智慧蚕室信息采集及控制系统的构建与应用
这是一篇关于家蚕,智慧蚕室,环境因子,近红外光谱,控制系统的论文, 主要内容为传统的养蚕生产方式存在着过度依赖人力劳动、机械化程度低、自动化饲养管理系统缺乏等弊端。目前,智慧养蚕理念逐渐被人们接受,使用自动化养蚕装备,结合智慧化饲养管理平台,实现饲料筛选、环境控制、生长监测等一系列自动化、标准化饲养,可以有效提升养蚕生产效率和质量。因此,本文开展了饲料桑叶质量的快速分析方法,蚕室环境控制的策略,蚕室信息的监测和展示系统的搭建研究,设计开发了一套基于智慧蚕室架构下的信息采集及控制系统。利用近红外光谱技术制定一种了桑叶嫩度的检测方法。采集桑叶的光谱数据,剪切力数据。采用一阶导数(1st Der)、标准正态变换(SNV)等方法对光谱数据进行预处理;建立偏最小二乘回归(PLS)校正模型;通过自适应重加权算法(CARS),UVE(无信息变量消除),RF(蛙跳算法)方法进行波长优选。结果表明,经过UVE波长优选后建立的模型预测集决定系数(RP2)值为0.7105,校正集均方根误差(RMSEC)和预测集均方根误差(RMSECV)分别为2.39和2.61。模型误差较小,预测精度良好,能够用于桑叶嫩度的分析预测。设计、搭建了一套蚕室信息采集系统,实现了对蚕室内的温湿度、气体浓度等信息的准确监测和数据化展示。智慧蚕室信息采集系统运行稳定,数据采集成功率达99.71%,符合软件测试要求。采集数据准确可靠,数据的变化均符合实际生产规律。系统能够反映出蚕室环境的变化,可以用于蚕室内环境信息的长期监测。利用流体力学仿真方法,建立蚕室的标准6)-湍流模型,来模拟不同风速条件下环境的变化,确定了维持环境稳定的最适条件,并进行实际环境下的验证。模拟结果与真实值对比,变化趋势相同,存在的差异也符合实际生产规律,因此认为模拟结果准确有效。确定在蚕室内保持27℃,湿度80%rh的环境下,以1.27 m3/min的风量干涉,可以保持蚕架上下层温度的稳定。设计、开发了智慧蚕室系统平台,搭建云端服务器和网站,实现了数据信息的远程展示和管理。在实际生产环境下验证信息采集、环境控制等功能,结果表明各项功能运行稳定,能准确有效的进行蚕室环境的监测和控制,证明了智慧蚕室系统在实际生产应用的可行性。本文构建了智慧蚕室的信息采集及控制系统,实现了饲料分析、环境监测、装备管理等功能,为养蚕业现代化发展,养蚕装备和技术智能化转型提供了实践应用的方案参考。
智慧蚕室信息采集及控制系统的构建与应用
这是一篇关于家蚕,智慧蚕室,环境因子,近红外光谱,控制系统的论文, 主要内容为传统的养蚕生产方式存在着过度依赖人力劳动、机械化程度低、自动化饲养管理系统缺乏等弊端。目前,智慧养蚕理念逐渐被人们接受,使用自动化养蚕装备,结合智慧化饲养管理平台,实现饲料筛选、环境控制、生长监测等一系列自动化、标准化饲养,可以有效提升养蚕生产效率和质量。因此,本文开展了饲料桑叶质量的快速分析方法,蚕室环境控制的策略,蚕室信息的监测和展示系统的搭建研究,设计开发了一套基于智慧蚕室架构下的信息采集及控制系统。利用近红外光谱技术制定一种了桑叶嫩度的检测方法。采集桑叶的光谱数据,剪切力数据。采用一阶导数(1st Der)、标准正态变换(SNV)等方法对光谱数据进行预处理;建立偏最小二乘回归(PLS)校正模型;通过自适应重加权算法(CARS),UVE(无信息变量消除),RF(蛙跳算法)方法进行波长优选。结果表明,经过UVE波长优选后建立的模型预测集决定系数(RP2)值为0.7105,校正集均方根误差(RMSEC)和预测集均方根误差(RMSECV)分别为2.39和2.61。模型误差较小,预测精度良好,能够用于桑叶嫩度的分析预测。设计、搭建了一套蚕室信息采集系统,实现了对蚕室内的温湿度、气体浓度等信息的准确监测和数据化展示。智慧蚕室信息采集系统运行稳定,数据采集成功率达99.71%,符合软件测试要求。采集数据准确可靠,数据的变化均符合实际生产规律。系统能够反映出蚕室环境的变化,可以用于蚕室内环境信息的长期监测。利用流体力学仿真方法,建立蚕室的标准6)-湍流模型,来模拟不同风速条件下环境的变化,确定了维持环境稳定的最适条件,并进行实际环境下的验证。模拟结果与真实值对比,变化趋势相同,存在的差异也符合实际生产规律,因此认为模拟结果准确有效。确定在蚕室内保持27℃,湿度80%rh的环境下,以1.27 m3/min的风量干涉,可以保持蚕架上下层温度的稳定。设计、开发了智慧蚕室系统平台,搭建云端服务器和网站,实现了数据信息的远程展示和管理。在实际生产环境下验证信息采集、环境控制等功能,结果表明各项功能运行稳定,能准确有效的进行蚕室环境的监测和控制,证明了智慧蚕室系统在实际生产应用的可行性。本文构建了智慧蚕室的信息采集及控制系统,实现了饲料分析、环境监测、装备管理等功能,为养蚕业现代化发展,养蚕装备和技术智能化转型提供了实践应用的方案参考。
家蚕山梨醇脱氢酶基因的时空特异表达及启动子特性分析
这是一篇关于家蚕,滞育,山梨醇脱氢酶,基因表达,半定量RT-PCR,启动子的论文, 主要内容为山梨醇脱氢酶（sorbitol dehydrogenase，SDH）是山梨醇转化为糖原的关键酶。家蚕有3个SDH基因，即BmSDH-1、BmSDH-2a和BmSDH-2b，均位于家蚕第21号染色体。家蚕卵中山梨醇含量的变化与卵期滞育的发动、持续和停止有着密切的平行关系。以往的研究集中于BmSDH在卵期的表达及酶活情况，对于家蚕其它时期和组织的表达的研究较少，也未见BmSDH启动子特性分析。 本论文在生物信息学分析BmSDH-1、BmSDH-2a和BmSDH-2b基因的结构、同源性以及蛋白质结构的基础上，用RT-PCR的方法分析了3个BmSDH基因的时空表达特性，比较了25℃明催青和17.5℃暗催青两种不同催青条件对家蚕后期BmSDH表达的影响；克隆了BmSDH-2a启动子片段，分析了其转录特性。 1. BmSDH的生物信息学分析 BmSDH-1基因全长6.035kb，由8个外显子7个内含子构成；BmSDH-2a基因全长10.75kb，由6个外显子5个内含子构成；BmSDH-2b基因全长约10.15kb，由8个外显子7个内含子构成。一级结构分析显示BmSDH-1与BmSDH-2a，BmSDH-2b之间的相似度均为49.7%，BmSDH-2a和BmSDH-2b的相似度为96.4%。用MEGA4.0软件构建了BmSDH-1，-2a和-2b与其他13个物种（包括昆虫、两栖类、哺乳和人类）基于同源蛋白氨基酸序列的系统进化树，结果显示BmSDH-1独立成一个亚支，BmSDH-2a和-2b属于同一个分支，它们与蜜蜂、熊蜂以及印度跳蚁等昆虫的亲缘关系较近。 2. BmSDH基因时空表达特性分析及不同催青条件对表达的影响 根据家蚕二化性品种子代滞育性受亲代胚胎期催青条件调控的原理，即25℃明催青则子代卵滞育，而20℃以下低温暗催青则子代卵为非滞育。以二化性品种“秋丰”越年活化卵为材料，采用蛾区半分法，分别用25℃明催青和17.5℃暗催青处理，孵化后25℃常规方法桑叶饲养，羽化后同一处理内的雌雄蛾交配制种。利用半定量RT-PCR的方法，分析不同发育时期的雌性蚕体及不同组织中BmSDH转录水平，以及25℃明催青和17.5℃暗催青对BmSDH转录水平的影响。结果显示BmSDH-1、BmSDH-2a和BmSDH-2b在“秋丰”品种的各个发育阶段均有表达；在幼虫期5龄3d，BmSDH-1在常温明催青组脂肪体中转录水平较高，BmSDH-2a和BmSDH-2b在常温明催青条件下的血液、脂肪体和卵巢中转录水平均高于低温暗催青处理组；在蛹期3d，BmSDH-2a和BmSDH-2b在常温明催青条件下血液和卵巢中的转录水平均低于低温暗催青处理组；在次代卵产下后6～24h期间，BmSDH-1的转录水平较低且没有明显变化；而BmSDH-2a和BmSDH-2b的转录水平逐渐升高，但是2个基因的转录水平在不同催青处理中未见明显变化。说明BmSDH-1和蚕卵滞育与否没有直接关系，而BmSDH-2a和BmSDH-2b与家蚕二化性品种卵滞育与否有重要的平行关系。 3. BmSDH-2a基因启动子的克隆和特性分析 根据家蚕基因组中BmSDH-2a基因上游启动子区域的核苷酸序列，分别设计2个上游和1个下游引物，以5龄后部丝腺基因组DNA为模板，用PCR方法克隆BmSDH-2a基因上游674bp和355bp的启动子片段BmSDH-2aP-674、BmSDH-2aP-355。在线软件预测分析显示，克隆的674bp长度片段含有核心启动子区，其中包括TATA-盒和GC盒，以及一些与胚胎发育相关的转录因子结合位点，如GATA-1、HSF1、CREB、CdxA、cap和Oct-1等，其中后4个多次出现。以pGL3.0basic为载体，萤火虫荧光素酶基因luciferace（luc）为报告基因，分别构建不同长度BmSDH-2a启动子控制的报告质粒pGL-BmSDH-2aP-674-luc,pGL-BmSDH-2aP-355-luc；分别转染家蚕BmN细胞，以转染pGL3.0basic-luc的细胞为对照，72h后收集细胞，在LuminoMeter20/20荧光光度计上测定荧光素酶活性。结果显示，2个不同长度BmSDH-2a启动子片段均有活性，674bp启动子的活性是355bp的2.4倍，说明在BmSDH-2a启动子区的-355到-674nt片段可能存在正调控元件。 上述研究析结果，为阐明家蚕滞育的分子机制积累了新的实验数据。
家蚕山梨醇脱氢酶基因的时空特异表达及启动子特性分析
这是一篇关于家蚕,滞育,山梨醇脱氢酶,基因表达,半定量RT-PCR,启动子的论文, 主要内容为山梨醇脱氢酶（sorbitol dehydrogenase，SDH）是山梨醇转化为糖原的关键酶。家蚕有3个SDH基因，即BmSDH-1、BmSDH-2a和BmSDH-2b，均位于家蚕第21号染色体。家蚕卵中山梨醇含量的变化与卵期滞育的发动、持续和停止有着密切的平行关系。以往的研究集中于BmSDH在卵期的表达及酶活情况，对于家蚕其它时期和组织的表达的研究较少，也未见BmSDH启动子特性分析。 本论文在生物信息学分析BmSDH-1、BmSDH-2a和BmSDH-2b基因的结构、同源性以及蛋白质结构的基础上，用RT-PCR的方法分析了3个BmSDH基因的时空表达特性，比较了25℃明催青和17.5℃暗催青两种不同催青条件对家蚕后期BmSDH表达的影响；克隆了BmSDH-2a启动子片段，分析了其转录特性。 1. BmSDH的生物信息学分析 BmSDH-1基因全长6.035kb，由8个外显子7个内含子构成；BmSDH-2a基因全长10.75kb，由6个外显子5个内含子构成；BmSDH-2b基因全长约10.15kb，由8个外显子7个内含子构成。一级结构分析显示BmSDH-1与BmSDH-2a，BmSDH-2b之间的相似度均为49.7%，BmSDH-2a和BmSDH-2b的相似度为96.4%。用MEGA4.0软件构建了BmSDH-1，-2a和-2b与其他13个物种（包括昆虫、两栖类、哺乳和人类）基于同源蛋白氨基酸序列的系统进化树，结果显示BmSDH-1独立成一个亚支，BmSDH-2a和-2b属于同一个分支，它们与蜜蜂、熊蜂以及印度跳蚁等昆虫的亲缘关系较近。 2. BmSDH基因时空表达特性分析及不同催青条件对表达的影响 根据家蚕二化性品种子代滞育性受亲代胚胎期催青条件调控的原理，即25℃明催青则子代卵滞育，而20℃以下低温暗催青则子代卵为非滞育。以二化性品种“秋丰”越年活化卵为材料，采用蛾区半分法，分别用25℃明催青和17.5℃暗催青处理，孵化后25℃常规方法桑叶饲养，羽化后同一处理内的雌雄蛾交配制种。利用半定量RT-PCR的方法，分析不同发育时期的雌性蚕体及不同组织中BmSDH转录水平，以及25℃明催青和17.5℃暗催青对BmSDH转录水平的影响。结果显示BmSDH-1、BmSDH-2a和BmSDH-2b在“秋丰”品种的各个发育阶段均有表达；在幼虫期5龄3d，BmSDH-1在常温明催青组脂肪体中转录水平较高，BmSDH-2a和BmSDH-2b在常温明催青条件下的血液、脂肪体和卵巢中转录水平均高于低温暗催青处理组；在蛹期3d，BmSDH-2a和BmSDH-2b在常温明催青条件下血液和卵巢中的转录水平均低于低温暗催青处理组；在次代卵产下后6～24h期间，BmSDH-1的转录水平较低且没有明显变化；而BmSDH-2a和BmSDH-2b的转录水平逐渐升高，但是2个基因的转录水平在不同催青处理中未见明显变化。说明BmSDH-1和蚕卵滞育与否没有直接关系，而BmSDH-2a和BmSDH-2b与家蚕二化性品种卵滞育与否有重要的平行关系。 3. BmSDH-2a基因启动子的克隆和特性分析 根据家蚕基因组中BmSDH-2a基因上游启动子区域的核苷酸序列，分别设计2个上游和1个下游引物，以5龄后部丝腺基因组DNA为模板，用PCR方法克隆BmSDH-2a基因上游674bp和355bp的启动子片段BmSDH-2aP-674、BmSDH-2aP-355。在线软件预测分析显示，克隆的674bp长度片段含有核心启动子区，其中包括TATA-盒和GC盒，以及一些与胚胎发育相关的转录因子结合位点，如GATA-1、HSF1、CREB、CdxA、cap和Oct-1等，其中后4个多次出现。以pGL3.0basic为载体，萤火虫荧光素酶基因luciferace（luc）为报告基因，分别构建不同长度BmSDH-2a启动子控制的报告质粒pGL-BmSDH-2aP-674-luc,pGL-BmSDH-2aP-355-luc；分别转染家蚕BmN细胞，以转染pGL3.0basic-luc的细胞为对照，72h后收集细胞，在LuminoMeter20/20荧光光度计上测定荧光素酶活性。结果显示，2个不同长度BmSDH-2a启动子片段均有活性，674bp启动子的活性是355bp的2.4倍，说明在BmSDH-2a启动子区的-355到-674nt片段可能存在正调控元件。 上述研究析结果，为阐明家蚕滞育的分子机制积累了新的实验数据。
胰岛素信号通路基因BmINR和BmAC6参与二化性家蚕滞育的调控
这是一篇关于家蚕,胰岛素信号通路,胚胎滞育,BmINR,BmAC6的论文, 主要内容为滞育是昆虫为适应即将到来的不利环境而进入生长发育停滞的一种生理状态,这个过程受多个基因和多条信号通路共同调控。胰岛素信号通路(Insulin/IGF signaling pathway,IIS)对滞育昆虫的生长发育具有重要的调控作用,但IIS对家蚕(Bombyx mori)滞育的调控机制尚不清楚。因此,本实验以二化性家蚕品种“秋丰”越年蚕卵为材料,采用蛾区半分法进行两种处理,其中一份先在17℃暗催青,转青后移至25℃下继续培养,其母蛾产非滞育卵(NDEPs)组;另一份25℃明催青其母蛾产滞育卵(DEPs)组。蚕卵孵化后新鲜桑叶25℃常规饲养,直至羽化交配,制备子代蚕卵。采用RNA干扰(RNAi)、过表达和RT-q PCR等技术,探究胰岛素受体基因(inslin receptor,BmINR)及其下游基因腺苷酸环化酶6(adenylate cyclase type 6,BmAC6)在二化性家蚕滞育调控中的作用。主要研究结果如下:1.BmINR和BmAC6在二化性家蚕品系中的转录特性分析从NCBI网站获取BmINR和BmAC6的基因序列并设计引物。解剖NDEPs组蛹期3d卵巢组织,提取总RNA,反转录后克隆BmINR和BmAC6的CDS序列并测序验证。然后利用NCBI的BLAST工具分析了2个基因的结构,采用MEGA 11软件的邻接法构建了基于2个蛋白质氨基酸的系统进化树。提取NDEPs组和DEPs组蛹期1-6d头部、卵巢组织及产下后2-72 h蚕卵的总RNA,RT-q PCR结果显示,BmINR和BmAC6在NDEPs组蛹期前中期头部、卵巢组织的m RNA水平均显著高于DEPs组。2.激素处理BmN细胞对BmINR和BmAC6表达水平的影响为了解BmINR和BmAC6对外源昆虫激素的响应,在BmN细胞培养基中添加不同浓度的滞育激素(DH)和蜕皮激素(20E),RT-q PCR分析BmINR和BmAC6的m RNA表达水平变化。结果显示,BmAC6的表达水平几乎不受DH浓度变化的影响,但BmINR的转录水平随着DH浓度的增加呈下降趋势;随着20E浓度的升高,BmINR和BmAC6的m RNA表达水平也随之上升。这些结果提示BmINR和BmAC6的表达水平与家蚕滞育可能存在着密切的关系。3.RNA干扰BmINR和BmAC6基因对二化性家蚕滞育的影响在BmINR和BmAC6的5’UTR和保守区域分别设计三条ds RNA,再将ds RNA注射NDEPs组2d雌蛹第5腹节卵巢部位,并在蛹期4 d重复注射一次。将注射后的蚕蛹在温度25℃、湿度75%条件下保护,羽化后与正常雄蛾交尾4 h产卵,观察子代蚕卵的颜色等滞育相关表型,RT-q PCR检测ds RNA干涉效率和滞育相关基因表达水平。结果发现,BmINR的RNA干扰会上调3-羟基犬尿氨酸合成途径关键基因的表达水平和IIS负调控因子BmFOXO的表达水平,导致14.43%的NDEPs子代蚕卵颜色变为粉红色并最终变为深紫色,介于非滞育卵色(淡黄色)和滞育卵卵色(灰紫色)之间,产卵后10 d仍不能正常孵化,保持滞育状态;BmAC6的干扰没有改变子代蚕卵的表型,但上调糖代谢关键基因和BmFOXO的表达水平,表明BmINR和BmAC6基因参与调控二化性家蚕滞育的形成。4.过表达BmINR和BmAC6基因对二化性家蚕滞育的影响构建BmINR和BmAC6的pFast Bac Dual-egfp过表达载体,并转染BmN细胞,收集重组杆状病毒,注射NDEPs组蛹期2d雌蛹第五腹节卵巢部位,将注射后的蚕蛹在温度25℃、湿度75%条件下保护,羽化后与正常雄蛾交尾4 h产卵,观察子代蚕卵的滞育相关表型,RT-q PCR检测过表达效率和分析滞育相关基因表达水平的变化。结果显示,过表达BmINR和BmAC6并没有改变子代蚕卵的表型,转录水平分析发现过表达BmINR上调糖代谢关键基因BmSdh、BmGlyp的表达水平但下调BmFOXO的表达水平;过表达BmAC6后上调BmTerh,BmSdh和BmGlyp的表达水平但下调BmFOXO的表达水平。糖代谢关键基因上调表达可以促进糖原分解产生能量,为非滞育蚕卵胚胎发育提供动力,进一步说明BmINR和BmAC6参与二化性家蚕胚胎滞育的调控。综上所述,BmINR和BmAC6对二化性家蚕的胚胎滞育的形成具有调控作用,研究结果有助于深入了解胰岛素信号通路基因在家蚕胚胎滞育形成中的作用,完善家蚕滞育调控分子机制。
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