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[硕士论文] 刘琳
林业信息工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:森林火灾是一类严重的自然灾害,给国民经济和生态环境的健康持续和稳定发展带来了极大的安全隐患,及时准确地对森林火险进行监控和预测是降低林火损失的重要手段。目前针对森林火险预测领域的研究已取得了较好的成果,主要进行了林火预测和趋势分析、实时火灾的关联规则挖掘、火灾事件序列的模式检测、聚类分析和火点识别等方面的研究。这些研究主要使用了回归方法的改进、集成和多源数据的融合等算法或技术以提高火险预测的准确率。但其在数据不断增加的情况下,会导致模型的预测准确率低、鲁棒性弱、以及算法的计算复杂度高等问题,即实用性较差,不利于有效管理日益增长的森林火险数据库。
  本文针对这些问题,提出了基于模糊预分类(Fuzzy Pre-classification)和极限学习机(Extreme Leaming Machine,ELM)模型的森林火险定性与定量预测方法,分别从提高准确率、增强鲁棒性以及降低计算复杂度等方面优化现有算法。实验结果表明,随着森林火险数据库规模的不断扩大,该模型与传统模型对比具有较高的预测准确率和更强的鲁棒性。本文的主要工作有:
  (1)使用模糊预分类方法对森林火灾数据库进行管理。本文根据林火天气指数(Fire Weather Index,FWI)的值定义输入的隶属函数参数。针对每一个实验样本,模糊分类器将其归类到对应的子数据库中,分类器的输出分别是S组,M组,L组。分别对每个子数据库的样本进行森林火险等级以及过火面积的预测。
  (2)使用极限学习机(Weighted Extreme Learning Machine,W-ELM)实现森林火险等级的预测。首先,使用t-SNE算法进行特征抽取得到主成分序列作为极限学习机的网络输入。接下来,重新加权处理训练数据,将不同的惩罚系数添加到对应于不同输入的训练误差中。采用Memetic算法优化加权极限学习机(Weighted Extreme Leaming Machine,W-ELM)的输入层和隐含层连接权值和偏置值,并且将W-ELM的隐含层节点进行分类,将隐含层分为多个子模块。最后,极限学习机的网络输出为森林火险等级。
  (3)在森林火险等级预测的基础上分别预测每一类(火险等级)样本的过火面积。将特征集分为四类,根据最佳均值、方差以及协方差分割输入的每个连续特征,并以给定的置信度对目标数值变量进行稳定的区间预测,即分别将每个特征集结合间隔预测树(Interval Prediction Tree)算法实现对过火面积的预测。
[硕士论文] 于炜
植物保护 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:黑翅土白蚁Odontotermes formosanus(Shiraki)是为害农林植物最严重的白蚁之一,可危害多种农作物和林木。同时还是水利堤坝的重要害虫,为害严重时可造成崩堤垮坝。本文以黑翅土白蚁为研究对象,对其室内染色、野外诱捕、取食个体数量及取食范围进行了研究。主要研究结果如下:
  1.在松木块、园林废弃物的粉碎物以及植物枯枝这3种引诱材料中,松木块对黑翅土白蚁的引诱效果差,不推荐用于野外黑翅土白蚁的诱捕。园林废弃物粉碎物和植物枯枝能有效引诱黑翅土白蚁取食,其中使用园林废弃物粉碎物的监测装置单罐最大诱捕数量为3272头,最少为197头,平均1480头;使用枯枝的监测装置单罐最大诱捕数量为1689头,最少为43头,平均827头;而使用松木块的监测装置单罐最大诱捕数量仅为87头,最少数量为31头,平均59头。
  2.以中性红作为黑翅土白蚁室内染色标记物、滤纸作为食料,具有高染色率、低死亡率的优点,因此适合作为测定黑翅土白蚁取食个体数量和活动范围的标记物。使用0.2%浓度中性红染色的滤纸强迫喂养3天,黑翅土白蚁染色成活率可达91%。而0.1%浓度的中性红在控制死亡率方面优于0.2%浓度的中性红,其在第4天和第5天的染色成活率要高于0.2%浓度的中性红,分别为86%和88.33%。
  3.试验测得4个黑翅土白蚁群体取食个体数量分别为443133±45469头、495360±67429头、674345±101703头、1224662±93112头。试验结果显示黑翅土白蚁取食个体数量与体长呈正相关。
  4.试验测得3个黑翅土白蚁群体最大取食距离、取食范围分别为10.62m、14.71m、14.78m和39.4m2、110.14m2、84.15m2。根据试验结果,使用白蚁监测(诱杀)装置在园林绿地中防治黑翅土白蚁时,推荐埋置间距为5-8m,这样既可以达到理想的防治效果,又能减少不必要的人力物力投入。
[硕士论文] 陈云云
生态学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:卫星遥感监测是森林火灾早期发现、动态跟踪及灾后评估的主要技术手段。目前,尽管卫星种类和监测方法多样,但在多源数据的融合应用方面存在诸多问题,对准确定位明火位置、火场范围的精度与时效各有优势,亟需对各类监测数据开展精度及适应性评价,提出火灾监测各个阶段的多源遥感数据的优化应用方案。本研究以内蒙古大兴安岭那吉林场2017年5?17特大森林火灾为研究对象,以火灾过程中收集到的中高空间分辨率的卫星监测数据为基准,系统分析了6类卫星在火点定位和火场范围监测精度的差异,利用FARSITE模型模拟了火势蔓延的速度与范围,并进行了精度验证。并评估了从火灾发生到1个生长季结束后过火区植被恢复状况。本文研究结果如下:
  1.新一代静止气象卫星在森林火灾监测的空间精度与极轨气象卫星的空间精度基本相当,但时间分辨率大幅提高,实现小于10分钟的高频监测,可作为森林火灾火点监测的首选值班卫星。
  2.静止或极轨气象卫星监测空间误差较大,既无法准确定位火场明火位置,也放大了明火区范围,在前线应急指挥中应审慎使用。
  3.高分4号卫星可以满足高时空分辨率应急监测要求,可精确判识火点位置、火场范围及火区动态变化,应作为火灾应急监测的首选卫星。
  4.在无大规模人为干扰的情况下,FARSITE模型可准确重现85%以上的过火区范围。主要植被类型及林型结构(疏密程度)可满足森林火灾应急模拟的精度需求。在大规模扑火工作展开后,模拟的过火范围与实际的过火范围的差异可作为灭火效能评估的依据之一。
  5.应用遥感手段可进行火灾损伤程度的持续监测和定量评估,火灾之后的立即评估会放大火灾损失,应经过大约1个生长季的生态恢复后再评估,才能准确判定火灾损失。
  本项研究可为北方森林防火期火灾应急管理提供科技支持。
[硕士论文] 盛必成
微生物学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:松材线虫病是一种由松材线虫引起的检疫性病害。前期研究发现,蓝光可以显著地抑制松材线虫的胚胎发育;进一步研究表明,在蓝色光照条件下,很多与代谢有关的基因表达量显著下调,其中madd-4基因的下调幅度尤为显著。在上述研究的基础上,本文以madd-4基因为研究对象,克隆了madd-4基因,分析该基因的进化地位;构建了madd-4基因相应的质粒表达载体,通过组织原位杂交和转基因显微注射研究,阐明其在松材线虫整个生命周期中的表达模式;通过RNAi技术验证其在胚胎期的功能作用。研究结果不仅能够阐明madd-4基因在松材线虫胚胎发育过程中的调控作用,为揭示光照抑制松材线虫种群增长的机理提供基础,还能够为研制新型杀线剂和设计特异性的松材线虫病防控措施提供新的思路,同时也能为其它高等动物的胚胎发育研究提供一定的参考。本文主要研究结果如下:
  一、madd-4基因在结构上与秀丽隐杆线虫相似,均有madd-4-long和madd-4-short两种不同形式的转录本,两种线虫的两个转录本均共享madd-4-short的第2-10个外显子,说明该基因在两种线虫中可能具有相同的调控功能。
  二、in situ原位杂交和转基因显微注射研究结果表明,madd-4基因在松材线虫的胚胎、二龄、三龄、四龄和成虫等整个生命周期内专一地在咽部中枢神经环及背腹神经索中的运动神经元细胞中稳定表达;
  三、RNAi浸泡实验结果表明,松材线虫madd-4基因在胚胎期具有三个方面的功能,一是负责调控虫体肌肉臂向中枢神经环和背腹神经索的延伸进程,二是负责调控松材线虫头咽端特定组织的发育,三是参与调控轴突延伸及神经信号向突触后肌肉细胞的传导。
  根据上述研究结果,我们认为madd-4基因在松材线虫的个体发育过程中表达部位相对稳定,并对肌肉系统的正常发育起着重要的调控作用,是保障松材线虫胚胎发育的重要基因。
[硕士论文] 周仪
森林保护学 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:树锦鸡儿(Caragana arborescens(Amm.)Lam.)枯枝病是在树锦鸡儿枝干上发现的一种新病害,需明确该病害的病原菌,了解其发生和侵染,并制定相应的防治措施。本文依据柯赫氏法则,对该病害进行了分离、纯化、接种和再分离确定病原菌,并结合形态学和分子生物学鉴定出了该病害的病原菌;随后对其进行了培养特性研究,确定最适生长条件;测定了该病原菌接种后引起的树锦鸡儿枝条皮层内主要防御酶的变化;在对1~5年生的树锦鸡儿枝条内生真菌群落分离鉴定基础上,选取4株生防菌对病原菌进行室内对峙培养,筛选出具有最优生防潜力的菌株;采用8种常见低毒杀菌剂对该病原菌菌丝生长和孢子萌发的抑制效果进行测定,并选出最佳药剂。这些研究为该病害的防控奠定了基础。主要研究结果如下:
  1、树锦鸡儿枯枝病病原菌的确定:采用单孢分离和组织分离的方法分离得到疑似病原菌的菌株S1,用烧伤、划伤、无伤三种方法接种健康3~5年生水培枝条,30d后仅烧伤接种表现出典型症状。选择烧伤接种进行野外接种试验,发现野外接种的发病时间较室内接种的短,且发病率高达83.3%。经形态学鉴定和rDNA-ITS序列分析表明引起该病害的病原菌S1为树锦鸡子座丛赤壳菌(Stromatonectria caraganae(H(o)hn.)Jaklitsch&Voglmayr.)。目前,在树锦鸡儿枝条上仅发现其无性型,该菌为我国新记录种。
  2、病原菌的生物学特性试验表明:该菌最适生长温度为25℃,最适pH值为5.3;病原菌在以蛋白胨为氮源和在以乳糖为碳源的液体培养基上菌丝生长量最大;病原菌孢子萌发需要较多的营养,在土豆葡萄糖培养液(PD)中萌发率最高,其次为树皮煎汁,分别达到69.5%和50.7%,在无菌水中几乎不萌发。在PD营养液中,病原菌孢子在温度为15~35℃的范围内均可萌发,最适温度为22℃;孢子萌发对环境酸碱度要求不严格,pH值为4.9时萌发率最高,达70.0%。
  3、用烧伤接种的方法对健康树锦鸡儿枝条进行野外接种,每隔3d采集枝皮样品,用相应试剂盒测定处理组和对照组皮层中的SOD、POD、CAT含量。各处理组皮层中3种防御酶的含量均呈现先升高后降低的趋势,在接种第12~15d发病枝条出现明显症状,此时三种酶活性最大。同时对照组的防御酶活性在各时间点均低于试验组,且达到峰值的时间早于试验组。用SPSS软件进行显著性检验得出除个别时间点外试验组与烧伤对照组防御酶的含量差异均达显著水平,说明三种防御酶活性变化主要是由病原菌入侵引起的。
  4、通过对树锦鸡儿1~5年生枝条内生真菌群落的研究得出:树锦鸡儿枝条内生真菌种类较丰富,共分离得到真菌21属,其中半知菌18属,子囊菌2属,接合菌1属,其中优势种为茎点霉(Phorna)和毛壳(Chaetomium)分离率分别为13.1%和12.6%。不同龄级枝条的内生真菌种类数量差异不大,但其组成和分离频率差异较大,各龄级枝条均存在其特有种类的内生真菌,枝皮的内生真菌种类较木质多。
  在树锦鸡儿枯枝病病原拮抗菌筛选的研究中,所选用的4种生防菌株对病原菌菌丝的生长都具有较好的抑制作用,其中哈茨木霉(Trichoderma harzianum)即菌株T5M-2的抑制作用最好。4种生防菌株均是通过生长速度对病原菌进行压制,覆盖病原菌使之停止生长。
  5、选用8种低毒杀菌剂对树锦鸡儿枯枝病的室内抑菌试验,结果表明:对孢子萌发抑制效果最好的三种杀菌剂为霜脲·锰锌、代森锌和多菌灵,稀释100倍时抑菌圈直径分别达44.8、40.8和30.3mm;而对菌丝生长的抑制效果最好三种杀菌剂为多菌灵、甲基硫菌灵和三唑酮,EC50分别为0.19、0.77和8.90mg/L。综合两者的抑制效果来看,多菌灵对病原菌孢子萌发和菌丝生长的抑制作用均较好,可做为防治树锦鸡儿枯枝病的最优药剂。
[硕士论文] 薛羿
森林保护学 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:舞毒蛾Lymantria dispar(Linnaeus),属于鳞翅目(Lepidoptera)裳蛾科(Erebidae),毒蛾亚科(Lymantriinae),是一种世界性林业害虫,具有分布范围广、食性杂、危害重、幼虫能够随风迁移等为害特点。根据地理分布和雌蛾是否有飞行能力,将舞毒蛾分为欧美亚种(L.dispar dispar)、日本亚种(L.dispar japonica)和亚洲亚种(L.dispar asiatica),后两种统称为亚洲型舞毒蛾。相比于欧美型舞毒蛾,亚洲型舞毒蛾雌蛾具有飞行能力且寄主范围更广,存在更大的潜在危害。
  为了今后在舞毒蛾发生地区合理利用性信息素进行种群监控及行为调控技术补充理论依据,本研究通过对亚洲型舞毒蛾的羽化、求偶、交配和产卵等生殖行为的系统观察,探究该亚种的羽化及生殖昼夜节律;对比不同浸提溶剂对雌蛾性腺内性信息素的浸提效果;利用人工合成的舞毒蛾性信息素作为引诱剂,调查分析亚洲型舞毒蛾在5种不同林分中的发生情况,探究亚洲型舞毒蛾对不同林分寄主的选择适合度;最后,根据林间诱蛾试验结果,本文还分析了气象因子对诱捕量的影响。结果显示:
  (1)亚洲型舞毒蛾雌蛾在化蛹后11d,雄蛾在化蛹后12d分别出现羽化高峰;雌雄蛾的羽化行为均发生在光期前2h(2:00)至暗期3h(21:00),雄蛾羽化高峰期为光期6h(9:00),较雌蛾(11:00)提前2h。雌蛾羽化约2h后开始求偶,1日龄雌蛾的求偶率随时间的推移逐渐上升,而其他日龄的雌蛾仅在光周期开始后的1h内求偶率降至当日最低(75%),其余时间达到或接近100%;成虫羽化当日即可交尾,室内交尾高峰期发生在光期11h(14:00)左右,次高峰出现在暗期6h(0:00)。产卵高峰期发生在光期3h(6:00)左右,次高峰出现在暗期2h(20:00)。亚洲型舞毒蛾成虫的羽化和生殖行为存在明显的昼夜节律。
  (2)用正己烷、二氯甲烷和乙醚都能从舞毒蛾雌蛾性腺内浸提出性信息素成分,其提取液在林间(白桦林)诱捕到的雄蛾数分别为58、50和16头,其中正己烷浸提液诱捕到的雄蛾最多,占总诱捕量的46.8%,显著高于乙醚浸提液(P<0.05),但与二氯甲烷浸提液的诱捕量差异不显著(P>0.05)。雄蛾触角对正己烷浸提液的电位反应显著大于其他2种浸提液(P<0.05)。羽化后2日龄雌蛾体内的性信息素合成量最高,以后逐日下降。综上所述,正己烷是浸提雌蛾性腺的最佳溶剂,亚洲型舞毒蛾雌蛾性腺内性信息素的合成存在明显的日节律。
  (3)在家榆、白桦、蒙古栎、樟子松和兴安落叶松五个林分中,用性信息素诱芯分别诱捕到舞毒蛾雄蛾34、30、29、9、15头,在家榆、白桦和蒙古栎林中的诱捕量与在其他两种林分中的诱捕量差异显著(P<0.05,N=3)。在家榆林最先到达雄蛾的诱捕始盛期。在家榆林、白桦林和兴安落叶松林最先到达雄蛾的诱捕高峰期,其次为樟子松林和蒙古栎林。各个林分中到达雄蛾诱捕盛末期的时间接近。气象因子对诱蛾量有明显的影响,风力为三级时与风力为一级或二级相比,诱蛾量显著减少;天气阴晴与降水对诱蛾量无显著的影响。日最高温度和日最低温度均会影响诱蛾量,对温度与诱蛾量之间进行相关性拟合,发现日最低温度在14-23℃之间时,诱捕量与日最低温度呈线性正相关,日平均诱捕量随着日最低温度的升高而增大;日最高温度在20-35℃之间时,日平均诱捕量与日最高温度之间呈抛物线关系,以28℃为分界线,呈现先上升后下降的趋势。日最高温度在26-30℃是舞毒蛾雄蛾活动的最适温度范围,诱蛾量占总诱蛾量的83.4%。综上可见,舞毒蛾的发生情况受到林地内寄主植物、风力和温度的影响。
[硕士论文] 李禹洁
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:森林是人类的重要自然资源,在人类生存与发展的悠久历史中发挥着独特的作用。然而,近年来,全球气候变暖,干旱频发,使森林火灾的发生也日益频繁,给森林造成了巨大的危害和严重的损失。尤其是森林地下火引发的火灾,因为其具有很大的隐蔽性,不易被发现,潜在危害性很大。森林里有大量的森林腐殖质,很容易发生阴燃,当气候,温度,风速风向等发生一定变化时,森林腐殖质有可能变成明火,形成火灾。因此,研究影响森林腐殖质阴燃向明火转变的因素对预防森林火灾有重要的意义。
  在发生阴燃前,森林腐殖质会先进入热解阶段,热解过程中产生的可燃性气体有利于阴燃的传播,因此,研究热解的反应机理非常重要。本文分析了在氮气和空气气氛条件下的热解特性,在空气气氛下反应完全,在400-560℃的温度范围内质量损失大。通过Coats-Redfern方程得出在空气气氛下的机理函数为(1-α)-1-1,在氮气气氛下的机理函数为α+(1-α)ln(1-α)。
  在自主设计的水平实验装置中对森林腐殖质进行阴燃实验,研究风速、氧气含量、阴燃传播方向、热交换条件、腐殖质粒径和含水率对阴燃向明火转变的影响。结果表明:当不改变任何条件时,腐殖质发生的阴燃过程分为吸热升温,自维持传播,降温熄灭三个阶段,该腐殖质具有引燃时间长,峰值温度高,自维持时间长,传播速度慢等特点。当改变上述条件时,结果表明:风速与阴燃的传播速度基本成线性关系,风速越大,阴燃的传播速度越大,转变为明火的时间越短,且临界风速为4m/s。富氧条件下,阴燃温度升高较快,传播速度增大,阴燃易向明火转变。相对于正向阴燃,反向阴燃传播较稳定,不易向明火转变。当外界温度较高时,阴燃易向明火转变,且最高温度值较高。腐殖质的粒径对阴燃向明火转变的影响很小;腐殖质的含水率小于20%时,阴燃能向明火转变,随着含水率的增大,平均最高温度降低,转变为明火时间越短;含水率大于20%时,阴燃不能向明火转变,且随着含水率的增大导致阴燃不能自维持传播,逐渐熄灭。
[硕士论文] 王德栋
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:本文开展了长白落叶松人工林采伐迹地燃烧特性的研究,重点研究了采伐迹地剩余物蔓延燃烧过程中的火行为特征参数、热释放及气体释放规律。
  首先设置了燃烧床实验研究了长白落叶松人工林采伐迹地燃烧特性。重点研究了火蔓延过程中蔓延速度、温度场、火前锋滞留时间、火线强度及流场分布,改变可燃物含水率、风速和坡度,研究以上5个指标不同条件下的变化规律。风速在0~4m·s-1,含水率在8.6%~24.3%,坡度在5°~15°的范围内变化时,火蔓延速度随风速、坡度增加而增大,随可燃物含水率增大而减小。燃烧床中心线上等距分布的测温点温度变化呈先增后减的规律,温度变化曲线峰值间隔与蔓延速度存在一定的对应关系;火对土壤温度变化的影响随土壤深度的增加而减小,同一土壤深度时,伐根附近较远离伐根处的土壤温度要高;坡度为坡度和可燃物含水率增大会使火前锋滞留时间增加,而风速增大时,滞留时间减小;火线强度随风速、坡度增加而增大,随可燃物含水率增大而减小。含水率不变,坡度增大,同一皮托管测得的流速最小值和最大值会随坡度增加而增大。而当坡度不变,含水率增加时,皮托管测得流速的最大值和最小值无明显变化。
  对热释放及烟气释放规律的研究在根据ISO9705建造的标准全尺寸燃烧室内进行,根据耗氧原理研究不同含水率和不同风速时热释放速率及总热释放量的变化规律,并研究采伐剩余物燃烧过程中O2、CO2、CO浓度变化。当含水率增加,风速不变时,燃烧床可燃物在蔓延燃烧过程中,热释放速率会减小,结束时的总热释放量也减小;而当风速变大,含水率不变时,燃烧过程中热释放速率随之增大,结束时的总热释放量也会增大。改变可燃物含水率或风速大小,实验过程中O2、CO2、CO浓度变化同样遵循一定的规律。含水率增大,燃烧过程中的O2浓度相对较高,CO2浓度却变小;风速增加,蔓延燃烧过程中的O2浓度相对变小,CO2浓度却会增大。而CO浓度的变化比较复杂,试验工程中CO浓度变化曲线具有显著的特点,即呈现出明显的双峰曲线形状,同时双峰之间还有一段鞍底较平稳的阶段,总体来说,含水率增加,CO浓度随之增大;风速增大,浓度变小。
[硕士论文] 贾舒涵
森林防火 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:本文利用2000-2013年的吉林省林火数据、防火隔离带资料、火灾应急预案制定情况、森林消防队伍建设数据及基础地理数据,通过层次分析法和模糊综合评价法,分析和研究影响吉林省林火控制能力的因素,计算吉林省森林火灾防控分数,综合评价了吉林省森林火灾防控能力,具体结论如下:
  (1)2000-2013年吉林省平均林火发生率为0.63次/hm2·a、平均林火面积为3.55次/hm2,森林火灾2h平均扑救率达71.86%,平均林火发生率和扑灭林火平均时间远低于全国平均水平。
  (2)吉林省现有瞭望台568座,森林火险监测站169个,林间道路46.6m/hm2,防火带146.8m/hm2,森林火险预警发布准确率86.3%。林区道路密集,防火带布设合理,森林火险监测网络完备,森林防火宣传教育到位。
  (3)通过AHP法和模糊综合评价法对吉林省森林火灾防控能力各指标进行打分,分别得出了吉林省森林火灾控制能力得分分别为0.89和0.73,最终综合评价结果为0.83分,吉林省森林火灾防控能力较强。
[硕士论文] 李宾
软件工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:森林火灾是严重威胁人民生命和财产安全的自然灾害之一,早期的森林火灾检测技术是基于传感器的火灾检测技术,但是这种传感器技术存在响应时间慢、大规模部署成本高等缺点,而面向实时视频的火灾检测具有很多优势,它有适用范围广、响应速度快等优点。在火灾发生的早期,常常伴有大量的烟产生,因此,面向实时视频的森林火灾检测本质上是检测视频中的烟雾图像。但是在烟雾检测的过程中,存在着干扰物、光照变化等因素的影响,降低了烟雾检测的识别率。因此,本文针对面向森林火灾的烟雾检测系统进行设计与开发,下面是本文的主要工作内容:
  (1)前景提取的完整性直接影响后续烟雾检测的准确性,本文针对常用前景提取算法进行研究,选择自适应背景更新算法作为系统前景提取的方法,在此基础上对背景更新参数进行改进,得到改进后的自适应背景更新算法,运用改进后的自适应背景更新算法进行前景提取。但是由于光照变化对烟雾检测的影响,首先将背景更新获得的背景帧和当前帧进行去光照处理,然后运用背景差分法对图像进行前景的提取。对于前景图像中存在的非烟的物体,运用RGB颜色模型对前景进行检测,去除部分非烟的物体,得到候选烟雾。
  (2)干扰物是烟雾识别的难点,在烟雾图像中存在各种各样的干扰物,包括行驶的车辆、摇晃的树枝、与烟颜色相近的运动物体。对于干扰物的去除,一般采用烟的静态和动态特征联合的方法。对于与烟颜色相近的物体,根据烟的动态特性,选择LBP特征提取对图像进行纹理特征提取,运用SVM训练正负样本和LBP纹理图像,根据图像特征向量中含有的图像信息做出判断,进而对烟雾图像进行分类。
  (3)通过对烟雾检测算法的研究,本文针对森林火灾检测系统进行了设计和实现,主要分为三个模块:图像的预处理模块、前景提取模块、特征检测与识别模块。运用MFC对系统界面进行实现,并对整个系统的功能和实时性进行测试。
[博士论文] 刘柯珍
森林保护学 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:林火虽然是一种经常性的自然现象,而且是许多生态系统的重要特征,但它们的发生通常被认为对人类活动是一种威胁。在气候变暖背景条件下,作为我国重点国有林区—大兴安岭地区火灾愈演愈烈,近几年来,夏季火灾发生次数明显增加。本文基于大兴安岭地区1967~2008年夏季的月平均气象数据和林火历史数据,分析了大兴安岭地区夏季火发生的气候背景和夏季火的时空分布规律,结合该地区的数字高程模型(DEM)、植被分布图和植被指数数据集,利用Arcgis,Python等软件从逐日气象因素、植被因素、坡向、坡度、海拔等方面定性、定量分析了大兴安岭地区夏季火发生时的火环境状况。通过前期预研工作,选出适合大兴安岭地区火灾预测预报的模型,使用较为广泛的Logistic模型以及模拟效果较好的零膨胀负二项模型(ZINB),结合前面研究的火环境数据做为自变量参数,拟合大兴安岭地区夏季火的发生概率和发生次数模型。研究结果表明:
  大兴安岭地区夏季火逐年增加的主要原因是气候变化,全球气候逐渐增温背景下大兴安岭地区的气候发生了明显的变化。1967~2008年大兴安岭地区的平均气温和最高气温呈现显著的增高趋势,每10a平均气温和最高气温分别增长为0.23℃和0.27℃,尤其是2000年后平均气温和最高气温明显高于累年平均气温值,相反,夏季降水量和平均空气空气相对湿度整体呈现降低的趋势,1989~1993这5年降水量较多且均没有火灾出现。
  通过对湿润指数的分析,近42年来大兴安岭地区夏季湿润指数距平5年滑动曲线呈波动下降趋势,气候变得越来越干燥。大兴安岭林区夏季火的总火烧面积、燃烧森林面积和火灾发生次数存在明显的年际变动,2000~2008年夏季火的火动态指标值都要高于1967~1988年,而1989~1999年夏季大兴安岭林区均没有火灾发生。对于月尺度变化,不论是火灾发生次数还是过火面积以6月份最高。通过火灾发Julian日期分析,6月20日左右是大兴安岭地区夏季火发生最多的时候,随着气候变化,夏季火火险期向后延长,2002年之后的8月份也开始出现频繁火灾,这种情况与2000年后气温升高、降水量减少、空气湿度降低有密切的关系。
  该研究区的夏季林火主要以雷击火为主,占近42年来夏季总发生林火次数的77.7%,雷击是大兴安岭地区夏季火火源的主要原因,夏季火点主要集中在北部和中部地区,以漠河县发生火灾次数最多,就各县、区总燃烧面积和燃烧有林地面积而言,呼中区和呼玛县属于受灾较严重区域。
  大兴安岭地区夏季火发生与平均气温和最高气温具有极显著性影响,主要发生在平均气温17-21℃范围内和最高气温28-32℃范围内;夏季火发生的风速主要集中在1.5-2.5m·s-1,且不同范围发生火灾次数具有显著性差异;影响夏季火发生的主要地温范围为21-30℃,火灾发生当天和前期不同地温范围发生的火灾次数具有显著差异性;降水量越小,发生的火灾次数越多,降水量为0mm时,发生夏季火概率最高,占75%,其中,雷击火和人为火次数均最高,分别占雷击火和人为火发生总数的71%和52%。平均空气空气相对湿度60%-70%是夏季火发生的主要范围,且当天和前1、2日不同空气空气相对湿度范围发生林火次数极显著差异性,P<0.01;夏季火发生时的最小空气空气相对湿度主要集中在20%-30%范围内,且发生当天和前期不同最小空气相对湿度范围发生的火灾次数具有显著差异性;火灾发生当日、前1日、前2日不同范围降水量发生的火灾次数具有极显著的差异性,P<0.01。夏季火发生的平均气压主要范围是945-965hPa,而且对当天和前期的平均气压具有一定的条件要求;影响夏季火发生主要日照时数范围是12-14h,随着日照时数增大,夏季火发生概率也逐渐增加,当日照时数>14h时,夏季火发生概率突然降低。
  雷击火发生位置的坡度普遍大于人为火。夏季火在平坡发生概率最高,雷击火和人为火发生次数也是最高,雷击火发生次数占雷击火总数的53%;人为火发生次数占人为火总数的77%,随着坡度的增加,夏季火发生概率呈降低的趋势。阳坡发生夏季火次数高于阴坡3.3%,半阳坡略高于半阴坡,雷击火发生在阳坡比阴坡高25%,半阳坡比半阴坡高4%,人为火发生在阴坡、半阴坡和阳坡、半阳坡的火灾次数比较接近。海拔高度550-650m发生夏季火概率最高,为17%。夏季火主要发生在寒温带山地落叶针叶林,占73%,该植被类型发生雷击火次数最多,占雷击火总数的77%,其次是草甸,占15%。
  通过对logistic回归模型进行验证,建模数据的ROC曲线面积值分别为0.886,且达到极显著性(P<0.001),检验数据的回判正确率为79.0%,该模型拟合和预测夏季火效果较好;零膨胀负二项模型预报的准确率达71%,但对日尺度发生次数较多的火灾,预测效果较差。
[硕士论文] 孙付存
昆虫生态学 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:马尾松毛虫Dendrolimus punctatus和思茅松毛虫Dendrolimus kikuchii在长江以南地区广域分布,是南方针叶林主要食叶害虫,猖獗时可将松树针叶食尽,导致大面积松林死亡,造成严重的经济损失。本研究分别对这2种松毛虫各自不同地理种群雌虫性信息素成分含量、比例和触角敏感性进行分析,并据此配比不同成分比例的诱芯进行诱捕效果差异检测,以此揭示这2种松毛虫各自种群间性信息素的变异程度,从而有针对性地研发不同地域松毛虫种群监测和防控诱捕技术。利用气相色谱(GC)和气相色谱-质谱(MS)联用技术对思茅松毛虫湖南种群、云南种群和江西种群进行性信息素分析;对马尾松毛虫江西种群、贵州种群、湖南种群和广西种群以及湖北红安地区重度危害和轻度危害2种危害类型的雌虫性信息素腺体提取物进行分析;利用触角电位记录技术(EAG)测定思茅松毛虫和马尾松毛虫各地理种群或危害类型雄蛾触角对性信息素样品的电生理敏感性;最后根据上述分析测定结果,配制相应配比的诱芯进行林间生物测定,比较不同性信息素成分配比诱芯的诱蛾效果差异。取得的主要研究成果如下:
  1、思茅松毛虫雌虫性信息素腺体中发现顺5,反7-十二碳二烯乙酸酯(Z5,E7-12:OAc)、顺5,反7-十二碳二烯醇(Z5,E7-12:OH)和顺5-十二碳烯乙酸酯(Z5-12:OAc)3种腺体成分。湖南种群、云南种群和江西种群间这3种成分的含量和比例存在差异,3种成分以100∶10∶25或者100∶10∶10的比例配比。经EAG测试分析表明,湖南种群最佳EAG反应的3种性信息素成分的比例是100∶10∶25,云南种群是100∶10∶10,江西种群是100∶10∶10或者100∶10∶25。林间生物测试表明,湖南种群3种性信息素成分以100∶10∶25的比例配比诱蛾效果最佳,云南种群和江西种群是100∶10∶25或者100∶10∶10。
  2、马尾松毛虫各地理种群雌虫性信息素腺体中均检测到顺5,反7-十二碳二烯乙酸酯(Z5,E7-12:OAc)、顺5,反7-十二碳二烯醇(Z5,E7-12:OH)和顺5,反7-十二碳二烯丙酸酯(Z5,E7-12:OPr)3种腺体成分;江西种群、贵州种群、湖南种群、广西种群和湖北种群间3种成分含量差异较大,同一地域不同采样点地理种群间各成分含量差异较小;湖北红安地区不同危害程度2个种群间这3种成分含量和比例存在差异,但是差异最小;3种性信息素成分比例的变化趋势与含量的变化趋势相同。不同地理种群雄蛾触角对这3种性信息素成分的剂量反应(刺激量:10ng-10μg),EAG测试值均是随着刺激剂量的增加而增强。危害轻度地区的马尾松毛虫雄蛾触角对这3种性信息素成分的反应较重度地区更敏感,但是在三种成分比例为100∶80∶40配比的刺激条件下,湖北红安七里种群(轻度危害)与杏花种群(重度危害)EAG反应均最强但无显著差异。100∶80∶30比例配制的诱芯对两个地理种群的诱捕效果均最好,且在危害重度地区诱捕数量显著高于危害轻度地区。
  综上分析,思茅松毛虫3种性信息素成分在湖南种群、云南种群和江西种群间存在量和比例的微小差异;马尾松毛虫3种性信息素成分在不同地理种群间比例存在的较大变化,但没有发生明显的种下分化现象。这可能是蔓延过程中,面临寄主等的性选择压力较弱,但各地区温度、湿度和地形等地理因素仍会对思茅松毛虫雌蛾性信息素的释放和雄蛾对性信息素的感应产生不同影响,结合云南普洱、湖南郴州、江西九江三个地区的环境和地理因素,推测温度与湿度越高且林层底部灌木发达越有利于思茅松毛虫生存及繁殖。思茅松毛虫3个地理种群间,马尾松毛虫4个地理种群间及2种不同危害类型种群间性信息素含量和比例的差异暗示着该差异与地域差异、寄主植物差异以及人为干扰因素等相关。
[硕士论文] 李恩杰
森林保护学 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:松材线虫(Pine Wood Nematode,PWN)是松材线虫病(Pine Wood Nematode Disease,PWND)的主要病原,能够对松属植物造成毁灭性的危害,也是目前世界性的检疫有害生物。因松材线虫隐蔽性强,而直接以PWN为靶标进行生物防治的难度较大。苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)是全球开发应用最为广泛的微生物杀虫剂之一,其部分菌株的发酵液具有杀PWN活性。伊氏杀线真菌(Esteya vermicola, Ev)是首次在PWN里发现的内寄生真菌,该真菌产生的新月形孢子对PWN具有侵染和致死活力。本研究拟从杀线虫Bt菌株的筛选入手,研究高毒力杀线虫Bt菌株发酵液的毒力稳定性以及Bt与Ev对PWN的联合毒力。旨在为以后利用Ev和Bt联合防控PWN提供一定的理论依据和技术支持。
  通过采用直接触杀法对Bt发酵液进行PWN毒力测定。结果显示,从4个菌株中筛选出高毒力的菌株D,其发酵液处理PWN24h的死亡率达到100%,杀PWN速度也较其它菌株快,处理8h后,PWN死亡率达到70%以上。通过毒力稳定性实验发现菌株D的发酵液对蛋白酶K稳定,耐碱、不耐强酸,对温度不敏感,且在4℃保藏50d后,该菌株发酵液活性并未下降,确定致病因子可能为β-外毒素。PCR鉴定结果显示菌株D的16SrDNA片段与Bt KNU-07的相似度为100%。
  室内使用Ev孢子悬浮液与Bt发酵液处理PWN,通过PWN的形态变化、死亡率及死亡速度3个方面测定Ev与Bt联合毒力作用。结果表明,经过Ev孢子悬浮液处理过的PWN出现内容物渗漏,体腔收缩、弯曲、断裂的现象;高浓度的Ev孢子悬浮液与Bt发酵液联合处理PWN可以明显地提高PWN的死亡率;当Ev孢子悬浮液浓度为2.5×108cfu·mL-1、Bt发酵液稀释3倍时杀PWN效果最好,可以达到100%;联合处理的PWN死亡速度较快,随着联合处理时间的延长,死亡率呈上升的趋势。
  温室测定Ev孢子悬浮液与Bt发酵液联合毒力。结果表明,利用高浓度Ev孢子悬浮液与稀释3倍Bt发酵液混合后,注射感染松材线虫病的油松(Pinus tabuliformis Carrière)树苗,发现树苗存活率比单独使用二者的都要高。Ev与Bt联合后,预防组与防治组的效果差异不显著(P<0.05),而在单独使用高浓度Ev孢子悬浮液处理时,预防组的树苗存活率比防治组的高,稀释3倍的Bt发酵液处理的则防治组的树苗存活率比预防组高。
[硕士论文] 郭春晖
生态学 广西大学 2018(学位年度)
摘要:桉树(Eucalyptus spp.)是世界三大速生树种之一,在我国南方各省广泛种植,近年来遭受入侵害虫桉树枝瘿姬小蜂(Leptocybe invase Fisher et La Salle)的严重危害,给我国的桉树产业发展带来了巨大损失。桉树枝瘿姬小蜂属膜翅目(Hymenoptera),姬小蜂科(Eulophidea),是一种重要的桉树枝叶害虫,它通过在叶脉、叶柄和嫩枝等部位致瘿危害桉树的生长,严重时可导致桉树整株死亡。桉树枝瘿姬小蜂能够迅速入侵扩散与其缺乏天敌、瘿室的保护、丰富的食物、较强的适应能力、较小的个体和独特的生殖方式等有较大关系。本研究针对桉树枝瘿姬小蜂的生物生态学特点,研究了不同温度和寄主植物对桉树枝瘿姬小蜂形态和生理指标的影响。研究结果如下:
  1.不同地理种群的桉树枝瘿姬小蜂的形态大小差异显著,纬度越低,体长、头宽、胸宽、腹宽和翅展等指标越大,并和纬度呈一定的负相关趋势;接种5代后,不同地理种群的桉树枝瘿姬小蜂的各个形态指标较原来有明显差异。一年中不同月份桉树枝瘿姬小蜂个体大小差异显著,夏季种群的体长、头宽、胸宽、腹宽和翅展等指标显著小于越冬种群;不同温度下桉树枝瘿姬小蜂的各个形态指标不同,在20℃~35℃温度范围内桉树枝瘿姬小蜂的个体大小随着温度的升高而减小。
  2.不同寄主植物对桉树枝瘿姬小蜂的个体大小影响显著,研究结果表明:以巨园桉(E.grandis×E.tereticornis)DH201-2为寄主的桉树枝瘿姬小蜂的体长、头宽、胸宽、腹宽和翅展等指标显著高于以窿缘桉(E.exserta)为寄主的桉树枝瘿姬小蜂的各个形态指标。
  3.不同温度对桉树枝瘿姬小蜂体内保护酶活性的影响显著,结果表明,在15℃~20℃温度范围时,桉树枝瘿姬小蜂体内的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶的活性随着温度降低迅速下降;在30℃~35℃时,桉树枝瘿姬小蜂体内的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶的活性随着温度的升高而降低;在20℃~30℃温度范围内,桉树枝瘿姬小蜂体内的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶的活性相对稳定,随温度变化较小,无显著性差异。
  4.不同寄主植物对桉树枝瘿姬小蜂体内乙酰胆碱酯酶、羧酸酯酶、谷胱甘肽-S转移酶和多酚氧化酶等解毒酶的活性影响显著。本研究发现,以巨园桉DH201-2为寄主的桉树枝瘿姬小蜂体内乙酰胆碱酯酶、羧酸酯酶、谷胱甘肽-S转移酶和多酚氧化酶这4种解毒酶活性均显著高于寄主是窿缘桉的桉树枝瘿姬小蜂体内相应的解毒酶。
  5.不同温度对桉树枝瘿姬小蜂呼吸代谢的影响研究表明:随着温度的变化,桉树枝瘿姬小蜂的CO2释放速率变化明显,在15℃和35℃条件下其CO2释放速率均达到极显著差异;而在20℃~30℃之间变化幅度小,差异不显著。
[硕士论文] 王虎威
地图学与地理信息系统 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:21世纪以来,物联网、大数据等技术得到了快速发展。科研工作者利用无线传感器等技术手段对复杂林区进行精准监测和统筹管理已经成为当下林业行业智能发展的重要趋势,不仅能减轻林业工作者的工作负担,还能在森林态监测及林火预防等领域提供科学有效的数据决策服务。随着林区监测系统、传感器节点日趋增多,监测数据也逐渐呈现出大数据的特征,如何在复杂林区内快速有效的传输监测数据、有效的监管众多传感器节点和分析海量的林业物联网数据已然成为林业科研工作者急需解决的技术难题。本文针对如上难题对目前林业物联网研究存在的问题及需求进行了综述,对无线传输技术、可视化技术和OID编码技术展开了研究,并结合林业物联网发展现状设计了林业物联网OID标识体系。最后,结合研究成果设计开发了物联网数据管理平台,为林业科研工作者可视化管理和科学决策提供平台支撑。
  本文的主要工作概括如下:
  1、研究区域概况分析
  对广西南宁银岭分场桉树人工林进行实地勘测,充分了解试验场的地理位置和气候特征等综合信息,确定样地范围。同时,对比分析了目前主流的5种无线传输方案。在总结试验场监测组网技术需求的基础上,确定了LoRa作为本次实验的无线传输技术支撑,并详细介绍了传感器节点部署方案及各传感器的属性信息。
  2、OID技术与可视化技术的研究
  ECharts、Tableau、D3.js等是目前发展比较成熟且应用相对比较广泛的可视化技术,文中对各可视化技术进行了分析,对比研究了各种可视化技术的原理特点及适用性等情况,根据目前林业物联网数据可视化需求,确定适宜的可视化技术作为平台研建支撑。同时,对OID技术进行研究,并设计了林业物联网OID标识体系。
  3、物联网数据管理平台设计
  根据研究成果,结合云技术,设计林业物联网数据管理平台。主要从平台总体框架、功能模块、存储架构和业务逻辑等方面进行设计,包括登陆模块、数据管理模块、数据共享模块及平台安全等模块。
  4、物联网数据管理平台实现
  基于物联网数据管理平台的设计展开各功能模块的编码实现工作,并对相关核心代码及主要功能进行简要介绍。同时,通过OtD标识码在管理平台中进行传感器位置定位和属性查询,验证了林业物联网OID标识体系的科学性和平台的可行性。
  本研究为科研人员提供了一个标准规范的开放性资源共享平台,平台基于统一OID编码体系,对各传感器节点进行唯一标识管理,实现精确定位和属性查询。同时,基于可视化技术提供各传感器节点地图可视化展示、监测数据实时展示和可视化分析功能。平台的云存储功能也为科研人员提供了极大的方便,可随时随地下载需求数据,实现数据共享。此外,科研人员也可以根据林区监管需求灵活添加传感器节点及监测因子数量。
  总之,本研究设计并编码实现的物联网数据管理平台通用性和可扩展性很强,具有很高的推广应用价值,为林业科研人员进行林区可视化监管、物联网数据分析和大数据共享提供了平台支撑,同时也为智慧林业提供了一种科学有效的新思路。
[硕士论文] 李雯雯
森林保护学 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:疫霉菌(Phytophthora de Bary)是一类全世界广泛分布的植物病原菌,能够危害林木、果树、农作物等多种植物,造成严重的生态破坏和经济损失。我国对于疫霉菌的研究多集中在农作物病原菌,对于林木疫病的报道相对较少,对森林疫霉的种类和分布以及所致病害的发生规律更是缺乏系统的研究。
  自2005年开始,本研究组在全国范围内的森林生态系统中展开疫霉菌及其所致病害的调查,并且已经明确了我国西南部分地区的杜鹃-栎树林中疫霉菌的种类及分布状况。本研究在此成果的基础上,对我国雾灵山森林生态系统中的疫霉菌展开调查和分类研究,并对实验室保藏的疫霉菌进行复核鉴定以及遗传多样性研究。主要研究结果如下:
  1、2015-2017年,本研究利用疫霉菌的诱捕分离技术,对河北省雾灵山森林生态系统中的疫霉菌展开调查和监测,从林间溪流和林冠穿透水中分离得到122株疫霉纯菌株,通过对ITS序列分析和形态学观察,将其鉴定为4个种,分别是属于疫霉clade2的多主寄生疫霉(Phytophthora plurivora T.Jung&T.I.Burgess)和属于clade6的厚垣孢子疫霉(Phytophthora chlamydospora Brasier& Hansen sp.nov.)、节水霉状疫霉(Phytophthoragonapodyides(Petersen) Buisman)和湖沼疫霉(Phytophthora lacustris Brasier, Cacciola,Nechwatal,Jung& Bakonyi)。其中,P.gonapodyides79株,P.plurivora39株,P.lacustris3株,P.chlamydospora1株。分离自林冠穿透水的P.plurivora对森林生态系统更具威胁性。
  2、本研究对实验室所保藏疫霉的参考菌株以及部分未鉴定的菌株进行了复核和鉴定,所有菌株的复核结果均与原鉴定结果一致。通过形态学复核鉴定,本实验室保藏的疫霉参考菌株鉴定结果准确率达到100%。说明本实验室的菌种分离、纯化、鉴定以及保藏和活化方法是非常可靠的。
  3、在对菌株复核鉴定的过程中,发现诱捕分离自四川西昌泸山森林溪流中的几个菌株,在rDNA-ITS序列上同波兰疫霉(Phytophthora polonica Belbahri L,Moralejo E& LefortF.)较为相近,但其形态与文献中该种描述有差别,于是通过多基因序列分析、形态学、生理学和致病性检测研究,将其鉴定为新种,并正式命名为Phytophthora pseudopolonicaWen-wen Li,Wen-xia Huai&Wen-xia Zhao sp.nov.,属于clade9。该种在水中产生大量的菌丝膨大体,在V8S培养基或者水中均产生大量厚垣孢子,孢子囊无乳突,不脱落,巢式内层出。同宗配合,雄器多侧生。在PDA培养基上菌落边缘不规则,CA培养基上的菌落形态与V8S培养基上类似,但是菌丝相对稠密,生长较慢,V8S培养基上会产生少量气生菌丝。在离体叶片致病性测定实验中,该种疫霉在丝栗栲(Castanopsis fargesiiFranch)、苦槠栲(Castanopsis sclerophylla(Lindl.) Schott)和青冈栎(Cyclobalanopsis glauca(Thunb.) Oerst.)的健康叶片上均产生病斑。
  4、对我国新记录种居间疫霉(Phytophthora intercalarisX.Yang,Y.Balci,N.J.Brazee,A.L.Loyd& C.X.Hong)进行了基于ITS和β-tubulin基因位点的系统发育分析,研究结果表明所有菌株的ITS和β-tubulin基因序列与参考菌株的序列一致性都在99%以上,说明种内不同地理来源的菌株之间具有较高的序列一致性,但是也存在碱基的差异,从而形成不同的基因型。
  5、利用序列相关扩增多态性(Sequence related amplified polymorphism,SRAP)分子标记技术对不同地理来源的P.plurivora进行遗传多样性分析,100对SRAP引物筛选出11对多态性较好的引物组合,共扩增产生177条谱带,其中多态性谱带163条,特异性谱带40条,每对引物多态性位点11-21个不等,特异性位点0-8个不等,不同引物多态性比率为81.8%-100%。遗传参数(H=0.3303,I=0.4867,PPL=93.94%)表明研究区域内的P.plurivora具有丰富的遗传多样性。聚类分析结果表明,不同地区的P.plurivora整体亲缘关系相近,但菌株间存在差异,SRAP分组结果与地理来源无直接相关性。
[硕士论文] 靳冉冉
林业 河南农业大学 2018(学位年度)
摘要:泡桐是一种经济价值较大的树种,对改善生态环境、提高农民生活水平等方面都有很重要的作用,而泡桐易受植原体入侵而患丛枝病,病害危害极其严重,给我国林业、经济、环境等方面造成巨大的损失。为了有效预防和防治这种病害,目前虽然做了很多研究,但其发病机制仍不清楚。为深入了解泡桐丛枝病发病过程蛋白质变化的情况,采用同位素标记相对和绝对定量(iTRAQ)技术鉴定白花泡桐和毛泡桐健康幼苗、患丛枝病幼苗及不同浓度(分别为15mg·L-1和75mg·L-1)硫酸二甲酯(DMS)处理后恢复健康形态的患病幼苗的蛋白质,并对其进行功能注释和差异表达分析,得出以下结果:
  (1)白花泡桐4个样品中共鉴定到2969个蛋白。2959个、2692个、2928个蛋白质分别注释到NCBI蛋白质数据库、Swiss-Prot数据库和trEMBL数据库。由功能分类结果可知,共有2640个蛋白质比对到GO数据库中,共注释到51种功能类别。2581个蛋白比对到COG数据库中,共分为23个功能类别。KEGG数据库比对结果中,2324个蛋白质参与121条代谢通路,主要参与代谢途径、次生代谢产物生物合成和光合作用等途径。在白花泡桐比对组中共找到356个差异表达蛋白,主要参与到代谢途径、次级代谢物合成、光合作用和光合作用碳固定通路中。
  (2)毛泡桐4个样品中共鉴定到2628个蛋白。2615个、2366个、2586个蛋白质分别注释到NCBI蛋白质数据库、Swiss-Prot数据库和trEMBL数据库。功能分类结果显示,共有2327个蛋白被注释到GO数据库中,分为50种功能类别。2259个蛋白比对到COG数据库中,共注释到23个功能类别。KEEG数据库结果显示,共有2049个蛋白质参与到119个代谢途径,主要参与到代谢途径、次生代谢产物的合成和光合作用途径中。通过毛泡桐样品比对组共得到324个差异蛋白,主要参与代谢途径、次级代谢物合成、光合作用和光合作用碳固定通路。
  (3)对白花泡桐和毛泡桐进行差异蛋白筛选,通过方案对两种泡桐鉴定到的蛋白进行横向差异比较分析,最终找到5个蛋白即核糖体蛋白L11、苹果酸脱氢酶(MDH)、光系统Ⅱ捕光叶绿素a/b结合蛋白、光系统Ⅰ亚单位Ⅱ、钙调蛋白(CaM)和1个功能未知蛋白。主要参与光合作用、光合生物碳固定和核糖体等生物代谢通路。分析其参与的功能发现光系统Ⅱ捕光叶绿素a/b结合蛋白和光系统Ⅰ亚单位Ⅱ蛋白通过影响聚光复合物(LHC)的合成而使植物光合作用受到调控,从而在泡桐感病过程中起到调节作用;苹果酸脱氢酶(MDH)影响植物体内水分运输和NADH和ATP合成,通过调控植物体内物质与能量代谢过程而表现出一定的抗病性;钙调蛋白(CaM)与植物-病原物互作有关,在激发植物自身免疫反应方面发挥重要作用;核糖体蛋白L11在泡桐感染植原体过程中,参与了病原与宿主间的特异性相互作用。
  (4)在白花泡桐和毛泡桐的差异表达蛋白质中各随机挑选4个蛋白质进行qRT-PCR检测,结果显示,在白花泡桐和毛泡桐中各有3个蛋白质在转录水平上的表达与蛋白质表达水平呈现出一致趋势,1个蛋白表达趋势不一致。造成这种不一致的原因可能与mRNA降解、蛋白质降解以及蛋白折叠修饰等有关。
  本研究结果找出了与丛枝病发生有关的蛋白及其参与的生理生化途径,对于了解丛枝病发病过程和从蛋白质分子水平上阐明泡桐感染丛枝病发生提供了参考依据,有利于泡桐丛枝病发病机制的进一步研究。
[硕士论文] 曾健强
林业 四川农业大学 2018(学位年度)
摘要:桢楠作为中国二级保护渐危种,既是良好的用材树种,也是园林景观中优良的绿化树种。近年来在成都市温江区四川农业大学校成都校区校园内栽植的桢楠上发现了疑似叶枯病的症状,对其生长造成了影响,也严重影响其观赏价值,若不加以重视,会造成经济损失。
  本研究从四川农业大学校成都校区盆栽的桢楠苗上采集桢楠叶枯病叶片样本,进行病原菌分离鉴定和病原菌生物学特性的研究、病原菌对桢楠叶片生理生化的影响;进行室内化学药剂筛选试验,以便更全面的了解该病害,为防治桢楠叶枯病提供理论依据。相关研究结果如下:
  1、对校园内采集的感病桢楠叶片样本进行组织分离,得到1种分离物,通过回接至健康植株验证柯赫氏法则,结果显示回接植株叶片发病症状与校园内盆栽桢楠叶片发病症状一致,采用态学特征观察及rNDA-ITS序列分析方法进行鉴定,结果表明该病原菌为半知菌纲链孢霉目黑霉科的细极链格孢[Alternaria tenuissima(Fr.)]。
  2、从培养基基质、碳源、氮源、pH值、温度、光照等方面研究对病原菌生长的影响。实验结果显示:(1)病原菌在PDA培养基上长势最好,其次是PSA培养基;(2)细极链格孢最佳生长碳源为山梨醇,可溶性淀粉次之;(3)细极链格孢最佳生长氮源为有机氮源蛋白胨和牛肉浸膏,铵盐对病原菌生长甚至有抑制作用;(4)细极链格孢最适生长的pH值为5.8,在pH5-9的条件下也都能生长,但长势较差;(5)病原菌细极链格孢最适生长温度为25℃,在10-35℃内都能生在;(6)光暗交替的条件最有利于病原菌的生长。
  3、通过在健康桢楠叶片上接种细极链格孢,对感病叶片丙二醛(MDA)含量及过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性进行持续测定。结果表明,细极链格孢的侵染使桢楠叶片丙二醛(MDA)的含量上升,过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性均低于对照。
  4、室内毒力试验结果显示:7种供试药剂的毒力大小顺序为50%咪鲜胺锰盐可湿性粉剂>50%多菌灵可湿性粉剂>12.5%乙霉威可湿性粉剂>70%甲基硫菌灵可湿性粉剂>50%速克灵可湿性粉剂>70%代森锰锌可湿性粉剂>50%扑海因可湿性粉剂,抑菌效果最好的是50%咪鲜胺锰盐可湿性粉剂,其EC50值为0.3157mg/L,抑菌效果最差的是50%扑海因可湿性粉剂,其EC50值为18.4064mg/L。
  5、本研究结果为桢楠叶枯病的防治提供了理论依据:50%咪鲜胺锰盐可湿性粉剂的防治效果最好;施肥时可采用氨肥作为增效剂来提高化学药剂的防治效果,应避免有机肥。在日常管理养护中保持合理的栽植密度和良好的通风条件,及时修剪病枝,可以减少该病的发生。
[硕士论文] 杨丽娜
森林保护学 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:铅污染,在我国分布面积广、程度深,随着社会发展,重金属铅不断加剧,严重威胁人类的生产和生活质量。舞毒蛾(Lymantira dispar),属鳞翅目毒蛾科,分布广,食性杂,是一种具有很大危害性的林木食叶部害虫。在重金属污染环境下,林木的不同种类、不同部位,会不同程度地富集重金属,因而影响食物链上相应的每一种生物。在这种情况下,舞毒蛾的生长发育及其解毒生理将如何响应?另外,相关报道舞毒蛾在不同的环境下(温度、湿度、光照强度),其发生趋势不同,但这些尚未见系统报道。本实验在不同温度、光照强度、湿度条件下,以及在不同铅含量胁迫下,采用人工饲料室内饲养舞毒蛾,观察其发育历期、化蛹率、羽化率等信息,揭示不同环境因子对舞毒蛾生长发育和体内解毒酶所酸酯酶(CarE)和谷胱甘肽(GSTs)活性的影响。为探明舞毒蛾在不同环境条件下的发生趋势提供依据。主要研究结果如下:
  1、不同温度对舞毒蛾生长发育的影响。共设置20℃、23℃、26℃、29℃、32℃、35℃等6个温度处理组,每组5个卵块,3个重复。舞毒蛾卵孵化率:在23-32℃条件下都可达到88%以上,分别为88.9%、92.08%、96.07%和96.07%,在20℃、35℃下仅为38.9%和72.7%。幼虫的存活率:在26℃、29℃下较高,分别为91.09%、91.68%,与其他温度组具有显著差异(P<0.05),在23℃、32℃环境下,幼虫存活率分别为79.27%、81.19%,而在20℃、35℃环境下幼虫存活率较低,为50.88%、49.76%,与其他各组具有显著差异(P<0.05)。幼虫化蛹率:在26℃、29℃下较高,分别为92.08%和96.07%,在20℃和35℃条件下化蛹率较低,分别为38.9%、56.16%。舞毒蛾羽化率,在26℃、29℃较高,分别为91.92%和91.97%。在20℃和35℃羽化率较低,分别为51.66%和55.31%;舞毒蛾产卵量:在26℃、29℃下较高,分别达到1080.5粒/头和1119.5粒/头,在20℃和35℃时较低,仅为165.16粒/头和363.06粒/头。26℃和29℃两组,存活率、化蛹率和羽化率较高,两组差异不显著(P>0.05),但与其他处理组具有显著性差异(P<0.05)。各温度组之间,孵化率和产卵量存在显著差异(P<0.05),且随着温度升高而增加,29℃的条件下,孵化率和产卵量数值最高。说明26-29℃为舞毒蛾存活、化蛹、羽化的最佳温度;孵化和产卵的受温度影响较大,29℃为最佳温度。
  2、不同光照强度对影响舞毒蛾的生长发育。设置100%、50%、25%等3个光照强度处理组,每组5个卵块,3个重复。舞毒蛾卵的孵化率在100%光照强度处理组为89.95%,显著高于其他两组。100%光照强度处理组幼虫的存活率最高,达到89.55%,而50%光照强度处理组存活率为79.32%,25%处理组存活率为76.78%,100%光照强度处理组与其他两组具有显著性差异(P<0.05)。舞毒蛾化蛹率在100%光照强度处理组化蛹率最大,达到86.03%,而50%和25%光照强度处理组化蛹率仅为66.49%、66.25%;舞毒蛾羽化率在100%光照强度处理组达到最高,为90.33%,而50%和25%光照强度处理组羽化率为81.48%、82.44%;舞毒蛾在100%、50%、25%光照强度处理组产卵量差异不大,分别为1014粒/头、1001.33粒/头和1078粒/头。100%光照强度处理组孵化率、存活率、化蛹率、羽化率均较高,与其他两组具有显著性差异(P<0.05),且50%与25%两组间差异不显著(P>0.05),但各个光照强度处理组之间产卵量差异不显著(P>0.05)。说明光照强度对舞毒蛾孵化、存活、化蛹和羽化影响较大,但对产卵量影响不大。
  3、不同湿度影响对舞毒蛾的生长发育的影响。共设置40%、50%、60%、70%、80%、90%等6个处理组,每组3个重复,每个重复5个卵块。舞毒蛾卵的孵化率:在湿度为60%、70%、80%、90%时较高,均达到90%以上,孵化率分别为92.85%、92.16%、92.82%、90.74%;湿度在50%时,孵化率为80.6%,而在湿度达到40%时,孵化率仅为45.91%,与其他各组具有显著性差异(P<0.05)。幼虫的存活率:湿度在70%、80%、90%时较高,存活率依次为92.56%、92.56%、90.47%,湿度在50%、60%时幼虫存活率为85.89%、89.16%,而湿度在40%时存活率最低,仅为67.64%,统计分析表明湿度在70%、80%、90%与其他三组具有显著性差异(P<0.05)。舞毒蛾化蛹率,在湿度为60%、70%、80%、90%时较高,分别为88.88%、92.6%、92.39%、91.31%,40%、50%处理组,化蛹率较低,分别为75.61%和76.95%。湿度为60%-90%之间舞毒蛾羽化率较高,羽化率均达到90%以上,分别为91.21%、92.37%、93.16%和91.15%,湿度在40%、50%时羽化率较低,分别为66.22%和69.99%。湿度为70%-90%环境下,舞毒蛾的产卵量较高,产卵量均在1000粒/头以上,分别为1040粒/头、1053.66粒/头、1258.3粒/头,湿度为40%时,产卵量最低,为437.33粒/头。湿度为70%、80%、90%三组,孵化率、存活率、化蛹率和羽化率显著高于低湿度组(P<0.05),产卵量随着湿度增加而增加,各组数据间差异显著(P<0.05),说明高湿度有利于舞毒蛾孵化、发育、化蛹、羽化和产卵。
  4、不同铅含量对舞毒蛾的生长发育的影响和解毒响应
  在舞毒蛾人工饲料中加入3种不同含量的铅,即铅含量分别33mg/kg、43mg/kg、48mg/kg,各组分别标记为Pb低、Pb中、Pb高,对照组为CK,不含Pb,每组3个重复,每个重复500头幼虫,温度(25±1)℃,相对湿度(70±1)%,光周期(16L:8D)。记录幼虫发育过程相关数据,从而研究铅对舞毒蛾生长发育和体内解毒酶的影响。
  1)铅胁迫对影响舞毒蛾的生长发育影响。在Pb低、Pb中、Pb高处理组,舞毒蛾幼虫发育历期延长,分别是对照组发育历期的137%、189%和255%;蛹发育历期延长,分别是对照组发育历期的110%、172%和203%;成虫寿命缩短,依次为对照组的70.79%、43,87%和39.06%。幼虫死亡率升高,依次是对照组的216%、309%和344%;蛹死亡率增加,分别是对照组死亡率的126%、514%和617%;幼虫化蛹率降低,分别对照组的75.86%、50.78%和46.81%;羽化率降低,依次是对照组的77.89%、50.3%和48.17%;雌雄比增加,依次是对照组120%、142%和148%。舞毒蛾幼虫、蛹发育历期、死亡率和雌雄比都随着铅含量增加而延长、增加,而化蛹率、羽化率、成虫寿命都降低。幼虫寿命、幼虫死亡率和羽化率,各组差异显著(P<0.05),但蛹发育历期、蛹和成虫寿命,P低组与对照组差异不显著(P>0.05),Pb中、Pb高与Pb低和对照组存在显著性差异(P<0.05)。化蛹率和羽化率各组与CK差异显著(P<0.05)。说明重金属Pb胁迫对舞毒蛾生长发育有显著影响。
  2)舞毒蛾解毒响应。在Pb胁迫下舞毒蛾解毒酶活性都发生了波动性变化。CarE活性发生变化,3龄幼虫体内,Pb低、Pb中、Pb高处理组酶活性,分别是对照组127%、87.87%、81.81%;4龄幼虫,Pb低,Pb中、Pb高处理组酶活性分别是对照组123%、90.32%、83.87%。舞毒蛾GSTs活性,3龄期幼虫中,Pb低、Pb中、Pb高处理组舞毒蛾酶活性分别是对照组的127%、90.9%、84.8%;4龄期幼虫中,Pb低、Pb中、Pb高处理组舞毒蛾酶活性分别是对照组的110%、90.32%、90%。3、4龄幼虫,对照组与各处理组中CarE和GSTs活性差异显著(P<0.05)。说明舞毒蛾幼虫体内解毒酶CarE和GSTs在受到低浓度Pb胁迫时,活性增强,对摄入体内的Pb进行解毒,在高浓度Pb胁迫下,超出其解毒阈值,CarE和GSTs的活性下降,解毒能力受到抑制。
[硕士论文] 应倩雯
森林保护学 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)是松林毁灭性病害松材线虫病(Pine Wilt Disease)的病原。目前对松材线虫病的防治主要是利用杀线虫剂进行树干打孔注药。实践表明阿维菌素类化合物对松材线虫具有良好的预防和治疗效果。阿维菌素类杀虫剂的作用靶标是昆虫谷氨酸氯离子通道(Glutamate-gated chloride channel,GluCl)。目前有关松材线虫谷氨酸氯离子通道与阿维菌素类杀虫剂相互作用的报道较少。本研究克隆了松材线虫谷氨酸氯离子通道基因并对其功能进行了初步分析,取得了以下研究结果:
  1松材线虫谷氨酸氯离子通道基因克隆及其表达模式分析
  1)从松材线虫转录组中获得了3条谷氨酸氯离子通道基因序列,并设计特异引物克隆获得了3条基因序列,将其分别命名为BxCluCl1、BxCluCl2和BxCluCl3。经序列比对之后可知3条谷氨酸氯离子通道基因序列与其他线虫的相似性在40%-70%之间。
  2)根据松材线虫谷氨酸氯离子通道氨基酸序列推测了氨基酸分子量、等电点等理化性质及其亲水性。BxCluCl1氨基酸相对分子量约为43.481KD,理论等电点pI为9.45,亲水性平均系数为-0.057;BxCluCl2氨基酸相对分子量约为53.307KD,理论等电点pI为8.61,亲水性平均系数为-0.204;BxCluCl3氨基酸相对分子量约为34.879KD,理论等电点pI为5.91,亲水性平均系数为0.048。
  3)根据松材线虫谷氨酸氯离子通道氨基酸序列推测了编码蛋白结构域、二级结构以及三级结构。3条谷氨酸氯离子通道孔道均由五个多肽亚基寡聚而成。且每个亚基都存在4个疏水跨膜区(transmembrane domain,TM)、较长的胞外区(Extracellular domain,ECD)以及M1-M4和介于M3和M4环之间的大的胞内环组成的胞内区(intracellular domain)三部分。
  2松材线虫谷氨酸氯离子通道基因在异源表达系统中的表达
  使用CHO、HEK293、COS-7以及Sf9细胞异源表达表达了3个谷氨酸氯离子通道基因。在特异性神经递质L-谷氨酸的刺激下,利用膜片钳技术测试3个谷氨酸氯离子通道基因的表达产物对L-谷氨酸的反应,结果显示均不产生反应,推测哺乳动物细胞和昆虫细胞表达系统不能表达谷氨酸氯离子通道或者表达了非功能性谷氨酸氯离子通道,或者可能是需要同时表达两个及以上基因才能引起谷氨酸的门控作用。
  初步使用爪蟾卵母细胞异源表达表达了3个谷氨酸氯离子通道基因。在特异性神经递质L-谷氨酸的刺激下,利用电压钳技术测试3个谷氨酸氯离子通道基因的表达产物对L-谷氨酸的反应,初步试验结果显示BxCluCl3对L-谷氨酸有电流反应,BxCluCl1、BxCluCl2对L-谷氨酸无电流反应。
  目前,已初步使用爪蟾卵母细胞作为异源表达载体,利用电压钳技术来验证3个松材线虫谷氨酸氯离子通道基因的功能,表明部分克隆基因有功能反应。本课题组将在接下来的工作中对其3个基因进行更进一步的试验去验证其功能,并利用该技术研究不同结构的阿维菌素类化合物与松材线虫谷氨酸氯离子通道亲和力,进一步明确阿维菌素类化合物活性与结构的相关性。
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