高油脂产率微藻的筛选及发酵条件的优化

本研究旨在从自然水域分离、筛选出高油脂产率的微藻藻株,对其生产油脂的发酵条件进行优化,以期为用微藻制备生物柴油的工业化生产打下基础.从不同淡水环境中分离纯化了17株微藻,根据形态特征对这些微藻进行了初步鉴定.比较了其中11株微藻的生物量、油脂含量及油脂产率.从中选取生物量和油脂含量都较高的椭圆栅藻(Scenedesmus ovalternus)、雷氏衣藻(Chlamydomonas reinhardii)和蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)3株微藻,研究了光照、温度、pH、碳源、氮源及不同水平碳氮源组合对其比生长速率和油脂产率的影响,结果表明,添加葡萄糖作为碳源时3株微藻生长较快,油脂产率较高;其最适发酵温度为28(2;椭圆栅藻和蛋白核小球藻最适pH为7,而雷氏衣藻最适pH为9;葡萄糖和尿素分别为这3种微藻的最适碳源和氮源.从油脂产率方面考虑,椭圆栅藻的最佳碳、氮源组合为:30g/L葡萄糖和2.1 g/L尿素;蛋白核小球藻的最佳碳、氮源组合为:40 g/L葡萄糖和2.1g/L尿素;雷氏衣藻则为:30/L葡萄糖和1.2g/L尿素.雷氏衣藻和蛋白核小球藻的5 L发酵试验表明,与摇瓶培养相比,发酵培养时间由7 d缩短为5 d,OD540nm分别可达61.2和59.9,而且2株微藻生物量干重分别由11.2 g/L和8.8 g/L提高到26.58 g/L和20.19 g/L,油脂含量分别由20.3%和17.2%提高到23.2%和20.1%,油脂产率分别由0.3248 g/L/d和0.2162 g/L/a提高到1.2333 g/L/d和0.8112 g/L/a.本研究结果表明,从天然水域分离、筛选得到的两株微藻雷氏衣藻(Y7)、蛋白核小球藻(Y9)经过发酵条件优化控制油脂产率分别可达1.2333 g/L/a和0.8112 g/L/a,有望应用于利用微藻制备生物柴油的工业化生产.     

卷枝毛霉重组菌株Mc-MT-2培养条件优化及产油特性

前期工作构建了苹果酸转运蛋白基因过表达的卷枝毛霉重组菌株Mc-MT-2,该菌株的脂质含量大幅度提高。该研究从培养基成分筛选、微生物生长控制以及发酵模式等方面深入探讨Mc-MT-2菌株发酵产油脂的调控策略。结果表明,Mc-MT-2菌株最佳生长及产孢培养条件是以葡萄糖与苹果酸为复合碳源且复合配比为9∶1,氮源为胰蛋白胨,其他成分同Kendrick培养基,初始pH值为5。经分批培养获得生物量、脂质含量和脂质产量分别为11.2 g/L,24%和2.6 g/L。在3 L发酵罐扩大培养中,补料培养Mc-MT-2菌株获得生物量、脂质含量和脂质产量最大值为15.4 g/L、28.6%和4.4 g/L,比分批培养分别提高1.38、1.19和1.69倍。该研究为卷枝毛霉重组菌株Mc-MT-2在脂质生产中的进一步应用奠定理论基础。     

猪粪沼液培养微藻系统中试试验

为实现猪粪沼液资源化的大规模应用,该研究以小球藻(Chlorella E2E)为试验藻种,开展了中试规模的“室内纯培养+室外纯培养+室外沼液培养”耦合模式多级放大沼液培养微藻试验：考察了各级培养试验中Chlorella E2E的生长状况、沼液中污染物的去除率及微生物多样性,最大培养体积达12.31 m³,系统运行时长达274 d。结果表明,Chlorella E2E经过多批次纯培养驯化,在二级柱式反应器内能快速达到最适生长状态,培养至第70天平均生物量可达227.72 mg/L;Chlorella E2E在室外纯培养平板反应器内的产量明显高于室内柱式反应器,培养至第14天生物量可达266.48mg/L。在采用沼液培养时,户外跑道池中生物量最高达250.02 mg/L,化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、氨氮(ammonia nitrogen,NH₄⁺-N)、总磷(total phosphorus,TP)去除率分别高达40.05%、95.06%、97.52%;跑道池内微生物多样性较高,更易形...     

平板式光生物反应器中钝顶螺旋藻高密度培养的工艺优化

螺旋藻作为保健食品或食品添加剂被广泛的人工培养并被制成片状和粉状广泛应用.生物反应器是一个进行涉及到生物或生物活性物质生产的容器.用光生物反应器高密度培养微藻也成为国内外研发的热点.中国养殖的螺旋藻主要为钝顶螺旋藻(Spirulina platensis).本研究中,以钝顶螺旋藻为试材,用三角瓶和平板式光生物反应器培养,并设计不同的培养条件(添加不同浓度的葡萄糖和抗氧化剂,设置不同通气模式和光照条件),探讨其培养工艺参数的优化.结果显示,在三角瓶中,分别适当添加葡萄糖、Na2S2O3和Na2SO3,均可显著提高钝顶螺旋藻的生物量,其最适浓度分别为3、3和2 g/L;光反应器培养下,随着通气处理强度的上升,藻生物量显著增加;而逐步增大通气强度的处理下,藻生物量促进效果则更为明显;单面光源(4 500 lx)培养下的藻生物量要显著高于双面光源(9 000 lx)培养的,但是先单面光源培养,在微藻进入对数期生长时,转变为双面光源培养,其培养产量更高.进一步研究表明,与Na2S2O3相比,Na2SO3与葡萄糖组合效果更好,进一步对各条件优化显示,在葡萄糖浓度4 g/L和Na2SO3浓度3g/L时,藻生物量达到最大值.上述研究表明,添加葡萄糖、Na2SO3、逐步增加通气强度的模式、先单面光源后双面光源培养的光照模式可明显促进钝顶螺旋藻的产量,综合优化的培养条件下,该藻体的平均生长速率和生物量可高达0.85 gDW/(L·d)和10.02 gDW/L.本生物反应器还具有动力消耗小、占地面积小、造价相对便宜、清洗方便、结构简单和容易在室内扩大规模培养等优点.本研究为扩大螺旋藻的培养规模提供了理论依据和技术方法.     

适于猪场污水中快速生长富油微藻的筛选

微藻的大规模培养以及生产生物燃料在很大程度上依赖于所使用的微藻藻株性能.为了从自然水域中筛选、分离能够异养生长并同步处理养猪废水和实现油脂积累的高油脂产率微藻,本研究采用平板划线、单胞分离和毛细管分离3种方法,对51个采样点的样品进行分离、纯化,获得了118株藻,71株能够进行异养生长,其中33株能够在猪场污水中生长,且17株藻生长良好.根据形态特征对分离得到的部分藻株初步鉴定为小球藻(Chlorella sp.)和栅藻(Scenedesmus sp.).比较这17株藻在猪场污水中的生长速率和油脂含量,藻株13-6、19-4、20-6和34-2的比生长速率分别为0.147、0.162、0.177和0.154 d-1,较其他藻株生长更快;19-4、24-1和34-2的油脂含量分别为19.7％、22.9％和28.8％,高于其他藻株.从中选取生长快且油脂含量高的藻株19-4和34-2经18S rDNA鉴定为Chlorella sorokinlana和Chlorella sp.,分别命名为C.sorokinlana 19-4 (GenBank登录号:KU948990)和Chlorella sp.34-2 (GenBank登录号:KU948991).将微藻培养体系扩大至30 L反应器,利用稀释猪场污水培养C.sorokinlana 19-4和Chlorella sp.34-2,最大比生长速率分别达到0.153和0.149 d-1;油脂含量分别达到18.73％和29.27％;最大生物量浓度分别达到0.78和1.12 g/L.C.sorokinlana 19-4对废水培养基中总氮、总磷的最高去除率分别高达70.56％和90.98％,34-2则分别为60.24％和85.07％.脂肪酸组分分析表明,Chlorella sp.34-2主要含有Cl6∶0、C18∶2n6c及C18∶3n3,其脂肪酸组分含量符合生物柴油生产的原料要求标准.结果说明这两株微藻在净化废水和生产生物柴油中具有潜在的应用前景.利用猪场污水养殖微藻,既可以节约大量营养盐成本,促进微藻生物柴油产业的推进,又可以净化污水,促进水资源再利用,实现能源与环境的双赢.     

气升式光生物反应器培养海洋微藻的中试研究

采用自行设计的600 L气升式光生物反应器对两种海洋微藻湛江叉鞭金藻和盐藻进行了中试实验，重点研究了设备中安装内置光源和补充CO₂对于微藻生长和氮、磷含量的影响。结果表明：不同光质的内部光源对微藻作用不同，叉鞭金藻在蓝光和红光下生长最好，盐藻生长最快为红光组和白光组，而且补充内置光源使两种微藻氮含量升高，但对藻体磷含量影响不大；补充高浓度CO₂(700 μL·L^-1以上)能明显提高两种微藻生物量，并使藻体氮、磷含量有所增加。用该技术培养的微藻生长速度快，产量稳定，中试实验结果可为进一步推广应用奠定基础。     

施氏假单胞菌NRCB010的高密度发酵条件优化

植物根际促生菌是最常用的微生物肥料的菌种来源。施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)因良好的促进作物生长、提高作物抗逆性及降解有机污染物等特性备受关注。以具有减少农田土壤氧化亚氮排放和良好促生特性的施氏假单胞菌NRCB010为研究对象,明确其菌落形态及生理生化特征;以生物量(以OD600值表示)为评价指标,通过单因素优选法确定发酵基础培养基和碳氮源及其浓度,通过正交试验设计和极差分析优化无机盐成分,通过响应面分析法优化发酵培养基配方。结果表明,NRCB010菌落呈圆形、皱褶状、黄色,革兰氏染色阴性,菌体短杆状、长度约2 μm、无芽孢;利用多种碳源、氨基酸和羧酸,具有还原力。改良的金氏B(King′s B)培养基为NRCB010发酵较好的基础培养基;以15 g/L糖蜜+葡萄糖(1∶1,W/W)为碳源、以25 g/L牛肉浸粉为氮源时NRCB010的生物量最高。最优无机盐组合为KH2PO4 1.5 g/L、 MgSO4·7H2O 1.5 g/L和NaCl 2.0 g/L。优化后的最优发酵培养基为糖蜜7.1 g/L、葡萄糖8.5 g/L、牛肉浸粉22.9 g/L、MgSO4·7H2O 1.3 g/L、NaCl 2.0 g/L和KH2PO4 1.0 g/L。使用此优化培养基发酵36 h,NRCB010发酵液的OD600值为11.09,有效活菌数为2.87×1010 cfu/mL。     

低氮胁迫对蛋白核小球藻生化组分和絮凝性能的影响

【目的】蛋白核小球藻 (Chlorella pyrenoidosa) 蛋白含量高,富含各种必需氨基酸和多种营养保健因子,2012年被我国增列为新资源食品。本文以蛋白核小球藻 (Chlorella pyrenoidosa) 为材料,研究低氮胁迫对自养和兼养来源的藻细胞生化组分和絮凝性能的影响,为开发应用提供技术支撑。【方法】分别以BG11基本培养基和BG11添加10 g/L葡萄糖接种培养蛋白核小球藻,获得自养和兼养来源的种子藻细胞。以BG11基本培养基中18 mmol/L硝酸钠为正常供氮对照,设置硝酸钠水平为3、6、9 mmol/L的低氮胁迫培养基。种子藻细胞培养14天后,分别采用干重法、脂染色法测定藻细胞干重生物量和总脂含量;蛋白和淀粉含量的测定采用紫外分光光度法;用三维荧光光谱分析藻细胞胞外聚合物 (extracellular polymeric substances,EPS) 组分和含量。【结果】1) 自养与兼养来源的蛋白核小球藻在低氮胁迫处理下均能生长,自养来源藻细胞更能迅速感应低氮胁迫的条件变化,转接后第1天即开始快速生长。四个胁迫处理中,以硝酸钠6 mmol/L组藻细胞干重和油脂含量最高。该低氮胁迫培养4天后,所有藻细胞样品生长到达稳定期,此时自养与兼养来源的藻细胞干重分别为2.56 g/L和4.62 g/L,藻细胞油脂含量分别为15.5%和39.3%,与正常对照组 (硝酸钠 18 mmol/L) 相比均显著增加。2) 低氮胁迫处理能提高蛋白核小球藻的油脂产率。其中6 mmol/L胁迫处理4天后,兼养藻细胞油脂产率最高,达到129.56 mg/(L·d),同比是自养来源藻细胞的7.95倍。3) 兼养组藻细胞胞内外蛋白、淀粉 (多糖) 初始含量显著高于自养组。藻细胞油脂、蛋白、淀粉含量在低氮胁迫处理培养2天或3天内均显著下降,之后低氮胁迫组藻细胞胞内外蛋白含量持续下降,细胞油脂与胞内淀粉含量开始回升,在第4天出现明显的拐点。4) 6 mmol/L低氮胁迫处理4天后,自养来源藻细胞中,对藻细胞絮凝有促进作用的蛋白类色氨酸物质含量比对照组增加40.3%,兼养来源藻细胞蛋白类色氨酸物质和对藻细胞絮凝有抑制作用的胡敏酸和富里酸类腐殖酸物质的含量分别为对照组的83.6%、74.8%和54.8%。兼养和自养组藻细胞自絮凝率分别为78.5%和80.3%,均比对照组显著提高。【结论】自养与兼养来源的蛋白核小球藻对低氮胁迫处理的响应存在差异,藻细胞生化组分含量变化受培养基供氮水平和培养时间的影响。低氮胁迫通过影响藻细胞促进和抑制藻细胞自絮凝的生化组分的比例,显著提高其收获期的自絮凝率。针对供试藻种,以硝酸钠6 mmol/L低氮胁迫处理4天对蛋白核小球藻的油脂产率和絮凝性能的提升效果最佳。     

海蓬子愈伤组织的诱导及植株再生

本试验研究了培养基成分对海蓬子愈伤组织诱导、继代培养、植株分化和生根的影响。结果表明:愈伤组织诱导的最适培养基是MS+Thidiazuron(TDZ)1.0mg/L+NAA1.0mg/L+蔗糖30.0g/L+琼脂7.0g/L;继代培养的最适培养基为MS+NAA1.0mg/L+TDZ0.1mg/L+蔗糖30.0g/L+Gelrite3.0g/L,愈伤组织快速生长;愈伤组织分化的培养基为MS+NAA1.0mg/L+TDZ0.1mg/L+BA2.0mg/L+蔗糖30.0g/L+琼脂7.0g/L+NaCl8g/L,愈伤组织分化频率可达62.2%。生根培养基中添加0.5mg/L的麦芽提取物(maltextract,ME)可显著增加每株的平均根数。NaCl促进海蓬子愈伤组织的分化,麦芽提取物可促进幼苗侧根的发生,但NaCl和麦芽提取物均不利于愈伤组织的诱导。本试验建立了较高频率的海蓬子愈伤组织诱导及植株再生体系。     

水体氮浓度对狐尾藻和金鱼藻片段萌发及生长的影响

为了厘清水体氮浓度对沉水植物片段萌发及生长的影响,通过模拟控制试验,设计了水体总氮浓度分别为0 (CK)、 0.5 mg/L (N1)、 2 mg/L (N2)、 8 mg/L (N3)和12 mg/L (N4）共5个处理,研究了水体不同氮浓度条件下狐尾藻 (Myriophyllum spicatum) 和金鱼藻 (Ceratophyllum demersum)片段(3节)萌芽数、 萌发位置、 芽长和生物量的差异。结果表明, 水体氮浓度对不同沉水植物片段萌发的影响存在差异,较高的水体氮浓度不利于狐尾藻片断萌发,而对金鱼藻片段却有一定程度的促进;氮浓度处理促进了狐尾藻顶端优势,却抑制了金鱼藻的顶端优势。狐尾藻以0.5 mg/L处理的芽长较长,生物量以2 mg/L处理最大;而金鱼藻以8 mg/L处理芽长最长,生物量以2 mg/L处理最大。由此可见,不同沉水植物对水体氮适应性存在差异,水体氮浓度较低时,沉水植物断枝可以进行萌发和生长, 而当氮浓度超过2 mg/L时,对沉水植物断枝萌发及生长反而有抑制作用;金鱼藻片段比狐尾藻对水体氮浓度的耐受性强。     

耦合浮珠-超声辅助溶剂萃取法用于微藻采收及油脂提取

为了优化微藻生物柴油生产工艺,开发高效低耗的微藻采收与油脂提取技术,该研究使用优化浮珠浮选工艺对小球藻进行采收,随后选取小球藻-表面层状聚合物浮珠聚集体进行破壁提油处理,并通过响应面优化破壁工艺,建立一种新型耦合浮珠-超声辅助溶剂萃取工艺。结果表明,在超声时间为13 min,正己烷：异丙醇体积比例为4,微藻质量浓度为13.6 g/L,超声功率为254 W时,油脂提取效率较高,为18.91%。相比传统气浮法与超声辅助溶剂萃取法,该法采收效率、细胞破壁效率和饱和脂肪酸含量都达到了较高水平,分别为98.36%、90.19%和37.03%。因此,耦合浮珠-超声辅助溶剂萃取工艺是一种有效提取小球藻细胞中油脂的工艺。研究结果为微藻生物柴油制备工艺的发展提供科学依据。     

暗管与竖井排水工程改良新疆盐渍土的设计与效果评价

为探讨干旱区盐渍化农田水利改良措施的可行性,在新疆玛纳斯河流域安集海灌区进行了田间暗管与竖井排水工程试验,分别在距离暗管0.5 m（P1）、7.5 m（P2）,距离竖井0.5 m（S1）、30 m（S2）和60 m（S3）,以及未铺管区（CK）域设置7处观测区,评估农田排水措施在盐渍土改良期间的排水功能、土壤脱盐效果,同时监测棉花生长与地下水位动态。结果表明：5 a排水改良期间,0～80 cm深度土壤含盐量的总体降幅达到29.2 g/kg,棉花干物质量和籽棉产量年际增幅分别为22%和28%,浅层地下水位年际降幅1.16 m;改进的暗管与竖井协同排水相比单独应用暗管排水量与地下水位年际降幅分别增加了118%,进一步减少了盐分淋溶时期的深层渗漏量。研究结果可为干旱盐渍区的水土资源合理利用提供科学和理论依据。     

产酸克雷伯氏菌提高玉米幼苗耐盐碱胁迫的机理

  【目的】  研究产酸克雷伯氏菌提高盐碱土壤生物学活性的效应,深入理解其缓解作物盐碱胁迫的机理,开发适用于盐碱土壤的微生物菌肥。  【方法】  首先,诱导保存的产酸克雷伯氏菌产生可遗传的耐300 μg/L抗生素利福平的特性。然后,将产生抗性的菌种接种于LB液体培养基中,于30℃、180 r/min培养24 h,经离心、洗涤后用蒸馏水调配成1 × 108 cfu/mL的菌悬液,测定其固氮、溶磷、产铵和IAA能力,并逐步稀释制备1 × 106 cfu/mL、1 × 104 cfu/mL、1 × 102 cfu/mL菌悬液用于盆栽试验。盆栽试验用盐碱土 (pH 9.4) 采自黑龙江肇东市,供试作物为玉米,品种为郑单958。设置产酸克雷伯氏菌添加量为0、1 × 102、1 × 104、1 × 106、1 × 108 cfu/mL,施于土壤中,然后种植发芽的玉米。待玉米幼苗第二片叶展开后,测定其光合特性;幼苗生长12天后收获,调查玉米幼苗株高、根长、地上干重、地下干重,测定叶片中C、N和P含量。采用抖根法收集玉米幼苗根际土壤,测定土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性。  【结果】  产酸克雷伯氏菌发酵液的总固氮量为12.8 mg/L、可溶性磷含量85.59 mg/L、IAA浓度256.57 mg/L、产氨量75.46 mg/L。产酸克雷伯氏菌在盐碱土中可以很好地定殖,并在施入土壤后的第3天达到稳定的菌体数量。在盐碱土中,随着产酸克雷伯氏菌施用水平的增加,玉米幼苗根际土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性总体呈现增加的趋势。与对照相比,施入产酸克雷伯氏菌水平为1 × 106、1 × 108 cfu/mL的处理4个酶活性增加幅度均达到显著水平,且以1 × 106 cfu/mL最适宜,相较CK脲酶活性提高62.81%、碱性磷酸酶活性提高17.74%、蔗糖酶活性提高115.5%、过氧化氢酶活性提高35.6%。与对照组相比,施用产酸克雷伯氏菌1 × 106 cfu/mL处理的植株叶片盐分离子含量显著减少,光合能力显著增强,提高玉米幼苗株高12.44%、根长22.59%、地上干重26.67%、地下干重37.78%。  【结论】  产酸克雷伯氏菌具有固氮、溶磷和分泌生长素的功能。产酸克雷伯氏菌可显著提高根际土壤酶活性,降低玉米幼苗中Na＋含量,提高K＋和Ca2＋含量以及K＋/Na＋和Ca2+/Na＋的值,进而显著提高幼苗的光合效率,促进玉米幼苗生长,提高玉米幼苗耐盐碱能力。但是,产酸克雷伯氏菌的促生效果取决于施用量,具体田间施用浓度还需进一步试验确定。     

高密度高含油率微藻培养研究进展

微藻以其生长周期短、不占用农业耕地而被作为第三代生物柴油的首选原料,然而微藻培养密度偏低含油率不高是制约微藻生物柴油规模生产的主要因素。结合微藻培养的营养方式和培养系统,讨论了近年来提高微藻培养密度及油脂（主要为甘油三酯）含量的各种研究方法及成果,分析了微藻高产油率的培养模式,并就培养成本问题做了进一步探讨。最后总结了微藻生物柴油的发展方向,即在合适的培养系统下以太阳光为能源,充分利用废气、废液甚至废固培养微藻,提高藻油的生产率,从而降低生物柴油的生产成本,进而实现工业化生产。     

盐碱胁迫对文冠果幼苗水力学特征和碳素分配的影响

以文冠果(Xanthoceras sorbifolia)1年生幼苗为研究对象,通过控制条件下的盆栽试验,研究不同盐碱胁迫条件对文冠果幼苗的水力学特征和碳素分配的影响。结果表明:(1)盐碱胁迫显著降低文冠幼苗存活率、株高和基径、不同部位生物量、凌晨水势、根水力学导度、光合速率和气孔导度;(2)随盐碱胁迫强度增加,植株各部位非结构碳含量均先升后降,且碱性盐胁迫对植株的伤害显著大于中性盐胁迫和混合盐碱胁迫,盐度和pH有显著的交互增强效应,碱性盐比例增加会加重胁迫危害;(3)盐碱胁迫显著限制幼苗根系吸水能力、植株水分状况恶化、气孔导度和光合速率下降,造成生物量和非结构碳含量降低,超出植株对低渗透胁迫的适应能力,最终影响植株存活;(4)文冠果具有一定的耐盐碱胁迫能力,在轻度盐碱条件下能正常生长,在中度和重度盐碱胁迫条件下生长和存活能力受限。通过研究进一步揭示了文冠果幼苗在水力结构和碳代谢上对不同类型和强度盐碱胁迫的生理响应模式,可为文冠果适宜立地选择、栽培范围扩展和规模化发展提供依据。     

黄河三角洲盐碱地不同树种耐盐性形态指标的比较研究

[目的]研究不同树种的耐盐性形态指标,为黄河三角洲中度盐碱地造林树种选择提供重要理论依据和参考。[方法]对中度盐碱地上营造的试验林中的12个树种在保存率、生长势和盐害程度(盐害指数)等几个耐盐性形态指标上进行比较分析,确定各树种的相对耐盐力。[结果](1)不同树种的保存率差异较大,最低保存率为19.3%,最高保存率为96.7%;(2)除美国红叶白蜡和沙柳2个树种外,其余10个树种的生长表现(生长势和盐害程度)与保存率变化一致,即保存率高的树种,其生长表现亦好(生长旺盛、叶片受到的盐害程度小);(3)综合几个耐盐性指标对12个树种的聚类分析,其耐盐力可划归为强、中、一般3类。[结论]通过中度盐碱地不同树种耐盐性形态指标的评价,客观真实地反映了不同树种耐盐能力的强弱。     

土壤盐胁迫降低后甜高粱的补偿生长和盐离子分布特征

逆境补偿效应在作物中普遍存在,对作物生长发育与产量产生重要的影响。为阐明土壤盐度降低后甜高粱的补偿生长效应,本研究采用盆栽方法,将甜高粱拔节期的土壤含盐量设置3个梯度:5 g×kg~(-1)(高盐处理)、由5 g×kg~(-1)降低到2 g×kg~(-1)(盐度降低处理)、2 g×kg~(-1)(低盐对照),测定2个甜高粱品种地上部器官(茎秆、叶片、叶鞘)干物质生长速率与积累,以及盐离子(Na~+、Cl~-、K~+)在不同器官的含量。结果表明:高盐处理甜高粱地上部干物质增长速率一直显著低于对照;土壤盐度降低后,各器官干物质生长速率明显升高,并超过对照,产生了超补偿效应。成熟期高盐处理株高与地上部干物质大幅下降;土壤盐度降低后‘辽甜1号’的株高与地上部干物质较低盐对照分别下降7.69%和33.21%,而‘中科甜3号’的株高和地上部干物质重与对照没有差异。高盐处理后各器官干物质中Na+和Cl-含量较对照大幅度提高,K+含量增加幅度较小。土壤盐分降低后的35 d,甜高粱Na+和Cl-在各器官中含量虽仍高于对照,但比高盐处理已大幅下降;茎秆与叶鞘K+的含量较对照有小幅提高,而叶片K+含量与对照无显著差异。本研究表明:甜高粱盐胁迫降低后离子毒害减轻、生长速率加快直至超过对照,耐盐甜高粱品种补偿效应尤为明显,成熟期干物质产量可与对照相当。本研究结果可为盐碱地甜高粱栽培提供理论依据。     

生物炭对盐碱胁迫下黑麦草和紫花苜蓿光合及抗氧化特征的影响

为探究黑麦草和紫花苜蓿在盐碱胁迫初期的响应机制,揭示生物炭对盐碱胁迫初期黑麦草和紫花苜蓿两种典型牧草光合及抗氧化系统的短期影响,采用盆栽试验方法,设置4种处理：盐碱胁迫处理（C0, 150 mmol/L等摩尔NaCl、Na2CO3、NaHCO3混合盐碱溶液）、盐碱胁迫+1%生物炭（C1）、盐碱胁迫+3%生物炭（C2）、盐碱胁迫+5%生物炭（C3）,并设置无盐碱胁迫的空白对照（CK）,分析盐碱胁迫初期不同生物炭添加量对植物生长指标、光合特性、丙二醛含量及抗氧活酶活性的影响。结果表明：1）14 d盐碱处理显著影响黑麦草和紫花苜蓿的生长状况,降低生物量累积、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度,提高丙二醛（Malondialdehyde）含量,及超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase）、过氧化物酶（Peroxidase）和过氧化氢酶（Catalase）活性,但对叶绿素含量和根长无显著影响（P>0.05）。2）盐碱胁迫初期,生物炭可有效提高黑麦草和紫花苜蓿的抗胁迫能力,显著降低丙二醛含量,缓解盐碱胁迫对黑麦草和紫花苜蓿生长和光合反应的抑制作用,其中3%生物炭处理的生物量、株高、根长较盐碱胁迫分别增加了48.50%～82.34%、31.19%～44.16%、17.15%～48.09%,气孔导度、蒸腾速率增加了118.69%～358.99%、98.66%～526.53%,紫花苜蓿的叶绿素含量和净光合速率分别增加了7.97%和519.09%。3）盐碱胁迫下,随施炭量增加,黑麦草和紫花苜蓿的生长指标、光合特性、细胞膜透性及抗氧化酶活性基本呈现出低添加量促进、高添加量抑制的趋势。综上所述,适量生物炭可有效缓解盐碱胁迫对黑麦草和紫花苜蓿生长的抑制作用,其中3%的生物炭施用量效果最好。     

Na+与Cl–浓度平衡供应促进小白菜干物质积累及营养品质提升

  【目的】  适宜的Na+与Cl–浓度均有利于植物的生长,但Na+和Cl–哪个起主导作用,以及二者之间的平衡关系对其有益作用的影响尚不清楚。因此,拟通过本研究为低浓度氯化钠在生产中的应用提供理论依据。  【方法】  采用盆栽试验培养小白菜(Brassica campestris L. ssp. chinensis var. communis Tsen et Lee),在小白菜长到3叶1心时进行叶面喷施处理。以NaCl为基础,设置了[Na+]<[Cl–] (A)、[Na+]＝[Cl–] (B)和[Na+]>[Cl–] (C) 3组处理。B组平衡态的3个处理的[Na+]∶[Cl–]的浓度(mmol/L)比为6∶6 (B₁)、12∶12 (B₂)、18∶18 (B₃);A组非平衡态的3个处理为0∶6 (A₁)、6∶12 (A₂)、12∶18 (A₃);C组非平衡态的3个处理的比值是6∶0 (C₁)、12∶6 (C₂)、18∶12 (C₃),以无离子水为对照CK,每日喷施一次,连续处理21天。停止喷施后,取样观测叶片组织结构,测定植株干鲜物质量、叶片光合活性以及游离氨基酸含量。  【结果】  无论[Na+]和[Cl–]是平衡还是非平衡状态,喷施处理均显著提高了小白菜的干鲜物质积累量和叶片光合活性。与CK相比,3个[Na+]、[Cl–]等浓度供给处理均显著增加了小白菜植株干、鲜生物量,显著增加了植株游离氨基酸含量,增加了叶面积尤其是中上位叶面积,促生效果均以B₂ 处理最佳,植株干、鲜生物量分别比CK增加了35.1%和43.7%,叶面积增加了33.4%。在非平衡状态中,有Cl–无Na+时有利于含水量增加,有Na+无Cl–时有利于干物质累积,且表现出Na+和Cl–均有利于含水量增加,Na+比Cl–更有利于游离氨基酸累积([Na+]>[Cl–]时,增加52.6%),Cl–比Na+更有利于干物质累积和光合速率([Na+]<[Cl–]时,增加17.3%)以及气孔导度([Na+]<[Cl–]时,增加145.3%)增加的现象。2因素主体间效应检验显示,小白菜的植株干鲜物质和营养物质累积、叶面积和比叶重、叶片光合气体交换活性,既受Na+、Cl–单独离子效应的影响,又受Na+与Cl–交互效应的影响。  【结论】  叶面喷施[Na+]与[Cl–]平衡与否都对小白菜的生长、干物质累积、含水量增加和叶片光合活性具有促进效应。但以12 mmol/L NaCl的生长促进效应更优,其主要表现为叶面积的扩展促使植株干物质累积。