高我国梨树产量和果实品质,以此为基础提出的针对性施肥建议有助于实现我国梨主产区的高效绿色可持续发展。
  • 李培艺, 汪小旵, 王延鑫, 武尧, 李泽晟
    南京农业大学学报. 2024, 47(04): 809-822.
    [目的]针对田间作业环境复杂导致金丝皇菊采摘机器人行走不稳定、生产效率低的问题,本文设计了一种基于LiDAR多维点云优化的菊花采摘机器人自主导航系统,以实现机器人在农田中的精准作业与高效生产。[方法]通过履带式底盘搭载的Velodyne 16线激光雷达获取田间三维点云信息,并对其进行坐标校正和体素滤波预处理。提出了一种多维点云优化算法,可按照金丝皇菊植株生长特性获取不同坐标轴下的有效点云特征,生成左右两侧垄沟线;并采用改进纯跟踪控制算法对最小二乘法拟合得到导航基准线进行跟踪导航。[结果]通过对Stanley控制算法和改进纯跟踪控制算法进行仿真试验,改进纯跟踪算法表现出更高效的跟踪性能。利用金丝皇菊采摘机器人在南京市湖熟菊花园进行实地试验。试验结果表明,基于LiDAR多维点云优化的自主导航算法横向平均绝对误差为0.047 4 m,标准差值为0.030 6 m,位置偏差绝对值为0.078 9 m,航向平均绝对误差为2.177°,标准差值为2.589°,横向平均绝对误差减小67.13%,离散程度降低48.34%。[结论]本文提出的基于LiDAR多维点云优化算法和改进纯跟踪算法可以有效提高导航精准度,改善系统抗干扰性,导航效果较好,从而保证金丝皇菊采摘机器人的精准作业。
  • 范国强, 张海, 栗艳飞, 刘春雪, 杨晓静
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 907-915.
    [目的]本试验旨在研究日粮添加α-亚麻酸对育肥猪肌肉脂肪酸组成与肠道菌群的影响。[方法]选取36头120日龄杜×长×大三元猪进行分栏喂养,根据体重相近原则随机分为2组,每组3个重复,每重复6头,分别为对照组(CON)和添加α-亚麻酸组(ALA)。CON组饲喂基础日粮,ALA组饲喂含5 g·kg-1 α-亚麻酸的基础日粮。饲喂至162日龄时在每个重复中随机选取6头猪屠宰并采样分析。[结果]相较于CON组,ALA组猪平均终末重、日增重、日采食量及料重比均未见显著差异,但料重比降低7.7%,ALA组猪背最长肌肉色、滴水损失无显著变化。在血液生化指标中,ALA组总胆固醇和游离脂肪酸含量相较于CON组显著降低(P<0.05)。对背最长肌脂肪酸组成分析结果显示,与CON组相比,ALA组中饱和脂肪酸(saturated fatty acid, SFA)含量和n-6多不饱和脂肪酸(omega-6 polyunsaturated fatty acid, PUFA)/n-3 PUFA的比值显著降低(P<0.05),C18:3n-3(ALA)、C20:5n-3(DPA)含量显著升高(P<0.05),n-3 PUFA总含量也显著升高(P<0.05)。与CON组相比,ALA组结肠内容物中瘤胃球菌科、毛螺菌科、韦荣氏菌科、丁酸球菌科的丰度均显著增加(P<0.05),而氨基酸球菌科、产粪甾醇真细菌、脱硫弧菌、消化链球菌科、坦纳菌科、梭状芽胞杆菌科和克里斯滕森菌科的丰度均显著降低(P<0.05)。[结论]日粮添加5 g·kg-1 α-亚麻酸改善了育肥猪肌肉脂肪酸组成,降低了肌肉中饱和脂肪酸(SFA)含量,提高了n-3 PUFA含量并降低了n-6 PUFA/n-3 PUFA的比值,显著促进了育肥猪肠道中瘤胃球菌科、毛螺菌科、韦荣氏菌科等常见的短链脂肪酸(SCFA)产生菌的增殖。
  • 化春键, 宋一鸣, 蒋毅, 俞建峰, 陈莹
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 1019-1027.
    [目的]为了实现草坪维护的精准化施药,针对自然环境中杂草与草坪草颜色相近导致杂草难以识别的问题,以YOLOv5s为基础目标检测网络,提出一种突出输入图片颜色信息的草坪杂草检测模型。[方法]对输入图片进行切片,扩展RGB通道数为原来的4倍。对切片后的图片进行全局平均池化和全局最大池化,提取原图片中的颜色信息,对颜色通道进行加权,提高对单色目标检测效果。为了进一步增强网络对于形状相似颜色不同的目标识别效果,改进SPPF模块为SPPFCSPC模块,进一步提高不同草坪环境下的杂草识别精度。[结果]改进后的YOLOv5s网络对于单色目标识别效果较好,对普通草坪杂草的检测精确率达到0.928,召回率为0.970,mAP@0.5为0.943,帧率为104 f·s-1,模型内存占用量13.8 MB比使用Focus模块的YOLOv5s检测精度提高4.1百分点,比使用Conv模块的YOLOv5s检测精度提高5.4百分点,在疏林草坪的检测结果mAP@0.5达到0.957。[结论]本文算法可有效识别多种自然环境中的草坪杂草,可为草坪杂草精准化施药提供支持。本文改进模块对颜色的敏感度较好,为与背景颜色相似度较高的单色目标检测提供技术参考。
  • 郭小燕, 于帅卿
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 1009-1018.
    [目的]本文提出一种轻量级YOLOv5S农作物虫害目标检测模型以解决在样本数量不足的情况下农作物虫害识别的问题。[方法]利用Ghost技术将2个Ghost Bottle Block线性特征提取模块封装为1个GB模块,代替YOLOv5S中前7个CBL、CSP、SPP非线性特征提取模块,从而约简了YOLOv5S的网络参数,减轻了网络体量。[结果]在保证虫害检测效果的前提下降低网络对计算硬件与训练样本的依赖。为了验证模型的有效性,对水稻、玉米、棉花、马铃薯、苜蓿5种农作物的12类虫害进行识别与定位,多类别平均精度(mAP)为91.31%,比YOLOv5S模型高出2.56百分点。[结论]通过与SSD、Faster-RCNN、YOLOv5S模型对比发现,本文提出的模型在mAP、F1-score、精确率(Precision)、召回率(Recall)4个评价指标均占优势,尤其在小目标、密集目标、与背景相似目标的检测方面表现突出。
  • 周罕觅, 陈佳庚, 代智光, 马林爽, 秦龙, 李纪琛, 苏裕民, 向友珍
    南京农业大学学报. 2024, 47(06): 1189-1201.
    [目的]针对现有植物病害识别模型参数大、田间复杂背景下识别准确率低的问题,提出一种基于改进ShuffleNetV2的轻量化植物病害识别模型LWCR-Net(lightweight crop recognition network)。[方法]在基本特征提取模块中引入残差连接,解决梯度消失问题,使模型能够学习更复杂的特征表示;引入CBAM(convolutional block attention module)注意力机制模块,以增强特征提取和模型利用能力;采用DenseNet121作为教师模型,LWCR-Net作为学生模型,利用知识蒸馏策略对模型进行训练,以进一步提升模型性能。[结果]轻量化植物病害识别模型LWCR-Net大小为2.44 MB;F1值和准确率分别为95.49%和96.16%,较原模型提高4.89%和3.96%。与DenseNet121、ResNet34、MobileNetV3等其他经典网络对比,LWCR-Net模型不仅达到较高的识别准确率,而且模型参数量较少。[结论]LWCR-Net模型能够实现在田间复杂背景下对植物病害的准确识别,且模型所需内存较小,方便部署到移动端,为植物病害智能诊断提供参考。
  • 徐文清, 李少楠, 宋思言, 陈小蓓, 杨思玲, 柴文枝, 房经贵
    南京农业大学学报. 2024, 47(06): 1049-1057.
    [目的]本文旨在研究干旱胁迫对葡萄生理特性以及胁迫相关基因表达的影响。[方法]以‘阳光玫瑰’和‘巨峰’葡萄品种为试材,采用人工模拟干旱胁迫的方法,调查2个品种植株的胁迫症状,测定生理指标,并对2个品种在干旱胁迫处理下的各生理指标进行主成分分析和隶属函数分析,同时对叶片胁迫相关基因的表达进行测定。[结果]‘巨峰’和‘阳光玫瑰’2个品种的耐旱性均表现为胁迫前期植株基部叶片出现萎蔫并伴有叶缘焦枯,后期植株叶片失绿萎蔫至枯黄,‘阳光玫瑰’出现胁迫症状早于‘巨峰’。随着干旱胁迫时间的延长,2个葡萄品种的叶片旱情指数增加,株高和茎粗均呈先升高后降低的趋势,叶绿素含量下降,过氧化物酶、超氧化物歧化酶和抗坏血酸过氧化氢酶活性呈先上升后下降的趋势,而光系统Ⅱ(PSⅡ)中非调节能量耗散的量子产额、丙二醛含量、脯氨酸含量和可溶性蛋白含量呈上升趋势。‘巨峰’和‘阳光玫瑰’在干旱胁迫下的平均隶属函数值为0.47和0.46,‘巨峰’对干旱胁迫耐受性略高于‘阳光玫瑰’。RT-qPCR结果显示干旱胁迫处理显著上调2个葡萄品种叶片中VvPIP1、VvWRKY71、VvPP2C2、VvRD22的基因表达量。[结论]干旱胁迫下,‘阳光玫瑰’和‘巨峰’葡萄对干旱胁迫的响应趋势相同但响应程度存在差异,‘巨峰’的干旱耐受性高于‘阳光玫瑰’。
  • 仝召茂, 陈学海, 汪本福, 马志艳, 杨光友
    南京农业大学学报. 2024, 47(06): 1202-1211.
    [目的]为实现对田间麦穗的实时准确计数,本文提出一种基于改进YOLOv5s的麦穗检测计数方法。[方法]通过C2f模块获得更加丰富的梯度流,增强模型细粒度特征提取能力,并在网络关键部位引入CoordConv坐标卷积,加大对坐标信息关注程度,提升模型对麦穗位置的感知能力,同时考虑到麦穗检测任务中中小尺寸麦穗居多,采用Inner CIoU损失函数加快模型收敛速度。[结果]在公开数据集Global Wheat Head Detection(GWHD)上对上述方法进行试验,结果表明,本文改进模型的精确率、召回率、平均精度均值mAP0.5分别为93.5%、91.6%和95.9%,参数量、计算量、每秒帧数分别为12.4 MB、27.5 GFLOPs和34。[结论]本文改进模型在精确率、召回率、平均精度均值mAP0.5等指标上较原始YOLOv5s模型分别增加1.0、1.2和1.3百分点,并且优于YOLOv7-tiny、YOLOv8s等模型,可满足检测的实时性要求。同时改进后模型在处理遮挡、重叠等复杂情况时都比原始模型表现更优,具有良好的鲁棒性。
  • 孙伟乐, 李轩, 慕春龙, 朱伟云
    南京农业大学学报. 2024, 47(06): 1130-1138.
    [目的]本文旨在探究2′-岩藻糖基乳糖(2′-FL)对脂多糖(LPS)诱导的仔猪小肠上皮J2细胞系(IPEC-J2)炎症和屏障功能的影响。[方法]以IPEC-J2为细胞模型,先通过预试验对LPS和2′-FL的处理浓度分别进行筛选,最终选择100μg·mL-1 LPS诱导细胞促炎反应,然后通过不同浓度(20和100μg·mL-1)2′-FL干预来探究其对LPS诱导IPEC-J2的促炎反应和屏障功能受损的调节作用。试验分为6组:对照组(CON)、LPS组(100μg·mL-1 LPS)、FL20组(20μg·mL-1 2′-FL)、FL100组(100μg·mL-1 2′-FL)、SF20组(100μg·mL-1 LPS+20μg·mL-1 2′-FL)和SF100组(100μg·mL-1 LPS+100μg·mL-1 2′-FL)。试验处理24 h后测定各组细胞活力、紧密连接蛋白、炎症因子和炎症相关通路基因的表达水平,通过Western blot检测NF-κB、Myd88、Claudin-1和Occludin蛋白的相对表达水平。[结果]与CON组相比,LPS组显著降低IPEC-J2细胞活力(P<0.05),显著上调促炎因子IL-6、IL-8及炎症通路NF-κB、Myd88和CD14基因的表达(P<0.05),显著下调抗炎因子IL-4基因的表达(P<0.05),显著下调紧密连接蛋白Claudin-1、Claudin-3、Claudin-4、ZO-1、ZO-2和Occludin基因的表达(P<0.05)。与CON组相比,FL20组还显著提高Claudin-1、Claudin-3、Claudin-4和ZO-2基因的表达水平(P<0.05)。与LPS组相比,SF20组和SF100组显著提高IPEC-J2细胞活力(P<0.05),显著下调IL-8及上调IL-4和IL-10基因的表达(P<0.05),显著下调NF-κB、Myd88和CD14基因的表达(P<0.05),显著上调Claudin-1、Claudin-3、Claudin-4、ZO-1、ZO-2、Occludin基因的表达(P<0.05)。Western blot结果显示,与CON组相比,只有LPS组的NF-κB蛋白显著上调(P<0.05)。与LPS组相比,SF20组的NF-κB、Myd88蛋白表达量降低,Claudin-1和Occludin蛋白表达量升高,但差异均不显著。[结论]LPS处理促进IPEC-J2细胞的促炎反应并造成屏障功能受损,2′-FL干预减弱了LPS刺激的促炎信号通路,改善了LPS引起的屏障功能受损。
  • 于伊楠, 范楷, 胡政, 郑思民, 孟佳佳, 张志岐, 黄晴雯, 聂冬霞, 韩铮
    南京农业大学学报. 2024, 47(06): 1178-1188.
    [目的]异质核糖核蛋白(heterogeneous nuclear ribonucleoproteins, hnRNP)是一类RNA结合蛋白,在RNA代谢的各个方面发挥着重要作用。将目前已注释的镰刀菌hnRNP G在禾谷镰刀菌基因组中进行比对,得到其同源蛋白FGSG_07478。本研究旨在考察该蛋白在禾谷镰刀菌生长发育、抵抗逆境、产毒和致病等方面的作用。[方法]基于同源重组原理和聚乙二醇(PEG)介导的原生质体转化方法,获得FGSG_07478基因敲除突变体ΔFGSG_07478,观察测定其在营养生长、无性繁殖、有性生殖、抵抗逆境中的变化,同时进行小麦胚芽鞘接种试验验证其致病力。通过超高效液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)检测ΔFGSG_07478产生脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)的能力,并利用RT-qPCR检测野生型菌株PH-1和突变菌株ΔFGSG_07478中参与DON生物合成的7个TRI基因的相对表达量。[结果]突变菌株ΔFGSG_07478的生长速率较野生型菌株PH-1慢16.2%,产孢量降低43.4%;有性生殖诱导结果显示ΔFGSG_07478的有性生殖能力减弱,较野生型产生更少的子囊壳。胁迫因子敏感性测定结果显示,ΔFGSG_07478对H2O2和十二烷基硫酸钠(SDS)等胁迫因子的敏感性显著增加,对刚果红的抗性显著增加。此外,与野生型相比,虽然致病力无明显差异,ΔFGSG_07478的DON生物合成量显著减少,TRI4、TRI5、TRI6、TRI8、TRI10、TRI12和TRI101等基因表达水平显著降低。[结论]FGSG_07478在禾谷镰刀菌的生长发育、有性生殖、逆境胁迫以及产毒过程中发挥着重要作用。
  • 孙道宗, 张振宇, 陈俊聪, 琚俊, 张铭桂, 王卫星, 刘厚诚
    南京农业大学学报. 2024, 47(06): 1212-1220.
    [目的]为解决生菜分类、分割和鲜重估测独立处理,增加时间成本的问题,本文提出一种端到端的生菜无损鲜重估测模型——LettuceNet。[方法]LettuceNet模型通过分析俯视图像估测生菜鲜重。LettuceNet结合Swin Transformer-Tiny(Swin-T)和UPerNet,有效提取生菜冠层图像的特征。模型设计了基于K-Net的用于语义分割的分割头部网络以及用于鲜重估测的回归头部网络。回归头部网络融合利用Swin-T的特征与分割头部网络的结果,用于生菜的分类和冠层面积统计,使LettuceNet能够同时高效处理语义分割和鲜重估测任务。[结果]2个数据集的试验结果表明,LettuceNet语义分割任务中,其平均像素准确度(MPA)分别为98.01%和98.75%,而平均交并比(MIoU)分别为96.02%和97.63%;在鲜重预测方面,决定系数R2分别为0.898和0.919,均方根误差(RMSE)分别为0.865和30.814 g,平均绝对百分比误差(MAPE)分别为1.894%和18.194%。[结论]通过输入生菜冠层图像,LettuceNet能够实时且无损完成生菜的分类、分割与鲜重估测,能够快速对生菜的生长情况进行定量分析,为植物工厂的智能管控提供数据支持。
  • 陈盼, 夏胜格, 兰莹, 周彤, 梁友, 赵弘巍
    南京农业大学学报. 2024, 47(06): 1070-1076.
    [目的]本文旨在研究层状复合氢氧化物(LDH)对dsRNA抑制稻瘟病的增强效果。[方法]比较层状复合氢氧化物(LDH)与不同比例dsRNA混合的负载效率,筛选合适的负载比。用不同浓度LDH处理稻瘟病菌孢子,考察LDH对稻瘟病菌孢子发育的影响。使用不同浓度的dsRNA-LDH处理稻瘟病菌孢子,检测dsRNA-LDH对稻瘟病菌孢子附着胞形成的抑制作用。使用稻瘟病菌侵染水稻,考察LDH增强dsRNA防治稻瘟病的效果。[结果]在100 ng·μL-1浓度条件下LDH不仅不影响稻瘟病菌孢子发育,而且还可以增强dsRNA稳定性及其对稻瘟病菌孢子附着胞形成的抑制作用。与清水处理孢子的对照组相比,dsRNA-LDH处理组的水稻发病症状明显减弱。[结论]LDH可以明显增强dsRNA对稻瘟病的防治效果。dsRNA-LDH具有开发成为高效绿色环保RNAi药剂的潜力和价值。
  • 李鑫椿, 王硕玥, 吴宗福
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 923-931.
    [目的]本研究旨在明确纤维二糖利用基因簇对巴氏链球菌生长及毒力的影响。[方法]以肺炎链球菌基因组中纤维二糖利用基因簇为参考,同源性比对分析猪源巴氏链球菌WUSP067中纤维二糖利用基因簇,通过荧光定量PCR(RT-qPCR)、RT-PCR、缺失株构建、不同条件下的生长曲线测定、小鼠毒力试验等评价其对巴氏链球菌生长及毒力的影响。[结果]巴氏链球菌WUSP067基因组中存在2个潜在的纤维二糖利用相关基因簇(cellobiose locus, CL),将其分别命名为CL1和CL2,它们均包括编码磷酸转移酶系统和β-葡萄糖苷酶的基因。RT-qPCR结果显示,与添加10 g·L-1葡萄糖的DMEM培养基相比,在添加10 g·L-1纤维二糖的DMEM培养基中,CL1中的BglP1wp和BglAwp基因表达量无显著差异,而CL2中celAwp和celBwp基因表达极显著上调(P<0.000 1),分别上调49倍和33倍,提示其参与利用纤维二糖。选择CL2深入研究,RT-PCR结果显示,该基因簇由2个操纵子组成。构建编码β-葡萄糖苷酶的celAwp基因缺失株,生长曲线分析表明,野生株和celAwp基因缺失(ΔcelAwp)株在THB、DMEM+10 g·L-1葡萄糖条件下生长情况无明显差异,但在DMEM+10 g·L-1纤维二糖条件下,野生株能以纤维二糖为唯一碳源生长,而ΔcelAwp表现出明显的生长缺陷,生长12 h时D600仍低于0.5。以断奶仔鼠为感染模型,比较野生株和ΔcelAwp株的毒力,每鼠攻毒剂量为3×10~8 CFU,野生株攻毒组小鼠3日内全部死亡,而ΔcelA株攻毒组的小鼠死亡趋势较缓,14 d后存活率为20%(P<0.05)。[结论]猪源巴氏链球菌WUSP067能以纤维二糖为唯一碳源生长,CL2是纤维二糖利用相关基因簇,其中celAwp基因不仅促进该菌利用纤维二糖,而且还影响该菌的毒力,在巴氏链球菌致病过程中发挥作用。
  • 曹小艳, 叶晓琴, 曹海霞, 阿地力·沙塔尔
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 864-872.
    [目的]本文旨在明确和田地区核桃物候与苹果蠹蛾的发生关系,为精准防控提供理论依据。[方法]从核桃花期至果实成熟期定点、定期在野外进行物候观察,用游标卡尺测量果实三径,通过随机抽样法调查苹果蠹蛾各虫态发生,并将核桃物候与苹果蠹蛾各虫态发生进行关联。[结果]对苹果蠹蛾成虫消长动态调查发现,4月下旬‘新丰’核桃物候为果实膨大期,‘扎343’核桃物候为坐果期时,越冬代成虫达羽化高峰,在此阶段开展对越冬代成虫的防治可有效降低虫口密度;7月下旬‘新丰’核桃物候为果皮转色期,‘扎343’核桃物候为硬核期时,第1代成虫达羽化高峰,在此阶段开展对第1代成虫的防治可有效降低虫口密度。对产卵调查发现,4月下旬至5月上旬,越冬代成虫开始产卵,核桃物候为果实膨大期(花后20~30 d),此时为第1代卵防治的最佳时期;5月上旬至5月下旬,越冬代成虫产卵达高峰,核桃物候为果实膨大期(花后30~40 d),此时为第1代初孵幼虫防治的最佳时期;8月上旬,第1代成虫产卵达高峰。‘新丰’核桃物候为果皮开裂期,‘扎343’核桃物候为果皮转色期,此时为第2代初孵幼虫防治的最佳时期。对蛀果调查发现,5月上旬至6月上旬,第1代幼虫开始为害并达为害高峰,核桃物候为果实膨大期(花后40~60 d),此时为第1代老熟幼虫防治的最佳时期;8月上旬,第2代幼虫蛀果达高峰,‘新丰’核桃物候为果皮开裂期,‘扎343’核桃物候为果皮转色期,此时为第2代老熟幼虫的最佳防治时期。[结论]结合核桃物候明确了苹果蠹蛾各虫态的发生动态,为苹果蠹蛾各虫态的精准防控奠定基础,进而减少苹果蠹蛾对核桃果实的为害。
  • 吴群, 韦建国, 郭嘉颖, 张战战, 冯致科, 陈金奕
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 873-879.
    [目的]本研究旨在明确黑龙江省大豆田反枝苋(Amaranthus retroflexus L.)种群对氟磺胺草醚的抗药性水平,并研究其产生抗性及多抗性的分子机制。[方法]利用琼脂法快速测定采自黑龙江省嫩江县的3个反枝苋种群对氟磺胺草醚的抗性水平。通过盆栽法筛选出抗氟磺胺草醚/噻吩磺隆的反枝苋植株,并进行原卟啉原氧化酶(protoporphyrinogenⅨoxidase, PPO)和乙酰乳酸合酶(acetolactate synthase, ALS)的靶标基因测序。[结果]相比于敏感种群,黑龙江省3个种群对氟磺胺草醚的相对抗性倍数(resistance index, RI)分别为83.6、83.8和93.4;位于反枝苋PPO2高度保守区域编码128位氨基酸的核苷酸由AGG突变为GGG,导致精氨酸被替换为甘氨酸(Arg-128-Gly)。3个抗氟磺胺草醚的反枝苋种群均对ALS抑制剂类除草剂产生多抗性。对als基因测序后发现,与敏感种群相比,各抗性种群10个单株的ALS保守区域均发生多个不同位点(Ala-205-Val、Asp-376-Glu、Trp-574-Leu和Ser-653-Thr)及组合的氨基酸取代方式,各种群突变位点和杂合度多样。[结论]PPO2的Arg-128-Gly氨基酸取代可能是黑龙江3个反枝苋种群对氟磺胺草醚产生抗性的主要原因,3个种群同时对ALS抑制剂类除草剂存在靶标位点突变导致的多抗性。
  • 洪星, 姬江涛, 段意洁, 张瑞红, 高颂
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 1028-1036.
    [目的]奶牛臀宽是奶牛生长繁殖的重要评判标准,目前臀宽测量依旧以人工测量为主,费时费力,而且容易受主观因素影响。本文提出一种基于点云精准分割的奶牛臀宽自动测量方法。[方法]搭建奶牛后俯视深度图像采集系统,对原始数据进行处理,利用DBSCAN(density-based spatial clustering of applications with noise)方法剔除奶牛周围的背景。基于PointNet++神经网络,将奶牛坐骨结节进行分割并获取臀部区域。检测奶牛臀部区域的轮廓线,利用坐骨结节与尾巴之间的凹陷来判定坐骨结节的位置,最终计算出奶牛的臀宽。[结果]点云分割模型在交并比50%下的平均准确率可达94.2%,体尺测量的最大绝对误差为-5.53 cm,平均相对误差为5.84%。而奶牛在尾巴自然下垂状态时绝对误差为-2.02~2.22 cm,平均相对误差为3.79%。[结论]本文方法在奶牛尾巴自然下垂时效果最好,能够较好地实现奶牛臀宽自动检测。
  • 栗艳飞, 刘洋, 姚文, 马文强, 杨晓静
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 916-922.
    [目的]本文旨在探讨母猪妊娠后期热应激对子代骨骼肌分化、发育、凋亡等的影响。[方法]选取12头预产期相似的(大白×长白)母猪,在妊娠后期(妊娠84 d)随机分为热应激组(HS,28~32℃)和对照组(CON,18~22℃)。母猪分娩后,每窝取一头断奶仔猪采集背最长肌(LD),用Western blot检测样品中相关蛋白的表达情况。[结果]在母猪妊娠后期,热应激显著提高初乳中INF-γ和COR的含量(P<0.05);母猪妊娠后期热应激造成断奶仔猪LD中MyoD蛋白表达水平显著降低(P<0.05),Myogenin蛋白表达水平显著升高(P<0.05),显著提高断奶仔猪LD中肌纤维类型MyHCⅡb的蛋白表达水平(P<0.05),但MyHCⅡx蛋白表达水平没有显著变化(P>0.05)。糖代谢相关蛋白检测结果表明,母猪妊娠后期热应激显著降低断奶仔猪LD中糖代谢相关蛋白PCK1和GLUT4的表达水平(P<0.05);凋亡相关蛋白检测结果表明,母猪妊娠后期热应激造成断奶仔猪LD中凋亡相关蛋白Bax和Bcl-2表达水平显著升高(P<0.05)。[结论]母猪妊娠后期热应激可以显著降低断奶仔猪的体重和LD重,可能与MyoD在断奶仔猪LD中表达水平降低和糖代谢水平降低有关。
  • 魏子翔, 何瑞银, 李毅念, 徐高明, 丁启朔
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 1037-1048.
    [目的]本文旨在研究稻茬地秸秆-土壤-带状立式旋耕系统的相互作用机理,探究三者交互作用下关键作业参数对种床清秸与平整效果的影响,为秸秆田间综合管理和水旱轮作系统耕作机械优化设计提供依据。[方法]基于离散元法构建三维立旋仿真模型;模拟水稻秸秆覆盖条件下条带立旋还田作业过程,优化参数范围并进行室内土槽试验验证。以条带立旋作业过程中的前进速度、刀轴转速、秸秆长度为影响因素,以种床清秸率和种床耕后平整度为指标,采用响应面法构建数学模型,分析各因素对种床质量的影响并进行性能优化试验。[结果]在设定耕作深度为15 cm时,影响种床清秸率和种床耕后平整度的主次顺序为前进速度、刀轴转速、秸秆长度。多因素正交试验优化结果表明:机具前进速度1.09 m·s-1、刀轴转速281.5 r·min-1、秸秆长度6.89 cm时种床质量最优,种床清秸率为81.95%,种床平整度为8.67 mm。[结论]本文构建的交互作用模型经验证可靠,能有效评价稻茬田立旋作业参数对种床清秸平整效果。
  • 孙鑫, 杨利, 郭东辉, 马旭东, 杜露平, 侯立婷, 陈瑾, 冯秀丽, 郑其升, 程海卫
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 941-947.
    [目的]猪CD205分子作为猪树突状细胞(DC)特异性的抗原提呈受体,在抗原提呈过程中起关键作用。本研究通过噬菌体展示技术针对猪CD205分子CysR-FNⅡ蛋白进行筛选以获得其特异性的纳米抗体,为猪CD205靶向抗原提呈研究奠定基础。[方法]利用前期制备的猪CD205分子CysR-FNⅡ蛋白进行羊驼免疫,经6次皮下免疫后采集羊驼外周血淋巴细胞,提取总RNA后反转录获得cDNA,经PCR扩增编码纳米抗体的基因片段,构建猪CD205分子CysR-FNⅡ蛋白噬菌体展示纳米抗体基因文库,再运用噬菌体展示技术针对猪CD205分子CysR-FNⅡ蛋白进行亲和筛选,随机挑选单克隆菌落并使用Phage-ELISA方法鉴定出针对猪CD205分子CysR-FNⅡ蛋白的特异性纳米抗体。[结果]4轮亲和筛选后,通过Phage-ELISA方法鉴定和序列比对分析,共成功获得12个猪CD205分子CysR-FNⅡ蛋白特异性纳米抗体,其相对分子质量约为17×10~3。[结论]本研究成功筛选并获得猪CD205分子CysR-FNⅡ蛋白特异性的纳米抗体。
  • 贾先春, 周嘉明, 智军海, 郝秋艳, 杨晓芳, 王玮
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 967-978.
    [目的]本文旨在建立一种胶体金免疫层析技术高通量测定猪肉、鸡肉组织中8种磺胺类、3种四环素类、2种喹诺酮类和甲氧苄啶药物残留的方法。[方法]动物肌肉组织中磺胺类、四环素类、喹诺酮类和甲氧苄啶经磷酸缓冲液提取,并经含Tween 20的磷酸缓冲液稀释后,与胶体金标记的单克隆抗体结合,抑制抗体与硝酸纤维素膜检测线(T线)上的抗原结合,从而导致T线颜色变化。通过比较T线和质控线(C线)颜色深浅,对试样中多兽药残留进行定性判定。[结果]本试验优化了pH值、抗体添加量、抗原包被量、Tween 20添加量和冻干保护剂种类等关键因素,磺胺类、四环素类、喹诺酮类和甲氧苄啶等药物的检出限分别为50、100、50、35μg·kg-1,灵敏度≥97%,假阳性率≤2%,假阴性率≤3%,且与现有标准方法检测结果一致。[结论]该方法操作简便,灵敏度和准确度高,检测时间短且稳定性好,可用于动物肌肉组织中多兽药残留的高通量快速检测。
  • 齐佳欣, 钟秋, 刘芮伶, 郑健, 李昱辰, 杨倩
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 932-940.
    [目的]本研究旨在探究CXC趋化因子配体17(CXC motif chemokine ligand 17,CXCL17)对巨噬细胞的趋化作用并解析其分子机制。[方法]构建表达猪CXCL17蛋白的重组菌,该菌经IPTG诱导后高效表达CXCL17蛋白,并主要以包涵体形式存在;包涵体经过变性、纯化和复性获得重组蛋白,利用SDS-PAGE和Western blot对纯化的CXCL17蛋白进行验证。通过CCK-8法筛选CXCL17蛋白对猪巨噬细胞的最佳作用浓度范围,并以此设置浓度梯度处理猪巨噬细胞,用Transwell试验检测CXCL17对巨噬细胞的趋化活性。通过免疫荧光和Western blot检测细胞微丝骨架的变化及相关通路的激活情况,以揭示CXCL17趋化巨噬细胞迁移的作用机制。[结果]重组菌在IPTG终浓度为1.0 mmol·L-1及37℃诱导条件下表达7 h,获得高表达量的重组猪CXCL17蛋白。该蛋白纯化后的纯度可高达95%。重组猪CXCL17蛋白可以剂量依赖诱导猪巨噬细胞迁移,其机制为通过激活微丝骨架下游的LIMK/Cofilin信号通路引起细胞微丝骨架重排,促进细胞微丝骨架解聚、聚合,从而有利于巨噬细胞迁移。[结论]本研究重组表达了猪CXCL17蛋白,并发现CXCL17蛋白调控细胞微丝骨架诱导猪巨噬细胞迁移的分子机制,为CXCL17作为黏膜免疫增强剂提供了试验依据。
  • 李帅, 郭以哲, 赵兴凯, 郎东, 周振雷
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 948-956.
    [目的]缝线可为手术切口提供充足的作用力并维持创缘对合,促进愈合,但缝线引起的异物反应可加剧组织炎症,影响组织愈合。本试验旨在探究不同规格缝线缝合猫腹壁后缝合强度及组织炎症反应差异。[方法]取猫皮肤与肌肉组织样本,使用USP 2-0、3-0、4-0、5-0 PGA缝线缝合,测定组织缝合强度。在猫腹壁肌肉植入不同规格缝线,分别于植入后1、14和90 d采样,检测炎性因子水平,评估炎症反应强度。[结果]在体外试验中,USP 5-0 PGA缝线组发生更多的缝线断裂,在50%应变以下,各组间应力无显著差异(P>0.05);最大抗张力时,各组间应变、应力及抗张力均无显著差异(P>0.05)。猫肌肉植入缝线后1和14 d,植入处炎性因子(IL-1β、IL-6和TNF-α)的mRNA和蛋白表达水平随缝线直径减小而减少,大直径缝线周围组织炎症反应更加剧烈(P<0.05)。[结论]USP 5-0 PGA可满足猫腹壁手术切口缝合张力需求,且小直径缝线可减少缝线引起的组织炎症。
  • 肖庆云, 程涛, 顾兴健, 朱艳, 黄芬
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 989-999.
    [目的]本研究旨在改善基于深度学习的遥感影像田块语义分割中出现的区域不封闭、边缘不贴合、噪点问题,并进一步修正语义分割的识别错误。[方法]以安徽省阜南县、江苏省淮安市为研究地点,自建了农田田块数据集,引入考虑影像多尺度特征的尺度分割思想与基于物候学的DESTIN(delineation by fusing spatial and temporal information)分割算法,提出了基于多尺度及DESTIN约束的高分遥感影像农田田块语义分割方法。[结果]多尺度与DESTIN约束下基于深度模型的田块语义分割有效改善模型出现的区域不封闭、边缘不贴合、噪点和块状模糊等问题,一定程度修正了深度模型语义分割的错误识别,IoU指标在2个测试集上分别达到94.08%和90.79%,相较深度模型的遥感影像田块语义分割分别提高1.65%和2.32%,对研究区域的田块提取区域更完整、精度更高。[结论]多尺度及DESTIN约束进一步改善了田块语义分割问题,有助于提高高分遥感影像的田块识别精度。
  • 王苏苏, 李涛, 丁宁, 王莹, 邓子晗, 张威, 陈芷希, 徐俊杰, 时晓丽, 向小娥, 仲伟臣, 蔡亚非
    南京农业大学学报. 2024, 47(05): 957-966.
    [目的]奶牛乳房炎是奶牛养殖过程中的高发疾病,本研究旨在对声波脉冲技术(acoustic pulse therapy, APT)治疗奶牛乳房炎的效果进行初步探究。[方法]根据致病菌和牛奶体细胞检测结果,选择江苏省某牧场临床乳房炎和亚临床乳房炎奶牛100头,其中临床乳房炎奶牛60头,分为APT治疗组20头、抗生素治疗组20头、APT和抗生素联合治疗组20头;亚临床乳房炎(隐性乳房炎)奶牛20头,采用APT治疗;20头健康奶牛作为阴性对照组。对比探究APT治疗奶牛乳房炎的效果。[结果]当奶牛罹患乳房炎后,生产性能指标牛奶中体细胞数显著升高(P<0.05),日产奶量显著下降(P<0.05);血液中白细胞数显著升高(P<0.05),淋巴细胞数和中性粒细胞数极显著升高(P<0.01),炎症因子IL-1β含量显著升高(P<0.05)、IL-6和IL-8含量极显著升高(P<0.01),糖皮质激素含量显著升高(P<0.05)。在使用APT治疗后,体细胞数显著下降(P<0.05),日产奶量显著升高(P<0.05),乳脂、乳蛋白、乳糖、非脂固形物、总固形物和尿素氮无显著变化(P>0.05);白细胞数、中性粒细胞数和淋巴细胞数显著下降(P<0.05),其他血液生理指标无显著变化(P>0.05);亚临床组炎症因子IL-1β含量显著下降(P<0.05),IL-6和IL-8含量显著降低(P<0.05),糖皮质激素含量显著下降(P<0.05)。[结论]APT作为一种新的奶牛乳房炎治疗技术,可以有效治愈奶牛乳房炎,且没有引起产奶量损失。