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[硕士论文] 陈晨
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:以钾低效基因型西瓜早佳(ZJ),钾高效基因型西瓜勇士(YS)为材料,通过构建不同嫁接组合以及外源施用生长素类似物(NAA)、生长素极性运输抑制剂(NPA和TIBA),以正常钾(3mM)为对照,对低钾(0.01mM)条件下三方面进行了研究:(a)ZJ和YS根系构型差异及生长素相关转运基因的表达特点;(b)不同西瓜接穗对砧木根系钾吸收和生长素含量的影响;(c)外源生长素及抑制剂对ZJ和YS钾吸收的影响。研究结果如下:
  1.研究了低钾对西瓜根系构型特点、以及钾吸收和生长素转运基因的影响,结果表明,在受到低钾处理12d后,ZJ和YS幼苗均受到抑制,但YS受到的抑制程度相对较轻。ZJ和YS在低钾下根系和叶片的钾含量比对照均下降,ZJ根系及叶片的钾含量下降幅度大于YS,高亲和钾吸收基因Cla012760(HAK5)在YS中的表达量相对于对照上调幅度更大,生长素转运基因Cla017975(AUX1)、Cla018455(PIN1)等在YS植株根系内的相对表达量更高,暗示了生长素可能在西瓜钾吸收中发挥作用。
  2.研究了不同接穗对西瓜幼苗生长、钾吸收和生长素含量及转运基因表达量的影响,结果表明,耐低钾西瓜YS作为接穗提高了低钾敏感西瓜ZJ在低钾下的适应能力,与Z/Z自嫁相比,Y/Z西瓜幼苗的根系总长、根系体积、根系表面积以及根尖数量均有所增加,叶片和根系的组织钾含量也显著提高,低钾下根系和叶片生长素的含量均显著增加,相关基因Cla012760(HAK5),Cla017975(AUX1),Cla018455(PIN1),Cla01887(PIN2)的相对表达量显著提高,表明植株对低钾的耐受型与其地上部分通过生长素调控钾的吸收存在联系。
  3.研究了外源生长素类似物NAA、生长素运输抑制剂NPA和TIBA对ZJ、YS根系生长及钾吸收能力的影响,结果表明,正常钾条件下,NAA能够提高ZJ和YS根系及叶片钾含量,但在低钾条件下对ZJ和YS的影响存在差异,从根系构型和基因表达的结果看,YS对外源NAA更为敏感,可能与本身内部已经具有较高的生长素含量有关。抑制剂NPA、TIBA对正常和低钾下ZJ和YS生长存在抑制作用,NPA和TIBA处理同时提高了低钾下ZJ和YS的根系钾含量,降低了叶片钾含量。
  本研究结果表明,嫁接西瓜接穗能通过生长素调控砧木根系生长和钾吸收,但是详细的作用机制还需要进一步研究。
[硕士论文] 高菲
环境科学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:硒是人体的必需营养元素,农产品硒含量的增加对于人体健康水平的提高以及特定疾病的预防具有重要意义。本项目采用大田区组试验,分别研究外源硒肥对西瓜、罗汉果和砂糖桔果实硒和镉含量以及其它品质指标的影响,旨在为开展优质高效富硒降镉瓜果的生产提供参考和理论依据。主要研究结果如下:
  1.研究了基施不同剂量硒肥(0.26、0.51、1.03kg/hm2)和不同时期(花期、坐果期)叶面喷施硒肥处理对西瓜硒含量和品质及抗氧化系统的影响,以探讨适宜的西瓜硒肥施用方式。结果表明,所有处理西瓜果肉硒含量为0.014~0.106mg/kg,均达到了湖北省果蔬富硒标准(硒含量>0.01mg/kg)。基施和花期喷施硒肥均提高了果肉中硒的含量,其中基施硒肥处理较对照组提高了63%~282%、花期喷施提高了9%,所有处理中基施0.26kg/hm2硒肥处理果肉硒含量最高。施用硒肥还显著提高了西瓜果肉可溶性糖的含量(P<0.05),且坐果期喷施显著高于基施和花期喷施处理。基施低剂量(0.26kg/hm2、0.51kg/hm2)的硒肥、以及叶面喷施硒肥均可以提高西瓜抗氧化的能力,显著降低叶片丙二醛含量。综合考虑,西瓜硒肥适用方式为基施亚硒酸钠0.26kg/hm2。
  2.研究了基施(G)、基施与叶面喷施混施(G+Y20)以及不同浓度叶面喷施(Y40+40、Y20+20、Y40)硒肥处理对罗汉果果实中硒、镉及其它营养元素的含量和分布,以及果肉维生素C含量的影响。结果表明,罗汉果中的硒主要分布在果肉和籽粒中,在果皮中分布较少。施用硒肥显著提高了罗汉果中硒的含量(P<0.05)、其含量是对照组的1.6~21.6倍,其中G、G+Y20、Y40三个处理罗汉果硒含量满足湖北省干果类富硒标准(硒含量在0.1~0.5mg/kg范围内)。所有处理罗汉果中的镉含量均满足湖北省水果及其制品的镉污染限量要求(镉含量<0.05mg/kg),且G、G+Y20、Y40处理进一步降低了罗汉果中镉的含量(P<0.05)。但是,外源硒肥的施加也显著降低了罗汉果中铁的含量、以及果肉中维生素C和可溶性糖的含量。
  3.研究了基施(G)和叶面喷施一次(Y40)和两次(Y20+20)砂糖桔果肉硒、镉、铁、锌含量及营养品质的影响。结果表明,施用硒肥有增加砂糖桔果肉中硒含量的趋势,但与对照组相比差异未达到显著水平(P>0.05)。施用硒肥降低了果肉中镉的含量,较对照组降低了29.6%~50.3%。施用硒肥对果肉中可溶性糖和可溶性固形物的含量无显著影响(P>0.05),但基施处理显著提高了果肉中铁、维生素C及可滴定酸度的含量(P<0.05)。
[硕士论文] 刘越
设施园艺学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:西瓜(Citrullus lanatus)是世界范围内广泛种植的重要园艺作物,在早春露地栽培以及反季节设施栽培中常常遭遇低温胁迫。研究西瓜在低温胁迫下的基因表达模式,鉴定差异表达基因的功能,有助于进一步了解西瓜低温响应及调控机制,为西瓜耐低温遗传改良提供理论支撑和基因资源。WRKY转录因子家族成员数量多且具有重要功能,不仅影响植物生长发育过程,还能够对植物面临的各种胁迫产生响应并发挥调控作用。低温胁迫下的西瓜转录组数据分析结果显示,多个WRKY家族基因的表达模式发生了显著改变,表明WRKY能够响应低温胁迫,但这些基因是否具有调控西瓜耐低温的功能,目前尚不清楚。针对这一问题,本研究在分析西瓜WRKY基因家族特征的基础上,鉴定了2个受低温胁迫诱导显著上调表达的WRKY基因Cla018059和Cla021170的功能,获得了以下研究结果:
  1.西瓜WRKY转录因子家族鉴定和特征分析。利用隐马尔可夫模型,在西瓜基因组上鉴定出57个WRKY转录因子家族成员,根据家族成员在染色体上的位置,依次命名为ClWRKY1~ClWRKY57。蛋白序列比对及系统发生分析表明,57个ClWRKY转录因子中,55个具有保守的7肽WRKYGQK DNA结合结构域,另外2个的WRKY结构域分别为WRKYGKK和KSRKRQV;所有ClWRKY转录因子的锌指结构为C2H2或C2HC类型。根据结构域的数量和锌指结构的类型,ClWRKY家族被分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ族,各有11、39和7个成员。根据蛋白序列的保守性和进化关系,Ⅱ族可进一步分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd和Ⅱe族。基因结构分析表明,ClWRKY基因序列长度在0.7kb~7kb之间,主要集中在1kb~3kb。ClWRKY家族成员的外显子含量为2~6个。共线性分析表明,ClWRKY转录因子家族基因中发生了18组复制事件,其中3组是转座复制,15组是片段复制,片段复制是ClWRKY家族基因扩增的主要模式。复制基因的Ka/Ks值均小于1,发生复制的ClWRKY家族基因在进化过程中受到纯化选择。
  2.西瓜ClWRKY转录因子家族基因的表达谱分析。西瓜果实发育转录组数据分析表明,除ClWRKY1外,其余56个ClWRKY基因在果实中均有表达,其中50个在果肉中表达,52个在果皮中表达,54个在种子中表达。低温胁迫处理的西瓜转录组数据分析表明,19个ClWRKY基因受低温胁迫诱导呈现显著差异表达,其中7个下调表达,12个上调表达。显著上调表达的基因中,Cla018059(ClWRKY55)和Cla021170(ClWRKY20)的log2FC值最大,表明其对低温胁迫更敏感。因此本课题对这2个基因进行了进一步的研究。
  3.低温相关西瓜ClWRKY基因的功能鉴定。构建了亚细胞定位表达载体pH7LIC5.0-N-eGFP-ClWRKY20和pH7LIC5.0-N-eGFP-ClWRKY55并注射到烟草表皮细胞,通过激光共聚焦显微镜发现ClWRKY20和ClWRKY55均定位于细胞核。构建了ClWRKY20和ClWRKY55的T1代超表达烟草植株OE20和OE55。对转基因植株进行4℃低温处理,通过对表型、冷害指数、相对电导率及丙二醛含量等指标的分析发现,超表达ClWRKY20基因提高了烟草植株的低温耐受性,而超表达ClWRKY55基因增强了烟草植株对低温的敏感性。抗氧化酶系统活性的检测表明,低温胁迫处理后的OE20植株具有更高的SOD、POD和CAT活性,表明ClWRKY20可能是通过提高植株的抗氧化能力来提高低温耐受性。OE55植株的SOD、POD和CAT活性均低于野生型植株,表明ClWRKY55可能通过削弱抗氧化能力来降低植株的低温耐受性。
[硕士论文] 张祺恺
设施园艺学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:西瓜(Citrullus lanatus)是世界范围内重要的园艺作物,枯萎病和根腐病等土传病害是限制西瓜产业发展的瓶颈,采用嫁接可提高西瓜对土传病害的抗性。南瓜是适合西瓜嫁接的砧木材料,但目前对砧用南瓜的资源评价和利用研究尚不够深入。本课题对南瓜资源的耐旱性和根腐病抗性进行鉴定,以期筛选出优异的种质资源,为进一步砧木选育奠定基础。针对部分南瓜作为砧木嫁接后导致西瓜果实品质下降的问题,本课题选用对嫁接西瓜果实品质影响较小和较大的南瓜砧木材料,以西瓜自交系97103为接穗,以自嫁为对照,通过对果实膨大停止期和商品成熟期的果肉样品的转录组和代谢组进行分析,来研究不同砧木对嫁接西瓜果实品质形成的影响,获得的主要结果如下:
  1.对不同南瓜种质一叶一心时期的性状进行评价。以126份南瓜种质为材料,包括33份中国南瓜(C.moschata),93份印度南瓜(C.maxima)。以2份商业砧木‘青研1号’和‘京欣砧4号’作为对照,进行南瓜种质资源嫁接适宜时期(一叶一心时期)的性状调查与评价,发现27份材料下胚轴长度较商业砧木等同或更短;大部分南瓜种质资源材料都具有与商业砧木同等茎粗或大于商业砧木,仅有13份材料下胚轴茎粗较细;31份材料具有比对照商业砧木更大的子叶展开角度;9份材料具有与商业砧木相似的子叶叶绿素相对含量;18份材料具有与商业砧木类似大小的子叶长宽积。
  2.对不同南瓜种质资源的耐旱性进行评价。选用94份南瓜种质为材料,包括29份中国南瓜(C.moschata),63份印度南瓜(C.maxima),以及2份商业砧木‘青研1号’和‘京欣砧4号’,对材料进行耐旱性鉴定。幼苗3叶1心期时进行干旱处理,计算干旱胁迫指数、株高胁迫指数、茎粗胁迫指数和干物质胁迫指数,使用UPMGA法(非加权算数平均法)对所得结果进行聚类分析,将南瓜种质资源按耐旱等级分为6类。18份材料属于最耐旱材料;14份材料为次耐旱类材料;13份材料为较耐旱类材料;7份材料为最不耐旱材料;24份材料为次不耐旱类材料;18份材料为较不耐旱材料。
  3.对不同南瓜种质资源的根腐病抗性进行评价。选用45份南瓜种质资源为材料,包括25份中国南瓜(C.moschata),18份印度南瓜(C.maxima)和2份商业砧木‘青研1号’(C.maxima×C.moschata)和‘京欣砧4号’(C.maxima×C.moschata)。使用孢子悬浮液蘸根法对南瓜种质材料进行根腐病抗性鉴定,经过对病害的分级统计及病情指数计算,筛选出R7S11-4、R7S20、R7S82等19份高抗根腐病材料和R7S21-1、R7S28-2、R7S06等26份中抗根腐病材料。
  4.研究不同南瓜砧木对嫁接西瓜果实的影响。以10份南瓜材料为砧木与97103嫁接,筛选出2份对西瓜果实品质影响具有差异的材料。发现L12为砧木嫁接后对西瓜果实品质无显著影响,L9嫁接后显著降低西瓜果实可溶性固形物含量,嫁接组合L12/97103的西瓜果实中的果糖含量和葡萄糖含量显著高于嫁接组合L9/97103的西瓜果实,而苹果酸含量显著低于后者。
  5.研究L9和L12砧木在转录水平对西瓜果实品质的影响。南瓜砧木L9在转录水平影响了嫁接西瓜果实的柠檬酸代谢、果糖与甘露糖代谢和蔗糖与淀粉代谢途径,导致西瓜果实品质变差,而L12并未在以上途径对西瓜果实产生影响,所以对西瓜果实品质无影响。
  6.研究L9和L12砧木在代谢水平对西瓜果实品质的影响。南瓜砧木L9影响了西瓜果实果糖与甘露糖代谢与柠檬酸循环,导致西瓜果实品质变差,而L12在代谢水平仅在柠檬酸代谢上对西瓜果实产生影响,所以对西瓜果实品质无显著影响。
[硕士论文] SABA HAMEED
设施园艺学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:西瓜[Citrullus lanatus(Thunb.)Matsum.&Nakai]是一种重要的经济作物。果实是西瓜的产品器官,决定着西瓜的经济价值。揭示西瓜果实发育过程中调控机制可以为西瓜遗传改良提供有价值的信息。热激转录因子(Hsfs)在植物发育过程中发挥着重要的调控作用。Hsfs是否参与西瓜果实发育的调控尚不清楚。针对这一问题,本课题在对西瓜Hsf家族基因进行全基因组鉴定的基础上,进一步分析了基因结构、系统发育关系、进化历史,以及在果实发育过程中的表达谱,获得了如下结果:
  1.在西瓜基因组中鉴定出24个ClHsfs基因,编码蛋白序列长度为192到782个氨基酸,其DNA结合结构域在西瓜、黄瓜和拟南芥等物种中具有高度的保守性。在寡聚化结构域中,Hsfs存在可变的连接子和HR-A/B区域。基于DNA结合结构域和寡聚化结构域之间的接头长度和插入HR-A/B区域的氨基酸残基数目不同,将ClHsfs分为3类,即A类(54.17%),B类(37.50%)和C类(8.33%)。
  2.ClHsfs基因在11个西瓜染色体上分布不均匀。4个ClHsf位于chr5和chr1上,3个位于chr10上,2个位于chr3、chr8、chr7、chr9和chr11上,1个分别位于chr2、chr4和chr6上。在西瓜中,有58.33%的Hsfs经历过复制事件。复制模型分析显示ClHsfs包含9个片段复制基因对和3转座复制基因对。ClHsfs中小规模的片断和转座复制在这个基因家族的适度扩张中发挥了关键的作用。选择压力分析表明,所有重复的ClHsfs基因主要受纯化选择的影响。ClHsfs基因复制的时间可以追溯到179-312百万年前。推测B类Hsfs是古代群体,发展为陆地植物后扩展到A类和C类群成员。
  3.利用转录组数据分析了ClHsf基因在西瓜果皮、果肉和种子中的表达。在果皮中,ClHsf-17(A2)在授粉后10天表达量最高。在白色-粉红色及红色肉果期,ClHsf-02(B1)和ClHsf-23(C1)在果肉中具有中丰度表达。ClHsf-24(A9)在种子成熟阶段表达量高。在ClHsf启动子序列中,Skn-1基序,GCN4基序和CAT-box出现的频率相对较高。
[硕士论文] 姬万丽
蔬菜学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:西瓜枯萎病是由尖孢镰刀菌西瓜专化型引起的一种世界性土传真菌病害。近年来由于西瓜重茬种植面积的不断扩增,导致西瓜连作障碍普遍发生,枯萎病已经成为限制西瓜生产的主要因素之一。田间观察发现四倍体(4x)西瓜较其二倍体(2x)抗枯萎病。为了揭示四倍体西瓜抗枯萎病的优势机理,本试验以同基因型的郑州3号2x和4x西瓜幼苗为材料,通过苗期接种鉴定,比较2x和4x西瓜幼苗的病菌侵染过程差异、与抗病有关代谢物的含量变化、DNA甲基化变化及基因表达差异,通过不同层面关联分析,揭示4x西瓜抗枯萎病的优势机理,为西瓜多倍体育种和抗病育种提供可靠的理论依据。本实验的主要研究成果如下:
  在西瓜幼苗—叶—心时期接种枯萎病生理小种1后,与枯萎病抗性鉴定对照品种surgarlee相比,虽然郑州3号2x和4x均感病,但是4x比2x延迟3d感病,明显延缓了枯萎病的发病时间,4x相对同源2x抗枯萎病。
  用带绿色荧光蛋白标记(GFP)的枯萎病菌生理小种1侵染郑州3号西瓜2x及其同源4x幼苗,并通过激光共聚焦显微镜观察病菌的侵染过程,结果显示:病原菌主要是从断根伤口、主根侧根间的自然缝隙、根毛等部位侵染植物根系,并在其中迅速扩散;在4x西瓜幼苗中的枯萎病菌定殖率比同源2x低,在接种后4d和7d的幼苗根部差异显著,在叶柄部差异极显著。4x幼苗明显延缓了枯萎病菌的侵染时间。
  接种枯萎病菌后分别对不同时期西瓜根系丙二醛(MDA)、过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、总酚和类黄酮的含量进行测定,结果显示4x根系POD、PAL、总酚及类黄酮的含量整体高于其同源2x,MDA含量比2x低。枯萎病菌侵染后,4x比2x西瓜幼苗根系细胞膜损伤程度小,抗病有关酶及次生代谢物质的含量增加,更有利于抵抗枯萎病菌的侵染。
  未接种枯萎病菌前不同倍性西瓜幼苗间DNA甲基化水平差异不大。但枯萎病菌侵染后,根系总甲基化水平和全甲基化水平都随之降低,去甲基化和过甲基化模式增加,不同倍性西瓜相比,2x比4x有更多的位点发生了去甲基化和过甲基化变化,4x总甲基化率高于2x。
  接种枯萎病菌后4x西瓜幼苗根系MYB、MPK7、PAL、Chitinase等抗病基因的最大表达量分别是2x同时期的80倍、3倍、6倍、10倍。4x西瓜幼苗中这些基因的上调表达,在基因表达水平上说明了4x西瓜的抗枯萎病优势。
[博士论文] 高磊
蔬菜学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:果肉硬度和果实有机酸含量是决定西瓜果肉质地和果实风味等感官品质的重要因素,是由多基因控制的复杂数量性状。传统的生理与遗传学研究方法对复杂性状的遗传本质和分子调控机制研究存在一定的局限性,进一步明确西瓜果肉硬度和果实有机酸积累的关键调控因子,可以为西瓜品质育种提供理论与技术支持。本文以野生西瓜PI271769为供体亲本,栽培种西瓜203Z为轮回亲本,分子标记结合成熟果实的表型鉴定,通过连续回交和自交创制了果肉硬度和果实酸味的近等基因系材料。通过对西瓜果实发育期的RNA样品进行比较转录组分析,BSA-Seq结合构建的分离群体对西瓜果肉硬度和酸味性状的主效基因进行精细定位研究,获得的主要结果如下:
  1.创制西瓜果肉硬度和酸味性状的近等基因系。通过连续7代回交和4代自交,创制了有关西瓜果肉硬度的近等基因系HWF和果实酸味的近等基因系SW。与轮回亲本203Z相比,HWF果实有较高的果肉硬度,SW果实有较高的有机酸含量,除目标性状有明显差异外,其它生物学性状基本一致。
  2.西瓜果肉不同发育时期细胞壁物质成分含量的测定与比较转录组分析。测定软果肉的203Z和硬果肉的HWF果实发育4个关键时期的果实中的细胞壁物质成分含量,发现原果胶、纤维素、半纤维素和共价结合果胶的含量变化与果肉硬度变化趋势一致,随着果肉硬度的增大而增加,而水溶性果胶和离子型果胶的含量伴随着果肉硬度下降而持续增加。比较转录组分析发现果胶酯酶、糖基转移酶、纤维素合成酶、多聚半乳糖醛酸酶和木葡聚糖内糖基转移酶基因在不同果肉硬度的材料中差异表达,可能通过对果肉细胞壁物质成分含量的影响来调节西瓜果肉硬度大小的变化。
  3.西瓜果肉硬度主效基因的精细定位。在全基因组水平上筛选与西瓜果肉硬度紧密连锁的分子标记,结合BSA-Seq对西瓜果肉硬度的主效基因进行初步定位,在此基础上,通过构建BC7F3分离群体和衍生的F2次级分离群体,将该基因定位在西瓜6号染色体12780793-17658672的物理区间内,包含166个候选基因,其中木葡聚糖内糖基转移酶基因Cla004119和乙烯响应元件Cla004120在不同果肉硬度的材料中基因表达量差异显著,可能是控制西瓜果肉硬度的关键基因。
  4.西瓜果实不同发育期可溶性糖和有机酸含量的测定及比较转录组分析。测定203Z和SW果实发育过程中可溶性糖和有机酸的含量,发现果实中可溶性糖的含量前者稍高于后者,差异不明显;而有机酸的含量前者低于后者,差异显著。比较转录组分析发现蔗糖合成酶、蔗糖磷酸化酶及不溶性酸转化酶基因对西瓜果实中可溶性糖的积累与代谢具有重要作用,NAD(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)依赖的苹果酸脱氢酶和铝诱导的苹果酸转运酶基因调控果实中苹果酸的积累,而柠檬酸合成酶基因决定了果实中柠檬酸的含量。
  5.西瓜果实酸味性状主效基因的精细定位。在BSA-Seq对西瓜果实酸味初步定位的基础上,通过构建BC7F2分离群体和衍生的F2次级分离群体,最终将该基因定位在西瓜6号染色体318Kb(4529126-4855093)的物理区间内,含有28个候选基因,结合转录组数据分析,发现仅有Cla009218和Cla009226两个基因在不同果实酸味的材料中差异表达,可能对西瓜果实中有机酸的积累起决定作用。
[硕士论文] 吕建春
园艺 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:甜瓜(Cucumis meloL.),属葫芦科甜瓜属(2n=2x=24),是一年生的蔓性草本植物,我国甜瓜的播种面积居世界第一。薄皮甜瓜是中国特色品种,因为具有较好的经济效益,种植的面积逐年增长。本试验以薄皮甜瓜(Cucumis melo L.var.chinensis Pangalo)材料IM16559(P1,无斑)、IM16553(P2,有斑)及其配制的F1(正交)、F'1(反交)、F2群体、BC1P1群体和BC1P2群体为材料,将六世代群体田间调查结果和F2群体有斑、无斑DNA混池测序结果相结合,得到薄皮甜瓜果皮花斑基因的初步候选区间。又扩大群体,通过重组单株的筛选和分子标记的加密进一步缩小区间,挖掘与基因连锁的分子标记并进行候选区间的分析。本试验的研究结果如下:
  1.薄皮甜瓜果皮花斑的遗传分析
  田间调查发现,P2、F1(正交)、F'1(反交)、BC1P2群体均有斑,P1均无斑。SAS软件统计分析得F2群体有斑单株、无斑单株的数目比符合3∶1的分离比,同时BC1P1群体的有斑单株、无斑单株的数目比符合1∶1的分离比,因而认为本试验中薄皮甜瓜果皮花斑性状是由单基因控制的质量性状,有斑对无斑为显性,该基因被命名为CmSp-1。
  2.CmSp-1基因的精细定位
  通过混池测序获得了CmSp-1基因的2个候选区间,分别位于2号染色体末端22,160,000-22,180,000bp和22,260,000-26,180,000bp,总长度为3.94Mb。根据混池测序的数据分析结果在初定位区间内设计InDel标记引物,利用BSA法筛选出22对引物用于定位。挑选其中多态性好的13对引物,最终将CmSp-1基因定位到I734-2和I757之间,两标记距基因的遗传距离分别为1.8cM和0.4cM,区间的物理距离为280.87kb。距离基因最近的标记为I757,该标记在107份与试验亲本无血缘关系的材料中对果皮花斑性状验证的正确率为84.11%。
  3.候选区间内基因的分析
  根据甜瓜基因组(v3.5.1版本)注释信息,发现候选区间内共有基因31个。通过对混池测序结果的分析寻找有斑混池与无斑混池、有斑亲本与无斑亲本在定位区间内共有的的InDel和SNP位点及非同义突变基因。考虑到本试验中的有斑亲本表现出深绿色斑点性状,推测相关控制基因可能与叶绿素、叶绿体有关。根据以上原因,在该区间内预测了4个候选基因:MELO3C017086、MELO3C017096、MELO3C026287和MELO3C026292。
[硕士论文] 苏杭
食品科学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:甜瓜(Cucumis melon L)是我国主要的园艺作物,在我国果蔬生产和消费中占据重要地位,不仅是带动农民就业增收的高效园艺作物,也是满足城乡居民生活需求的重要时令水果,在全球水果产量排名中位列第7。在我国,随着设施农业的发展,甜瓜设施栽培的面积已占甜瓜栽培总面积的48%,由于甜瓜自身复杂的性型及栽培环境条件的限制,在设施甜瓜种植中植物生长调节剂噻苯隆作为坐果剂被广泛应用。然而,随着以噻苯隆为代表的植物生长调节剂的广泛使用,甜瓜出现风味变淡、口感欠佳的现象已引起消费者的关注,这些风味品质的变化与植物生长调节剂噻苯隆的使用和残留有关吗?其影响的程度和可能的机制是什么?这已成为我国农产品质量安全领域理论和甜瓜产业上一个急需解决的问题。
  本论文以我国薄皮甜瓜为研究对象,首先通过设计开展设施栽培条件下的田间试验,开展噻苯隆在甜瓜上的残留行为研究。结果表明,噻苯隆在北京地区薄皮甜瓜中的消解半衰期为127-158d。在推荐剂量下,最终残留量小于01μg/kg,低于我国规定的最大残留量,噻苯隆的使用不存在安全问题。
  在此基础上,本论文又建立了气相色谱-质谱、气相色谱-离子迁移谱、液相色谱-质谱、电子鼻、电子舌等风味品质的综合分析技术,并开展噻苯隆对甜瓜果实品质(外观、香气和滋味)的影响。在外观方面,研究发现噻苯隆能够提高薄皮甜瓜生长前期的生长速度,但对中后期生长速度影响较小,在果实亮度和色度方面,噻苯隆的使用降低了薄皮甜瓜果实的黄色和亮度;值得注意的是,噻苯隆能够增加甜瓜的硬度,随着噻苯隆浓度的增高而增高,可在一定程度上增加了甜瓜的耐储性。
  在对香气成分方面,通过对电子鼻数据的分析发现,不同浓度噻苯隆处理的甜瓜样品的挥发性成分具有显著差别,并与浓度呈现较好的相关性。通过对气相色谱-离子迁移谱的数据进行主成分(PCA)分析,发现随着噻苯隆浓度的增大,样品所在区域与对照样品所在区域距离越远,这表明噻苯隆的使用影响了甜瓜的香气组成,并且与浓度呈一定的相关性。通过超快速气相电子鼻分析,也得出相似的结论,其中鉴定出13种挥发性物质产生了显著性差异,显示能够降低甜瓜中水果香气增加甜瓜的生青味。本论文采用气相色谱-串联质谱方法,共检测鉴定出薄皮甜瓜果肉中94种挥发性物质,主要以酯类、醛类、醇类物质为主,其中68种对甜瓜具有贡献作用。
  在对甜瓜滋味成分方面,通过电子舌检测得到样品滋味的整体轮廓,发现经过不同浓度噻苯隆处理的甜瓜样品在滋味物质组成上也存在显著性差异,且与噻苯隆浓度存在相关性。低浓度的噻苯隆能够使甜瓜中可溶性固形物的含量下降、果糖和棉子的含量增加,而高浓度则相反。噻苯隆能够使甜瓜中的维生素和柠檬酸的含量下降,而增加酒石酸和苹果酸含量,表明噻苯隆能够调节甜瓜糖代谢。噻苯隆能够影响甜瓜中呈味氨基酸含量,增加了甜瓜的鲜味和芳香味氨基酸含量,氨基酸也是挥发性物质的重要前体物质,氨基酸含量的增加导致其甜瓜香气成分的减少,所以噻苯隆能使甜瓜的香气成分和滋味成分具有显著性影响。
  通过综合分析,噻苯隆能够对甜瓜的外观、香气成分和滋味成分产生影响。在推荐使用剂量下,使用低浓度越低的影响较小。
[硕士论文] 金乌云
生物化学与分子生物学 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:甜瓜(Cucumis melo L.)属于葫芦科,是全世界广泛栽培的水果作物,具有重要的经济价值。甜瓜丰富的种质资源以及2012年甜瓜全基因组测序的完成,使得甜瓜成为除番茄之外的另一种研究果实发育成熟的模式植物。乙烯对呼吸跃变型果实的成熟起到重要的调控作用,ACC氧化酶(ACO)是乙烯生物合成途径中的最后一个限速酶。本研究对甜瓜ACO基因家族进行了全基因组分析,根据甜瓜转录组测序数据结果选择候选基因,进行克隆并构建基因的超表达和CRISPR/Cas9编辑载体,通过子房注射法转化甜瓜。主要研究结果如下:
  1)本研究从甜瓜全基因组鉴定得到了9个ACO基因,分别命名为CmACO1-CmACO9,其中CmACO2基因存在可变剪接现象,可编码3种mRNA。甜瓜ACO基因家族分为2个亚家族,9个ACO蛋白序列同源性为19.95%-75.54%,同组蛋白氨基酸序列同源性均在40%以上,组间蛋白的同源性仅为20%左右。甜瓜ACO基因家族与其他物种ACO基因的系统发育分析结果显示,CmACO1与CsACO3、CmACO3与CsACO2、CmACO6与CsACO1同源性最高。
  2)根据两个不同时期甜瓜中果肉样品转录组测序数据,选取2个上调的差异表达基因进行qPCR检测,qPCR检测结果与转录组测序结果基本一致,均在成熟期表达量上升,选定CmACO7、CmACO8作为候选基因。
  3)从甜瓜中克隆得到了CmACO7、CmACO8基因cDNA,长度分别为1191bp、1131bp,分别编码396、376个氨基酸,对两个蛋白进行生物信息学分析,结果表明两个蛋白的结构域包括DIOX_N和20G-Fe_ⅡOxy,均为亲水蛋白;无信号肽,均为非分泌蛋白;无跨膜结构,均不属于跨膜蛋白。
  4)成功构建了CmACO7、CmACO8基因的超表达载体pPZP221-CmACO7、pPZP221-CmACO8和编辑载体pCRI-CmACO7、pCRI-CmACO8并通过子房注射法转化甜瓜,对T1代植株胚根进行PCR检测,阳性率分别为21.5%、20.8%、10.5%、12.3%。
[硕士论文] 鲍牧兰
生物化学与分子生物学 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:ERF(ethylene responsive factor)与乙烯信号转导相关,是一类位于信号途径下游的转录因子,可参与逆境应答、植物生长发育和果实的成熟。ERF转录因子属于AP2/EREBP家族中的EREBP亚族,包含一个AP2/ERF结合域。在甜瓜(Cucumis meloL.)中已经克隆得到若干ERF转录因子基因,但与甜瓜果实成熟相关研究报道较少。甜瓜属于葫芦科甜瓜属,果实具有丰富的营养,因此,深入研究与甜瓜果实成熟相关的ERF转录因子功能已经成为必要。本研究根据甜瓜数据库序列分别克隆得到三个ERF转录因子CmERFⅢ-12、CmERFⅢ-14、CmERFⅤ-2基因,分别编码275、148、391个氨基酸,利用生物信息学软件进行蛋白理化性质、磷酸化位点、信号肽结构、跨膜结构等相关性质预测。结果表明三个转录因子都具有亲水性,有不同的磷酸化位点,不属于分泌型蛋白,不具有跨膜结构,也不属于膜蛋白;亚细胞定位预测显示CmERFⅤ-2和CmERFⅢ-14很可能定位于细胞核,CmERFⅢ-12在细胞质内分布较多,因此三个转录因子可能分别在细胞核和细胞质内发挥着调控作用。为研究其初步功能,构建CmERFⅢ-12、CmERFⅢ-14、CmERFⅤ-2基因超表达载体和RNAi干扰载体,利用农杆菌注射法在甜瓜果实中进行瞬时表达,通过实时定量PCR分别检测转化部位三个基因的表达特性和果实成熟相关基因的相对表达量。结果显示,注射CmERFⅢ-14基因超表达载体部位果皮颜色出现提前变黄表型,注射干扰载体部位仍保持绿色;注射CmERFⅤ-2基因超表达部位果皮颜色保持绿色,注射干扰载体部位出现变黄表型;分别注射CmERFⅢ-12基因超表达与干扰载体部位的果皮颜色表型不明显。注射组织实时定量PCR检测结果显示:CmERFⅢ-14基因的过表达和干扰处理分别会激活和抑制果实成熟相关ACS4、EXP1、PSY1基因的表达。CmERFⅤ-2基因的过表达能抑制EXP1基因的表达。结合表型结果,CmERFⅤ-2基因可能推迟果实的成熟而CmERFⅢ-14基因会促进果实的成熟,CmERFⅢ-12基因则对果实成熟的影响不大。构建携带有果实特异表达E8基因启动子的报告载体pPZP-E8-GUS,以分别携带目的基因超表达载体为效应载体,通过叶片注射法共转化本氏烟草(Nicotiana benthamiana),根据GUS活性变化,CmERFⅢ-12、CmERFⅢ-14转录因子基因能够激活果实特异性E8启动子促进基因的表达而增加GUS酶的相对活性,而CmERFⅤ-2则倾向于抑制E8启动子降低GUS基因的表达而影响酶的相对活性。
[硕士论文] 李星岩
生物工程 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:甜瓜是一种在世界广泛种植的经济作物,研究甜瓜果实发育过程的生物学机制与相关基因,对于人们加强对甜瓜以及其他作物果实发育的理解具有重要意义,进一步为果实的贮藏保鲜、品质改良等提供了思路与理论依据。
  本研究利用转录组测序与生物信息学技术,针对果实发育前后的两个时期,对转反义ACO基因的M9品系河套蜜瓜(Cucumis meloL.cv Hetao)与原种河套蜜瓜进行了转录组测序和较全面的比较,以找出转反义ACO基因与乙烯对甜瓜果实发育的影响。本研究对甜瓜乙烯合成转录调控与信号通路中的5个关键基因家族CmCTR、CmEIN2、CmHB、CmETR、CmRIN进行了全基因组范围的生物信息学鉴定,分别鉴定出了20、6、17、3、21个家族成员。分析其与CmEIN3/EILs共6个基因家族在M9与原种河套蜜瓜转录组中的表达情况,结果显示多数基因家族在此过程中的表达情况复杂,CmEIN3/EILs家族在两个品系的样本中整体受到上调,CmETR则相反。本研究统计了M9与原种河套蜜瓜转录组的GO富集情况,绘制了相应的GO有向无循环图,使用AmiGO1.8对以上GO富集信息进行分析,发现M9品系在有机酸及羧酸代谢、细胞器及组分的组织与合成代谢、光合系统、与其他有机体的互作、脱羧反应的氧化还原酶活性、核苷酸三磷酸酶活性方面的GO富集比例明显大于原种,而原种在蛋白质位置信息相关GO的富集比例和绝对数量都明显大于M9品系。最后基于转录组Log2Foldchange值,利用R语言等工具筛选基因,进一步选取了9个基因,为后续的研究提供了资料与依据。
[硕士论文] 李青梅
土壤学 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:巨大芽孢杆菌作为农用微生物菌剂的主要有效菌,能够调节土壤中的养分元素,促进作物生长,提高作物产量,改善产品品质;生根粉作为植物生长调节物质,能够促进细胞分裂,提高植株根系活力。关于巨大芽孢杆菌菌剂、生根粉对农作物的应用效果虽然有相关报道,但是两者对土壤的施用效果、对甜瓜生长及生理代谢的报道尚缺少系统研究。本试验以巨大芽孢杆菌菌剂和生根粉为材料,研究二者单施或混施对甜瓜生长、产量和品质及土壤养分、土壤酶活性及土壤微生物数量的综合效应,得到如下结果:
  1.添加50~100mg/L生根粉后,保存180d巨大芽孢杆菌存活率与不加生根粉相比提高0.4~7.0倍。
  2.生根粉处理以及巨大芽孢杆菌和生根粉混合处理后甜瓜种子发芽势、发芽率、发芽指数分别比对照高36.17%、18.18%、43.33%和25.53%、9.09%、6.89%。巨大芽孢杆菌菌剂处理甜瓜幼苗地上部干重高于对照25.96%,生根粉处理甜瓜植株地下部干重高于对照12.57%。
  3.单独使用巨大芽孢杆菌菌剂、生根粉以及二者混合应用后,大棚甜瓜苗期株高和叶片数分别高于对照25.86%、10.14%、14.55%和4.55%、10.64%、6.09%;植株叶片净光合速率、叶片气孔导度和蒸腾速率分别高于59.88%、39.92%、45.29%,39.39%、60.61%、57.58%和42.71%、46.18%、39.76%;植株全磷、全钾及全氮含量分别高于对照12.27%、16.61%、4.33%,6.68%、11.38%、17.91%和8.33%、7.81%、15.10%;果实可溶性蛋白质和维生素C含量分别高于对照21.09%、25.00%、35.94%和24.86%、3.78%、70.27%,巨大芽孢杆菌菌剂处理甜瓜果实可溶性糖含量高于对照13.96%;产量分别高于对照31.53%、6.96%、11.12%,效益提高0.32~1.79万元/hm2。
  4.单独使用巨大芽孢杆菌菌剂、生根粉以及二者混合应用后,土壤中速效磷和速效钾含量分别高于对照24.09%、15.88%、25.21%和27.43%、5.18%、2.13%,土壤pH值分别比对照低0.24、0.30、0.21。
  5.单独使用巨大芽孢杆菌菌剂、生根粉以及二者混合应用后,土壤中碱性磷酸酶活性分别高于对照42.86%、34.29%、36.19%,过氧化氢酶活性分别高于对照20.18%、19.30%、17.54%,脲酶活性分别高于对照42.86%、33.33%、50.00%。单独使用巨大芽孢杆菌菌剂、生根粉后,土壤巾细菌数量增加,巨大芽孢杆菌菌剂和生根粉混合使用后土壤中放线菌数量增加,各处理真菌数量减少。
  综上,在6个月内添加生根粉浓度为50~100mg/L时巨大芽孢杆菌存活率提高0.4~7.0倍。巨大芽孢杆菌菌剂用量为37.5L/hm2,生根粉用量300g/hm2,二者单独使用或混合使用后,减缓了由于长期过量施肥造成的土壤pH过高现象,土壤中碱性磷酸酶、过氧化氢酶、脲酶活性提高,土壤中有益微生物数量增加,真菌数量减少,减少了甜瓜各生育期植株的发病率,在酶和有益微生物的作用下,土壤中速效磷、速效钾含量有所增加,从而增加了植株中磷、钾的含量,提高植株的生理代谢,从而促进植株的生长发育,改善果实品质,提高果实产量,提高甜瓜效益。
[硕士论文] 赵玉龙
甜瓜育种 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:甜瓜(Cucumis melo L.,2n=24)是葫芦科黄瓜属一种非常重要的经济作物,其品质优劣与产量高低决定着甜瓜的经济效益。就目前来看,一方面,我国甜瓜病害非常严重,枯萎病、白粉病作为甜瓜世界性病害,是影响甜瓜品质与产量的重要因素之一,是限制甜瓜产业发展的一大因素;另一方面,丰富多姿的甜瓜直接影响人们的消费水平,市场上单一颜色的甜瓜不能满足人们的需求,降低甜瓜经济效益。随着我国甜瓜种植面积的不断扩大与甜瓜种质资源的商品化,越来越亟需含有抗病优质等多基因聚合的甜瓜品种。分子标记技术的出现与发展,解决了传统育种方式的一系列问题,如育种时间长、效率低下、优质基因难以准确检测等,加快了育种进程。
  本试验以橙色果肉品种MR-1与绿色果肉品种X191为试验材料,设计开发橙色果肉分子标记,结果表明本实验室自主设计开发的分子标记能很好地区分橙色果肉与非橙色果肉,可以应用于生产实践。
  本实验中,以MR-1与WI998为亲本的F2群体中由于亲本均为橙色果肉且F1严格自交,因此,F2果肉颜色均为橙色,酶切结果均为两个条带与实际完全一致。自然群体数量为355株,其中分子标记结果与实际调查一致的有340个,符合率为95.8%;其中实际调查中具有橙色果肉性状的有83个,酶切电泳结果中明确具有两个条带的有68个,符合率为81.9%。
  本试验以MR-1与WI998为亲本材料,设计开发抗枯萎病分子标记,并在自然群体与F2群体中验证。F2群体数量为76株,抗枯萎病植株为56株,感病植株20株,抗病与感病之比近似为3∶1,经x2检测,符合3∶1孟德尔经典单基因控制性状遗传的规律。本试验355个自然群体中,分子标记抗病与感病株数与实际调查情况一致的有335株,符合率达到94.8%;76株双亲群体中分子标记抗病与感病株数与实际调查情况完全一致,符合率达到100%。
  本试验以抗白粉病分子标记在自然群体与双亲群体中进行验证,在自然群体中158株抗病单株,抗病植株所占比例为44.5%%,分子标记与实际调查情况一致的有342株,符合率达到96.3%;F2群体中76株抗病单株,抗病植株所占比例为100%,符合率达到100%。
  本试验以雄全同株抗枯萎病抗白粉病橙色果肉品种MR-1与全雌感枯萎病感白粉病橙色果肉品种严格WI998为亲本严格杂交获得F1代,F1代严格自交获得F2代,试验中F2群体76株,以已知的自主开发的抗白粉病分子标记、性别分化分子标记和本实验室自主开发的果肉颜色分子标记、抗枯萎病分子标记进行筛选,获得12株具有纯合基因型橙色果肉基因、枯萎病抗性基因、全雌基因、白粉病抗性基因的株系。
[博士论文] 孙静涛
农产品加工工程 石河子大学 2017(学位年度)
摘要:哈密瓜是新疆特产厚皮甜瓜品种群的统称,其果实甘甜香脆、营养丰富、并且具有食疗作用,备受广大消费者青睐,有“中华第一蜜瓜”的美称。随着人们生活水平的不断提高,消费者逐渐对哈密瓜内部品质和外观品质越来越重视。目前对哈密瓜内部品质检测还采用传统的破坏性检测方法,其效率低、耗时长;对哈密瓜成熟度判别主要依靠人为主观经验判断,其判定结果随意性大,误差大,缺乏可靠性和准确性,已不适于大规模的生产需要。针对这些问题,本文以不同成熟度的哈密瓜为研究对象,利用近红外光谱技术、高光谱成像技术、计算机视觉技术对哈密瓜内部品质和成熟度同时进行无损检测研究。研究了哈密瓜近红外光谱和计算机视觉图像特征的融合方法,并最终建立了哈密瓜成熟度判别融合模型。主要研究内容如下:
  1.分析了哈密瓜内部品质(可溶性固形物、总酸、硬度)与成熟度的相关性。哈密瓜的成熟度是果实发育过程中各个理化指标变化的一个综合性的评判结果。为了寻找最能反映哈密瓜成熟度的表征因子,对哈密瓜的可溶性固形物(SSC)、总酸(TAC)和硬度与其成熟度作了 Pearson相关性分析和单因素方差分析。结果表明,SSC、TAC和硬度与成熟度之间存在显著相关(p<0.01),其SSC和成熟度的相关性最高,且不同成熟度哈密瓜之间的SSC差异最大,因此为选择合适的哈密瓜成熟度表征因子提供了理论依据。
  2.建立了基于近红外光谱技术的哈密瓜内部品质预测模型。研究比较了四种光谱预处理方法(Norm、SNV、MSC、SG-1-Der)对哈密瓜SSC、TAC及硬度的PLS和非线性SVR模型预测结果。研究表明,Norm和MSC预处理方法的预测结果较好。为了筛选重要的特征波长来简化模型和提高模型预测能力,利用四种特征波长筛选方法(UVE、GA、SPA、CARS)筛选了各指标的特征波长,并建立了PLS和非线性SVR预测模型。研究表明,PLS模型预测结果优于SVR模型,GA方法能够筛选出有效的哈密瓜SSC、TAC和硬度的特征波长,其各指标的GA-PLS模型预测结果均最优。SSC-GA-PLS模型预测集相关系数(Rp)、均方根误差(RMSEP)和RPD分别为0.9061、0.4630和2.363,Rp较原始光谱提高了4.66%;TAC-GA-PLS模型Rp、RMSEP和RPD分别为0.8277、0.0391和1.781,其Rp较原始光谱模型提高了3.44%;硬度的GA-PLS模型Rp、RMSEP和RPD分别为0.8729、28.47和2.049,Rp较原始光谱模型提高了1.2%。
  3.建立了基于近红外光谱技术的哈密瓜成熟度判别模型。研究比较了不同光谱预处理方法和不同建模方法的哈密瓜成熟度判别结果。研究表明,MSC和 SNV方法处理后的判别结果较优,非线性SVM模型对哈密瓜成熟度的判别结果略优于线性的LDA、PLS-DA和SIMCA模型,其中SNV-SVM模型校正集和预测集判别结果分别为94%和88%。对比分析了利用哈密瓜SSC和成熟度的特征波长结合上述四种建模方法对哈密瓜成熟度的判别结果,结果表明,基于成熟度特征波长的判别结果优于哈密瓜SSC特征波长的成熟度判别结果。利用SPA方法从全波段中筛选的7个哈密瓜成熟度特征波长(914.75 nm,921.26 nm,934.28 nm,940.79 nm,1318 nm,2132.9 nm,2364.8 nm)所建立的SVM模型最优,其校正集和预测集判别结果分别为93%和86%,模型仅用了7个特征波长变量,占全光谱信息的2.73%,其校正集和预测集判别结果较全光谱SNV-SVM模型仅降低了1%和2%。
  4.建立了基于高光谱成像技术的哈密瓜内部品质预测模型。对比分析了不同光谱预处理方法对哈密瓜SSC、TAC及硬度的PLS和非线性SVR预测模型的影响。结果表明,SNV和MSC预处理方法性能较优。在哈密瓜SSC预测模型中,SNV-SVR模型预测结果略低于MSC-PLS模型,而TAC和硬度的SVR模型的预测结果较PLS模型分别提高了约3%和9%。比较了联合区间偏最小二乘法(si-PLS)、GA、SPA和CARS四种光谱特征波长筛选方法对PLS和非线性SVM预测模型精度的影响。研究表明,CARS方法能够有效地筛选哈密瓜SSC、TAC和硬度特征波长,筛选的特征波长变量所建立各指标模型的预测结果均较原始光谱有所提高。结果表明,非线性SVR模型预测结果略优于PLS模型, SSC-CARS-SVR模型预测结果最优,其Rp、RMSEP和RPD分别为0.9394、0.4071和2.917,Rp较原始光谱模型提高了2.36%; TAC-CARS-SVR模型预测结果最优,其Rp、RMSEP和RPD分别为0.8705、0.0322和2.032,其Rp较原始光谱模型提高了7.79%;在哈密瓜硬度预测模型中,四种方法所筛选的特征波长的SVM模型预测结果均低于全光谱MSC-SVM模型。
  5.建立了基于高光谱成像技术的哈密瓜成熟度判别模型。对比分析了不同光谱预处理方法和不同建模方法的哈密瓜成熟度判别结果。结果表明,SNV预处理方法性能最优,非线性SVM模型对哈密瓜成熟度的判别结果优于线性的LDA、PLS-DA和SIMCA模型,其中SNV-SVM模型最优,其校正集和预测集判别结果分别为98%和94%。比较了利用哈密瓜SSC和成熟度的特征波长结合四种建模方法对哈密瓜成熟度判别结果。研究表明,基于成熟度特征波长的判别结果优于哈密瓜SSC特征波长的判别结果,利用CARS方法筛选的57个哈密瓜成熟度特征波长所建立的SVM模型最优,其校正集和预测集判别结果分别为100%和95%。结果表明,CARS方法能够较好的筛选到反映哈密瓜成熟度的关键特征波长变量,不但简化了模型,而且提高了模型预测能力。
  6.在高光谱数据中的光谱特征波长筛选研究中,采用SPA方法在CARS筛选的57个特征波长中再次优选了8个哈密瓜成熟度特征波长(552.21 nm、585.19 nm、608.32 nm、644.74 nm、734.16 nm、815.11 nm、859.85 nm和993.2 nm),用灰度共生矩阵法提取了特征波长图像的纹理特征,分别建立了基于哈密瓜特征波长、纹理特征、特征波长和纹理特征融合的哈密瓜成熟度SVM判别模型。结果表明,光谱模型判别结果优于图像特征模型,光谱和图像特征融合的SVM模型最优,其校正集判别结果为100%,预测集判别结果高达97%。
  7.建立了基于计算机视觉技术的哈密瓜成熟度的判别模型。提取了哈密瓜图像在RGB和HSV颜色空间中的6个颜色分量,并研究了HSV颜色空间中色调H与哈密瓜成熟度的关系。利用灰度共生矩阵法提取了6个哈密瓜图像纹理特征,结合二值化纹理图像计算了哈密瓜纹理覆盖率。对比分析了哈密瓜图像颜色特征、纹理特征、颜色与纹理特征融和的哈密瓜成熟度的 LDA、PLS-DA、SIMCA和SVM模型判别结果。结果表明,SVM建模方法最优,单一的颜色特征模型判别结果优于纹理特征模型;基于颜色特征和纹理特征融合的SVM模型判别结果最优,其校正集和预测集判别正确率分别为96%和92%。
  8.建立了基于光谱及图像信息融合的哈密瓜成熟度判别模型。比较了DS证据理论、ELM极限学习机、SVM支持向量机和AdaBoost分类器4种融合方法的哈密瓜成熟度建模结果。基于决策层融合的DS证据理论建立的哈密瓜成熟度判别模型的校正集和预测集判别结果分别为96%和92%,与单一的计算机视觉颜色特征模型最优判别结果相同。在三个特征层融合模型中,其校正集判别正确率均为100%,SVM支持向量机和AdaBoost分类器建立的融合模型的预测集判别结果均为97%,ELM极限学习机融合模型最优,其预测集判别结果为98%。结果表明,ELM极限学习机特征层融合为最佳融合方法,建立的模型为最优融合模型。
  9.对比分析了信息融合技术与单一的近红外光谱技术、计算机视觉技术和高光谱成像技术所建立的哈密瓜成熟度判别结果。结果表明,高光谱成像技术所建的哈密瓜成熟度判别模型的判别结果优于近红外光谱和计算机视觉技术判别模型;计算机视觉技术所建模型判别结果优于近红外光谱技术;近红外光谱特征与计算机视觉图像融合所建的模型最优,预测集判别正确率为98%,较高光谱、近红外光谱和计算机视觉技术模型分别提高了1%,12%和8%。研究表明,利用光谱及图像信息融合技术判别哈密瓜成熟度是可行的,本文的研究结果为同时对哈密瓜内部品质预测及成熟度进行快速无损检测提供一些思路和方法,具有一定的参考价值。
[硕士论文] 张清泉
农业电气化与自动化 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:设施西瓜作为园艺作物中重要的经济作物,种植面积不断扩大,农户为了追求产量,盲目地对西瓜进行灌溉,造成水资源的大量浪费。为了解决设施西瓜的灌溉问题,提高灌溉水的利用率,本文对设施西瓜智能灌溉系统进行了研究,主要内容如下:
  (1)智能灌溉系统通信方式和灌溉策略的选择。分析了几种常见无线通信方式的覆盖范围、传输速率、功耗、成本等特点,最终确定ZigBee为智能灌溉系统的通信方式;通过对比模糊控制和传统灌溉策略的优缺点,最终选择模糊控制为智能灌溉系统的决策方案。
  (2)环境参数的监测。分析了西瓜对水分需求的特点,基质湿度和空气相对湿度是影响西瓜水分需求的重要环境因子,选取JZH-004采集基质湿度,JZH-021采集空气相对湿度,KL-H1100为协调器,共同完成西瓜环境因子的监测。
  (3)灌溉策略分析与确定。综合考虑不同生长阶段、基质湿度、空气相对湿度对西瓜水分需求的影响,设计了一个二级推理机制的灌溉策略,第一级推理以西瓜定植时间为输入量,通过查表法,确定最佳基质湿度,第二级推理以当前基质湿度与最佳基质湿度差值和本周期采集的基质湿度与上周期采集的基质湿度差值为输入变量,以灌溉时间为输出变量,根据专家经验知识建立了模糊控制规则库,利用模糊逻辑推理得出灌溉时间,最后根据当前空气相对湿度判断是否适合灌溉。
  (4)上位机监控软件。上位机软件利用Visual Studio2012作为开发环境,C#作为编程语言,上位机通过Modbus TCP协议与协调器传递信息,上位机软件将协调器上传的数据转化为能够显示的数据界面;设计了智能灌溉和手动灌溉两种灌溉方式,用户能够根据需求自主选择;编写了历史数据查询界面,用户能够根据需求对历史数据进行查询、分析、管理;设计了数据库,能够储存传感器采集的环境因子、灌溉情况等信息,为历史数据的查询提供了数据基础;编写了智能灌溉推理界面,能够根据定植时间、基质湿度、空气相对湿度推理出灌溉时间。
  为了验证智能灌溉系统对西瓜的影响,在华中农业大学国家蔬菜改良中心华中蔬菜分中心大棚进行实验,实验结果表明,智能灌溉系统通过控制灌溉时间,将基质湿度保持在适合西瓜生长的基质湿度范围内,所测得基质湿度与最佳基质湿度的偏差为2%左右,与人工灌溉相比,智能灌溉提高了灌溉水的利用率,改善了果实品质,增加了西瓜产量。
[硕士论文] 王萍
计算机应用技术 安徽农业大学 2017(学位年度)
摘要:随着生物数据的增长,利用计算机处理,分析和存储浩如烟海的生物数据已经成为一种趋势,从原始的序列分析逐渐发展到包含基因组学,基因表达研究学、和结构生物学的科学。MADS-box基因是真核生物中一类重要的转录调控因子,参与植物花器官的发育和开花时间的调节,在植物的生长发育中扮演重要角色。目前,拟南芥,水稻,毛果杨等植物关于MADS-box基因的研究已经发表,而西瓜中只有部分克隆的MADS-box基因的研究,在全基因组层次的研究至今没有。并且西瓜的种植面积和产量居高,是世界最受欢迎的新鲜水果之一,具有重要的经济价值。因此,展开西瓜MADS-box基因的研究是非常有意义的。
  植物中MADS-box基因的预测,验证,分类和进化关系研究需要多种算法参与,本课题通过多算法协同(马尔可夫模型,多序列渐进比对算法,邻近法,泊松模型)研究MADS-box基因,包括:基因的预测,验证,分类;探索不同类别MADS-box基因在结构,位置和表达模式上的差异。本文的主要内容如下:
  (1)以西瓜基因组数据为材料,通过多算法协同鉴定出39个非冗余MADS-box基因,通过系统进化分析将其分为Ⅰ类(11个)和Ⅱ类(28个)。同时,根据分类信息研究不同类别的MADS-box基因在结构,保守基序,染色体定位的异同,以及在不同组织的表达情况,Ka/Ks计算和分化时间估计上的探索。结果显示Ⅰ类和Ⅱ类MADS-box基因均包含一个保守功能基序但在基因数目,结构和染色体分布上也均有差异。Ⅰ类基因数目较少,结构相对简单,零星分布在几条染色体;Ⅱ类基因数目较多,结构相对复杂,几乎遍布整个染色体组。
  (2)参考西瓜全基因组MADS-box基因分析思路,基于多算法协同设计一套MADS-box基因家族分析流程,适用于其他植物在全基因组层次MADS-box基因家族分析。包括分析流程的设计原则和架构;流程的需求(参考物种的选择,数据的收集,分析软件和算法的确定)以及分析流程输入输出的详细界面介绍等。
  本研究旨在通过多算法协同研究西瓜基因组MADS-box基因,确定MADS-box基因家族的数目、分类和进化关系;位置信息、基因结构和保守基序等。参考西瓜MADS-box基因家族的分析思路,设计一套适合其他植物在全基因组层次MADS-box基因家族分析的流程,为研究植物MADS-box基因提供了一个行之有效的方法,有利于探索不同物种MADS-box基因的异同和进化关系的研究。
[博士论文] 杨永超
蔬菜学 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:干旱是影响作物产量和品质的重要环境因子之一。我国干旱和半干旱区域约占国土面积的50%。而在湿润的地区也会遭受到季节性和周期性的干旱。在解决干旱问题的方法中,培育抗旱耐旱新品种是重要的手段之一。而抗旱耐旱新品种的培育就要求我们了解作物对干旱胁迫的响应和调控机制。根系在植物吸收水分、营养物质及感受水胁迫信号中发挥重要作用,同时也是受干旱影响最大的器官,故了解根系对干旱胁迫的响应和应对具有重要意义。西瓜[Citrullus lanatus(Thumb.) Matsum.& Nakai.]是一种重要的水果型经济园艺作物,其栽培面积占世界蔬菜栽培面积的7%。西瓜整个生长期需要大量水分,季节性干旱及频繁发生的自然干旱严重影响了西瓜的产量、品质,甚至整个西瓜产业的发展。M08是一个经鉴定较为抗旱的西瓜自交系。本研究以M08根系为材料,用20% PEG模拟干旱胁迫,采用Illumina Hiseq2500平台对胁迫后的根系进行转录组、miRNA及降解组测序和分析,其结果为了解西瓜根系响应、应对渗透胁迫机制和西瓜抗旱耐旱遗传改良提供了基础信息。同时对脯氨酸合成相关酶的活性及编码基因表达模式进行了研究,明确了脯氨酸的长距离运输方式,并将脯氨酸合成限速酶P5CS转拟南芥进行了功能验证。本研究主要结果如下:
  (1)采用Illumina Hiseq2500平台对20% PEG胁迫6h的根系及对照进行转录组测序,共得到了32.99 Gb数据,超过40M条长125bp的pair-end reads。有5246个差异表达基因,其中2753上调表达,2493下调表达。在差异表达基因中有5175个基因获得注释。GO分析结果显示这些差异表达基因涉及到了信号传递、渗透调节、活性氧清除、转录因子、植物激素、蛋白合成和细胞分裂等过程。在KEGG分析中,825个差异表达基因可分到108个不同的通路中。核糖体、植物激素信号、植物-病原体互作、嘌呤代谢及淀粉和糖代谢等通路中包含了大部分差异表达基因,其中核糖体途径被显著改变。
  (2)采用Illumina Hiseq2500测序平台对西瓜根系PEG胁迫后其miRNA水平上的响应进行了研究,同时利用生物信息学预测和降解组测序的方法对测序得到的miRNA的靶基因进行了预测。在对照文库S01、S02、S03和胁迫处理文库S04、S05 S06文库中分别得到了14,662,351、14,263,084、15,767,557、16,743,057、16,615,676、13,354,601和27,618,848个clean reads,通过质量控制,每文库的Clean Data均大于13.35M,且Q30值均大于91%。在6个样品中总共预测到了1060个新miRNA,其长度以24 nt为主。对这1060个miRNA的靶基因进行预测,其中174个miRNA预测到了456个靶基因。在这预测到的456个靶基因中,有241个基因获得了注释信息。差异表达的miRNA有42,其中上调表达的为20个,下调为22个。在差异表达表达miRNA的75个靶基因中,只有14个基因得到了注释。在降解组文库中,共检测到了66个靶基因降解位点和66个靶基因发生了降解。与miRNA测序预测的靶基因取交集,得到了28个共有靶基因,这28个共有靶基因涉及了SPL、HD-Zip转录因子及植物激素信号传递。
  (3)西瓜植株在PEG胁迫下,其茎和叶中脯氨酸含量逐渐增加,后在12h下降;而在根中,在第3h达到最大,后开始下降。脯氨酸合成相关酶的酶活性及其编码基因的相对表达量结果表明,PEG胁迫下脯氨酸合成以谷氨酸途径为主,在2个P5CS编码基因中,以Cla006553为主,Cla017928表达被抑制。P5CS活性变化与Cla006553相对表达量变化相似。OAT酶活性较小,而其编码基因的表达在根、茎叶中均被抑制。截断地上部和地下部分并进行干旱胁迫,其试验结果表明叶是脯氨酸合成的主要场所,在胁迫下根中脯氨酸依靠叶中脯氨酸长距离运输到根部。对Cla006553和Cla017928的启动子驱动GUS的转基因拟南芥胁迫后染色发现,在拟南芥叶中Cla006553启动子活性最高,在根中活性低。而Cla017928的启动子在胁迫后,根、叶中的活性均较低。这更进一步表明,PEG胁迫下西瓜主要以Cla006553编码P5CS酶,脯氨酸以叶为主要合成器官。
  (4)克隆了西瓜自交系M08的P5CS酶两个编码基因:Cla006553和Cla017928。Cla006553的编码序列长2166 bp,编码721个氨基酸;Cla017928的编码序列长2145bp,编码714个氨基酸。二者核酸和氨基酸序列之间相似性为分别为74.19%和77.12%。其蛋白含有谷氨酸激酶功能域、ATP结合区、NAD(P)H结合区、亮氨酸拉链、谷氨酰脱氢酶功能区(G5PR)等结构域和脯氨酸反馈抑制位点。转Cla006553和Cla017928基因的拟南芥植株可显著增加脯氨酸含量,具有较高的耐旱和耐盐能力。
[硕士论文] 葛继涛
蔬菜学 安徽农业大学 2017(学位年度)
摘要:酥瓜(Cucumis melo var.conomon Group)是葫芦科甜瓜属甜瓜种薄皮甜瓜的一个变种,品种丰富、性状差异大,具有独特“酥脆”风味。酥瓜种植主要集中在江淮平原,少量分布于其他地区。为了明确酥瓜品种之间的亲缘关系,选育优良品种,有必要对酥瓜种质资源进行分类定位、系统分析。本研究从我国江淮流域收集到104份酥瓜种质,通过运用RAPD、ISSR和SSR三种分子标记方法对其进行聚类分析,以明确种质间的亲缘关系。主要研究结果如下:
  (1)以改良的CTAB法提取酥瓜基因组DNA,建立了适合酥瓜RAPD-PCR反应体系:在25μL反应体系中,含有引物0.8μmol/L、dNTPs0.3μmol/L、Taq DNA聚合酶1U、Mg2+0.5mmol/L、DNA模板30ng。酥瓜ISSR-PCR反应体系:在20μL反应体系中,含有引物0.2μmol/L、dNTPs0.3mmol/L、TaqDNA聚合酶1.2U、Mg2+1.0mmol/L、DNA模板70ng、10×Buffer2.0μL。酥瓜SSR-PCR反应体系:在20μL反应体系中,含有引物0.4μmol/L、dNTPs0.2mmol/L、Taq DNA聚合酶0.5U、Mg2+1.0mmol/L、DNA模板30ng、10×Buffer2.0μL。此三种优化好的体系是分析评价酥瓜种质资源的遗传多样性的基础。
  (2)从98条引物中,根据其多态性比例筛选出33条具有较高多态性的引物,17条RAPD引物检测到85个多态性位点,10条ISSR引物检测到50个多态性位点,6条SSR引物检测到60个多态性位点,共计195个多态性位点进行遗传学评估。其中SSR08引物的GD最高(0.9826),ISSR823最低(0.2933),平均值为0.6583。33条引物的PIC值范围为28.67%(RAPD18)至98.23%(SSR08),平均为63.12%。33个标记中有15个具有高效性(PIC>0.7)。
  (3)收集到104份酥瓜种质,并通过聚类分析分为五个主要类群。其中第Ⅰ类群和第Ⅱ类群仅包含一份品种,分别为H14和H29;第Ⅲ类群由五份品种(H11,H13,S8,S13,S39)组成;第Ⅴ类群包含F1-7和F2013,GF,H39和S48共11份品种;剩下的86份组成了第Ⅳ类群,代表了来自江淮地区广泛类群。S26和S27之间的最小遗传距离值为0.2121,表明它们是最相似的种质,其次是F1和F2之间的0.2424,而H14和H7,H38,S29,S30,S46在遗传上最不相似,遗传距离为0.9697。
[硕士论文] 陈海文
蔬菜学 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:甜瓜(Cucumis melon L.)因其独特的香味而受到广大消费者的喜爱。我国设施甜瓜栽培面积逐渐增加,由于设施的密闭性,甜瓜通常采用人工授粉以及生长调节剂喷施方式来坐果。近年来由于农业劳动力的减少导致用工成本上升,人工授粉已无法满足需求;以1-(2-氯-4-吡啶)-3-苯基脲(CPPU)为代表的生长调节剂喷施坐果技术,使用浓度不当容易造成甜瓜果实畸形和品质下降。本课题组前期研究发现,设施栽培下采用蜜蜂授粉可以替代人工完成授粉工作,但对其影响果实发育和挥发性物质积累的机制尚未明晰。本试验以厚皮甜瓜品种‘伊丽莎白’为材料,通过设施栽培,比较分析蜜蜂授粉以及CPPU处理在甜瓜果实发育过程中对挥发性香气物质的影响,取得以下结果:
  1.在甜瓜果实发育过程中,共检测出了183种挥发性物质,以酯类、醛类、醇类物质为主。在果实转色之前(20DAA),挥发性物质主要以醛类物质和醇类物质为主;转色期之后,酯类物质开始大量积累,直至果实成熟期(38 DAA)其相对含量达到最大值,成为成熟甜瓜果实特征香味的主要贡献者。果实转色之前,含量较高的醛类物质有(反,顺)-2,6-壬二烯醛、顺-2-壬烯醛、葵醛、己醛、苯甲醛、壬醛等,且蜜蜂授粉处理组在醛类物质总相对含量以及相对含量最高的两种醛类物质(反,顺)-2,6-壬二烯醛、顺-2-壬烯醛上均要高于CPPU处理;含量较高的醇类物质有1-辛烯-3-醇、、苯甲醇、顺-3-壬烯-1-醇、(反,顺)-3,6-壬二烯醇、顺式-6-壬烯醇、2-乙基己醇等,CPPU处理组的1-辛烯-3-醇相对含量要远高于蜜蜂授粉。果实成熟期(38DAA),两种坐果技术下的甜瓜果实香气物质以酯类为主,酯类又以乙酸酯类为主,主要的酯类物质有乙酸异丁酯、乙酸2-甲基丁酯、乙酸苯甲酯、乙酸己酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯等;蜜蜂授粉组在酯类物质总相对含量以及乙酸苯甲酯相对含量上要高于CPPU处理。蜜蜂授粉能够有效提升以酯类物质为主的的挥发性物质相对含量,从而提升甜瓜果实风味。
  2.成熟甜瓜果实中,蜜蜂授粉处理在总可溶性固形物、综合口感、蔗糖含量、总可溶性糖含量上均要高于CPPU处理。随着甜瓜果实的发育,果肉中的氨基酸含量逐渐上升,直至果实成熟时达到最大。28 DAA时,CPPU处理下的谷氨酸、丙氨酸、甘氨酸、天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、组氨酸、精氨酸含量均明显高于蜜蜂授粉;38DAA时,CPPU处理下的谷氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苏氨酸、丝氨酸、精氨酸含量均明显高于蜜蜂处理组。蜜蜂授粉甜瓜具有更好的口感和更高的糖含量,但可能由于形成更多的挥发性物质从而导致其氨基酸含量低于CPPU处理。
  3.通过对甜瓜果实发育过程中与挥发性物质代谢关系紧密的ADH(醇脱氢酶)、AAT(醇酰基转移酶)酶活性测定,结果表明,ADH酶活性随着果实发育而逐渐降低,在20 DAA时活性最高,且蜜蜂授粉组要高于CPPU处理;AAT酶活性随着果实发育而逐渐升高,在32 DAA时活性达到最高,之后趋于稳定,且蜜蜂授粉组要高于CPPU处理。蜜蜂授粉能够通过提升ADH、AAT酶活性从而提升挥发性物质合成,进而提升果实风味。
  4.通过挥发性物质代谢过程中相关关键基因的实时荧光定量表达分析,结果表明,醇酰基转移酶基因(CmAAT)的相对表达量随着甜瓜果实发育不断增加,且蜜蜂授粉组的相对表达量要高于CPPU处理;芳香族氨基酸转移酶基因1(CmArAT1)相对表达量随着果实发育表现出先上升后下降的趋势,在30 DAA之前,蜜蜂授粉处理组相对表达量要高于CPPU处理,而后二者差异不大;支链氨基酸转移酶基因1(CmBCAT1)相对表达量随着果实发育整体上呈现上升趋势,蜜蜂授粉处理组相对含量要高于CPPU处理组。蜜蜂授粉有效提升了酯类挥发性物质合成相关基因CmAAT、CmBCAT1等的相对表达量,使甜瓜果实具有更好的风味。
  5.通过转录组分析,结果表明,在38 DAA时,两种坐果技术处理的甜瓜果实差异表达基因数目最多,达到613个;通过GO富集分析,我们发现甜瓜果实的甜瓜果实在生物调控、细胞过程、发育过程、代谢过程、对胁迫的反应、细胞构成、膜构成、催化活性、转运活性等过程受到坐果技术的影响。通过Pathway分析,我们发现不同坐果技术对二次代谢产物合成、苯丙酸合成、脂肪酸代谢、酪氨酸代谢、含硫化合物代谢、亚油酸代谢等过程产生了影响。
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