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基于改进Mask R-CNN的小麦在穗籽粒表型参数测试方法
1
作者 王赟赟 李毅念 +2 位作者 陈玉仑 丁启朔 何瑞银 《中国农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期2322-2335,共14页
【目的】针对小麦籽粒性状参数获取需要脱粒后测量,测量程序繁杂、费时费力的缺点,提出基于深度学习的小麦在穗籽粒表型参数测试方法。【方法】采集镇麦25、宁麦13和农麦88这3个品种小麦穗两侧正视图像,利用小麦穗正视图像构建图像增强... 【目的】针对小麦籽粒性状参数获取需要脱粒后测量,测量程序繁杂、费时费力的缺点,提出基于深度学习的小麦在穗籽粒表型参数测试方法。【方法】采集镇麦25、宁麦13和农麦88这3个品种小麦穗两侧正视图像,利用小麦穗正视图像构建图像增强数据集,提出深度学习与形态学处理相结合的小麦在穗籽粒表型参数测试方法。首先,建立基于改进Mask R-CNN网络的麦穗颖壳分割模型,模型以ResNet和FNP为特征提取网络并引入坐标注意力(CA)模块、聚合模块和半卷积模块,实现麦穗图像中颖壳的准确定位、分割和籽粒计数。其次,利用分割的麦穗颖壳掩膜图经形态学处理方法提取麦穗颖壳的5个表型参数,并建立麦穗颖壳表型参数与颖壳内籽粒表型参数之间的线性相关关系。最后,利用麦穗颖壳表型参数与籽粒表型参数之间的线性相关关系预测籽粒表型参数。【结果】(1)基于改进Mask R-CNN网络的麦穗颖壳分割模型的平均精确率AP为94.13%,F1值为91.12%,召回率为88.30%,单幅图像平均检测耗时97 ms,可以快速、精准地识别单粒麦穗颖壳。模型的籽粒计数的均方根误差和平均相对误差分别为0.94个和0.65%,可见模型分割籽粒的精度较高。(2)麦穗颖壳与籽粒之间的表型参数粒长、粒厚、面积、周长、长径比线性相关关系式为:y=0.7258x、y=0.5166x、y=0.3748x、y=0.6756x、y=1.4085x,其决定系数(R2)均在0.85以上。(3)利用图像获取的麦穗颖壳参数数据对上述相关性模型进行验证并预测籽粒表型参数,粒长、粒厚、面积、周长、长径比5个参数的均方根误差和平均相对误差分别为0.17 mm、0.08 mm、0.46 mm^(2)、0.33 mm、0.12和0.02%、0.02%、0.02%、0.02%、0.03%,每个参数的预测数据与实际数据之间的决定系数(R2)均在0.85以上,说明本文提出的籽粒表型预测方法可行。【结论】基于深度学习的小麦在穗籽粒表型测试方法能够通过麦穗颖壳表型参数精确预测小麦在穗籽粒的表型参数,为快速简便提取小麦籽粒表型参数提供了新的方法。 展开更多
关键词 麦穗 籽粒表型 深度学习 坐标注意力
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大小粒型藜麦籽粒表型、灌浆特性及淀粉合成酶活性的差异分析
2
作者 陶小所 姚晓华 姚有华 《西北植物学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期362-369,共8页
【目的】籽粒大小是影响藜麦产量、商品性和加工特性的重要因素,考察灌浆期大小粒型藜麦籽粒表型、灌浆特性和淀粉合成酶活性的差异,可为大粒型藜麦品种的选育提供理论指导。【方法】选择千粒重大于5.0 g和小于3.0 g的藜麦材料各2份,在... 【目的】籽粒大小是影响藜麦产量、商品性和加工特性的重要因素,考察灌浆期大小粒型藜麦籽粒表型、灌浆特性和淀粉合成酶活性的差异,可为大粒型藜麦品种的选育提供理论指导。【方法】选择千粒重大于5.0 g和小于3.0 g的藜麦材料各2份,在青海省农林科学院种质资源创新试验基地进行田间试验,比较自灌浆期始7 d、14 d、21 d和28 d籽粒表型、灌浆特性和淀粉合成酶活性等在大小粒型藜麦间的差异。【结果】(1)大小粒型藜麦籽粒面积、周长、直径、粒长、粒宽表型性状随着生育时期均极显著增大,且粒型间存在显著差异,并以籽粒面积和周长差异最大,大粒型藜麦分别显著高于小粒型藜麦9.12%~11.54%和21.49~23.92%。(2)灌浆期间大粒型藜麦百粒干质量始终显著高于同期小粒型藜麦,平均增幅在21.23%~31.04%;大小粒型藜麦灌浆速率随生育期均先上升后下降,均符合“慢—快—慢”的变化规律,但达到峰值时间和峰高明显不同,大粒型峰值出现早而高,小粒型则低而迟。(3)淀粉分支酶(SBE)、蔗糖合成酶(SS)、可溶性淀粉合成酶(SSS)和ADPG焦磷酸化酶(AGP)在大小粒型藜麦籽粒灌浆期呈现不同的变化趋势,SBE和SS活性表现为小粒型藜麦强于大粒型藜麦,而SSS和AGP活性则表现为大粒型藜麦强于小粒型藜麦。【结论】藜麦籽粒灌浆期间4种淀粉合成酶活性的差异,致使淀粉合成积累量和灌浆速率峰值的不同,进而形成籽粒表型性状的差异,而SSS和AGPase是影响藜麦籽粒大小形成的关键酶。 展开更多
关键词 藜麦 籽粒大小 籽粒表型 灌浆特性 淀粉合成酶活性
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航天诱变小麦突变体籽粒表型分析和真实性鉴定 被引量：1
3
作者 张福彦 朱保磊 +4 位作者 陈晓杰 王嘉欢 程仲杰 范家霖 张建伟 《华北农学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期61-68,共8页
为探究航天诱变小麦突变体的真伪,以实践十号卫星搭载创制的周麦18 SP5突变群体为材料,对其籽粒表型进行分析,同时采用42对SSR标记和55K SNP芯片技术对籽粒表型差异较为显著的4个突变体进行真实性鉴定。籽粒表型分析发现,突变群体的千... 为探究航天诱变小麦突变体的真伪,以实践十号卫星搭载创制的周麦18 SP5突变群体为材料,对其籽粒表型进行分析,同时采用42对SSR标记和55K SNP芯片技术对籽粒表型差异较为显著的4个突变体进行真实性鉴定。籽粒表型分析发现,突变群体的千粒质量、粒长差异显著,其中千粒质量变异最为丰富,粒宽差异不显著,且突变群体的平均粒长、粒宽和千粒质量均显著高于野生型,说明航天诱变的有益突变频率较高。SSR标记鉴定发现,突变体ZM18-112与野生型的差异标记为18个,多态性比例高达42.85%,而ZM18-105、ZM18-26和ZM18-7与其野生型的差异标记均不超过3个。SNP芯片鉴定发现,ZM18-112与野生型的差异SNP位点所占比例高达13.3012%,而其他3个突变体与野生型的差异SNP位点所占比例不超过0.7689%。认为突变体ZM18-112是由于异花授粉或机械混杂产生的假突变体,而ZM18-105、ZM18-26和ZM18-7与野生型的遗传背景基本一致,是经过航天诱变而产生的真实突变体。 展开更多
关键词 小麦 航天诱变 籽粒表型 SSR标记 55K SNP芯片
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蚕豆种质资源籽粒表型与营养品质性状的多样性分析 被引量：6
4
作者 赵娜 缪亚梅 +5 位作者 姚梦楠 薛冬 顾春燕 汪凯华 王永强 王学军 《江苏农业学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期597-604,共8页
对蚕豆种质资源籽粒表型和营养品质性状的多样性进行评价,为中国蚕豆种质资源创新和品质育种提供参考。对55份蚕豆种质资源的6个籽粒表型性状和6个营养品质性状进行相关性分析、主成分分析和聚类分析。结果显示,籽粒表型性状变异系数为2... 对蚕豆种质资源籽粒表型和营养品质性状的多样性进行评价,为中国蚕豆种质资源创新和品质育种提供参考。对55份蚕豆种质资源的6个籽粒表型性状和6个营养品质性状进行相关性分析、主成分分析和聚类分析。结果显示,籽粒表型性状变异系数为2.44%~32.94%,遗传多样性指数为1.861~2.046;营养品质性状变异系数为3.91%~44.22%,遗传多样性指数为1.174~2.038。相关性分析结果表明,籽粒营养品质性状与表型性状之间存在关联,蛋白质含量与粒宽、籽粒周长、籽粒表面积呈显著正相关,淀粉含量与粒长、粒宽、籽粒周长、籽粒表面积和百粒质量呈极显著负相关。前4个主成分的累计贡献率为78.152%,其中,第1主成分主要由籽粒表面积、粒长、籽粒周长、粒宽、百粒质量等性状决定,第2主成分主要由籽粒长宽比和单宁含量决定,第3主成分主要由淀粉含量和粗纤维含量决定,第4主成分主要由脂肪含量和蛋白质含量决定。通过聚类分析,将55份蚕豆资源分为5个类群,第Ⅰ类群为低淀粉含量、低脂肪含量、低纤维含量的中粒材料;第Ⅱ类群为高蛋白质含量、高脂肪含量的大粒优异材料;第Ⅲ类群为高单宁含量的大粒特异材料;第Ⅳ类群为高淀粉含量、高粗纤维含量、低单宁含量的中粒优异材料;第Ⅴ类群为低水分含量的小粒材料。 展开更多
关键词 蚕豆 籽粒表型性状 品质性状 相关性分析 主成分分析 聚类分析
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传统图像分割算法在农作物籽粒考种应用中的研究进展
5
作者 张伟进 王福顺 +3 位作者 孙小华 王军皓 刘宏权 王鑫鑫 《中国农机化学报》 北大核心 2024年第2期280-287,共8页
传统图像分割算法以时间、空间复杂度低等优点在农作物籽粒考种领域中有着广泛的应用。对传统分割算法在农作物表型获取过程中的应用进行研究,首先阐述Otsu、分水岭、边缘检测、SLIC算法以及凹点分析算法的算法原理,对种皮颜色灰度均匀... 传统图像分割算法以时间、空间复杂度低等优点在农作物籽粒考种领域中有着广泛的应用。对传统分割算法在农作物表型获取过程中的应用进行研究,首先阐述Otsu、分水岭、边缘检测、SLIC算法以及凹点分析算法的算法原理,对种皮颜色灰度均匀、形状不同的农作物籽粒,以“问题—方法”的模式阐述不同算法在应用中存在的问题以及相应的解决方法;接着将算法基于阈值、区域、边缘、聚类、凹点整合为五大类,对算法的分割效果、优缺点及其适用范围进行比较研究;最后,剖析农作物籽粒图像分割应用研究存在农作物种类覆盖度不够宽泛、图像分割精度不高、技术通用性不高等问题,并从算法精度提高、重叠遮挡处理等方面对未来的研究进行展望,以期为农作物籽粒考种过程中的图像分割研究提供参考。 展开更多
关键词 考种 籽粒表型 信息获取 图像处理 图像分割
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青藏高原青稞品种籽粒外观和品质性状的多样性分析 被引量：1
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作者 陈林 姚晓华 +2 位作者 姚有华 白羿雄 吴昆仑 《作物杂志》 北大核心 2024年第2期213-220,共8页
为筛选出具有优良籽粒外观和优异品质的青稞资源,对117份青稞品种的籽粒外观和品质性状进行分析与鉴定评价。结果表明,不同青稞品种籽粒外观和品质性状变异范围均较大,变异系数为2.57%~19.29%,外观性状中,粒宽的变异系数最大(19.29%),... 为筛选出具有优良籽粒外观和优异品质的青稞资源,对117份青稞品种的籽粒外观和品质性状进行分析与鉴定评价。结果表明,不同青稞品种籽粒外观和品质性状变异范围均较大,变异系数为2.57%~19.29%,外观性状中,粒宽的变异系数最大(19.29%),千粒重最小(7.63%);品质性状中,支链淀粉的变异系数最大(7.39%),直链淀粉最小(2.57%)。相关性分析表明,千粒重与粒长、粒宽和籽粒面积呈极显著正相关,与籽粒长宽比呈极显著负相关,β-葡聚糖含量与籽粒长宽比呈显著负相关。主成分分析将8个主要性状归为3个主成分,累计贡献率达到85.85%。根据不同分类标准,获得了3种不同类型的聚类结果,在青稞品种籽粒外观性状聚类中类群Ⅱ的12个品种可作为大粒优异种质利用;在青稞品质聚类中类群Ⅰ是高直链淀粉含量和大粒的优异种质资源,类群Ⅱ是高β-葡聚糖和支链淀粉含量的优异种质材料;在青稞品种籽粒外观性状与品质性状聚类的类群Ⅰ中各性状平均值较高,表现较好,在今后品种选育中可作为优异杂交育种亲本。对117份青稞资源综合评价发现,北青6号的籽粒表型和综合品质性状最好。 展开更多
关键词 青稞 籽粒表型性状 品质性状 多样性分析
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磷肥对西藏青稞叶水势、光合生理及产量因素的影响 被引量：5
7
作者 侯维海 王建林 +1 位作者 胡单 冯西博 《麦类作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第12期1481-1489,共9页
为探讨施磷量对西藏青稞叶水势、光合、产量等因素的影响,以西藏主栽春青稞品种喜马拉雅22号为试材,通过田间微区试验,设不施磷(CK)、低磷(P2O575kg·hm^(-2))、中磷(P2O5150kg·hm^(-2))和高磷(P2O5225kg·hm^(-2))处理,... 为探讨施磷量对西藏青稞叶水势、光合、产量等因素的影响,以西藏主栽春青稞品种喜马拉雅22号为试材,通过田间微区试验,设不施磷(CK)、低磷(P2O575kg·hm^(-2))、中磷(P2O5150kg·hm^(-2))和高磷(P2O5225kg·hm^(-2))处理,测定青稞开花后4d的旗叶水势(LWP)、光合和叶绿素荧光参数,以及成熟后千粒重和产量,并利用数字图像分析法精准提取籽粒表型性状。结果表明,与CK相比,施磷可明显降低青稞旗叶水势,显著提高旗叶和倒2叶叶绿素含量,但磷肥处理间叶绿素含量差异不显著;施磷条件下青稞旗叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均高于CK(除高磷处理的Tr外),其中低磷条件下最大,而高磷条件下最低;胞间CO_2浓度(Ci)随施磷量增加呈下降-平稳-下降趋势。PSII的最大量子效率(Fv/Fm)、实际光量子产量(ΦPSⅡ)、光合电子传递的相对速率(ETR)、光化学淬灭(qP)值随施磷量的增加均呈先增后降趋势,并以中磷处理最大;非光化学淬灭(qN)在CK、低磷、中磷处理间差异较小,而高磷处理时显著下降。随着施磷量的增加,籽粒二维面积、直径、周长、长度、宽度均呈增大趋势,而粒圆度呈减小趋势。随施磷量的增加,小粒和较小粒占比逐渐下降,而中粒和大粒占比逐渐提高。低磷处理下青稞千粒重和籽粒产量分别较CK提高6.66%和17.53%,中磷处理分别提高17.20%和21.10%,高磷处理分别提高8.72%和16.16%,但磷肥利用效率(PUE)随施磷量增加呈逐渐降低趋势。综合来看,在本试验条件下,青稞适宜施磷量应控制在75～150kg·hm^(-2)以内。 展开更多
关键词 青稞 磷肥 叶绿素荧光 籽粒表型 籽粒分级
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