河北农业大学学报

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  • 2020年, 43卷, 第6期
    刊出日期：2020-12-31
      
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    小麦品种‘矮抗 58’主要农艺性状相关基因位点解析
    徐 鑫,张德华,李小军,李 君,侯千禧,吴俊奎,师玉菲
    2020, 43(6): 1-5. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0106
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      ‘矮抗 58’是目前我国黄淮麦区的大面积种植品种，也已成为育种的骨干亲本。本研究利用分布于小麦
    全基因组的 1 312 个分子标记（包括 EST-STS、PLUG、EST-SSR 和 SSR）对‘矮抗 58’、其姊妹系‘百农
    4330’和‘丰收 60’及其 3 个亲本进行检测，发现‘矮抗 58’在 46 个位点具有不同于其他 2 个姊妹系的特异
    等位变异。进一步以矮抗 58/ 碧蚂 4 号衍生的 F2∶3 群体为材料，通过单标记分析发现 6 个‘矮抗 58’特异标记
    与主要农艺性状相关。其中，1D 染色体上的 CFD61 在 2 个环境下与穗长、可育小穗数和有效穗数相关，7D 染
    色体的 GWM111 在 2 个环境下与株高和穗粒数相关。
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    玉米种子活力相关性状的全基因组关联分析
    刘文童,赵永锋,郭晋杰,黄亚群,陈景堂,祝丽英
    2020, 43(6): 6-14. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0107
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    种子活力是衡量种子质量的重要指标，对苗期生长及后期产量形成有积极的影响。为解析玉米种子活力
    的遗传基础，本试验以 201 份玉米自交系组成的自然群体为材料，通过标准发芽试验和加速老化试验测量发芽势、
    苗长、活力指数等 10 个种子活力相关性状，并结合群体的 SNP 基因型信息，对种子活力相关性状进行全基因
    组关联分析。结果表明，该群体种子活力相关性状有广泛的遗传变异；各相关性状基因型间差异在两种试验条
    件下均达极显著水平，各相关性状的广义遗传率在标准发芽试验条件下为 83.33% ～ 93.10%，在加速老化试验
    条件下为 77.88% ～ 91.67%。两种试验条件下，共检测到 32 个性状 SNP 关联，涉及 26 个 SNP 位点，单个性
    状 SNP 关联可解释的表型变异为 0.01% ～ 12.64%，推测可能的候选基因 13 个。以上研究结果为解析玉米种子
    活力遗传基础和分子辅助选择育种提供了参考。
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    基于 iTRAQ 的玉米 V12 时期响应干旱胁迫的
    蛋白质组学分析
    刘过，刘松涛，董安忆，杨亚桐，段会军
    2020, 43(6): 15-25. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0108
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    干旱是限制玉米生长和产量的主要非生物胁迫因素，且玉米的耐旱性是由多基因控制的数量性状，因此，
    为了更好地了解玉米响应干旱胁迫的分子机制，本研究以 2 个抗旱性不同的玉米杂交种 ( 耐旱型‘农单 476’和
    敏感型‘众信 978’) 为材料从玉米 8 叶至 12 叶（V12）进行为期 12 d 的田间干旱胁迫处理，利用蛋白质组学
    分析玉米叶片在 V12 时期响应干旱胁迫的差异蛋白。结果表明：干旱胁迫处理后，相比敏感型‘众信 978’，
    耐旱型‘农单 476’体内较少蛋白发生差异表达。‘农单 476’差异表达蛋白的 KEGG 富集分析表明内质网
    蛋白质加工途径是玉米在 V12 时期防御和响应干旱胁迫的关键通路。‘众信 978’差异表达蛋白的 KEGG 富
    集分析表明核糖体蛋白的变化是受干旱胁迫影响的最基本也是关键的生物学过程之一。本研究结果进一步明
    确了玉米 V12 期响应干旱胁迫调控机制，为今后的定向克隆奠定了基础，也为抗旱新品种的分子设计育种提
    供了基础。
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    玉米赤霉烯酮降解酶 ZHD101 的表达优化及
    在玉米浆脱毒中的应用
    陈伟，谷新晰，李广靖，徐冉，谷子林，陈宝江，卢海强
    2020, 43(6): 26-34. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0109
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    本研究旨在提高玉米赤霉烯酮降解酶 ZHD101 表达效率及探讨其在玉米浆脱毒中的应用潜力。ZHD101
    基因在优化后共 27 个稀有密码子被同义替换，GC 平均值由 56.35% 调整为 60.23%，CAI 值由 0.64 调整为 0.97，
    优化前后基因序列的一致性为 81.1%，重组酶 ZHD101 成功高效表达。随后采用 Plackett-Burman 设计和响应面
    分析法明确工程菌在种龄 OD 值为 1.0，诱导温度 30.0 ℃和诱导 8.5 h 条件下，酶的表达量最高，提高了约 3 倍
    左右。玉米赤霉烯酮降解酶 ZHD101 对玉米浆的脱毒率随反应时间延长而提高，在反应 1、2 和 3 h 对玉米浆中
    玉米赤霉烯酮的降解率分别为（6.2±1.5）%、（13.4±2.8）% 和（17.1±8.0）%。本研究可为玉米赤霉烯酮降
    解酶 ZHD101 的生产和玉米赤霉烯酮毒素脱毒的实际应用提供一定的科学指导。
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    棉花谷胱甘肽硫转移酶亚基编码基因 GhGST3 的
    抗黄萎病功能研究
    李 扬，马丽梅，陈悦，翁慧婷，李志坤
    2020, 43(6): 35-43. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0110
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    棉花黄萎病（Verticillium wilt）是影响产量和品质的最严重病害之一。前期研究表明陆地棉（Gossypium
    hirsutum）谷胱甘肽硫转移酶亚基编码基因 GhGST3（MK179292）参与了棉花抗黄萎病反应。本研究从陆地
    棉抗病品种‘农大 601’（ND601）中克隆 GhGST3 的开放读码框（Open reading frame，ORF）。对 T3 代
    超表达 GhGST3 拟南芥植株进行表达检测和黄萎病抗性鉴定。通过农杆菌介导的烟草瞬时表达技术进行亚细
    胞定位。利用酵母双杂交系统，与黄萎病菌诱导下的酵母文库进行杂交，筛选互作蛋白，初步分析其参与的
    棉花抗病机制。结果表明：超表达 GhGST3 基因可有效提高植株对黄萎病的抗性。GhGST3 定位在细胞核、
    细胞膜、细胞质。酵母双杂交筛选出 11 个与 GhGST3 互作的蛋白。基于这些蛋白的 KEGG 和 GO 分析结果，
    显示 GhGST3 可能参与植物的柠檬酸盐代谢，氨基糖和核苷酸糖代谢，核糖体代谢，碳代谢以及氧化磷酸化
    等代谢路径。本研究初步明确了 GhGST3 的表达及黄萎病抗性机制，为棉花抗病育种提供了基因资源。
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    大豆产量和水分利用效率对水氮处理的响应
    卢晓鹏，陈任强，高惠嫣，刘宏权
    2020, 43(6): 44-50. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0111
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    通过位于黑龙港流域的大田试验，研究了不同水氮处理对大豆产量、干物质量及水分利用效率的影响。试
    验设置灌水量和施氮量 2 个因素，灌水量设置充分灌溉（W4：灌水量为 1.0 I）和亏缺灌溉（W3：0.8 I，W2：
    0.6 I，W1：0.4 I，W0：0 I）共 5 个灌水水平，3 个施氮水平（低氮 N1：75 kg/hm2 ，中氮 N2：150 kg/hm2，
    高氮 N3：225 kg/hm2 ），同时设置空白处理（W0N0），共计 16 个处理。结果表明：大豆产量最高的是 W4N2 处理，
    最高产量为 1 968.05 kg/hm2 ，比处理 W4N1 和 W4N3 分别增长 42.43% 和 45.31%，水分利用效率 WUE 最高的
    为 W3N3 处理。本试验条件下，W3N3 处理比对照组 W4N2 产量下降 5.72%，水分利用效率 WUE 增加 7.50%，
    节约 150.15 m3 /hm2 的灌水量。
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    杜梨叶绿体基因组密码子偏好性分析
    辛雅萱，董章宏，瞿绍宏，刘成，叶鹏，辛培尧
    2020, 43(6): 51-59. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0112
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    为了明确杜梨叶绿体基因组密码子的使用偏性，以杜梨叶绿体基因组中的 37 条蛋白质编码序列为研究对 象，利用 Codon W 1.4.2 和在线软件 CUSP 等对其密码子进行了中性绘图分析、ENC-plot 和 PR2-plot 分析。结 果表明：（1）杜梨叶绿体基因组密码子不同位置 GC 碱基含量为：GC1（48.45%）＞ GC2（40.76%）＞ GC3（28.66%）， 说明密码子末位碱基偏好以 A/U 结尾；（2）有效密码子数（ENC）取值范围是 33.13 ～ 52.73，表明密码子偏 性较弱；（3）相对同义密码子（RSCU）分析表明，其值＞ 1 的密码子有 30 个，其中以 A、U 结尾的有 29 个； （4）GC3 和 GC12 无显著相关，相关系数和回归系数分别为 -0.143 4 和 0.207 2； ENC-plot 中大部分基因分布 于曲线周围和下方，ENC 比值分布在 -0.05 ～ 0.05 区间的有 14 个，说明密码子偏性主要受选择的影响；PR2-
    plot 分析中，T 的使用频率高于 A，G 的使用频率高于 C，说明密码子偏性受多重因素影响；（5）最终筛选出
    UUU、UAA、AUU 等 18 个密码子为最优密码子，多以 A 或 U 结尾。综上所述，杜梨叶绿体基因组密码子的
    使用主要受选择影响，研究结果可为杜梨乃至梨属植物叶绿体基因组学的研究提供理论依据。
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    基于度量误差方法的榛子叶片水分含量光谱反演
    胡珍珠，潘存德，赵善超，陈 虹，王世伟
    2020, 43(6): 60-66. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0113
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    本研究旨在为榛子大田生产园中水分的精准管理提供科学依据。以榛子为研究对象，利用 Unispec-SC 便
    携式光谱仪测定榛子叶片光谱反射率。采用度量误差方法构建榛子树体水分含量光谱反演模型，并采用独立样
    本对模型精度进行检验。结果表明在可见光波段，榛子叶片光谱反射率随田间持水量的增加而增高，在近红外
    波段，光谱反射率则随田间持水量增加而降低。榛子 4 个生育期叶片水分含量与相应的敏感波段指数之间的三
    次函数数学关系成立，且基于三次函数数学关系构建的光谱反演度量误差模型具有较高精度。表明利用光谱技
    术进行榛子树体水分含量的监测是可行的。
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    响应面法优化核桃花茶浸提工艺
    曹智翔，李升云，于晨晨，田益玲
    2020, 43(6): 67-74. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0114
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    试验以核桃雄花为原材料，按制茶工艺得核桃花茶。以多酚、黄酮及游离氨基酸浸提量为响应值，温度、
    时间、茶水比为 3 个考察因素，通过单因素及响应面法对核桃花茶浸提工艺进行优化。试验结果表明，优化后
    的核桃花茶浸提工艺为：温度 97 ℃、时间 42 min、茶水比 1∶100 g/mL。在此条件下核桃花茶的多酚含量为
    42.01 mg/g，黄酮含量为 68.16 mg/g，游离氨基酸含量为 67.14 mg/g。最优条件下的浸提结果理论值与实际值误
    差较小，说明 Design-Export 软件建立的数学模型准确可靠。
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    桑葚红枣复合饮料的生产工艺优化及其稳定性研究
    苑园园，季明月，王子娇，郭凯元，龚建刚，敖常伟，王 敏，檀建新
    2020, 43(6): 75-82. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0115
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    以红枣汁和桑葚为主要原料，探讨了桑葚红枣复合饮料的工艺条件和稳定性。在单因素试验前提下，选
    择对试验结果影响比较大的几个因子 , 进行响应面试验，确定桑葚红枣复合饮料的最优配方；明确了复合饮料
    的最优稳定剂及最适添加量。最终显示，桑葚红枣复合饮料的最佳工艺条件是：红枣汁∶桑葚汁 2∶1，柠檬酸
    0.12%，白砂糖 3.3%；复合稳定剂组合是：果胶 0.04%、CMC-Na 0.03%、黄原胶 0.01%。由此制备的复合饮料
    味道独特，营养全面，符合卫生标准。
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    谷氨酰胺转氨酶在 Pichia pastoris GS115 中的表达及其发酵条件响应面法优化
    于凡，刘双，陈海清，王红静，马雯，石楠，檀建新
    2020, 43(6): 83-89. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0116
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    为了将筛选得到的吸水链霉菌 107.3 的谷氨酰胺转氨酶基因在毕赤酵母 GS115 中表达，并通过优化发酵
    条件来提高重组菌株酶的表达量，本试验构建了由吸水链霉菌前肽 pro、kex2 酶切位点、成熟酶 mTGase 3 部
    分组成的融合基因，电转至毕赤酵母 GS115 中进行表达；采用 Plackett-Burman（PB）设计和响应面法（RSM）
    在摇瓶水平研究了重组毕赤酵母的发酵条件（接种量、诱导温度和时间、初始 pH 值和甲醇浓度）。结果表明：
    吸水链霉菌的 TGase 基因在毕赤酵母 GS115 中得获得成功表达，酶活力为 0.3 U/mL；通过 PB 试验设计确定了
    影响产酶的显著性因素为诱导初始 pH、甲醇浓度和接种量。进一步选择该 3 个显著因素进行 RSM 中心组合试验，
    确定了最优的产酶条件为：接种量 OD600 为 6、pH 7、甲醇浓度 2.0%、诱导温度 23 ℃、诱导时间 72 h。优化
    发酵条件后，重组菌株产 TGase 酶活力可达 1.1 U/mL，是初始酶活的 3.6 倍。本研究构建的 MTG 异源表达体
    系为 MTG 生产和分子改造提供了平台。
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    吡唑酰胺类衍生物的合成及除草活性评价
    李晓天，任达，高卫，孙素素，陈来，张金林
    2020, 43(6): 90-94. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0118
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    为发现新型具有除草活性的吡唑酰胺类化合物，本研究通过芳香酰氯和 1- 甲基 -5- 氨基吡唑进行缩合反
    应，设计合成了 8 个吡唑酰胺类衍生物，并利用小杯法对目标化合物进行了除草活性评价。化合物结构均经氢谱、
    碳谱和高分辨质谱验证，除草活性测试结果表明，在 200 mg/L 浓度下，化合物 5e 对油菜根长和茎长的抑制率
    分别为 82% 和 57%，显著优于阳性对照莠去津；化合物 5g 对油菜、反枝苋和马唐根长的抑制率分别为 83%、
    56% 和 60%，显著优于阳性对照莠去津。由此得知，化合物 5e 和化合物 5g 具有良好的除草活性，值得进一步
    研究。
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    黑曲霉 YF1 菌株固体菌剂对烟嘧磺隆降解效果研究
    王佳颖，郑宇，王振梅，杨冬臣，张哲，张金林
    2020, 43(6): 95-100. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0117
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    为研究黑曲霉（Aspergillus niger）YF1 菌株固体菌剂对土壤中烟嘧磺隆（Nicosulfuron）残留的降解效果，
    本试验通过单因素优化方法制备 YF1 固体菌剂，结合室内盆栽试验和田间小区试验，以小麦和白菜为指示植物，
    研究了 YF1 固体菌剂对土壤中烟嘧磺隆除草剂的降解作用。结果显示，YF1 固体发酵的最适初始 pH 为 7.5，
    最适培养时间为 144 h。室内盆栽试验结果表明，当土壤中烟嘧磺隆浓度为 0.1 mg/kg 时添加菌剂 25 g/kg 处理
    42 d 后，可将烟嘧磺隆对小麦株高的抑制率由 50.77% 降低至 -8.47%；在烟嘧磺隆浓度分别为 0.05 和 0.025
    mg/kg 时，添加菌剂 12.5 g/kg 处理 35 d 后，可将烟嘧磺隆对小麦株高的抑制率由 45.24% 和 33.95% 分别降低
    至 1.55% 和 0.79%。田间小区试验结果表明，当土壤中 10% 烟嘧磺隆油悬浮剂的施药量为 30 mL/667 m2 时，
    YF1 菌剂能将烟嘧磺隆对小麦株高的抑制率由 43.37% 降低至 20.31%；当施药量为 40 和 50 mL/667 m2 时，
    YF1 菌剂能将烟嘧磺隆对小麦的药害完全缓解，对白菜株高的抑制率由 64.34% 和 51.11% 分别降低至 27.66%
    和 38.42%。综上所述，YF1 菌剂对土壤中烟嘧磺隆有较好的降解效果。
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    鸡内源性白血病毒 ev21 与其侧翼区
    SNP 位点的连锁关系
    葛琳涵，白少川，李雪梅，赵丽杰，乔宁，李兰会
    2020, 43(6): 101-107. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0119
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    鸡内源逆转录病毒 ev21 的转录表达影响宿主机体健康。本试验通过 PCR 检测海兰褐、太行鸡、
    海兰灰和 SPF 鸡 292 份 DNA 样品的 ev21 阴 阳 性、 羽 型 和 性 别， 测 序 筛 选 ev21 插入位点 OS 和 US 区 的
    SNP 位点，Mbo II 酶切检测 C＞T 突变的群体多样性，分析 C＞T 突变与 ev21 整合的连锁关系；最后利用
    TRANSFAC®Professional 预测 C＞T 突变引起的转录因子变化。测序峰图发现，ev21 插入位点上游 278 bp 处的
    C＞T 突变。OS 和 US 共有 610 bp 酶切结果发现，快羽 ev21 阴性鸡为 CC 基因型，快羽 ev21 阳性鸡为 CT 基因
    型；慢羽除海兰灰和海兰褐祖代 ev21 阳性鸡为 TT 基因型外，其他均为 CT 基因型。OS 特异 1 036 bp 酶切显示
    ev21 整合的 OS 区全部为 T 单倍型，C＞T 突变造成转录因子结合变化。研究表明 ev21 整合的 OS 区和未整合
    的 US 区的 C＞T 突变有 5 种单倍型，ev21 整合与 T 等位基因连锁。
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    开放式和密闭式土柱培养系统的差异性
    ——以 NH3 和 N2O 排放为例
    米晓君，李睿琦，王丹，张新星，高志岭
    2020, 43(6): 108-115. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0120
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    为了揭示开放式培养系统（Open Incubation system，OIS）和密闭式培养系统（Close Incubation system， CIS）2种培养系统的差异性，本研究以潮褐土为研究对象，应用上述2种系统监测了2种含水量条件下（40%WFPS 和 80%WFPS）氮肥表施（SA）、混施（IA）后的气体排放特征。结果表明：2 种培养系统观测到的 NH3 和 N2O 排放特征，以及施肥方式与土壤含水量对 2 种气体排放的影响基本一致。由于 CIS 通气速率较低的原因， 氨挥发量低于 OIS 系统的挥发量，后者的氨挥发量是前者的 2.49 ～ 5.45 倍，以 40%WFPS 水平下 IA 处理为例， 采用 OIS 和 CIS 测得的 NH3 排放峰值分别为 4.30 和 0.79 mg/m2·h，OIS 下的 NH3 排放速率峰值是 CIS 的 5.45 倍。 此外，2 种培养系统在低含水率（40% WFPS）条件下 N2O 排放速率无明显差异，但高含水率（80% WFPS）条 件下 OIS 系统的 N2O 排放速率显著高于 CIS（2.94 ～ 6.44 倍）。本研究对开放式和密闭式培养系统的合理利用 具有较强的参考价值。
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    棚室电动履带式旋耕起垄一体作业机的设计研究
    王海楠，弋景刚
    2020, 43(6): 116-125. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0121
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    我国棚室等设施农业发展迅速，棚室电动履带式旋耕起垄一体作业机 1 次作业能够完成旋耕、起垄、覆
    膜 3 道工序，使用清洁能源，具有无污染、噪音小等优点。依据棚室作业环境特点，对履带式底盘进行参数计
    算和分析；使用离散元方法对起垄成型部件进行仿真优化设计，确定了起垄成型部件距离旋耕刀辊轴距离为
    600 mm，拨土转板的水平位置距离旋耕刀辊轴 550 mm，竖直方向上距离地面 425 mm 处，并通过计算得出拨
    土转板的转速为 270 r/min 即满足设计要求。
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    蜿蜒式鱼道与竖缝式鱼道的水力特性对比分析
    刘辉，郄志红，吴鑫淼
    2020, 43(6): 126-131. https://doi.org/10.13320/j.cnki.jauh.2020.0122
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    为分析 1 种新型近自然型鱼道——蜿蜒式鱼道的水力特性，分别对新型蜿蜒式鱼道和工程型竖缝式鱼道
    进行了 CFD 数值模拟计算，对比了 2 类鱼道结构在不同水深处流态、流速及紊动能等水力学方面的特性。结果
    表明：2 种鱼道均主流明确，流态分区明显，区别是主流所处位置不同，蜿蜒式鱼道结构主流最大流速轨迹线
    明显靠近池壁，增大了低流速区与回流区面积；在相同坡降 J 下，竖缝式鱼道池室内在横向上表现为中间流速
    高两侧流速偏低，而蜿蜒式鱼道表现出右侧区域近靠壁位置流速高左侧区域流速偏低规律；在竖缝式鱼道中，
    不同水深处的紊动能分布基本相似，蜿蜒式鱼道也有此规律，但池室紊动能值明显偏小，蜿蜒式鱼道最大紊动
    能值仅为竖缝式鱼道的 61.3%，降低了对鱼类上溯的影响。