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[硕士论文] 董洋
模式识别与智能系统 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:温室控制技术不具有普遍性同北方温室数量日益上升的需求不匹配,导致温室生产无法扩大,为了解决该项问题,本文设计使用无线传感网络,利用无线传感网络的体系结构、无线组网技术和稳定数据传输特性,实现温室管理系统平台。该温室管理系统平台负责各数据采集节点远程管理、周期采集、数据汇总处理、超限报警等网络平台管理服务,主要体现有温室环境数据的实时监测和历史数据的查询,以无线传感技术、信号处理技术、数据融合技术为主线,研究了无线传感网络在温室中的应用系统的设计与实现。
  论文按章节介绍本文研究背景和意义,根据无线传感网络在温室实现监测要求,提出了系统设计要求。搭建以研华WISE-4000无线系列产品为基础的硬件组网模型,提出了系统设计目标及其设计思路。本系统的软件编程设计采用AMC框架实现数据同步管理,运用LABVIEW软件开发实现监控平台多线程和多进程同步管理。本文将分别对硬件组网模型、软件设置和程序编写部分进行详细的分析介绍,最终通过现场实测检验系统的有效性和稳定性。
[硕士论文] 赵阳
农业工程 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:当前我国农业科研领域,植物种植培养研究设备面临数据采集耗时大、查询数据不方便和管理不及时等问题。针对以上问题,本论文设计出一种微型智能培养箱,该培养箱主要用于实验室对植物生长的研究,使用各类传感器通过物联网将数据上传云端,及时收集数据并可以实时查询历史数据,设定环境因子阈值,对执行机构进行自动控制,达到自动管理的效果。
  为方便安装和管理,将培养箱架构设计为三层,有控制系统层、种植空间层和加氧灌溉层。为避免水汽对电路的影响,上层用于放置控制系统及蓄电池相关组件;为了让植物有效吸收阳光,方便记录植物生长状态,中间层为全透明,用于培养植物;为达到补水方便,底层为加氧和灌溉设备放置层;太阳能电池板安装在培养箱顶端。设计以STM32F103VET6为核心的检测控制电路,通过土壤湿度传感器、环境光照强度传感器和环境温湿度传感器,检测植物生长环境参数。使用硬件低通滤波和软件卡尔曼滤波方式,对数据进行滤波,减小模拟信号的波动。滤波后数据与系统设定阈值实时比较来控制执行机构动作,从而达到预设的一个恒定环境。使用WIFI方式连接OneNET物联网平台,实现PC机或手机端对培养箱环境数据实现实时检测和控制,且可以随时查看历史数据。
  整体测试过程中,在培养箱里种植油菜,周期为25天,通过加氧灌溉与普通种植的比较发现,加氧灌溉在植物生长速度、高度和叶片面积要优于普通种植。通过监测发现,系统数据传输稳定,各个执行机构工作正常,同时作为人机交互的LCD触摸屏和OneN ET物联网环境参数显示正常,指令发送准确。结果表明,该培养箱性能可靠,运行稳定,人机交互简单、方便,可长期用于实验研究,达到实验设计要求。
[硕士论文] 贺斐斐
农业电气化与自动化 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:中国是农业大国,温室的推广是中国农业现代化发展的重要举措。目前温室中针对环境的补光措施,大多是以白炽灯或者节能灯为主,这种方式既消耗了大量的能源,同时也会造成植物的补光量过剩抑制植物更好的生长。LED补光阵列是以LED灯作为最基础的光源,并且LED灯源在应用中具有无污染、冷光源、能耗低等优良特点,故使用LED灯光源是一种环保经济的补光手段,同时也广受农民用户的欢迎。农业物联网是物联网与传统农业的结合,能优化资源配置,可在温室、养殖等农业技术中广泛推广。物联网与LED阵列的结合可对具体的补光量进行统计、分析和处理,为建立科学、实用、简单、方便的温室信息系统管理平台提供更多的支撑。
  本文针对解决温室中补光量不足或过剩的问题,与物联网技术结合,从数据采集、数据传输和数据处理三个方面构建了基于物联网的温室LED植物补光监测系统。其中,数据采集部分主要是使用光照强度传感器、单片机和外围电路,实现了光照强度的数据采集;数据传输部分主要利用Zigbee技术和GPRS技术,实现了数据的打包和传输;数据处理部分实现了数据的保存和分析;创建了温室LED灯植物补光监测系统管理平台,实现了补光量的监测与调取,使农户和农企更加了解温室补光情况。
  本文得到以下结论:
  (1)针对温室大棚的种植信息,在分析国内外温室补光技术的基础上,结合当前温室补光不均匀现状,搭建了基于STC89C51和BH1750FVI光强传感器的信息采集系统。
  (2)利用Zigbee技术和GPRS无线通信技术完成了温室内数据的远近距离传输,实现了温室内数据的信息共享,便于农户与农企实时查看。
  (3)利用专家系统技术和粒子群算法的结合完成了温室内的数据处理,得到了满足当前补光条件的最优LED补光灯珠组合和最优数量,进行了试验验证,实现了温室作物的最优补光。
[硕士论文] 周洁
农业电气化与自动化 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:本课题是新型设施农业机械装备研制与开发项目中的一部分。课题研究的主要目的是将温室的环境管理系统应用到智能手机App上,方便用户对温室内部环境进行实时的监测和管理。这样不仅提高农民在农业生产中的工作效率,同时也避免了人力、财力以及资源的浪费,使得智能移动设备对温室环境的管理技术得到推广。
  本文设计了基于Android平台的温室小气候环境管理App,通过对系统整体的功能需求和架构的分析,确定了该App的可行性方案,实现了手机App上各个功能模块以及数据库系统的设计。其中功能模块主要包括数据监测管理、灌溉管理以及种植环境管理。基于该温室环境管理App,用户可以查看温室中任意时间段内的环境因子变化情况,获取CO2浓度、光照强度、土壤的温湿度以及空气中的温湿度等数据;通过选择不同的灌溉路线对温室进行水肥灌溉,也可以对温室内部土壤的PH值、水肥的EC值、吸肥的比例以及水肥灌溉的时间进行设定;根据实际情况对温室内部的土壤类型、所需培育的农作物种类以及灌溉的方式进行选择。文中利用边折叠算法对温室内部的光温耦合的二氧化碳调控模型进行了简化,在监测出现故障时,可通过简化后的算法求得温室内部某个环境因子的参数,不会影响对数据的监测。
  基于Android平台的温室小气候环境管理软件的设计,实现了用户能够随时随地通过手机上的App应用软件,获得后台服务器所提供的温室内部某段时间内各个环境因素的数据,并根据所获取的这些数据信息,完成对温室内部环境以及水肥灌溉的调控,使得温室内部的农作物处于一个良好的生长环境,避免了人工管理时不能实时掌控温室内部环境情况的问题。
[硕士论文] 薛超
控制工程 哈尔滨理工大学 2018(学位年度)
摘要:中国是农业大国,农业是中国的传统产业和基础产业,随着人口增加和耕地面积的逐年减少。提高农作物的产量和质量已成为人们关注的焦点,温室大棚是现代农业的发展方向之一,在提高资源利用率、农产品产量等面表现突出。种植环境中的温度、湿度、光照强度等环境因素对农作物的生长有很大的影响,根据植物所需要的最佳的生长环境改变大棚内部的环境参数,可以提高农作物的产量。温室环境的实时监测是温室大棚智能控制的关键,传统的检测方法需要到现场采集测量这些环境变量,耗时费力。基于此本文开发了一种基于嵌入web服务器的低成本的温室大棚环境远程监测系统。本文的主要研究内容如下:
  首先,提出了温室环境远程监测的整体解决方案,将S5PV210微处理器作为控制核心,以Linux2.6为嵌入式操作系统开发平台,搭载的嵌入式web服务器,将系统分成五大模块分别是空气温室度采集模块、土壤温湿度采集模块、光照强度采集模块、视频采集模块及网络传输模块。对传感器选型及芯片电路做了具体分析。
  其次,进行嵌入式系统的软件开发平台的搭建及系统软件整体设计,嵌入式系统软件开发平台的搭建主要包括BootLoader的编译与移植、嵌入式Linux系统的编译及移植及根文件系统的制作与挂载等。系统软件设计包括服务器端的应用程序及驱动程序,其中应用程序包括主程序、各个模块的子程序及基于嵌入式的web服务器的CGI程序,驱动程序包括基于I2C子系统的用户模式驱动与基于V4L2架构的视频采集子系统驱动。
  最后,对系统进行全面的测试,采集数据表明,客户端可以远程监控温室环境的变量及农作物的生长情况。
[博士论文] 孔稳稳
生物学;植物学 东北农业大学 2018(学位年度)
摘要:随着全球温室效应的不断加剧,全球极端环境的不断出现,干旱胁迫已成为在世界范围内限制作物生产力的主要环境因子之一。如何提高作物的抗旱性是提高作物生产力和保障粮食安全的重大挑战。本研究以模式植物拟南芥为研究材料,通过拟南芥表型分析以及相关生理指标检测,成功首次鉴定了一个拟南芥抗旱突变体(vam3)。VAM3是SNARE蛋白家族(可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感融合附着蛋白受体,soluble N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein attachment protein receptors)中的一员,定位在植物液泡膜上。其主要参与液泡的融合,并可以影响保卫细胞的运动。为了进一步阐明该突变体的抗旱机制,我们通过利用Top-down Label-free蛋白质组学对vam3和野生型拟南芥进行了干旱胁迫的比较蛋白质组学研究。通过比较不同基因型以及不同处理组的蛋白质组学数据,为揭示vam3表型以及其抗旱机制提供了有力的基础。
  (1)通过对vam3和野生型拟南芥进行不同程度的干旱处理,成功获得了二者干旱胁迫下动态过程的表型。根据二者表型出现明显差异的时间点,对二者的对照组和处理组进行叶片相对含水量、花青素含量以及脯氨酸含量进行了测定。通过比较vam3和野生型拟南芥的表型及相关生理指标,证明了vam3具有很强的抗旱性。
  (2)利用外源施加ABA(Abscisic Acid)的处理方法,我们成功发现vam3叶片的气孔运动较野生型拟南芥对ABA的反应更为敏感。以不同浓度的ABA对vam3和野生型拟南芥的种子进行处理,我们发现vam3对ABA处理也较野生型拟南芥更为敏感。
  (3)利用高效液相色谱,我们发现vam3中吲哚族芥子油苷的代谢以及脂肪族芥子油苷的代谢对干旱胁迫都有很强的反应。而野生型拟南芥吲哚族芥子油苷对干旱胁迫没有反应,其脂肪族芥子油苷对干旱胁迫的反应则不敏感。
  (4)利用Top-down Label-free蛋白质组学的研究方法,我们对vam3和野生型拟南芥在四个干旱处理的时间点(8天、10天、12天以及14天)进行了比较蛋白质组学研究。通过Orbitrap Fusion(Thermo)质谱分析,以及Proteome Discoverer2.2对质谱数据进行搜库鉴定,我们从每天的蛋白样品中鉴定到了9000多个蛋白。通过比较正常生长条件下vam3和野生型拟南芥蛋白质数据的差别,我们在vam3中分别成功鉴定了765和383个上调和下调表达的蛋白质,其中有70个与拟南芥形态建成相关。另外,ACC1在vam3中有大量表达,并在网络分析中处于节点位置。ACC1作为拟南芥的一个乙酰-CoA羧化酶可以降低乙酰辅酶A在拟南芥中的含量,而乙酰辅酶A的含量与组蛋白H3赖氨酸27(H3K27)的乙酰化相关,从而影响拟南芥的抗旱性。通过对这些差异蛋白进行String蛋白网络分析,我们获得了一系列可能引起vam3明显表型的候选蛋白。而获得的一些关键蛋白的功能直接与植物抗旱性有关,进一步说明了我们蛋白质组学数据的可信性。
  (5)通过比较干旱胁迫下vam3和野生型拟南芥的差异表达蛋白,我们成功获得了vam3特有的差异表达蛋白,其中上调和下调表达的分别为529和943个。通过对这些蛋白进行功能和网络分析,我们获得了多个节点蛋白,如PP2C蛋白(AT4G16580)、CDPK蛋白(AT4G37490)以及染色质重塑、染色质重塑蛋白(AT3G12810)等。通过对vam3干旱胁迫下所特有的差异蛋白进行转录因子分析,我们获得了21个上调和27个下调的转录因子蛋白。
  本研究通过比较蛋白质组学所获得的这些vam3所特有关键蛋白以及转录因子,为我们更好的理解vam3的抗旱机制提供了一定的理论基础。
[硕士论文] 胡玉林
农业信息化 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:环境对于农作物的生长具有重要影响,对温室环境实施全方面监控,及对其参数进行调整,不仅能保证农作物生长安全,还能促使农业增产增收。近年来,随着农业劳动力成本越来越高,加之对农业生产要求的提高,农业物联网技术在农业智能控制应用方面越来越广泛。
  本文结合临安区板桥锦兴智慧农业示范园建设项目,根据基地温室智能控制系统建设需求,开发一套基于农业物联网技术的温室智能控制系统,采集温室大棚内空气温湿度、CO2浓度、光照强度、土壤湿度等主要参数,并对其进行数据分析,建立专家模型,最终实现智能控制功能。
  主要设计内容分为两部分,硬件部分:①超低功耗物联网数据传输终端,该传输终端在服务器和环境监测终端之间建立一条专有通道,实现定时扫描,将传感数据低功耗传到服务器上。②手自一体智能控制模块,本模块共有P1至P7一共七路控制,单个设备可控制七路设备,每一路都有单独保险措施,可有效防止设备损坏带了的负面影响。软件部分:①Web端软件模块,主要包括实时监测、智能控制、数据分析这三大模块。②手机APP端软件模块,主要包括实时监测、远程控制、数据分析这三大模块。
  主要核心技术:①传输终端自动关断负载电源、RTC定时唤醒、无线传输、Gps卫星定位;功耗超低;网络定时扫描;可指定服务器上传数据。②控制器设备自带“点动模式”和“联动模式”两套程序。③手机APP端软件能实现远程控制延时误差控制在三秒内;操控界面人性化,可根据不同类设备设置“开、关、停”,数据分析不仅实现了单个数据的曲线分析,而且还可以多个传感器及模型进行对比分析。
[硕士论文] 曹永
控制理论与控制工程 哈尔滨理工大学 2018(学位年度)
摘要:农业生产在人类社会的不断发展中贯穿始终,伴随人类历史发展的各个阶段,农业生产主要经历了由原始到传统,再到现代化的三个主要阶段,是人类得以生存和不断发展的基石,是人类文明的支柱,也是一个与人们生活息息相关的基础产业。在过去的十几年中,扶贫一直是中国的一项重要任务。十九大工作报告就将精准扶贫工作作为其一个关键任务。随着信息技术的飞速发展,各种高新技术在农业生产、经营和服务中得到了广泛的应用。逐渐取代了传统的农业方式,有效地收集了有关农业温室环境的信息。基于嵌入式ARM处理器,课题设计一种可以实现多传感器信息融合的,对农业大棚具有防火、防盗和防旱功能的监测系统。
  系统选用ARM920T系列S3C2440芯片作为中央处理器,通过温湿度传感器,红外传感器和烟雾传感器所组成的多传感器模块,实时采集农业大棚现场信息,在对信息进行归一化处理后,经由中央处理器进行判断处理、信息融合,最后通过4G网络通讯模块将合理、准确的数据发送至用户手机端,从而达到防火,防盗,防干旱的目的。系统的软件设计主要包括:信息融合算法程序设计;4G通信模块程序设计;传感器监测程序设计;扩展CAN总线驱动程序设计。
  系统通过使用多传感器信息融合技术,有效地提高了农业大棚监控数据的准确性。通过一种互补型融合算法,结合模糊集理论和D-S证据理论相结合的方法,明确证据可信度的求解过程,采用证据决策系数定义的方法,有效提高了多信息源融合结果的可靠性。通过信息融合算例模型,经仿真实验验证算法可行。最后,设计并实现了基于Android的客户端程序,用于实时地显示系统监测到的农业大棚环境数据。
[博士论文] 李营
蔬菜学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:番茄(Solanum lycopersicum)是全球最重要的蔬菜之一,在我国蔬菜产业中同样重要。在基础研究方面,番茄和拟南芥均是重要的模式植物。利用番茄和拟南芥研究植物开花以及根的发育调控机制能帮助我们深入认识植物的发育,同时为农作物的遗传改良提供重要的理论基础。
  在本研究前期工作中发现,超表达番茄C2H2型锌指蛋白SlZF3可以提高植物的耐盐性,该锌指蛋白C端含有EAR-motif,具有转录抑制活性。同时,我们还观察到SlZF3超表达番茄和拟南芥在发育方面也发生了明显的变化,如矮化、叶片与茎秆之间夹角变小、开花延迟等。在本研究中,我们针对SlZF3调控开花时间的分子机制进行了较为深入的研究。此外,我们将SlZF3异位超表达到拟南芥的研究中发现了一个短根突变体folb2,通过研究发现该突变体非T-DNA插入导致,而是自然突变。通过图位克隆发现,突变体中AtFolB2的启动子和5'UTR区缺失了61bp,造成AtFolB2转录水平显著下降,并导致根的发育缺陷。AtFolB2编码二氢新碟呤醛缩酶,位于叶酸合成途径上游。在本研究中,我们较为深入的研究了AtFolB2如何调控植物主根和不定根的发育。主要研究结果如下:
  1.在番茄和拟南芥中超表达SlZF3可以显著延迟开花时间,而RNA干涉SlZF3能够使番茄提早开花。同时,在拟南芥中超表达SlZF3的直系同源基因ZAT12也可以显著延迟开花时间,而RNA干涉ZAT12能够显著促进拟南芥开花。
  2.通过酵母双杂交和荧光素酶报告系统分析发现SlZF3与AtCO直接互作。Co-IP实验表明SlZF3与AtCO在番茄中的同源蛋白SlCO1直接互作,并且其EAR-motif对互作不是必须的。另外,遗传学证据也证明SlZF3与AtCO是互作的。
  3.双荧光素酶实验表明,SlZF3可显著抑制AtFT启动子的活性,而AtCO则可显著提高AtFT启动子活性。ChIP-qPCR实验表明,SlZF3或ZAT12可以结合在AtFT启动子靠近5'UTR的区域。通过EMSA实验进一步发现,SlZF3和ZAT12可以分别结合到SFT和AtFT启动子上的5'UTR Py-rich stretch和TCA顺式元件,但和单独一个顺式元件5'UTR Py-rich stretch或者TCA都不能结合。上述两个元件与AtCO蛋白在拟南芥AtFT启动子上的结合元件CORE2相邻,与番茄SFT启动子上的CORE2顺式元件距离76bp。
  4.综合结果表明,SlZF3通过直接与CO互作以及结合到FT启动子上的两个顺式元件5'UTR Py-rich stretch和TCA而负调控植物开花。
  5.在ZF3异位表达的拟南芥株系中偶然发现的一个根系突变体folb2,该突变体主根生长受抑制,在茎基处产生1-2个不定根。PI以及I2-IK染色发现folb2突变体根尖分生区不完整。图位克隆发现AtFolB2启动子和5'UTR过渡区缺失了61bp,该缺失造成AtFolB2转录水平显著下降。创建了folb2的功能互补材料(FC)和野生型背景的RNAi材料,发现互补材料中根系表型得到恢复,而RNAi材料的根系表型与folb2类似。同时也创建了AtFolB2在番茄中的同源基因SlFolB2的RNAi材料,其根系表型与folb2类似。
  6.LC-MS测定叶酸发现,四氢叶酸THF及其衍生物5-M-THF或者四氢叶酸前体DHF,在folb2突变体和RNAi材料中显著下降,而在互补系中含量恢复至野生型水平。在培养基中外源施加5-F-THF可以恢复folb2突变体的表型。在番茄SlFolB2RNAi株系中,四氢叶酸THF及其衍生物(5-M-THF和5-F-THF)或者四氢叶酸前体DHF均显著下降。
  7.探讨了AtFolB2突变对生长素分布和信号响应途径的影响。转录组分析发现,生长素运输和信号响应基因显著下调,而生长素响应下游基因LBD41显著上调表达,qRT-PCR进一步验证了该结果。LC-MS测定Col-0、folb2和FC中叶片和根中生长素含量发现,尽管突变体folb2中的生长素含量降低了,但是功能互补系中的生长素水平和folb2相比无显著差异,因此生长素含量的变化不是folb2突变体表型缺陷的主要原因。利用报告系DR5∶mGFP、PINs∶GFP、WOX5∶GFP以及DII∶VENUS∶YFP进行杂交调查报告基因表达,结果表明叶酸可以调控生长素向根尖极性运输以及生长素在根成熟区维管束和周围组织中的分布。
  8.遗传学证据表明,LBD41是AtFolB2的一个下游靶基因。在folb2突变体中干涉LBD41后,folb2突变体根缺陷表型恢复至野生型状态。综合研究表明,叶酸通过调控生长素的极性运输以及分布对根尖分生区的保持起着关键作用。它主要通过LBD41调控植物主根和不定根的发育。
[硕士论文] 肖珍
细胞生物学 山东大学 2018(学位年度)
摘要:类黄酮是一类重要的次生代谢物,而花青素是最为熟知的类黄酮。干旱条件下,类黄酮(特别是花青素)大量合成,所以一般认为花青素能提高植物的抗旱能力。迄今,有关类黄酮抗逆功能的研究并未关注不同类型类黄酮的作用差异,因此不同类黄酮功能是否存在差异还不清楚。
  黄酮醇和花青素是两种重要的类黄酮,均以二氢黄酮醇为前体,分别经FLS和DFR/ANS催化合成。实验室前期从小麦中克隆了两个合成分支酶基因TaFLS1和TaANS1,并发现黄酮醇通过促进气孔关闭、降低失水率、提高植株的抗旱能力。本研究构建了小麦和拟南芥TaANS1过表达株系,并结合TaFLS1遗传株系,初步比较了黄酮醇和花青素在非生物胁迫应答中功能的异同。
  1、TaANS1具有花青素合成酶活性
  与野生型相比,TaANS1过表达小麦和拟南芥中花青素和总黄酮含量明显提高,拟南芥过表达系幼苗下胚轴、成苗叶柄处颜色加深,而ans正好相反,表明TaANS1具有花青素合成酶活性。利用HPLC及HPLC-MS分析发现,与野生型相比,TaANS1过表达小麦和拟南芥中两种主要黄酮醇槲皮素和山奈酚的含量明显降低,而ans中明显提高。Real-time PCR分析显示,TaANS1过表达拟南芥株系中花青素合成分支相关基因AtDFR、AtANS等表达明显下调,而黄酮醇合成分支相关基因AtFLS1表达则明显上调。结合前期TaFLS1过表达系相关结果,可以发现,通过对黄酮醇和花青素分支途径关键酶基因的遗传操作也改变两者间的动态平衡,而且黄酮醇和花青素均能反馈抑制其合成分支通路。
  2、TaANS1在抗旱中的作用和机制分析
  控水实验显示,与野生型相比,TaANS1过表达小麦株系抗旱性显著降低,而ans抗旱性明显提高。结果发现,与黄酮醇不同,花青素富集降低植物的抗旱能力。这一结果表明,一方面不同类黄酮在植物抗旱中的功能存在差异,另一方面,干旱胁迫下花青素虽然富集,但它并不能提高植物的抗旱能力。
  与野生型相比,TaANS1过表达小麦和拟南芥离体叶片失水率明显提高,而ans则明显降低,表明TaANS1过表达通过提高失水率降低抗旱能力。叶片失水率与叶片气孔密度和气孔开度相关。结果显示,TaANS1过表达系气孔密度无显著变化;ABA处理后,TaANS1过表达小麦关闭气孔的比例低于野生型;干旱胁迫和ABA处理后,TaANS1过表达拟南芥气孔开度比野生型大,而ans比野生型小。我们利用矢车菊素和花翠素进行了药理学实验,发现添加矢车菊素能模拟TaANS1过表达对小麦和拟南芥气孔开度的影响,但花翠素则不能。结果表明,与黄酮醇相反,干旱胁迫下花青素富集通过抑制气孔关闭、提高失水率,降低植物的抗旱能力。
  与ABA处理结果相反,正常条件下,TaANS1过表达小麦关闭气孔的比例高于野生型,TaANS1过表达拟南芥气孔开度比野生型小,而ans相反。同样,外源矢车菊素能模拟正常条件下TaANS1过表达的作用,而花翠素则不能。结果表明:(1)与黄酮醇一样,花青素也双重调控气孔运动;(2)花青素和黄酮醇的双重调控效应正好相反;(3)与黄酮醇一样,不同类型花青素的双重调控效应不同。
  正常条件下,与野生型相比,TaANS1过表达系保卫细胞中H2O2水平较高,而ans中较低;ABA处理后,与野生型相比,TaANS1过表达系保卫细胞中H2O2水平降低,而ans中提高。外源矢车菊素能模拟TaANS1过表达对保卫细胞中H2O2水平的调控。结果表明,和黄酮醇一样,花青素也通过双重调控保卫细胞中H2O2水平来双重调控气孔运动。
  干旱胁迫下,拟南芥各株系中黄酮醇含量均明显提高,但是与野生型相比,TaANS1过表达拟南芥中提高的幅度较小,而ans中提高幅度更大。在fls突变体中,外源花青素处理不影响气孔开度和保卫细胞中H2O2水平;而在ans突变体中,外源黄酮醇处理仍然能够双重调控气孔开度和保卫细胞中H2O2水平。在chs突变体中,也发现外源黄酮醇处理能够发挥双重调控作用,而外源花青素处理则不能。结果表明,阻断黄酮醇和花青素间动态平衡时,花青素不能双重调控气孔运动,表明花青素对气孔运动的双重调控是通过动态平衡转移、黄酮醇含量变化引起的。
  此外,我们发现,黄酮醇富集能够提高对渗透和MV的抗性,而花青素富集则相反,表明黄酮醇和花青素也通过氧化还原稳态维持和渗透胁迫抗性调控植物的抗旱性。
[博士论文] 沈建霖
细胞生物学 山东大学 2018(学位年度)
摘要:干旱是常见的非生物胁迫,严重影响了植物的生长发育以及农作物产量。在长期进化过程中,陆生植物自身形成了多种方式,去适应或者抵抗干旱胁迫。在这些抗逆机制中,植物叶片上的气孔扮演了重要的角色。植物通过根系从土壤中吸收的水分,绝大部分由气孔以蒸腾作用的方式散失出去。植物的气孔是由一对保卫细胞构成的,植物通过调控保卫细胞的渗透势,改变保卫细胞的膨压,使细胞吸水膨胀或者失水收缩,从而控制气孔的开放与关闭。所以,通过研究植物气孔运动的调节机制以及细胞信号转导过程,找到参与植物干旱胁迫应答的相关功能基因,并深入研究基因可能的作用机理,对改善植物的抗旱能力,提高农作物产量,具有重要意义。
  植物气孔运动的影响因素有很多,例如:光照、CO2浓度、湿度等,其中植物激素脱落酸(Abscisic acid,ABA)是一个重要的调节因子。在逆境胁迫条件下,细胞中内源ABA含量上升,ABA可以激活保卫细胞上的慢速阴离子通道活性,导致阴离子的大量外流,进而降低细胞膨压,使保卫细胞收缩,促进气孔的关闭,从而降低了水分的散失,提高了植物对干旱胁迫的抗性。此外,保卫细胞中内源ABA的积累可以促进细胞中活性氧(ROS)的产生,而ROS已经被证明作为重要的第二信使分子介导ABA的信号转导过程,特别是ABA诱导阴离子通道的激活和促进气孔关闭过程。ROS对于ABA的响应,主要来自于细胞膜上NADPH氧化酶(Rbohs)的激活。RbohD和RbohF作为NADPH氧化酶重要的催化亚基,参与ABA诱导ROS产生的过程。
  丙酮酸转运体(Mitochondrial Pyruvate Carrier,MPC)是定位于线粒体内膜的将胞质丙酮酸转运到线粒体内的载体,对于细胞的正常物质能量代谢及细胞信号转导至关重要。丙酮酸(Pyruvate)是细胞代谢糖酵解的产物,它连接了细胞中的氧化和分解代谢,在细胞代谢网络中占有重要地位。在细胞质中产生的丙酮酸通过丙酮酸转运体进入线粒体中进行TCA循环,为细胞提供了物质与能量,这是细胞代谢过程中一个重要环节。自从MPC家族首次被真正鉴定出后,对MPC家族的功能研究越来越多,包括酵母、果蝇和动植物,研究发现了MPC家族参与细胞的代谢调控和许多逆境胁迫响应。
  本论文使用模式植物拟南芥作为实验材料,采用细胞生物学、分子生物学、遗传学、以及电生理学等研究技术手段,对线粒体丙酮酸转运体AtMPC1进行了生理功能及其可能的作用机制研究。AtMPC1异源表达在酵母突变体中,可以恢复MPC1的活性。在细胞质线粒体上的定位,也与其线粒体丙酮酸转运体的功能相一致,并且通过组织表达模式分析的GUS染色发现,AtMPC1在保卫细胞中大量表达。在生理性状上,AtMPC1突变体mpc1气孔运动对ABA处理更为敏感,离体叶片失水率更低,植株具有更强的抗干旱能力,并且ABA激活的慢速阴离子通道电流更大。此外,AtMPC1过表达株系(OE)所有性状与突变体都相反,功能恢复株系(C)则可以逆转突变体表型,与野生型性状相一致。证明,AtMPC1作为一个负调控因子发挥作用,介导了ABA调控的气孔关闭和干旱胁迫应答过程。此外,还发现在ABA及干旱胁迫处理条件下,野生型Col-0和突变体mpc1中丙酮酸含量都得到了提高,并且mpc1丙酮酸含量升高的程度比Col-0更高。除此之外,丙酮酸能够在一定程度上激活慢速阴离子通道活性,促进气孔的关闭,并且丙酮酸的激活作用是通过与ROS产生相关的NADPH氧化酶RbohD/RbohF实现的,同时也观察到丙酮酸处理下,保卫细胞中ROS含量的提高。因此,丙酮酸通过诱导ROS的产生,进一步促进气孔关闭,实现对气孔运动的调控。这一结果在一定程度上解释了AtMPC1调控气孔关闭和影响植物干旱胁迫响应的作用机制。
[硕士论文] 陈卓
电子与通信工程 西安工业大学 2018(学位年度)
摘要:目前我国的大棚绝大多数还是传统式大棚,还停留在人工的管理层面上,技术落后,管理繁琐。针对此现状,本课题设计了一套智能的大棚联网监控系统来代替繁杂的人工生产。该系统能够实现对大棚中的大棚温度、大棚湿度、土壤湿度、光照强度进行实时采集,并通过2.4G无线通信对数据进行实时传输,最后以网页的形式显示出来。
  大棚联网监控系统能够自动采集大棚温度、大棚湿度、土壤湿度、光照强度,本设计共设有6个采集点,这6个采集点分别将采集到的上述参数通过2.4G无线通信传给树莓派,为了提高大棚的环境监测能力和抗干扰能力,采用了基于信任度的多传感器数据融合算法。通过建立信任度矩阵来评测各个传感器所采集到数据的综合信任度,将所有数据进行科学合理的分配后得到各个传感器所占的比例权重,进而得出融合结果。大棚是一个非线性、大时延、强耦合的复杂系统,各个环境因子之间相互影响、相互作用,控制端仅仅依据阈值进行判断来控制大棚已无法满足实际使用需求,采用了支持向量机算法,通过咨询农业专家,列出所有的控制组合并剔除其中的矛盾控制组合,抽取具有代表意义的样本进行训练建立起模型,运用此模型对融合后的数据作出最终的控制决策,如温度过高时打开通风设备给大棚通风降温,光线过强时打开遮光板进行遮光等。
  本课题中树莓派被用作网站服务器,以网页的形式供用户随时随地访问,节省了用户购买虚拟主机或者云服务器等所需的极其昂贵的费用,使管理者可使用互联网设备查看大棚的生长环境状况以及智能化控制状况,同时管理者可观看大棚内实时图像,获取最直观的生长动态。实验结果表明本系统能够对大棚温度、大棚湿度、土壤湿度、光照强度进行实时准确监测,且数据传输安全稳定,控制端控制准确,网页端显示完整,总体系统性能稳定,达到了预期要求。
[硕士论文] 郭恋恋
电子与通信工程 安徽大学 2018(学位年度)
摘要:随着农业现代化建设的快速推进,农业温室也朝着智能化管理的方向发展。目前绝大多数农业监测都采用WiFi、ZigBee等短距离无线技术实现,但对于区域面积大、环境复杂的农业温室监测来说,它们都存在一些问题。本文结合LoRa技术相比其他无线技术的优势和农业温室发展需求,设计了基于LoRa技术的农业温室监测系统。本文的主要研究内容如下:
  1.研究了国内外农业温室监测技术发展现状,对WiFi、ZigBee、LoRa等通信技术进行对比分析,结合LoRa技术的特点和优势,提出了将LoRa技术应用到农业温室监测系统的设计方案。
  2.根据系统实际应用需求,设计了数据采集节点和数据汇聚节点的硬件电路方案。采集节点的硬件电路设计包括电源管理模块、传感器电路接口、LoRa通信模块以及单片机最小系统模块;汇聚节点的硬件电路设计包括电源管理模块、LoRa通信模块、LCD液晶显示模块、GPRS通信模块以及单片机最小系统模块。采集节点利用传感器采集环境参量并通过LoRa通信将数据上传给汇聚节点,同时响应汇聚节点下发的指令;汇聚节点实现了采集节点与远程服务器之间的数据传输以及系统的监测与管理功能。
  3.本系统基于uC/OS-Ⅲ嵌入式实时操作系统进行软件设计,软件设计中详细阐述了uC/OS-Ⅲ嵌入式实时操作系统移植的过程,并且基于系统功能需求和优先级划分任务模块,根据任务之间的关联性完成每个模块的任务函数设计。
  4.对系统各功能模块进行了实际测试,测试结果表明监测系统的节点组网、通信距离、丢包率、功耗等性能指标均满足要求,达到预期设计的目的。本文设计的基于LoRa技术的农业温室监测系统覆盖范围大,系统功耗低、节点设置灵活,在农业监测领域具有很好的应用前景。
[硕士论文] 陈瑞卿
地图学与地理信息系统 华中师范大学 2018(学位年度)
摘要:耕地是在人类长期的农业生产活动下形成的一种重要的土地覆盖类型,是我们赖以生存的基础和保障,在农业可持续发展中具有十分重要的作用。目前,我国耕地资源总量不断减少,利用程度不高,耕地资源集约化利用面临着严峻挑战。因此,掌握耕地资源的种植强度及其分布特征,对于提高区域耕地资源的利用效率和优化农作物种植结构来讲十分重要,同时也有利于解决日益严峻的粮食安全问题。
  本文以江汉平原作为研究区,利用2000-2017年间的MOD13Q1产品中的植被指数NDVI数据,采用S-G滤波法对时间序列NDVI数据进行了拟合重构,并提取了生长季起始期、生长季结束期、生长季长度等三个物候参数。然后运用非监督分类法对重构的时序数据和提取的物候参数进行分类处理,得到了2000-2017年间江汉平原农作物种植频率和种植强度分布情况,并分析了其时空格局分布特征。同时,通过定义双季种植强度、平均种植强度和总体种植强度等三个指标,分析了近20年间江汉平原耕地种植强度的分布特征,并运用SOM自组织神经网络分析法对三个指标进行非监督聚类分析,得到了江汉平原耕地种植强度的分区情况。主要研究结论如下:
  (1)近20年间,江汉平原农作物种植总面积呈现减少趋势,其总面积减少了1000平方公里左右。其中双季农作物种植面积表现为缓慢增加,主要分布在江汉平原中北部地区;单季农作物种植面积表现为缓慢减少,主要分布在江汉平原东部区域。
  (2)以三年为间隔研究江汉平原农作物种植频率相互转化情况发现,总体上江汉平原单双季农作物种植分布发生转化的区域面积先增加后减少,表明单双季农作物的种植分布由频繁转化变为趋向于集中稳定。同时单季农作物种植转换为双季农作物种植的主要发生地集中在传统的双季农作物种植区,双季农作物种植转换为单季农作物种植的主要发生地则集中在单季农作物种植为主的区域。
  (3)以行政区划为单位分析江汉平原农作物种植频率分布趋势发现,除枝江市与猇亭区的单双季农作物种植面积均呈现减小的趋势外,其他县市区的单双季农作物种植面积趋势均呈现相反的趋势,即单季农作物种植面积增大的同时双季农作物的种植面积呈现减小的趋势,单季农作物种植面积减小的同时双季农作物种植面积则呈现增大的趋势。其中,传统双季农作物种植区的双季农作物种植面积呈现增大趋势,传统单季农作物种植区的单季农作物种植面积呈现增大趋势。
  (4)近20年间,总体上江汉平原大部分耕地均为高种植强度,农作物种植频率较大的区域其耕地种植强度较高,农作物种植频率较小的区域其耕地种植强度较低,因此农作物种植活动越频繁,该区域的耕地种植强度越高。
[硕士论文] 李俊强
计算机技术 河北科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国的经济不断地迅速发展,现代农业技术已经有了很大的进步,而且我国是一个农业大国,国家也对农业十分重视,温室工程已成为高效农业的一个重要组成部分。智能温室的功能在于以先进的技术和现代化设施,人为控制作物生长的环境条件,使作物生长不受自然气候的影响,做到常年高效率、高产值和高效益生产。现有温室监控系统主要采用有线通信技术,虽然具有良好的设备互操作性、信号稳定性强等优点,但存在成本高、布线复杂、维护不便等问题,进而限制其在温室中的应用。因此,采取全新通信技术设计开发出更适应于生产实际的温室管理系统,是一个重要的课题。
  本课题在研究智能农业温室管理基础上,选择以ZigBee技术为主体的底层通信技术,构建以物联网三层结构为主体的温室无线传感控制体系,并开发相应的终端控制系统,实现对农业过程的智能化管理。
  本系统所设计的底层是由ZigBee节点构成的无线传感网,上边连接了各类传感器、水泵及继电器等执行器,数据通过socket双向通信技术完成上位机与web服务器的存储与转发,并且与数据库服务器进行数据交换,再与网页与手机APP进行通信;中间层是带有WiFi网关的服务器,利用socket和websocket数据传输通信协议来实现的双向通信。服务器及应用层客户端采用Qt进行开发,手机端使用了Android Studio进行开发,实现数据实时显示、设备控制、阈值控制等各个功能。该系统由于利用ZigBee网络多跳自组织的能力,以星形拓扑结构为基础,为底层传感器构建灵活的自组织网络,提高了整个系统的灵活性和可维护性。
  经实际搭建运行模型测试,系统运行良好,对实际生产具有一定的指导意义。
[博士论文] 唐鹏钦
农业遥感 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:作物种植结构是农业生产结构的重要组成部分,是农业绿色发展和可持续发展的重要内容,对农业高质量发展和国家粮食安全具有重要意义。本研究针对东北三省长时间序列栅格尺度上作物种植结构时空演变的难题,基于交叉信息熵理论,构建了基于作物统计数据的空间信息重构模型SPAM-China,对东北三省1980-2010年水稻、玉米、小麦、大豆四大作物统计面积进行了空间重构,开展了作物种植面积空间分布、时空变化、重心迁移及结构调整等相关研究。主要研究结果如下
  (1)构建了作物空间信息重构模型SPAM-China。综合考虑我国作物种植特点和影响因素,开展了融合多源数据和多影响因子的区域作物空间信息重构技术研究,基于交叉信息熵理论,构建了以土地利用/覆被数据集、耕地灌溉数据、经济社会数据、气候气象数据等多源数据为基础数据的适合我国作物种植特点的作物空间信息重构模型。
  (2)东北三省作物种植面积空间分布增加显著。1980-2010年,水稻、玉米、大豆种植面积分别增加263万公顷、690万公顷、224万公顷,空间栅格数量分别从1987个增加到5249个、6526个增加到8029个、6703个增加到7214个,小麦是唯一一个种植面积减少的品种,面积98万公顷,空间栅格数量从4061个减少至743个。
  (3)东北三省作物种植面积时空变化特征明显。1980-2010年,东北三省作物种植面积大幅增加,空间不断扩张,时空变化趋势呈现不同特征。从栅格面积变化类型看,水稻、玉米、大豆在10年间隔期内,单个栅格内作物种植面积增加一般在700ha以内,面积减少一般在300ha以内,小麦种植面积减少主要集中在300ha以内,面积增加栅格数量较少。从作物种植面积的经纬度变化看,水稻种植面积增加区域主要位于东经119°至135°、北纬41°至485°之间,玉米、大豆种植面积增加区域主要位于东经1255°至131°、北纬47°至50°之间,小麦种植面积减少区域主要位于东经1225°至1335°、北纬430°至490°之间。
  (4)东北三省作物种植面积重心全部北移。水稻面积重心北移171度,从12547°E和4291N°移至12614°E和4462°N,玉米面积重心北移016度,从12513°E和4412N°移至12511°E和4428°N,大豆面积重心北移187度,从12647°E和4488N°移至12781°E和4675°N,小麦面积重心北移177度,从12726°E和4678N°移至12584°E和4855°N。
  (5)东北三省作物种植结构发生显著变化。1980-2010年,东北三省作物种植结构由玉米>大豆>小麦>水稻变化为玉米>大豆>水稻>小麦,以玉米为主导作物的东北三省作物种植结构得到进一步加强,水稻成为重要品种之一。空间栅格内的作物种植结构类型也发生明显变化,玉米—大豆—小麦型、水稻—小麦型、水稻—大豆—小麦型、水稻—玉米—小麦型4类作物种植结构基本消失。
[硕士论文] 刘焕
农业生物环境与能源工程 中国农业科学院 2018(学位年度)
摘要:人工光型植物工厂作为现代先进农业的发展形式,具有环境可控、安全卫生、生产周期短、能够使种植作物始终保持高质量生产等特点,在世界范围内迅速发展。在人工光植物工厂中,通风和空气循环下的强制对流可以控制生长环境并保持气候均匀。本论文以无作物的人工光型植物工厂作为研究对象,利用计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)构建三维植物工厂模型,模拟并探究不同通风模式下植物工厂内部气流场及温度场的分布情况。
  1.利用计算流体力学软件建立人工光植物工厂三维模型,将整个植物工厂作为计算域划分网格并进行模拟计算。设计了侧进侧出式、侧进侧上出式、侧进上出式3种气流循环模式,并将试验植物工厂设置为上进侧出式。模拟结果表明:风速与温度的平均绝对误差、平均百分误差及均方根误差分别为0.12m/s、1.1℃;11%、4%;0.18m/s、1.3℃,模拟准确。3种优化模式的风速值、温度值及二者均匀性均优于上进侧出式。分析比较植物冠层平面风速及温度值,得出侧进侧出式为最佳气流循环模式。与上进侧出式相比,侧进侧出式平均风速增加0.51m/s,均匀性指标变异系数降低17%,平均温度降低0.5℃。
  2.为人工光植物工厂设置两种管道式通风模式,方案1为侧壁进风口送风,顶部墙壁回风口回风,气流在管道底部风扇在压力作用下进入管道内部,并通过侧壁孔流入栽培架内部;方案2为气流直接由管道底部进入管道,并沿侧壁孔流入栽培架内部。利用CFD软件进行模拟并对比两种方案,结果表明:方案1中设定压力跃变值为150Pa,方案2中进风速度设定为3m/s时,作物冠层区域风速最适宜;两方案对比,方案2相较于方案1冠层区域风速更加适宜,且更加节约能源。
  3.设计一种栽培面积为80.5m2的人工光型植物工厂,并为其设计四种气流循环模式,分别为上进侧出式(少回风口)、侧进上出式(少进风口)、上进侧出式(多回风口)、侧进上出式(多进风口)。利用CFD软件进行模拟并比较四种气流循环模式,结果表明:侧进上出式(多进风口)模式下冠层风速平均值最大,为0.90m/s,且>1.0m/s的百分率最高。上进侧出式(少回风口)模式中风速位于0.3~1.0m/s的百分率最高,且均匀性最好;上进侧出式气流循环模式中,改变出风口个数,结果差别不大,侧进上回式气流循环模式中,改变进风口个数,对植物工厂内气流影响较大。
[硕士论文] 曹译戈
土壤学 四川农业大学 2018(学位年度)
摘要:全球气候变暖是人类面临的最严峻环境问题之一,其中温室气体浓度不断上升是目前导致全球变暖的主要原因,农业温室气体排放又是大气温室气体的重要来源。我国是农业大国,各类农业活动每年产生大量温室气体,同时养殖业和种植业的发展产生大量种养废弃物,这些问题亟待处理。目前国内外相关生物地球化学模型中,DNDC(Denitrification-Decomposition)模型,即“反硝化-分解模型”被广泛用于温室气体排放的模拟和预测。本研究基于成都平原稻麦轮作大田实验的基础上,通过设置不施肥(CK)、常规无机化肥(NPK)、猪粪25%+化肥(NKM1)、猪粪50%+化肥(NKM2)、猪粪100%(M3)、猪粪150%(M4)、猪粪200%(M5)、化肥+秸秆半量还田(NPKS1)、化肥+秸秆全量还田(NPKS2)9个种养废弃物还田处理,验证DNDC模型模拟不同处理下成都平原稻麦轮作系统温室气体排放的可行性,并利用DNDC模型对20a尺度不同处理下土壤温室气体排放及作物产量进行模拟预测,分析各处理间温室气体综合增温潜势(GWP)及排放强度(GHGI)的差异,为当地农业发展寻求最优环境和经济效益提供理论依据。主要研究结果如下:
  (1)DNDC模型模拟值与实测数据对比分析结果表明,DNDC模型能够很好的对不同处理下稻麦轮作农田土壤温室气体的季节排放趋势及排放通量进行模拟。结果表明模拟值与实测值十分接近,相关系数基本上在0.8以上,相关性均达到极显著(P<0.01),均方根误差值基本上小于20%。故DNDC模型可以用于成都平原不同处理下稻麦轮作系统下温室气体排放模拟研究。同时DNDC模型的敏感性分析说明,CO2、CH4和N2O排放的动态变化受不同因素影响,故可以通过改变田间耕作习惯,调整施肥比例等措施来调控田间温室气体的排放,达到减排效果。同时,关于DNDC模型敏感性分析结果准确性,有待相关实验进一步验证。
  (2)利用DNDC模型分析20a尺度下不同处理稻麦轮作温室气体排放,结果表明有机肥施用和秸秆还田增加了CH4、CO2年均排放通量与累积排放量,但适量施用有机肥能有效降低N2O排放通量与累积排放量。分析未来20a不同处理下温室气体综合增温潜势(GWP)及排放强度(GHGI),结果表明,有机肥和秸秆施用均增加了稻麦轮作周期综合增温潜势,各处理下综合增温潜势CH4所占比例达到72.2%~88.57%,故减排重点应该放在CH4,但也不能忽视对减少N2O排放的研究;就整个稻麦轮作生育期总GHGI来看,有机肥和秸秆施用均能提高温室气体排放强度。综合所有处理来看,50%猪粪替代化肥处理能在GWP较低的情况下达到产量最高,能很好的兼顾产量效应和环境效应。
  (3)DNDC模型模拟分析未来20a稻麦轮作系统综合经济效益,结果表明与CK处理相比,有机肥和秸秆还田均能提高水稻和小麦产量,但随有机肥施用量的上升而下降。综合各处理,猪粪50%替代化学氮肥处理下,土壤长期温室气体排放量较低,综合增温潜势较低,且20a累积作物产量达到最高,农民20a累积收入最高,视为当地最优经济和环境效益处理。
[硕士论文] 马娇
控制科学与工程 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:温室小气候受室外环境因子、调控设备、温室结构与材料以及内部种植作物的影响,是一个温湿度耦合、受室外环境干扰的大时滞非线性系统。在小气候环境变量中,温室温度对作物生长发育影响最大,是温室小气候环境系统的主要被控因子。温室温度调控设备主要是开关设备或者是无位置反馈的连续调节设备,设备状态一般是离散变量,而被控量(室内温度)与扰动输入(室外环境因子)都是连续变量,故针对连续系统的控制算法不适用于本系统,而常规的开关控制在大时滞的系统下容易超调,可能造成设备频繁启停,损耗电机。为解决这一问题,可将温室温度系统看作一类混杂系统,利用混杂系统建模和控制方法来研究温室温度系统。
  本文基于切换模型思想将温室温度系统按设备开关组合分为保温模式、自然通风模式、强制通风模式与湿帘-风机模式四个子系统,针对四个子系统分别建立ARMAX模型。首先分别确定各子系统模型的主相关输入,利用统计假设检验确定模型结构,采用带遗忘因子的递推增广最小二乘辨识模型参数,使用试验温室数据验证模型精度。基于子系统模型,引入辅助变量,将子系统切换与温度控制的约束转化为线性不等式,建立温室温度系统混合逻辑动态模型,并实验验证模型的有效性,表明模型具备一定的控制效果且预测精度较高。
  针对温室温度混杂系统设计混杂自动机,将温室四个子系统抽象为四个离散状态,研究混杂自动机切换率,分析各离散状态下状态转移的正确性,并验证了自动机执行的确定性和非阻塞性。采用双周期积温规划温度设定值,根据积温周期内积温总量动态调整设定值。实验验证混杂自动机控制方法的控制效果,对比分析加入设定值规划前后的控制效果,发现使用积温规划设定值可适当减少设备切换次数,降低能耗。
  本文基于切换模型设计多输入预测控制器,根据温室温度控制实际需求,同时将设定值跟随、设备切换次数与设备能耗加入预测控制性能指标中,求解的控制率为各设备的开关序列。控制率求解过程是最小化性能指标的优化过程,性能指标中包含的未来时刻扰动输入采用灰色预测进行短期预测,待优化问题是一个NP-hard问题,本文利用遗传算法搜索近似最优解,采用最优性剪枝穷举法验证遗传算法搜索结果。为减少设备切换损耗,引入积温理论优化预测控制设定值。实验验证预测控制算法控制性能,对比分析加入设定值规划前后的控制效果,实验表明预测控制适用于温室温度控制系统,且控制精度高于混杂自动机。
[博士论文] 卢文静
食品科学 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:果实在成熟过程中受到多种激素调节,关于单一激素的调节已有很多报道,而多激素对果实成熟的互作研究较少,且机理仍不明确。因此本论文对香蕉(呼吸跃交型果实)及草莓(非呼吸跃变型果实)分别施加外源脱落酸(ABA)和生长素(IAA),通过生理生化及分子生物学实验技术来阐释ABA和IAA对果实成熟的作用机制。研究结果表明:
  1.以香蕉“巴西蕉”(Musa acuminateL.AAA group,cv.Brazilian)为实验材料,施加外源激素后对果皮进行DGE-seq分析。结果表明,ABA通过上调PaO、DXR、PSY、PME、PL基因的转录水平促进采后香蕉成熟,IAA通过下调PaO、DXR、PSY、PME、PL基因的转录水平抑制果实成熟。ABA+IAA处理通过平衡PaO、DXR、PSY基因的转录水平使果实颜色接近于对照组;ABA+IAA处理通过平衡PME和PL基因的转录水平使果实硬度与对照组相似。因此,在香蕉呆后成熟过程中,ABA+IAA处理可能通过拮抗机制来抵消由ABA或IAA诱导的特定基因表达,从而抑制ABA或IAA单独发挥作用。
  2.以八倍体草莓“章姬”(Fragaria×ananassa Duch,cv.Akihime)为实验材料,对草莓施加不同激素。结果表明,ABA通过上调PAL、 DFR、PME、PL基因的转录水平促进草莓成熟,IAA通过下调PAL、 DFR、PME、PL基因的转录水平抑制果实成熟。ABA+IAA可能通过平衡PAL和DFR基因表达,使草莓色泽变化保持平衡;ABA+IAA可能通过平衡果胶降解酶基因PME、PL,控制果实硬度,使果实硬度与对照组一致。在草莓成熟过程中,ABA+IAA处理可能通过拮抗机制来抵消由ABA或IAA诱导的特定基因表达,从而抑制ABA或IAA单独发挥作用。
  3.以草莓“章姬”为实验材料,克隆扩增得到两个MADS-box基因,FaMADS1和FaMADS2。系统进化树分析表明FaMADS1和FaMADS2分别属于SEP1/2和SEP3亚族。FaMADS1和FaMADS2时空表达测定表明,两个基因均只在花和果实中表达,且随着果实成熟表达量降低。FaMADS1和FaMADS2的瞬时超表达和沉默实验表明,FaMADS1通过调控花青素合成相关基因(PAL、C4H、4CL、DFR、UFGT)、果实软化相关基因(PL、XTH)、香气物质相关基因(QR、AAT)的转录水平,进而改变果实成熟进程。FaMADS2通过调控下游软化相关基因(β-Gal、 Xyl1)的转录水平,改变果实成熟过程中软化程度。
  4.草莓果实中FaMADS1和FaMADS2的表达受ABA与IAA的响应。启动子序列分析表明,FaMADS1和FaMADS2启动子中有ABA响应相关的顺式作用元件,通过酵母单杂交系统对ABA信号通路中的5个转录因子(ABI5-5、TRAB1、ABI5、ABI5-2、ABI5-3)进行筛选。结果发现,ABA通过ABI5-5、TRAB1和ABI5调节FaMADS1基因表达,通过TRAB1、ABI5调节FaMADS2基因表达,进而调控果实成熟。
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