玉米茎秆木质部表型检测及多尺度水分运输动力学仿真研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31671577
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1301.农业信息学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Xylem phenotypes of maize stem are directly related with its water use efficiency, thus it is of great significance to set up multi-scale parametric xylem model of maize stem and dynamic simulation model for water transport in the evaluation of water use efficiency and varieties screening of drought resistance. With xylem phenotype detection of maize stem as the breakthrough point, multi-scale 2D and 3D datasets of maize plant – stem - xylem are obtained using 3D laser scanner, CT imaging and light microscopy imaging techniques, and used to analysis systematically the phenotypic parameters which are helpful to reveal the quantitative relationship between phenotypic parameters of xylem structures and its efficiency of water transport. Using object oriented technologies, maize multi-scale xylem model of maize stem is then built according to detected phenotypic parameters. Taking simplified maize root water absorption and canopy transpiration models as water exchange interfaces between plant and environment, dynamic model based on porous media is developed to dynamically simulate water transport in maize stem. By comparative analysis of phenotypic differences and water transport efficiency between maize varieties with drought-resistant differences, drought resistance evaluation method and software based on the xylem phenotype parameters of maize stem is proposed, and phenotype detection and water transport simulation software are provided. This project is beneficial to reveal water transport mechanism of maize, and provide technical support for xylem phenotype detection, selection and identification of drought-resistant varieties, and the measures of agronomic water saving.
玉米茎秆木质部表型与其水分运输功能直接相关,建立玉米茎秆木质部参数化模型及水分运输动力学模型,对不同基因型玉米的水分利用效率评价、抗旱性筛选等具有重要意义。课题以不同抗旱性玉米品种的茎秆木质部表型检测为切入点,利用激光三维扫描仪、CT成像和显微成像技术分别获取玉米植株-茎秆-木质部各尺度上二维/三维数据,系统解析玉米茎秆木质部表型参数,揭示木质部表型与抗旱性之间关系;进而,利用面向对象技术建立玉米茎秆木质部的多尺度模型,利用简化的玉米根部水分吸收和冠层蒸腾模型构造植物与环境的水分交换界面,基于多孔介质模型实现玉米茎秆水分运输动态模拟;最后,比较不同抗旱性玉米品种之间茎秆木质部的表型差异及其水分运输效率,为基于玉米茎秆木质部表型参数的抗旱性评价提供表型检测方法和仿真工具。课题实施有助于揭示玉米水分运输机理,为玉米木质部表型检测、抗旱性品种筛选与鉴定、及农艺节水提供技术支撑。

结项摘要

玉米茎秆木质部表型与其水分运输功能密切相关,本项目旨在从茎秆-维管束-木质部尺度探索玉米茎秆木质部表型检测、多尺度建模及玉米抗旱性评价方法。主要研究成果包括:针对单株数据原位测量、茎秆CT成像质量、显微切片染色等难点问题,提出玉米植株-茎秆-维管束-木质部多尺度数据采集规程,以保证玉米茎秆木质部表型检测和建模的数据质量;提出了基于Micro-CT和玻片扫描仪的玉米茎秆显微图像分析方法,构建茎秆维管束目标检测和语义分割模型,自动计算茎秆横截面上维管束/木质部33项表型参数,并开发了系列维管束/木质部表型分析软件;提出了基于旋转台成像和激光扫描的玉米单株尺度表型测量方法,构建植株茎秆、叶片、穗的语义分割模型,获取玉米植株、茎和器官尺度表型参数,开发了配套植株与器官表型分析软件;利用面向对象技术建立玉米茎秆木质部多尺度模型,分析了不同抗旱性玉米品种之间茎秆维管束/木质部的表型差异及其水分运输能力。本项目的研究成果有助于揭示玉米水分运输机制,为玉米木质部表型检测、抗旱性品种筛选与鉴定提供理论依据和数据支持。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
基于全景图像的玉米果穗流水线考种方法及系统
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    农业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜建军;郭新宇;王传宇;肖伯祥
  • 通讯作者:
    肖伯祥
THREE-DIMENSIONAL SEGMENTATION, RECONSTRUCTION AND PHENOTYPING ANALYSIS OF MAIZE KERNEL BASED ON MICRO-CT IMAGES
基于显微CT图像的玉米籽粒三维分割、重建及表型分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Fresenius Environmental Bulletin
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhang Ying;Du Jianjun;Ma Liming;Pan Xiaodi;Wang Jinglu;Guo Xinyu
  • 通讯作者:
    Guo Xinyu
Phenotyping analysis of maize stem using micro-computed tomography at the elongation and tasseling stages
使用微型计算机断层扫描技术对伸长和抽雄阶段的玉米茎进行表型分析
  • DOI:
    10.1186/s13007-019-0549-y
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Plant Methods
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Zhang Ying;Ma Liming;Wang Jinglu;Wang Xiaodong;Guo Xinyu;Du Jianjun
  • 通讯作者:
    Du Jianjun
Dissecting the phenotypic components and genetic architecture of maize stem vascular bundles using high-throughput phenotypic analysis
使用高通量表型分析剖析玉米茎维管束的表型成分和遗传结构
  • DOI:
    10.1111/pbi.13437
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Plant Biotechnology Journal
  • 影响因子:
    13.8
  • 作者:
    Zhang Ying;Wang Jinglu;Du Jianjun;Zhao Yanxin;Lu Xianju;Wen Weiliang;Gu Shenghao;Fan Jiangchuan;Wang Chuanyu;Wu Sheng;Wang Yongjian;Liao Shengjin;Zhao Chunjiang;Guo Xinyu
  • 通讯作者:
    Guo Xinyu
基于多视角图像的植物三维重建研究进展
  • DOI:
    10.13304/j.nykjdb.2018.0391
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国农业科技导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周静静;郭新宇;吴升;杜建军;赵春江
  • 通讯作者:
    赵春江

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其他文献

基于U-net语义分割模型的田间玉米冠层图像分割
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    江苏科技大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王晓东;樊江川;杜建军;云挺;温维亮;郭新宇
  • 通讯作者:
    郭新宇
高吸水性树脂包膜尿素的结构特征及养分控/缓释性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王新爱;廖宗文;毛小云;杜建军;崔英德
  • 通讯作者:
    崔英德
数字植物研究进展_植物形态结构三维数字化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭新宇;杜建军;温维亮;苗腾
  • 通讯作者:
    苗腾
基于目标检测和区域生长的断层图像自动分割
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    北京工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杜建军;乔爱科;刘有军;陆建荣
  • 通讯作者:
    陆建荣
保水剂在城市园林绿化中的应用研究现状与展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中国园林
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    阚玉景;杜建军;李永胜
  • 通讯作者:
    李永胜

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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