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[硕士论文] 张沛
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:呼伦贝尔地区是全球/区域变化的典型敏感地区,以温度增加和降水波动为特征的全球气候变化对呼伦贝尔地区的影响是显著的,近年来呼伦贝尔地区植被退化、沙漠化加速发展,草原生态系统遭到严重破坏。为了揭示呼伦贝尔地区水热条件时空变化特征及其生态效应影响,本文结合6期1990-2015年呼伦贝尔地区更新水体数据后的土地利用分类数据,利用土地利用转移矩阵和景观格局指数分析方法对1990-2015年呼伦贝尔地区土地利用/覆被和地表水体(含地表水体二级类)的面积动态变化特征、转移规律和景观格局特征进行了研究。然后利用呼伦贝尔地区内9个气象站1990~2015年逐年平均气温、平均最低气温、平均最高气温、平均气温距平、日照时数等热量资料,通过在ArcGIS中采用Kriging空间插值法得到区域的热量资料,以探求热量在时间序列上的年际变化特征,并按照年代将数据空间化,求取前后期热量在空间上的变化特征。最后选择植被覆盖指数作为呼伦贝尔草地生态系统的指示因子,分析水热条件时空动态变化与植被覆盖指数的联系,以探求水热条件时空动态变化的生态效应。研究发现:
  (1)由1990-2015年呼伦贝尔地区各土地利用/覆被类型的面积变化特征可知,呼伦贝尔地区的土地利用/覆被变化存在以耕地和居民地等人类活动为主的人为景观增多,以林地和草地等自然覆被为主的自然景观减少的客观形状。在呼伦贝尔地区土地利用/覆被变化的影响下,1990-2015年呼伦贝尔地区的地表水体面积呈现先增后减再增的整体趋势,在1995年达到最大值46759km2,25年间面积从1990年的3377km2增加到2015年的3451km2,共增加74km2。在各地表水体二级分类中,河渠、湖泊和滩地面积在25年内都呈先增后减再趋于稳定的变化趋势,而水库面积在1990-2005年保持稳定状态,从2005年以后呈增加趋势。
  (2)从1990-2015年呼伦贝尔地区地表水体的时空转移分析,与地表水体转移的一级土地利用类型主要为草地、林地、沼泽和未利用地,25年间,地表水体在与其他土地利用/覆被类型的转移上共净增加74km2,从局部变化期来看,1990-2000年,地表水体与其他土地类型发生转移较频繁,2000-2015年地表水体与其他土地类型发生转移较少。对1990-2015年呼伦贝尔地区地表二级类水体的时空转移分析,研究区各地表二级类水体转移趋势与总地表水体的转移趋势较为一致,同样是与草地、林地、沼泽和未利用地的转化较多,与耕地的转化相对较少,与居民地的转化最少。另外,地表二级类水体中各类之间的转化以河渠和滩地与其它地表水体二级类的转化较为剧烈。
  (3)1990-2015年呼伦贝尔地区的景观格局呈现出简单到复杂的变化过程。研究区的景观格局有微弱的倾向于复杂和不连续的斑块镶嵌体的变化趋势,研究区的优势景观占景观的比例趋于减小,且景观有被分割成不连续斑块的倾向,研究区的各土地利用/覆被类型越来越趋于均衡,弱势土地利用/覆被类型的占比有所增加。其中地表水体25年间呼伦贝尔地区地表水体破碎度数值较小,并保持稳定趋势,说明整体水体景观保存较好,连通性高,湖泊、水库等水体景观趋向于成为一个完整的整体,河渠则被分割成不连接斑块的程度越大。
  (4)由1990-2015年呼伦贝尔地区逐年平均气温、平均最低气温、平均最高气温年际变化特征可知,25年间,年均温、年平均最低气温和年平均最高气温变化趋势较为一致,均呈先增加后减小再增加的波动变化趋势。25年间日照时数整体趋势呈较小的减少趋向。1990-2015年间,呼伦贝尔地区平均温度距平只有2010年、2012年、2013年小于零,其它22年均大于零,说明呼伦贝尔地区在近25年内年平均气温高于多年平均气温,气温上升趋势明显。由1990-2015年呼伦贝尔地区年均温空间变化特征可见,呼伦贝尔大部分地区处于增温趋势,但增温趋势较小,处于0-1℃,这与之前得出的呼伦贝尔地区气温进入变暖趋缓的阶段的结论一致。
  (5)利用呼伦贝尔地区9个气象站点的气温和降水资料分别从年际、季候、生长季月变化角度分析该地区植被指数对水热条件时空变化的响应,研究发现降水变化是促使草地植被年际变化的主要因子,从季候水平来看,草地植被指数在不同季节对水热条件变化的敏感性不同,春季植被生长与气温关系密切,夏季草地植被生长受降水强度影响较大;从生长季月变化来看,5月份植被指数变化受气温变化影响较大,6月和7月植被指数变化受降水影响显著,植被生长对7月和8月降水变化具有一定的滞后性。
[硕士论文] 张晓德
草地资源利用与保护 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:本文基于RS及GIS技术,对锡林浩特市1995、2005和2015年的三期TM遥感影像进行解译分类,分析了近20年矿产开采的类型、数量和面积及景观格局的变化。利用高分辨率遥感影像分别对典型露天煤矿、萤石矿和锡多金属矿的10km缓冲区内的景观格局进行解译分析,同时对5km缓冲区内土壤重金属元素(Zn、Cr、Cu、Ni、Mn和Co)的空间分布特征和来源进行分析。为矿产资源的合理开采以及生态环境的有效治理提供依据。主要研究结果如下
  1、近20年间,锡林浩特市矿区类型、数量以及面积均显著增加,增幅分别为增加了71.43%、220%和154.2%。矿区周围建筑用地、交通用地和盐碱地面积显著增加。水域面积明显减少,草地景观的异质性增强,破碎度增加。
  2、2009~2015年间,典型露天煤矿、萤石矿和锡多金属矿10km缓冲区内草地面积显著减少、草地景观斑块数、景观多样性、破碎度等均明显的增加。矿产开采给矿区草原景观造成了巨大破坏。露天煤矿矿区草地面积减少10.6%。矿坑、建筑用地、工矿仓储、排土场、洗矿池和交通景观的面积均增加,增幅分别为729%、178.1%、143.39%、94.88%、73.6%、、0.45%,萤石矿矿区草地和水域面积分别减少1.13%和4.76%,洗矿池、排土场、矿坑、建筑用地、交通用地以及工矿仓储、分别为增加了269.39%、85.79%、84.71%、44.82%、33.33%和28.03%,锡多金属矿矿区草地减少了4.7%,建筑用地、洗矿池、工矿仓储、排土场和交通用地面积分别增加了191.77%、100%、68.3%、25.37%、7.29%,三类矿区中,工矿仓储、交通用地斑块数目均明显增加,破碎度增大。
  3、从占地面积上看,2009年与2015年煤矿占地面积均最大,矿坑、排土场、洗矿池、工矿仓储四类景观的占地面积均排第一,占地面积排第二的是萤石矿,锡多金属矿占地面积最小,从斑块数目上看,煤矿的斑块数目在2009和2015年均最大,对草地的破坏最严重。2009年对草地破坏排在第二的是萤石矿,到2015年锡多金属矿对草地的破坏超过萤石矿。排土场、工矿仓储、洗矿池和裸地景观斑块数目均为煤矿>萤石矿>锡多金属矿,整体来看,三类矿中煤矿多样性最大,异质性最强,优势度最低,破碎度最大,对草地连续性影响最大。
  4、从重金属的含量看,煤矿土壤重金属Zn、Cr和Cu在各风向上均表现为随距矿区中心距离的增加而降低的趋势。
  萤石矿土壤重金属Zn、Cr、Cu、Ni、Mn和Co的含量在顺风向上均呈现为随着距矿区中心距离的增加而降低的趋势,逆风向和侧风向上均呈现先增高后降低的趋势。
  煤矿缓冲区内可将6种土壤重金属中的Zn、Cr、Cu元素的来源归为一类,Ni、Mn、Co为另一类,露天萤石矿缓冲区内6种元素中,Mn元素的来源为一类,其他元素的来源为另一类。
[博士论文] 郝兴杰
动物遗传育种与繁殖 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:全基因组关联分析(Genome-wide Association Study,GWAS)和基因组选择(Genomic Selection,GS)已经成为研究人类和动植物复杂性状遗传基础和表型预测的重要手段。随着测序技术的发展,人类和动植物基因组的功能注释不断完善,在GWAS和GS中整合SNP的生物学注释信息将有利于复杂性状遗传基础的挖掘和表型预测准确性的提高。因此,本研究基于混合线性模型分别在GWAS和GS中提出整合功能注释信息的策略和模型,建立了整合先验生物学信息的全基因组最佳线性无偏预测(incorporate Prior biological information in Genomic Best Linear Unbiased Predictor,pGBLUP),整合多种注释信息鉴定性状相关组织(Scalable Multiple Annotation integration for trait-Relevant Tissue identification and usage,SMART)两种遗传学分析方法。本研究的主要研究结果如下:
  (1)建立了pGBLUP模型和方法,通过模拟比较pGBLUP和常见基因组选择方法(GBLUP和BayesR),发现pGBLUP使用生物学注释信息可以提高基因组选择功效,但对注释信息的功能也存在依耐性;
  (2)pGBLUP模型可以被拓展后用于遗传力富集分析,可以准确估计不同功能注释信息的遗传力富集程度,作为衡量不同功能注释对性状性状影响的指标;
  (3)pGBLUP应用于奶水牛基因组选择,奶牛产奶性状QTL区域对奶水牛产奶性状具有中等较弱的遗传力富集(fe<5),在奶水牛样本量有限(412头)的情况下,整合奶牛产奶性状QTL信息以提高奶水牛产奶性状基因组选择的效果不明显,但pGBLUP为将来在小群体中整合先验生物学功能信息进行基因组选择提供了策略;
  (4)pGBLUP应用于仔猪八字腿功能注释信息遗传力富集分析,鉴定出了在仔猪八字腿遗传力上高度富集(fe>100)的7条KEGG信号通路,其中信号通路KEGG_MTOR_SIGNALING_PATHWAY控制肌肉发育,值得进一步深入研究;
  (5)建立了SMART模型和方法,通过模拟测试以及真实数据应用,发现SMART整合多种注释信息有利于准确鉴定性状相关组织(细胞),且利用SMART鉴定的性状相关组织构建的SNP权重,可以提高SNP-set检验功效,在GWAS中鉴定出更多的位点;
  (6)SMART应用于人类复杂性状和基因组功能注释公共数据:根据性状与组织相关性,将43个性状分层聚为5大类,从整合多组学功能注释信息角度发现性状之间的相关关系;同时对不同组蛋白注释信息效应的估计,发现组蛋白H3K4me1和H3K4me3具有较大效应,适合进行基因组功能预测。
  总之,本研究建立了整合功能注释信息的基因组选择方法pGBLUP和全基因组关联分析方法SMART,通过整合功能注释信息提高基因组选择和全基因组关联分析的功效,将为复杂性状遗传基础的研究和表型预测提供新的思路和工具,有助于通过整合和利用动物多组学功能注释信息加快动物的遗传选育。
[硕士论文] 李赞
特种经济动物饲养 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:抗苗勒氏管激素(AMH)是转化生长因子β超家族(TGF-β)成员之一,由雌性动物的卵巢分泌,并通过2型受体(AMHR2)发挥其生物学效应。AMH主要通过抑制原始卵泡的募集、降低有腔卵泡对FSH的敏感性而参与调控卵泡生长发育,AMH还可作为评估卵巢储备能力、预测超排反应的有效标志物。然而,有关AMH基因功能的研究多集中于对类固醇激素的调控上,AMH对卵母细胞体外成熟尤其是卵丘扩展的研究报道较少。因此,本实验以昆明鼠的卵母细胞为研究对象,采用体外培养、RT-PCR、Western Blot、ELISA等方法,分别研究AMH对裸卵和卵丘卵母细胞复合体体外成熟的影响,分析AMH对卵丘扩展的调控作用,为提高卵母细胞的利用率奠定基础。主要研究结果如下:
  (1)AMH及其受体在小鼠卵巢中的表达。通过检测不同日龄小鼠卵巢中AMH及AMHR2的表达,发现AMH和AMHR2在14日龄时表达量最高;还发现AMH仅在卵丘颗粒细胞中表达,而AMHR2在卵丘颗粒细胞与卵母细胞中均有表达,并且AMHR2的表达量随着卵母细胞的发育呈现逐渐下降的趋势,GV期卵母细胞中AMHR2的表达显著高于MI期卵母细胞(P<0.05)。
  (2)AMH对体外培养裸卵成熟率的影响。在裸卵培养液中分别添加不同浓度的rh-AMH(1ng/mL、10ng/mL、100ng/mL),体外培养14h后,发现裸卵的成熟率与AMH浓度呈剂量依赖关系,其中100ng/mL添加组成熟率最高,且均显著高于对照组和低剂量添加组(P<0.05);随着AMH浓度的升高,MPF的含量逐渐增加,BMP15的表达量逐渐升高;此外,AMH添加组能极显著降低胞质中cAMP含量(P<0.01)。可见,AMH可能是通过上调BMP15表达、促进MPF分泌与降低cAMP的途径来促进裸卵的体外成熟。
  (3)AMH对卵丘卵母细胞复合体(COC)体外成熟的影响。将100ng/mL AMH与100ng/mL FSH单独或联合添加于卵丘卵母细胞复合体(COC)体外培养体系,分析AMH对COC体外成熟的影响。结果发现,与对照组相比,添加100ng/mL AMH对COC的体外成熟无显著性影响(P>0.05);与FSH单独添加组相比,AMH与FSH联合添加组中COC的成熟率显著降低(P<0.05),提示AMH能抑制FSH对卵母细胞体外成熟的促进作用;此外,还发现AMH能显著抑制FSH促卵母细胞MPF分泌的作用。
  (4)AMH对体外卵丘扩展的调控作用。将100ng/mL AMH与100ng/mL FSH单独或联合添加于卵丘卵母细胞复合体(COC)体外培养体系,分析AMH对卵丘颗粒细胞扩展的调控作用。结果显示,AMH单独处理组对卵丘扩展没有影响,而FSH添加组能显著促进卵丘颗粒细胞的扩展(P<0.05);与FSH单独处理组相比,AMH与FSH联合处理组能显著降低卵丘扩展指数(P<0.05),提示AMH能抑制FSH对卵丘扩展的促进作用。采用RT-PCR法检测各处理中与卵丘扩展相关基因的表达,发现AMH能显著上调卵丘颗粒细胞中Ptgs2mRNA的表达(P<0.05),而Has2、PTX3和Tnfaip6基因的表达无显著性差异;FSH处理组中Has2、PTX3和Tnfaip6的表达显著升高(P<0.05),而AMH能抑制FSH对Has2、PTX3和Tnfaip6基因表达的上调作用。
  综上所述,高浓度AMH能显著促进裸卵的体外成熟,但对COC的成熟及卵丘扩展无影响,且AMH能抑制FSH促COC体外成熟及促卵丘扩展的作用。
[硕士论文] 苏日高格
草业科学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:大针茅草原是典型草原最具代表性的草地类型之一,是我国典型草原主要的放牧草场和割草场。大针茅(Stipa grandis)作为典型草原优良牧草,具有营养价值高、易消化和被牲畜喜食的特点。本文以典型草原建群种大针茅种群特征变化为研究对象,研究其对于不同放牧率条件下的变化。基于点格局分析理论,使用成对相关函数并选择完全空间随机模型,结合大针茅种群地上数量形态特征和种群结构变化特征,对典型草原大针茅种群对不同放牧率的变化和适应性特征予以分析。研究结果如下:
  1.大针茅种群整体数量和个体叶片性状指标随放牧率的增强表现出先升后降的变化。平均高度、平均分盖度、地上现存量干重和重要值,在轻度放牧条件下,在所有放牧率内均达到最高,在重度放牧条件最低。自然叶宽、完全叶宽、叶长、叶高、叶干重,叶卷曲度,叶长宽比在轻度放牧水平下达到最高值,同时在重度放牧下呈现最低水平。
  2.轻度放牧率加剧了株丛个体的生长和繁殖拓展能力,种群数量特征优于未放牧处理。但放牧压超过临界值后,即在重度放牧率条件下,株丛个体的生长和分蘖受限,种群数量特征呈现降低。不同放牧率下不同株丛大小的大针茅种群密度,整体呈现先增后减的变化趋势,在G级和H级(株丛径51-90cm)达到最高点。随着株丛径和放牧压的增大,大针茅种群植株空心化呈增大趋势,F级(株丛径41-50cm)开始株丛空心化在所有放牧率上达到50%左右,并且各放牧率间开始产生差异。根据Godorn指数得出,大针茅种群的最稳定的情况出现在轻度放牧处理。
  3.放牧条件下的大针茅种群空斑总面积显著高于未放牧条件(P<0.05),而种群领地面积、分布密度和领地密度显著低于未放牧条件(P<0.05)。针茅种群在不同放牧率条件下,小尺度内均呈现聚集分布状态。随着空间尺度的增加,种群趋于随机分布或均匀分布。在未放牧和中等载畜条件下,大针茅种群空间格局分布规律趋同,小尺度上聚集分布呈增加趋势。在放牧率持续增强的条件下,随机分布的空间尺度逐渐扩大。
  总之,大针茅种群对放牧的适应性表现为:与对照处理相比,轻度放牧率下,大针茅种群空间格局的聚集尺度降低,以随机分布模式为主,即在空间上采取收缩策略,并通过增加高度、枝条密度以及生物量进行株丛个体内部调节,重要值明显增高;中度放牧率下,种群在空间格局上仍以聚集分布为主,种群数量特征上无显著变化,重要值维持不变;重度放牧率下,大针茅种群空间上由集聚分布向随机分布转变,种群特征高度、枝条密度和生物量降低,株丛数量调节失灵,产生斑块破碎化,重要值显著下降。
[硕士论文] 李瑾
草地资源利用与保护 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:长期过度放牧导致内蒙古草原严重退化,草原生态和生产功能受损,严重制约牧区畜牧业经济的可持续发展。草原退化演替是在干扰和胁迫影响下物种地位发生变化而产生优势种更替的过程。物种对干扰和胁迫表现不同适应和竞争策略,是决定其能否在群落中占优势的主要原因。过度放牧造成土壤养分减少,由于容易被固定和扩散率低等因素,磷元素在退化过程中更易对植物生长产生限制作用。因此本文选取内蒙古典型草原优势植物羊草和退化后期优势植物冷蒿为研究对象,采用盆栽沙培试验,在不同磷处理(P1=25mg·kg-1、P2=25mg·kg-1)下设置羊草单种、冷蒿单种和两者混种的种植方式,通过分析羊草和冷蒿在不同磷素水平下种间关系变化及养分吸收利用情况,并从生理生化和分子水平上,利用分子生物学、生物信息学手段初步探讨羊草、冷蒿在不同磷环境中养分吸收利用策略变化的机制。主要发现如下:
  1、通过对两种植物不同处理下的生物量及氮磷含量的测定和氮磷吸收利用效率的计算,发现在低磷环境中,羊草和冷蒿混种时两种植物生物量均有所增加,表现为正相互作用,同时由于冷蒿其氮磷吸收效率大幅增加导致其生物量增加的幅度也较大,所以在低磷环境下冷蒿表现出更强的生存能力,最终成为草地退化群落的优势物种、草地退化的阻击者。而高磷环境下,羊草和冷蒿混种时种间关系变为负相互作用,即竞争关系。混种降低了冷蒿的氮磷吸收效率,提高了羊草氮磷吸收、利用效率,使之有效的改变了生物量累积,在与冷蒿的竞争环境中表现出较强的竞争力,因此这可能是羊草成为典型草原优势物种的原因之一。
  2、通过对羊草、冷蒿不同环境条件下酸性磷酸酶活性、有机酸含量和可溶性蛋白质含量的研究,可以发现两种植物对不同环境中磷效率的提高内部响应机制不同。羊草和冷蒿应对磷缺乏时根系分泌的物质含量截然不同。低磷时,混种羊草通过提高酸性磷酸酶活性增加对磷素的吸收,混种冷蒿则主要通过乙酸含量的增加提高对磷素的吸收。高磷时,混种羊草降低了酸性磷酸酶活性、苹果酸和乙酸含量,混种冷蒿降低了酸性磷酸酶活性、提高了乙酸含量。
  3、根据Illumina HiSeq2000平台对羊草和冷蒿各处理根系的测序结果,羊草转录组共获得11696G数据,冷蒿转录组共获得14030G数据。在对比羊草、冷蒿各比较组的差异表达基因及富集情况后分析了有关植物激素信号传导途径,与磷效率相关调控基因(与磷转运蛋白、酸性磷酸酶、有机酸分泌、转录因子有关的基因),结果发现在高磷环境下混种时诱导羊草增强了激素信号传导途径、增加了上述基因的表达,而同处理下冷蒿对相同功能基因的诱导表达量较少。这说明在高磷环境中,当两植物存在竞争作用时,在分子水平有不同的机制调控磷效率,从而影响植物生长。在高磷环境混种时,由于羊草的调控途径比冷-蒿多,说明羊革在高磷环境下更有竞争力。
[硕士论文] 邬杨楠
动物遗传育种与繁殖 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:畜禽种质资源是维持生态安全、农业稳定的重要资源,它推动着经济的繁荣与社会的进步。重要的家养动物种质资源应该受到重视,并得到有效的保护。间充质干细胞可以在体外快速增殖并且可以向其他细胞分化。这些优点使得它们成为畜禽种质资源保存研究的新渠道。本实验以肉鸡真皮来源和鹅心脏来源的间充质干细胞为实验对象,在体外对细胞进行了分离培养、生物学特性研究和诱导分化研究,并得到以下结果:
  1.利用胶原酶Ⅰ和胰蛋白酶分离得到肉鸡真皮间充质干细胞(Dermal Mesenchymal Stem Cells,DMSCs),并在体外条件下培养31代,细胞形态主要为长梭形。RT-PCR鉴定结果显示,细胞表达CD73、CD29、CD44,和CD71基因。免疫组织化学方法检测结果显示肉鸡DMSCs阳性表达CD105、CD90、CD73和CD44表面标记物。通过流式细胞仪分析,CD29、CD44和CD73在肉鸡DMSCs中高表达。DMSCs的生长曲线为明显的“S”形,与细胞在体外增殖的通常规律基本吻合。DMSCs的群体倍增时间和克隆形成能力的结果表明细胞的增殖能力随着代次的升高而减弱。研究表明肉鸡DMSCs能够在一定的条件下被分化为成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞,通过特异性染色和RT-PCR鉴定证明肉鸡DMSCs向这三种细胞成功分化。
  2.利用胶原酶Ⅱ和胰蛋白酶分离得到鹅心脏间充质干细胞(Heart-derived Mesenchymal Stem Cells,HMSCs),并在体外培养21代,细胞形态特征呈现梭状。RT-PCR和免疫组化检测检测结果都显示细胞表达CD29,CD34,CD73,CD166和CD44等MSCs特异基因。通过流式细胞术分析,CD29,CD34,CD73,CD166和CD44在鹅HMSCs中高表达。HMSCs的生长曲线表明HMSCs经过短暂潜伏期,进入迅速增殖的对数期,而后进入稳定期和衰亡期,呈现出明显的“S”形,与细胞体外生长的基本规律吻合。群体倍增时间结果表明HMSCs的增殖能力随着代次的升高逐渐减弱。通过在培养基中加入适当的诱导因子对HMSCs进行体外诱导分化实验,通过特异性染色和RT-PCR等方法对实验结果进行检测。实验结果表明,HMSCs成功被分化为成骨细胞、脂肪细胞和软骨细胞,说明鹅HMSCs可以向多个方向诱导。
  综上所述,本实验成功分离培养了肉鸡DMSCs和鹅HMSCs,并且对它们进行了生物学特性研究和诱导分化研究。结果显示,肉鸡DMSCs和鹅HMSCs均表现出MSCs特有的生物学特性。实验结果对畜禽种质资源保存具有重要的意义,并且为再生医学和组织工程学提供了实验依据。
[博士论文] 李振旺
农业遥感 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:草地生产力是草原生态系统物质与能量运转的基础,为草原所有有机体生命提供了最基本的生产资料。草地生产力研究为合理开发、利用草地资源提供了科学依据。遥感技术的应用促进了草地生产力模型产品的发展和广泛使用,其中,光能利用率(LUE)模型由于其简单的原理和可以使用遥感数据进行大尺度监测,为植被生产力估算主要方法。虽然LUE模型都遵循相同的原理,但模型为了突出各自特点使用不同的公式和参数化方案,模型对不同生态系统生产力的模拟能力也有较大差异。开展草地生产力及其关键光合参数(叶面积指数(LAI)、吸收光合有效辐射比例(FPAR)和LUE)的遥感产品验证及反演研究对于促进遥感产品在中国草原区深度使用并提高草地生产力模拟精度有重要意义。本研究紧密围绕草地生产力及其关键参数(LAI/FPAR/LUE)反演与验证方法研究,开展了国际主流遥感产品验证及光合参数遥感反演工作;基于中国北方草地定点观测数据与地面实验资料,结合国内外多源多尺度卫星遥感数据(环境、哨兵-2、Landsat7&8、MODIS、GOME-2等),进行了中国北方草原区总初级生产力(GPP)/LAI/FPAR遥感产品真实性检验和误差来源分析;针对遥感产品存在的问题,通过多算法对比,发展了适合于中国北方草原的LAUFPAR反演模型,探索了基于光化学植被指数(PRI)和日光诱导叶绿素荧光(SIF)的草地LUE/GPP遥感反演算法,研究主要结论如下:
  1.基于Chinaflux和Fluxnet涡度数据开展了中国北方草原区GPP遥感产品验证与误差来源分析。结果显示,不同GPP产品在不同草地类型表现各异。从总体精度上来看,BESS GPP>MODISGPP>VPMGPP。在高寒草甸草原,VPM GPP和MODIS GPP产品有轻微低估,但在位于干旱、半干旱的典型草原区,三个产品均有不同程度的高估,干旱年份高估更加严重。通过误差来源分析发现,MODIS GPP产品较大的波动主要是由于做为产品模型输入的FPAR和饱和水汽压差(VPD)两个参数较剧烈的波动导致;VPM GPP产品在生长季中期较大的偏差是由于MODIS EVI产品在生长季中期与涡度GPP时间变化明显不一致引起;另外,产品模型输入参数对干旱敏感性不如GPP对干旱条件的敏感导致了三个产品在干旱年份相比于正常年份有更严重的高估。
  2.LAI/FPAR遥感产品做为LUE模型和MODIS GPP产品重要输入,开展对相关产品验证对理解产品误差来源有重要意义。结合呼伦贝尔站和全国遥感产品真实性检验网观测数据,开展了针对VEGETATION GEOV1和MODIS LAI/FPAR产品的验证。结果表明GEOV1 LAI产品相对于MODIS LAI产品更接近于地面测量情况,两个产品在草甸草原有40%-50%的高估,另外MODISLAI产品在LAI值大于3.0m2/m2的情况下有明显的低估。针对FPAR产品,MODIS FPAR产品相对于GEOV1 FPAR产品更接近于地面测量情况,两个产品在农田和针叶林站点精度较高,但在草甸草原有40%-50%的高估。另外、MODIS LAI/FPAR产品都表现出了较大波动的年度变化曲线。通过误差来源分析发现,模型输入反射率产品的不确定性(较粗的空间分辨率)、模拟反射率值和测量反射率值之间的不一致性以及较短的时间分辨率(8天)是导致MODIS LAI/FPAR产品异常波动的主要原因。
  3.开展了呼伦贝尔草甸草原LAI遥感反演算法对比和高时空分辨率制图。首先,发展了基于偏最小二乘回归(PLSR)、人工神经网络(ANN)、随机森林(RF)、辐射传输模型和地统计方法对草甸草原LAI的反演算法,并对模型表现进行了对比。结果发现:地统计方法精度最高,但需要大量地面数据支持,模型仅对建模地区和建模时间有效,不能用于其他情景;随机森林法表现了较高的精度和很好的稳定性,在植被冠层参数反演上表现出了很大的潜力;辐射传输模型在不同空间分辨率LAI反演上都有较高的精度,但该算法比较耗时、对计算机要求比较高、在大尺度上精度还有待验证。另外结果还发现Sentinel-2和Landsat数据有很好的一致性,Sentinel-2数据的使用能有效的增加地面观测频率。基于发展的LAI反演算法,论文还利用了时间自适应反射率融合模型(STARFM)与LAI反演辐射传输模型(PROSAIL)对Landsat、Sentinel-2和MODIS数据进行融合生成了每天30m分辨率的草地LAI数据。结果显示,STARFM融合算法在均质草地上有较好的表现,但对于异质性较强的地表融合效果较差。
  4.开展了两种基于遥感方法(PR1方法和荧光方法)的中国北方草地LUE和GPP反演研究。通过建立PRI-LUE关系发现,卫星观测角度和冠层结构都对PRI-LUE关系有较大影响。虽然PRI和LUE展现了一定的相关性,而且加入气象因子会提高两者关系,但相比于EVI和NDVI等植被指数并没有展现明显的优势,利用PRI在大尺度反演植被LUE和GPP还有较大困难。而通过荧光数据来估算LUE和GPP在8天尺度和月尺度上都有非常好的相关性,通过荧光方法来估算LUE和GPP较适用于植被覆盖度较高区域,对于植被覆盖度较低的区域仍存在较大不确定性。
  研究对于提高草原生产力遥感模拟精度以及遥感产品在中国草原区的应用提供了理论依据,同时也为中国北方草地生产力和碳循环模拟监测提供了新的手段,将对全球碳循环研究具有重要意义。
[硕士论文] 吝常华
动物营养与饲料科学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:本论文研究了豆粕、玉米、小麦三种饲料原料的固态发酵工艺,同时分析了发酵对原料营养物质的影响,并以爱拔益加(AA)肉鸡作为试验动物,对发酵原料表观代谢能与回肠氨基酸消化率进行评定。
  试验一采用正交试验设计,以发酵产物小肽为指标,对解淀粉芽孢杆菌L2单菌及混菌固态发酵豆粕的接种量、温度、料水比和发酵时间四个条件参数进行了优化,并分析发酵工艺对豆粕营养成分的影响。结果表明,解淀粉芽孢杆菌单菌固态发酵豆粕的最佳工艺条件为:接种量为10%,温度为40℃,料水比为1∶1.2,发酵时间为72h;混菌固态发酵豆粕的最佳工艺条件为:接种量为15%,温度为31℃,料水比为1∶1,发酵时间为120h。与发酵前相比,单、混菌发酵豆粕小肽含量分别显著提高了9.61倍(P<0.05)和7.69倍(P<0.05);大豆球蛋白分别降低52.64%和40.74%,均达到显著水平(P<0.05);蛋白分子大小得到显著降解(P<0.05);总酸和pH发生明显变化;营养成分明显改变;营养价值得到一定程度的改善。
  试验二采用正交试验设计,以发酵产物可溶性糖为指标,对枯草芽孢杆菌D2单菌及混菌固态发酵玉米的接种量、温度、料水比和发酵时间四个条件参数进行了优化,并分析发酵工艺对玉米营养成分的影响。结果表明,枯草芽孢杆菌单菌固态发酵玉米的最佳工艺条件为:接种量为10%,温度为40℃,料水比为1∶1.2,发酵时间为72h;混菌固态发酵玉米的最佳工艺条件为:接种量为15%,温度为37℃,料水比为1∶0.9发酵时间为72h。与发酵前相比,单、混菌发酵玉米可溶性糖分别显著提高了49.93%(P<0.05)和52.78%(P<0.05);淀粉含量得到显著降解(P<0.05);总酸和pH发生明显变化;营养成分明显改变;营养价值得到一定程度的改善。
  试验三本试验从土壤中分离筛选出一株能够降解小麦木聚糖的菌株J9,经鉴定为多粘类芽孢杆菌。采用正交试验设计,以发酵产物中木聚糖含量为指标,对多粘类芽孢杆菌J9单、混菌固态发酵小麦的接种量、温度、料水比、时间四个参数进行了优化,并分析了发酵工艺对小麦营养成分的影响。结果表明,多粘类芽孢杆菌单菌固态发酵小麦的最佳工艺条件为:接种量为5%,温度为35℃,料水比为1∶0.8,发酵时间为72h;混菌发酵小麦的最佳工艺条件为:接种量为12%,温度为40℃,料水比为1∶0.8,发酵时间为96h。与未发酵小麦相比,单、混菌发酵小麦木聚糖含量分别显著降低60.92%(P<0.05)和60.75%(P<0.05);小麦提取液黏度分别降低了20.15%和37.47%,且均达到显著水平(P<0.05);总酸和pH发生明显变化;营养成分明显改变;营养价值得到一定程度的改善。
  试验四选用168只22日龄AA肉公鸡,随机分成7个组,每组6个重复,每个重复4只鸡。其中1组为基础日粮,其他6组分别饲喂发酵前后的豆粕、玉米、小麦为基础原料的6种日粮,采用二氧化钛为指示剂部分收粪法测定原料发酵前后肉鸡的表观代谢能。结果表明,单菌固态发酵豆粕,混菌固态发酵的玉米和小麦的肉鸡AME较发酵前分别显著提高19.21%(P<0.05)、6.90%(P<0.05)和7.03%(P<0.05)。
  试验五选用168只25日龄AA肉公鸡,随机分成7个组,每组6个重复,每个重复4只鸡。其中1组为无氮日粮,其他6组分别饲喂发酵前后豆粕、玉米、小麦为单一原料的日粮,采用二氧化钛为指示剂收集回肠末端食糜法测定原料发酵前后肉鸡氨基酸表观回肠消化率和标准回肠消化率。结果表明,与未发酵处理相比,发酵豆粕大多数氨基酸的AID和SID降低,但差异不显著(P>0.05),而发酵玉米多数氨基酸的AID和SID得到提高,但差异不显著(P>0.05),发酵小麦大多数氨基酸的AID和SID显著提高(P<0.05)。
[博士论文] Estifanos Tsegaye Redda
植物病理学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:木霉菌是一类常见的真菌,广泛分布于世界各地,在工业和农业中具有显著的经济价值。从内蒙古自治区草原生态系统和森林生态系统采集的土壤中分离出木霉菌,然后对木霉菌种进行鉴定,并对其区域分布、生物多样性及潜在生物防治能力进行评价。主要研究结果如下:
  1、内蒙木霉菌资源多样性。2014-2016年,从内蒙古草原和森林生态系统共采集土样711份,共分离得到417个木霉菌株,采用形态学和分子鉴定相结合的方法,共鉴定出21个已知木霉种:T.cf harzianum(205),T.longibrachiatum(112),T afroharzianum(27),T koningiopsis(16),T.asperelloides(13),T.hamatum(9),T.rossicum(7),T.citrinoviride(7),Talni(3),T konilangbra(2),T.harzianum(3),T saturnisporum(1),T.crassum(2),T velutinum(2),T.guizhouense(1),T.gamsii(2),T.sinuosum,T.atroviridis,T.koningii,T.virens and T.polysporum。其中T.cf harzianum,T longibrachiatum,T.afroharzianum,and T.koningiopsis为优势种,优势度(Y)值分别为0.1095,0.0476,0.00276和0.00058。木霉菌的种类数量,分离株的数量和优势种在不同地区之间有所不同。锡林郭勒和呼伦贝尔的多样性最高,反映在种类数最高(16种和12种)以及木霉菌株单倍型的Shannon-Wiener多样性指数最高(1.506和1.94)。结果表明,草原地区的木霉菌生物多样性因地区而异。此外木霉菌的分布因海拔高度的不同而有差异,海拔1000-1500米之间集中了最多的木霉菌菌种15(种)。木霉菌的分布因生态环境的不同而有差异,它广泛分布于草原与森林生态系统,分布最广的是T.cf.harzianum。另外,基于ITS、RPB和TEF-1α三个区间的联合序列,构建体统进化树,我们发现内蒙古的木霉菌种群中,CTCCSJ-G-HB41038、CTCCSJ-G-QT40324、XZ N236-3、CTCCSJ-G-HB40405、CTCCSJ-G-HB40039和CTCCSJ-G-HB40101菌株进化分支显示有木霉菌新种或中间种的存在。
  2、内蒙木霉菌株拮抗作用多样性研究。对分离得到的21种380株木霉菌,通过平板对峙实验评价其对尖孢镰刀菌(FO)、立枯丝核菌(RS)和灰葡萄孢菌(BC)的拮抗效果。结果表明,380株木霉菌株对FO、RS和BC的拮抗作用存在差异,对FO的抑制率在10.12-70.70%之间,对BC抑制率在44.18-82.98%之间,对RS抑制率在35.07-88.07%之间。其中,有195株菌表现出很强的拮抗潜力,对FO菌丝体生长的抑制率超过50%,有319株和377株木霉菌株分别对RS和BC的菌丝生长的抑制率超过50%。并且,有47株木霉菌菌株对三种病原菌的菌丝生长的抑制率均超过50%,而且对于三种病原菌的重寄生作用大于30。此外,我们对T.cf.harzianum菌种内部的拮抗作用的多样性进行了研究分析,发现它们的进化分组与病原菌的拮抗作用间没有明显的相关性。
  3、内蒙木霉菌生防作用多样性。对分离获得的417株木霉菌进行了黄瓜试管苗促生和防病研究。其中90株防治黄瓜枯萎病防效高于50%,186株有防效,但低于50%,29株无防效,112株促进发病。90株防效最好的菌株中T.cf.harzianum(T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8,T10)和T.atroviride(T9)的病害发病率最低(0%),相对防效达100%。
  4、内蒙木霉菌水解酶多样性研究。对拮抗功能评价中表现较好的30株木霉菌分别检测其不同类型的水解酶活性。所有检测的木霉菌株均产生细胞壁降解酶(几丁质酶,β-1,3葡聚糖酶和纤维素酶)。各种降解酶的酶活各不相同,结合离体实验,我们发现至少某一种降解酶的活性与木霉菌的拮抗作用直接相关,如CTCCSJ-F-KY40053(T afroharzianum)对FO(70.70%)、BS(81.09%)和RS(67.44)都具有很高的抑制作用,它的几丁质酶活性最高,另外对于β-1,3葡聚糖酶和纤维素酶活高的分离物分别是CTCCSJ-G-QT40113(T.longibrachiatum)和CTCCSJ-G-HB40457(T guizhouense),它们分别对于FO抑制作用是54.41%和43.20%、对于BC抑制作用是78.31%和66.54%、对于RS抑制作用是71.20%和66.17%。以上结果反映了木霉菌不同菌株在降解酶活性上的多样性情况。
[硕士论文] 刘成新
食品加工与安全 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:本论文主要以饲料样品为研究对象,利用高效液相色谱氢化物发生原子荧光光谱法(HPLC-HG-AFS),对样品的提取条件进行选择,仪器的色谱条件、光谱条件进行选择与优化,分别建立硒、砷、汞三种元素的不同形态检测方法。具体研究结论如下
  (1)建立了富硒酵母中硒酸[Se(Ⅵ)]、亚硒酸[Se(Ⅳ)]、硒代蛋氨酸(SeMet)、硒甲基硒代半胱氨酸(SeMeCys)和硒代胱氨酸(SeCys2)等5种硒形态的高效液相色谱-氢化物发生原子荧光光谱(HPLC-HG-AFS)分析方法。样品采用超声探针辅助酶法,用25mmol/L磷酸氢二铵为流动相进行等度洗脱,经PRP-X100阴离子交换色谱柱分离后用HG-AFS测定。结果显示,5种硒形态标准曲线的线性关系良好(R2≥0.9995),方法检出限为1~10μg/kg,方法平均回收率为858%~1025%,日内相对标准偏差≤61%,日间相对标准偏差≤96%。通过对实际样品的分析,表明富硒酵母中主要的硒形态为Se(Ⅳ)、SeMet以及少量的SeMeCys。本方法前处理时间短、方法简单、可操作性高、检测费用低、灵敏度高,适用于富硒饲料产品中硒元素的形态分析。
  (2)建立了饲料中亚砷酸盐[As(Ⅲ)]、砷酸盐[As(Ⅴ)]、一甲基砷酸(MMA)、二甲基砷酸(DMA)、对氨基苯胂酸(p-ASA)、羟基苯胂酸(4-OH)和洛克沙胂(ROX)等砷的7种不同形态的高效液相色谱-氢化物发生原子荧光光谱(HPLC-HG-AFS)分析方法。样品采用甲醇水(11)溶液提取,15mmol/L磷酸氢二铵和10mmol/L邻苯二甲酸氢钾为流动相进行梯度洗脱,经PRP-X100阴离子交换色谱柱分离后,由HG-AFS测定。结果显示,7种砷形态标准曲线的线性关系良好(R2≥09964),方法检出限为5~30μg/kg,平均回收率为763%~1081%,日内相对标准偏差≤77%,日间相对标准偏差≤174%。该方法能快速分析测定饲料中砷的7种形态,并具有安全无污染,检测成本低等优点,适用于大批量饲料样本中砷的形态分析,可在饲料行业推广使用。
  (3)建立了饲料中无机汞(Hg2+)、甲基汞(MeHg)、乙基汞(EtHg)3种不同汞形态的高效液相色谱-氢化物发生原子荧光光谱(HPLC-HG-AFS)分析方法。样品采用5mol/L盐酸溶液进行超声提取,3%乙腈+60mmol/L乙酸铵+10mmol/LL-半胱氨酸为流动相进行等度洗脱,经Venusil MP C18色谱柱分离后,由HG-AFS测定,可在10min内完成3种汞形态的检测。结果显示,3种汞形态标准曲线的线性关系良好(R2≥09976),方法检出限为2~5μg/kg,平均回收率为795%~1038%,日内相对标准偏差≤113%,日间相对标准偏差≤211%。本方法操作简单快捷、安全无污染、检测费用低,适用于饲料产品中汞的形态分析。
[硕士论文] 胡言青
动物遗传育种与繁殖 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:PNPLA5是PNPLA家族中的一员,具有酯酶活性,在细胞内过表达能够降低甘油三酯的含量。前期研究表明PNPLA5基因主要在雄性大鼠的皮肤、睾丸及附睾组织中表达,其基因缺失引起血脂代谢紊乱,主要表现为血清总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平显著升高。腊代谢紊乱通常会引起雄性睾酮合成量降低、睾丸生精上皮细胞凋亡异常增多,畸形精子率升高等病理变化。本实验室初步研究发现PNPLA5基因敲除显著降低了雄性大鼠的受胎率,但其具体分子机制尚不清楚。因此本研究以PNPLA5基因敲除型雄性大鼠为实验组,野生型大鼠为对照组,研究该基因对雄性繁殖性能的影响及可能的分子机制,可能为家畜繁殖研究提供重要的理论依据。本研究中,我们扩大了PNPLA5基因敲除鼠的样本数量,检测了PNPLA5敲除雄性大鼠的受胎率、平均产仔数、精子形态、精子运动以及睾丸组织病理学变化。结果发现与野生型大鼠相比,PNPLA5敲除大鼠的受胎率显著降低(p<0001),但平均产仔数没有显著变化(p>005)。PNPLA5敲除大鼠精子尾部弯曲,曲线运动速度及渐进运动精子的百分数显著降低(p<005,p<001),同时α-tubulm蛋白表达量下调。HE染色发现,PNPLA5敲除大鼠睾丸组织结构疏松,排列紊乱、上皮细胞脱落至管腔。Tunel染色发现,敲除组睾丸生精上皮细胞凋亡数目异常增多,Western blot检测凋亡相关蛋白表达水平发现,敲除型大鼠睾丸组织中促凋亡基因Bax的表达量明显上调,抑凋亡基因Bcl-2的表达量显著下调,同时凋亡效应因子Caspase-9表达量上调。综上所述,我们推测PNPLA5基因敲除可能通过影响大鼠精子形态、精子运动以及睾丸组织中正常的精子发生过程,最终导致雄性大鼠繁殖性能降低。
[博士论文] Awet Estifanos Gebre
动物营养与饲料科学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:随着人口增长和生活水平的提高,人们对畜产品的需求量越来越大畜牧业生产的主要成本是饲料成本,农副产品是最丰富的饲料资源,包括玉米秸秆,稻草秸秆、麦秸等。秸秆作为重要的粗饲料资源,在饲料中应用广泛,同时也是生物燃料、商业产品的重要原料。反刍动物日粮中,秸秆是重要的粗饲料来源,能补充物理有效纤维。在作物秸秆类饲料中,玉米秸秆是最重要的饲料,但它的营养价值偏低,主要以纤维素、半纤维素和木质素为主。玉米秸秆的细胞壁结构复杂,难以被瘤胃微生物分泌的酶降解,导致利用率偏低。另外,玉米秸秆的木质纤维中有很多的酚酸,酚酸是纤维素酶的抑制剂,导致纤维素酶催化效率下降。所以,人们通常对秸秆进行一定的预处理,再进行利用。生物燃料领域通过预处理,提高秸秆等生物质的糖化从而提高生物燃料的产量纤维素结晶度指数(CRI)还没有被用来作为一种间接的秸秆营养或抗营养成分测定的评价指标。因此,本研究目的是利用纤维素的结晶度指数(CRI),评估玉米秸秆的营养和抗营养成分。
  为了借鉴生物燃料领域的秸秆预处理技术,对多篇研究性论文进行了综述。在预处理技术方面,虽然大多数预处理技术都使用对动物有毒的催化剂和化学物质,但是还有许多其他的安全技术,包括高温液态水(LHW)和氨纤维爆破(AFEX)处理,是处理秸秆的有效、经济的方法。
  在第二个研究工作中,以氢氧化钙、尿素-氢氧化钙、蒸汽爆炸和氨处理方式对玉米秸秆进行预处理,检测酚酸、营养素和结晶度指数(CRI),营养成分和酚酸含量数据均采用皮尔森相关分析和主成分分析(PCA)方法分析。主成分分析表明酚酸成分聚集在一组而结构成分中除了CrI、aNDF和ADFom其他数据都不聚集成组。有趣的是,CP、木质素(SA)和灰分与酚酸组分聚集在一起。皮尔森相关分析和主成分分析分析确定了CRI与酯基阿魏酸含量之间的负相关关系。这表明蒸汽处理与尿素-氢氧化钙处理对玉米秸秆营养和酚酸的变化有类似的作用模式。
[硕士论文] 张玉静
农业遥感 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:气候变化影响草原植被在不同物候期的生长状况,草原物候期又影响地表和大气之间水分和物质能量的交换。研究草原植被物候期与气候因子的时空变化特征,探索物候变化对气候变化的响应,对实现放牧优化管理和揭示草原生态系统对全球气候变化的响应机制具有重要的科学意义。本文利用2000~2015年MOD09Q1数据集,采用D-L拟合法对NDVI时间序列进行重建,利用动态阈值法对呼伦贝尔草原植被物候期进行提取,通过分析植被多年物候期时空分布特征、气候因子时空变化特征以及物候期与气候因子的关系,得出以下结论:
  (1)返青期发生时间介于4月至6月上旬(平均为第138d),大部分地区的返青期发生在5月中下旬,占总面积的百分比为74.13%。枯黄期发生时间介于9月至10月下旬(平均为第277d),9月下旬的占比最大达到36.75%。生长季长度主要在3.5~6个月之间(平均为136d),4~4.5个月之间所占比例最大为38.07%。
  空间上,西部和北部返青期较早,枯黄期较晚,生长季长度最长;中东部返青期较晚,枯黄期较早,生长季长度较短。返青期和枯黄期均以提前趋势为主,分别在61.2%和63.83%的像元上表现为提前趋势。生长季长度以延长趋势为主,延长趋势的占比为54.95%。
  温性草原、温性草甸草原和低地草甸的平均返青期分别为第98、141和102天,平均枯黄期分别为第245、279和237天,平均生长季长度分别为148、138和134天。温性草原和低地草甸的返青期和枯黄期相较温性草甸草原都呈显著的提前趋势,返青期每10年分别提前43天和64天,枯黄期每10年分别提前54天和59天。生长季长度变化趋势都不明显,温性草甸草原和低地草甸呈延长趋势,而温性草原呈缩短趋势,每10年缩短约11天。
  (2)呼伦贝尔草原温度从南向北随着纬度的升高,温度逐渐降低。降水空间上呈现由东向西逐渐递减的趋势。北部温度呈升高趋势,而南部和中部地区温度呈微弱的降低趋势或无变化趋势。降水多数地区呈升高趋势,集中分布在中部和东部地区,降水减少的区域相对较少。春、夏、秋季温度均表现为降温趋势,冬季温度呈现升温趋势。春季和夏季降水量主要表现为上升趋势,而秋季和冬季降水量整体为下降趋势。
  (3)返青期与年均温、年降水主要呈正相关性,在较低纬度地区温度升高、降水增多促使返青期推迟,而在纬度较高、海拔较高地区促使返青期提前。冬春季温度升高会使返青期提前。冬季降水会使返青期提前,而春季降水会使返青期推迟。
  年均温和年降水对枯黄期的影响主要表现为负相关性,秋季温度越高的地方植被生长季结束的越早。春季降水对枯黄期的影响最大,春季降水会使枯黄期提前。
  生长季长度与年均、夏、秋季温度呈负相关总数所占比例都很高,温度越高,生长季长度越短,而春季和冬季温度则表现出促进作用。年降水对生长季长度总体上呈负相关所占比例较高。春季降水对植被生长表现出了较强的抑制作用,同时秋季降水表现出了很强的促进作用。
[博士论文] 陈桂鹏
信息技术与数字农业 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:在畜产品品质要求提升、环保压力增大的背景下,畜牧养殖逐步回归到绿色生态养殖模式。智慧牧场是畜牧业新的发展趋势,因此我国政府大力支持畜牧业智能装备研发。目前野外牲畜信息采集面临感知能力有限、数据收集难、设备功耗高、供电时间短等问题,这些是困扰牧场管理全面走向智能化的重要障碍。因此研究牲畜生理体征信息感知方法、便捷的数据交互方式、长期信息监测等,为提升决策、管理智能化水平等方面意义重大。
  本文针对野外自由放养模式下长期、便捷采集信息的需求,综合了LoRa、能量收集与3D打印等技术,开发了适合放养模式下的低功耗、远距离、网络结构简单、自供电的数据交互通用平台。
  牛是我国肉类消费的主要畜产品,本文以牛生理疾病的重要临床特征——进食与反刍作为感知研究的重点,通过其共性特征——咀嚼,结合传感器、信号处理、人工神经网络等技术,研发了牛咀嚼感知、频率提取以及分类方法。
  本文的主要研究成果体现在以下几个方面:
  (1)本文采用非接触角度测量原理,将牛咀嚼过程中上下颚的运动转化为角度运动进行测量。精选非接触磁编码器AS5600作为角度感知芯片,将机械部分与电子部分隔离,间接测量牛咀嚼过程,并结合3D打印技术设计咀嚼测量辅助穿戴配件。实验结果表明,咀嚼测量正确率可达98.4%。
  (2)在研究牛咀嚼行为特征的基础上,选取了咀嚼数据与头部姿态数据作为有效咀嚼分类源数据,通过取样处理后,对咀嚼数据采用Smooth平滑滤波,提取波峰与波谷,获得其峰与谷均差值,由FFT获取咀嚼频率,对头部姿态数据进行均值化处理。通过采用BP神经网络在Matlab软件上进行学习,达到预期后,将网络的权值与阈值导入微控制器中,并在其中实现BP神经网络分类算法。实验结果表明,非咀嚼正确率达到了100%;进食正确率为70.7%,反刍正确率为92.3%,并可提供正确率达93.96%的咀嚼频率值,作为行为量化值。
  (3)本文利用SMT32cubmx开发平台,采用LoRa的SX1278芯片实现星型网络组网开发,构建了放养条件下的低功耗、远距离的数据收集模式;以太阳能作为能量来源,集合BQ25504能量收集芯片,拓展了太阳能的转化效率,缩减了设备体积,易于穿戴,实现了设备长期供电。
  本文研究的创新点:
  (1)本文研发的牛咀嚼传感器属于原始创新,将复杂的咀嚼过程简化为角度测量,简化了感知结构,具有准确率高,抗干扰强的特点,为科研与生产应用提供了一种有效咀嚼测量方法。
  (2)本文采用了BP神经网络作为咀嚼分类的核心算法,在有限的微控制器资源的基础上,实现了BP神经网络的在线实时处理。提高了节点的智能化水平,降低设备功耗。进食与反刍分类的同时,可提供咀嚼频率作为行为量化数据,以提高决策能力。
  (3)开发了自供电、远距离的数据无线传输系统,具有结构简单、覆盖范围大的特点。只需更换传感器及佩戴方式,即可实现不同牲畜、不同体征的远程监测。
[博士论文] 罗建川
草地资源利用与保护 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:呼伦贝尔草原是世界闻名的草原,一直以来备受国内外重视和关注,不少学者从生产、生态、生活等多方面对其展开了研究。本文以矿物元素为研究切入点,探讨了刈割和放牧(包括休牧)对呼伦贝尔草原“土-草-畜”间矿物营养元素的影响。通过野外调研和定点试验相结合,较为全面地分析了矿物元素分布特点、牧草和绵羊对元素的利用效率以及影响矿物元素变化的机制等,旨在为呼伦贝尔草原畜牧业的健康发展提供理论依据。主要结论如下:
  1.呼伦贝尔草原土壤和植物中矿物元素的含量差异较大,均表现为中等程度的变异。不同种类植物中矿物元素含量以及植物对土壤中矿物元素的吸收能力各不一样。草原植物中矿物元素供给量与家畜需要量之间存在差异,部分元素可能无法满足家畜的营养需要。相比刈割利用,放牧利用的草地植物中矿物元素含量较高。
  2.对草甸草原进行研究发现,土壤中Mg、Mn和Zn含量随草原生长季推移逐渐下降,而Ca含量维持稳定。羊草和无芒雀麦对矿物元素的吸收效率随生长季波动,矿物元素在牧草根、茎、叶中的分布及转移效率也均不断变化。牧草中矿物元素含量随季节改变而变化,在草地上维持适当比例的优质杂类草有利于改善草地矿物元素水平。草地生长季期间,绵羊血液中Ca和羊毛中Zn含量稳定,而血液和羊毛中其余元素在放牧前后或随放牧时间推移存在不同程度的变化。
  3.刈割和放牧在短期内对土壤pH值、容重、含水量、矿物元素总量和有效含量影响不大,但均改变了草地地上生物量、群落结构等,且提高了草地牧草中矿物元素的含量。草地牧草中矿物元素的变化与杂类草比例、无芒雀麦茎叶比呈正相关关系,与草地地上生物量、羊草比例呈负相关关系。舍饲条件下,绵羊对牧草中矿物元素的利用率变化较小,而放牧条件下环境和植物组成比较复杂,绵羊对矿物元素的利用率变化较大。
  4.不同休牧处理在短期内对土壤理化特性和矿物元素含量均无显著影响,但对植物群落结构和优势牧草茎叶比产生了显著影响,这与每个阶段绵羊选择性采食有关。不同休牧下牧草矿物元素变化趋势相似,但是不同阶段下休牧对牧草矿物元素的影响程度有所不同。持续放牧时绵羊从草地上摄入的矿物元素总量最大,而在第二个放牧阶段进行休牧处理的放牧方式下,绵羊从草地上摄入矿物元素的效率最高。
[硕士论文] 唐雪娟
草地资源利用与保护 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:经济的快速发展和生活质量的不断提升加速了人们对畜产品的需求由数量到质量以及安全风味的转变,对生产源要求的逐渐提高加重了天然牧场的压力,我国退化草地面积达1052×107hm2。为缓解畜牧业压力并促进退化草地生态恢复,人工草地以其高生产力,对退化草原生态改善能力,成为现代化草地农业系统的必要经营模式,是草地牧业现代化的质量指标。呼伦贝尔作为我国重要畜牧业生产基地,天然草地辽阔,近年来人工草地发展迅速,截止2015年底,全市多年生人工草地保留面积达到884万hm2,但仅占天然草地总面积的01%。仍存在种植规模小、优质种质资源稀缺、生产性能低、营养品质差、利用年限短等问题,有关该地区高效优质人工草地建立和调控机理等内容的研究有待加强。本研究在内蒙古呼伦贝尔地区建立施氮混播平台和水氮耦合平台,系统分析不同建植方式、不同施氮水平和不同补水条件对人工草地生产力、牧草品质和土壤质量的影响,以期为呼伦贝尔地区人工草地种植模式的建立和管理措施的制定提供一定的理论依据。研究主要结果如下
  (1)苜蓿和羊草混播由于资源限制存在强烈的种间竞争,抑制了两个牧草种群的发展,显著降低了地上生物量,与紫花苜蓿、羊草单播地相比混播地产量分别下降了3117%和2817%。紫花苜蓿+无芒雀麦建植模式草地产量显著高于紫花苜蓿单播,与无芒雀麦单播地差异不显著;牧草品质与紫花苜蓿单播地差异不显著,显著高于无芒雀麦单播地。建议呼伦贝尔地区人工草地的建植采取紫花苜蓿+无芒雀麦的混播模式。
  (2)补水、施氮单因素方差分析结果显示二者对人工草地生产性能影响不显著,但水氮耦合显著提高了单播地地上生物量,施氮量150kgN hm-2a-1、旱季补水16%时,草地地上生物量较对照(0kgN hm-2a-1、不补水)显著提高.紫花苜蓿单播地2016年和2017年6月分别提高了243%和1912%,无芒雀麦单播地分别提高了2775%和2997%。水氮耦合对紫花苜蓿+无芒雀麦草地生产力影响不显著,可能与紫花苜蓿所固定的氮可移动至无芒雀麦供其生长需要而降低了补水施氮效应有关。
  (3)建植人工草地在一定程度上改善了土壤质量,提高了土壤微生物活性。草地建植第二年,土壤0-10cm和10-20cm土层有机碳含量分别平均提高了258%和2204%,土壤全氮含量分别提高了1412%和1233%。
  (4)在牧草生长阶段,人工草地土壤无机氮的主要存在形式是NO3--N,不施氮条件下,其含量达到了土壤NH4+-N含量的3倍。土壤NO3--N含量在7月21日上升到峰值后随着牧草生长季的推移总体上呈下降趋势,10月份入冬后,与NH4+-N含量无显著差异,均维持在5mg kg-1左右。施氮显著提高了土壤NO3--N和NH4+-N含量,且随着施氮量的增加,二者含量显著提高。
  (5)牧草叶片的净光合速率表现为羊草>无芒雀麦>紫花苜蓿,土壤呼吸强度总体表现为豆-禾混播地>禾本科牧草>苜蓿,与苜蓿混播能在不同程度上提高禾本科牧草的净光合速率和土壤呼吸强度,且呼吸日动态最高点一般出现在1000-1200。各类型人工草地,7-10月间土壤-植被系统的CO2排放通量波动较大,但变化趋势基本一致,均呈多峰型变化,总体表现为两个峰值。回归分析结果显示,系统CO2排放通量与箱内温度、5cm地温、10cm地温及土壤体积含水量呈正相关关系,但与土壤DOC含量及pH值之间的相关性不显著。
  建议呼伦贝尔地区人工草地的建植采取紫花苜蓿+无芒雀麦的混播模式,不仅能获得较高的草地产量,而且牧草营养品质相对较高。施N单因素对草地生产能力和营养品质提高效应并不显著,反而会在土壤中大量累积NO3--N,随着强降雨淋溶到土壤下层形成无效N,造成经济损失同时产生环境污染,因此须合理量化施N量。水氮耦合在一定程度上提高了草地生产力及牧草品质。
[硕士论文] 栗文瀚
气象学 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:我国草地面积广阔、种类丰富,是重要的陆地生态系统碳库。草地生产力和土壤碳是草地生态系统碳库的主要组成部分。近几十年来,我国的主要草地在气候变化背景下出现大范围退化,严重制约草地生态系统碳汇功能。因此,为了明确气候变化对草地生态系统碳库的影响,揭示生产力和土壤有机碳对未来不同温室气体排放情景的响应,本文基于CENTURY模型,以青藏高原高寒草甸、高寒草原、高寒荒漠和内蒙古温性草甸草原、温性典型草原、温性荒漠草原为研究对象,分析1960~2015年草地生产力和土壤有机碳变化及其对气候变化的响应,模拟未来(2016-2099年)不同温室气体排放情景下,草地生产力和土壤有机碳在不同时段的变化特征。主要结论如下:
  (1)CENTURY模型多种参数本地化的结果表明,该模型适用于我国主要草地生产力和土壤有机碳模拟。其中地上生产力的拟合验证决定系数为0.40~0.72,土壤有机碳拟合验证决定系数为0.75~0.94。
  (2)我国主要草地气温在1960~2015年呈上升态势,年均最低气温是增幅最大的指标,对不同草地类型而言,高寒草甸最低气温增幅最高,有0.61℃/10a。不同未来情景下RCP8.5情景增温大于RCP4.5情景,高寒区域增温2.2~4.1℃,温带区域增温4.4~7.4℃。降水在1960-2015年呈现较大波动,各类型草地降水变化不尽相同,其中高寒草原2000年后比1990-1999年平均增加35mm,而温性草甸草原同期相比减少达到46mm。对于不同未来情景,RCP8.5情景降水多于RCP4.5情景,高寒荒漠到世纪末增加5%~10%,温性草甸草原在RCP4.5情景下无显著变化趋势,在RCP8.5情景下到世纪末较基准时段增加9%~32%。
  (3)1960~2015年,我国不同类型草地的生产力变化趋势不尽相同,其中高寒草甸持续增加,2000年后增长率达到9.9g/m2/10a。温性草原在1960~2000年波动强烈,最大增减率分别为40.9g/m2/10a和-35.6g/m2/10a。不同未来情景下,各类型草地生产力均有增加,且RCP8.5情景下生产力更高,高寒草甸、高寒草原、高寒荒漠平均可达143g/m2、95g/m2、19g/m2,温性草甸草原、温性典型草原、温性荒漠草原平均可达310g/m2、244g/m2、68g/m2。
  (4)1960~2015年,高寒草原土壤有机碳显著下降(R2=0.79)。高寒草甸、高寒草原、高寒荒漠、温性草甸草原、温性典型草原、温性荒漠草原的活性土壤有机碳分别占总量的0.98%、0.82%、0.74%、1.74%、1.63%、1.65%,慢性土壤有机碳占比分别为59.71%、58.57%、50.43%、55.26%、59.69%、62.82%。不同未来情景中,高寒区域不同类型草地土壤有机碳均明显增加,而温带地区不同类型草地均有所降低,其中高寒荒漠增幅最高,达到3.0%(RCP4.5),温性典型草原降幅最大,为-3.6%(RCP8.5)。比较分碳库变化发现,温性典型草原(-2.9%,RCP8.5)和温性荒漠草原(-4.4%,RCP8.5)活性有机碳呈下降趋势;其余类型草地活性土壤有机碳均有所增加,其中高寒荒漠增幅最高,达到6.0%(RCP8.5)。对土壤慢性有机碳而言,高寒区域不同类型草地均有不同程度增加,而温带区域不同类型草地则呈下降趋势,其中最高变幅出现在高寒荒漠和温性典型草原,分别达到5.8%(RCP4.5)和-5.8%(RCP8.5)。
[博士论文] 李江叶
土壤学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:在没有外源肥料投入的天然草原,土壤主要通过有机质矿化为植物提供有效养分。割草、围封和放牧是草原的最主要的利用管理方式,他们对草地土壤有机质矿化的影响可能不同。目前针对不同草地利用管理方式的研究主要集中在其对植物物种组成和生物量以及土壤养分的影响研究,而关于它们对土壤有机质(SOM)矿化影响的研究相对较少。SOM的矿化是由微生物驱动的,其组成和结构的复杂性可能会导致其矿化的微生物机理不同。耦合有机质结构和微生物群落来研究不同草地利用管理下SOM矿化对于我们深入理解SOM矿化过程极为重要。本研究基于内蒙古锡林浩特地区的两个长期定位试验(不同割草频率的割草试验和不同围封期限的围栏封育试验),结合室内培养试验,采用固体核磁共振、荧光定量PCR和高通量测序等先进技术探索了内蒙古草原土壤有机质矿化与微生物群落和有机质结构组成之间的内在关系,解析了温度和水分这两个关键的环境因子对草原土壤有机质矿化的影响。主要结果如下:
  (1)通过对不同割草频率处理13午后的土壤基本理化性质、有机氮净矿化速率(Rm)、有机官能团以及微生物量碳(MBC)和不同微生物群落丰度和多样性测定和分析,结果表明不同处理之间土壤pH、含水量、有效磷(AP)含量以及细菌群落丰度和多样性差异不显著(P>0.05),且含水量和AP含量只有7.2%-8.5%和1.0mg kg-1-1.3mg kg-1。一年割一次(M1)SOM含量显著高于对照(CK,不割草)和一年割两次(M2)。M1的土壤Rm、MBC、Alkyl C/O-alkylC(A/OA)以及真菌群落丰度和多样性均显著高于M2,或者显著高于CK,而M2的上述指标均显著低于CK(P<0.05)。真菌群落丰度与Rm之间呈现显著的线性正相关关系(r=0.688,P=0.005)。M1显著地提高了土壤中Mortierella等可以降解木质素和纤维素的真菌物种的相对丰度,而M2的土壤中致病真菌相对丰度显著高于其他处理,而降解菌的相对丰度显著下降(P<0.05)。
  (2)通过对不同割草处理和不同围封年限下SOM矿化和微生物群落季节动态变化规律研究,结果表明不管在哪个季节割草处理中M1的Rm和细菌、真菌群落丰度都显著高于CK,M2则相反(P<0.05)。从五月到十月,土壤细菌和真菌的丰度均表现为逐渐增加的趋势,从而导致MBC和Rm也表现为增加趋势。古菌群落丰度在10月显著地低于其他季节(P<0.05)。不同围封年限下,97年围封土壤Rm和不同微生物群落丰度在不同季节都与83年围封差异不显著(P>0.05),但都显著高于过度放牧,而显著低于M1(除了古菌群落丰度)(P<0.05)。
  (3)通过系统地对围封(83年围封,E)、最佳割草方式(一年割一次,M)和过度放牧(G)处理下土壤Rm、MBC、有机官能团和细菌、真菌群落丰度和多样性分析及有机官能团和微生物群落之间的相关关系研究,结果表明土壤养分含量和微生物指标及表征有机质矿化程度的A/OA(Alkyl C/O-alkylC)等指标(除pH、速效钾和细菌群落的多样性)均表现为M>E>G,且差异显著(P<0.05)。土壤pH在G处理下最高,且显著高于E和M,但都在中性范围。速效钾(RK)含量在E处理下显著高于G和M,且M显著高于G(P<0.05),但各处理的土壤RK含量均很高,在210mgkg-1以上。多元回归分析得知在含水量和有效磷很低的土壤中,细菌受SOM有机官能团组成的影响很小,ArylC和CarbonylC是解释处理之间微生物群落尤其是真菌群落组成差异的两个最主要的官能团,可以分别解释微生物群落组成差异的51.1%和25.1%。
  (4)采用室内培养方法,通过模拟内蒙古不同季节温度和降雨量来研究温度和水分对草原土壤有机氮经过冻融和干湿交替后SOM矿化的影响及其土壤有机官能团组成和微生物群落的响应,结果表明土壤经过低温冰冻后融解,不同的冻结温度对Rm的影响差异不显著(P>0.05)。然而经过不同温度的长期冻融(VT1)和温度突变冻融(VT2)处理后于15℃培养三天后,土壤无机氮显著增加(P<0.05)。利用变温冻融处理(VT1)继续进行干湿交替试验,在相继经历冻融和干湿交替后土壤细菌群落丰度显著降低,与培养前相比分别降低了32.8%和49.7%,而真菌则显著增加,分别比培养前高6.8%和33.3%(P<0.05)。冻融和干湿交替连续进行后,土壤有机官能团的变化表现为容易降解的有机质(Substituted alkylC)含量显著低于恒温恒湿的对照处理(P<0.05),相对容易降解(Carbonyls)和难降解的有机质(Aromatics)也有所减少,但与培养前差异不显著(P>0.05)。
[硕士论文] 刘帅军
动物遗传育种与繁殖 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:转座子(Transposon,Tn),存在于生物界的各种生物基因组中,是一段可以在基因组上自由移动并改变其位置的DNA序列。转座子天然具有基因转移特性,可作为基因载体用于基因组遗传修饰。Sleeping Beauty(SB)、PiggyBac(PB)和Tol2等三种转座子目前被广泛应用于脊椎动物转基因研究构建基因突变体库,研究基因表达调控机理及表达特性。本研究利用自行构建的SB、PB和To12介导的增强子捕获载体制备了增强子捕获斑马鱼,比较报告基因和捕获的增强子及内源基因时空表达模式,以期获得调控组织发育或细胞分化的特异性增强子。主要获得以下研究结果:
  1、根据不同荧光表型将SB、PB及To12介导的增强子捕获转基因斑马鱼F1代进行分类,选择具有典型表达模式的个体建立7个品系,分别为SK-1、SK-3、SK-6、SK-12、TK-1、TK-4及PK-0。将7个品系分别与野生型交配产生F2代,观察其胚胎早期不同发育阶段绿色荧光蛋白表达模式,结果表明7个品系荧光表型主要分为:脑、躯干、眼睛、心脏、下颌等。以F2代基因组为模板进行SP-PCR及测序结果表明,捕获载体分别插入整合在基因组不同位点分布在5个不同染色体;共捕获了7个不同的内源基因(slc9a8、ednraa、mettl22、wdr33、dlx1a、rps26和itgav),其中4个插入位点位于内含子,1个位于外显子,2个分别位于基因上游20Kb和下游10bp处。
  2、利用内源基因反义RNA作为探针进行斑马鱼胚胎原位杂交,结果表明在24hpf和48hpf两个发育阶段,内源基因与报告基因绿色荧光蛋白表达模式大体一致。脑、眼及全身等荧光信号强的组织其杂交后着色也较深。
  综上所述,本研究表明,三种转座子介导的增强子捕获载体均能有效应用于增强子捕获。报告基因和内源基因可能在相同增强子调控下表达,绿色荧光信号基本可代表内源基因的时空表达特性。本研究可为增强子注解提供重要参考,为进一步研究增强子表达调控功能及基因活性奠定基础,对后基因组时代的研究具有重要的意义。
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