水稻镉安全材料分蘖期根部镉积累分布特征

【目的】镉 (Cd) 低积累作物的培育和应用是减少土壤中Cd通过食物链危害人体健康的重要途径。通过研究Cd处理下水稻分蘖期根部Cd的积累分布特征,揭示水稻Cd安全材料根部Cd的固持机理,为水稻Cd安全品种的培育提供理论依据。【方法】以水稻Cd安全材料D62B为供试材料,普通材料Luhui17为对照,进行水培试验。水稻秧苗于三叶一心时移栽至盆中 (40 cm × 60 cm × 15 cm),以CdCl₂·2.5H₂O加入营养液,设0 (CK)、0.5 (Cd0.5)、1.0 (Cd1)、2.0 (Cd2) mg/L 4个Cd浓度处理,30天后收获,分为根和地上部测定其Cd全量。采用化学试剂逐步提取法和差速离心法分别测定根部Cd化学形态和亚细胞分布特征,并进一步结合细胞壁多糖,研究其对Cd的响应特征。【结果】1) Cd处理下D62B各部位Cd含量显著低于Luhui17,转移系数较小,其根部Cd向地上部转移较少。2) 随Cd处理浓度升高D62B根部水提取态Cd分配比例降低,盐酸提取态Cd、残渣态Cd分配比例升高,Cd移动性减弱。D62B根部Cd以氯化钠提取态为主 (48.9%～52.1%),高浓度Cd处理 (2.0 mg/L) 下其分配比例是Luhui17的1.11倍,水提取态是Luhui17的82.3%,其根中Cd的移动性弱于普通材料。3) D62B根部Cd主要分布于可溶部分和细胞壁,其中细胞壁Cd分配比例为38.6%～41.8%,高于Luhui17。随Cd处理浓度升高,D62B根细胞壁Cd分配比例降幅小于Luhui17,其细胞壁对Cd的固持作用有限但强于普通材料。4) D62B根细胞壁半纤维素1的Cd含量是果胶的7.74～8.40倍,Cd主要与细胞壁中半纤维素1结合。半纤维素1 Cd含量随Cd处理浓度升高而显著增加,2.0 mg/L Cd处理下D62B和Luhui17半纤维素1单位总糖Cd结合量较1.0 mg/L Cd处理分别增加32.6%、11.2%,D62B根细胞壁半纤维素1的Cd结合能力强于Luhui17。【结论】水稻Cd安全材料D62B各部位Cd含量低于Luhui17,其转移系数较小。D62B根中Cd主要为氯化钠提取态,随Cd处理浓度升高,根部Cd向移动性较弱的化学形态转化。D62B根细胞壁中Cd主要与半纤维素1结合,由于其Cd结合能力较强,D62B根细胞壁对Cd的固持作用强于普通材料。因此,D62B对Cd的转移能力弱于普通材料,是其籽粒Cd安全的重要原因。     

小麦根尖细胞壁对铝的吸附/解吸特性及其与耐铝性的关系

研究了耐铝性明显差异的2个小麦基因型西矮麦1号(耐性)和辐84系(敏感)根系对铝毒胁迫的反应与根尖细胞壁组分以及细胞壁对铝的吸附和解吸的关系。结果表明,30mol/L.AlCl3可迅速抑制小麦根系伸长,但对辐84系根系伸长的抑制更为明显,且小麦根系相对伸长率随着铝浓度的提高而急剧降低。在30mol/L.AlCl3处理24h后,西矮麦1号根系伸长的抑制率为33.3%,而辐84系根系伸长的抑制率高达70.9%。小麦距根尖0～10.mm根段的铝含量和细胞壁中果胶糖醛酸含量显著高于10～20.mm根段,且前者对铝的累积吸附量明显大于后者;在0～10.mm根段,敏感基因型果胶含量高于耐性基因型,其根尖含铝量及根尖细胞壁对铝的吸附量都要大于后者。采用1.0.mol/L.NH3.H2O对细胞壁预处理2.h降低果胶甲基酯化程度后,耐性和敏感基因型根尖细胞壁对铝的累积吸附量分别降低了17.1%和20.9%,但对铝的累积解吸率没有影响。由此可见,小麦根尖是铝毒的主要位点,细胞壁果胶含量和果胶甲基酯化程度可能是导致不同小麦基因型根尖细胞壁对铝吸附量、铝积累量的差异及其对铝毒胁迫反应的差异的重要原因。     

镉胁迫下施硒对冬小麦幼苗镉吸收、抗氧化能力及植株超微结构的影响

【目的】硒(Se)在提高植物抗逆性方面起着重要作用。硒减轻植物重金属Cd毒害的直接和间接机制需要进一步研究。【方法】供试作物为小麦(Triticum aestivum L.)。水培试验设置5个处理：Hoagland基础营养液(CK),营养液中只添加Cd 5μmol/L (Cd5Se0),添加Cd 5μmol/L和Se 5μmol/L (Cd5Se5),只添加Cd 20μmol/L(Cd20Se0),同时添加Cd 20μmol/L和Se 5μmol/L (Cd20Se5)。通过测定小麦镉含量和抗氧化系统相关指标,研究硒对小麦镉吸收时间动力学的影响以及小麦抗氧化体系中的调控机制;并观察了叶片和根系细胞的超微结构。【结果】镉胁迫下,施硒使小麦地上部的镉含量降低了18.20%～38.16%,镉积累量显著降低了40.79%～43.05%(P<0.05)。小麦根系在0～24 h内对镉的吸收特征符合一元二次方程,24 h内,在Cd5和Cd20条件下,施硒后小麦对镉的吸收量分别降低了48.96%和11.47%。相较于CK,在Cd20条件下,根和叶片中超氧阴离子■的产生速率以及过氧化氢(H     

硒对镉胁迫下寒地水稻镉含量与分配的影响

【目的】研究施硒对不同镉污染土壤上镉在水稻各器官中的分配及稻米中镉含量的影响,探讨通过施硒降低水稻镉吸收量及在稻米中分配的可行性。【方法】采用盆栽试验,以垦鉴稻6号为材料,研究添加不同浓度镉(0、2、4和8 mg/kg土壤)的条件下,施硒(0、0.07和0.14 mg/kg土壤)对水稻不同器官镉含量和镉分配的影响。成熟期整盆收获,分别测定叶片、叶鞘、茎秆、根系和糙米、精米镉含量、硒含量和干物重,计算镉积累量和分配比例。【结果】1)当土壤镉浓度在0 4 mg/kg时,水稻各营养器官和糙米、精米中镉含量随土壤镉浓度增高而显著增加,但当土壤中镉浓度4 mg/kg时,糙米和精米中镉含量增加不显著。未施硒(Se0)时,Cd2(4 mg/kg)和Cd3(8mg/kg)处理糙米中镉含量分别为0.221 mg/kg和0.234 mg/kg,分别是Cd0处理的15.8和16.7倍,均超过我国国家食品安全标准中稻米镉的限量(0.2 mg/kg),精米镉含量未超过国家食品安全规定的限量,Cd3处理精米中镉含量最高,为0.174 mg/kg。2)相同镉浓度下,随着硒浓度的增加,水稻各营养器官和糙米、精米的镉含量和镉积累量均显著下降,糙米和精米的镉含量均低于我国国家食品安全规定的稻米镉限量,且Se2(0.14 mg/kg)处理优于Se1(0.07 mg/kg)处理。其中Cd1(2 mg/kg)浓度时,Se2处理的精米镉含量下降幅度最大,比Se0降低31.5%(P0.01)。3)镉在各器官中的分配比例为根系茎鞘稻谷叶片。随着硒浓度的增加,镉在根系中的分配比例增加,在地上部的分配比例减少,在稻壳中的分配比例增加,在精米中的分配比例下降。在Cd1浓度时,根系镉分配比例范围为60.9%67.8%,稻谷镉分配比例为12.6%13.8%;Se2处理稻壳中镉分配比例比Se0增加5.2个百分点,而精米中镉分配比例则下降了6.2个百分点。4)相同镉浓度下,随着硒浓度的增加,植株各营养器官干物重均增加,Se2处理对干物重的影响优于Se1处理。Cd1、Cd2和Cd3浓度下,Se2处理比Se0处理稻谷干物重分别增加了6.4%(P0.01)、5.2%(P0.05)和11.3%(P0.01)。【结论】施硒可降低镉污染土壤上水稻各营养器官和糙米、精米的镉含量,并能显著降低精米中镉的分配比例,保证稻米的食用安全性,尤其在Cd加入量为2mg/kg土浓度下,施硒效果最显著,以施Se量为0.07 mg/kg处理的效果最好。     

镉积累差异水稻品种生长发育对清除NO的响应

  【目的】   研究一氧化氮 (NO) 对镉 (Cd) 胁迫下水稻苗期生理生化及氮代谢响应的调节作用,探讨通过清除NO提高水稻耐Cd能力的措施。   【方法】   以Cd高积累 (TN1) 和Cd低积累 (春江06) 品种为材料,进行了Cd胁迫 (40 μmol/L) 水培试验。以Cd胁迫营养液为对照,在对照基础上设置添加硝普钠 (Cd+SNP)、添加NO清除剂CPTIO (Cd+CPTIO)、添加硝酸还原酶抑制剂钨酸钠 (Cd+TU) 处理,共4个处理。处理后12天,测定不同处理对水稻幼苗生长、NO₃–-N分配、根系特性及光合特性的影响。   【结果】   NO对高Cd和低Cd积累水稻品种的影响不同。与对照相比,Cd+SNP处理降低高Cd积累水稻品种幼苗地上部和地下部NO₃?-N含量,但对幼苗生物量和氮素吸收没有显著抑制效果;Cd+CPTIO处理会提高幼苗生长、氮素积累量及氮效率 (P < 0.05);增加或清除NO处理均显著降低了地上部和地下部的Cd含量。对于低Cd积累水稻品种,Cd+SNP、Cd+CPTIO、Cd+TU处理间幼苗生物量、氮素吸收量均无显著差异。   【结论】   品种基因型对NO信号的调节敏感度不同,高Cd 积累品种清除NO处理可以显著抑制Cd的吸收和向地上部的运转,促进幼苗的生长和对氮素的吸收利用,抑制硝酸还原酶活性处理缓解Cd胁迫促进幼苗生长的效果不稳定。而对于低Cd积累水稻品种,清除NO处理也有一定的缓解Cd吸收和向地上运转的效果,但其重要性不如基因本身的拒Cd能力。因此,Cd胁迫下,高Cd积累水稻品种采用清除NO的措施可有效缓解Cd胁迫,促进水稻的生长,但对于低Cd积累水稻品种,清除NO也可以进一步降低Cd的向上运输,但是对水稻幼苗生长和氮素利用的影响不显著。     

硒对镉胁迫下寒地水稻Cd、Zn、Fe、Cu、Mn含量的影响

研究了镉胁迫下施硒后水稻各器官Cd、Zn、Fe、Cu、Mn含量的变化,并探讨了施硒对缓解镉胁迫下水稻养分吸收的可行性。采用人工模拟镉胁迫的盆栽试验方法,研究不同镉浓度(0,2,4,8mg/kg土壤)下,施硒(0,0.07,0.14mg/kg土壤)对水稻不同器官Cd、Zn、Fe、Cu、Mn含量的影响。结果表明:(1)随着土壤镉浓度的增加,水稻各器官镉含量均增加,不同器官镉含量表现为根系茎鞘叶片精米。(2)相同镉浓度下,随着硒浓度的增加,各器官中镉含量下降,Se2(0.14 mg/kg)优于Se1(0.07 mg/kg)处理。Cd1(2mg/kg)浓度时,Se2处理精米镉含量比Se0降低31.5%(P0.01)。(3)镉胁迫下,施硒对水稻各器官中Zn、Fe、Cu、Mn含量影响不同。相同镉浓度下,随着硒浓度的增加,叶片Zn含量下降,Fe含量增加;茎鞘Zn、Fe含量下降,而Cu含量增加;根系Zn、Cu含量下降,而Fe、Mn含量增加;精米Zn、Mn、Cu、Fe含量增加。其中Cd2(4mg/kg)浓度时,与Se0处理相比,Se2处理茎鞘Zn含量降低了36.2%;叶片和根系Fe含量增加了15.4%和11.4%;精米Zn、Mn、Cu、Fe显著含量增加,分别增加了43.3%,15.8%,52.6%,20.5%(P0.01)。施硒能显著降低镉胁迫下寒地水稻镉含量,Cd1浓度下,施硒后精米镉含量下降幅度最大;镉胁迫下施硒影响水稻对Zn、Fe、Cu、Mn的吸收,尤其Cd2浓度下,施硒对精米Zn、Mn、Cu、Fe含量影响较大,Se2处理效果最佳。     

调理剂配合紫云英还田降低水稻土镉的生物有效性

  【目的】  研究紫云英(Astragalus sinicus L.)还田及配施石灰或生物炭等不同土壤调理剂,对镉(Cd)污染水稻土中Cd有效性及水稻吸收转运Cd的影响,以期为我国南方Cd污染稻田的修复和水稻的安全生产提供理论依据和技术支撑。  【方法】  盆栽试验在湖南省土壤肥料研究所科研实验基地进行,供试土壤为重度污染的水稻土 (总镉 1.27 mg/kg、有效镉0.15 mg/kg)。以水稻收获后冬闲为对照(CT),设冬季种植并翻压等量紫云英3个处理:紫云英单独还田(GM)、紫云英还田+石灰(GL)、紫云英还田+生物炭(GB)。在水稻分蘖期和成熟期,测定土壤主要理化性质和有效Cd含量,测定水稻各器官吸收和富集Cd量,并于成熟期测定水稻产量。  【结果】  1) GM处理提高了水稻分蘖期土壤有效Cd含量和水稻根部Cd富集系数,但GM处理降低了分蘖期水稻茎叶Cd含量,对稻米中Cd含量没有显著影响;GM处理对水稻成熟期土壤pH无显著影响,但提高土壤微生物量碳(MBC)的效果最好(P<0.05)。2) GL处理和GB处理均显著提高了土壤pH,降低了土壤Cd活化率和有效Cd含量,两处理分别平均降低了分蘖期水稻根部Cd累积量55.4%和57.8%。与紫云英单独还田(GM)相比,紫云英配施石灰还田(GL)减少了稻米中Cd的累积量,而紫云英配施生物炭还田(GB)提高了成熟期水稻根部Cd富集系数和茎叶–籽粒的Cd转运系数,导致水稻籽粒中Cd含量(0.08 mg/kg)显著高于对照(低于国家稻米Cd含量标准)。3)冗余分析(RDA)和随机森林模型预测结果显示,土壤pH、可溶性有机碳(DOC)和土壤有效磷(AP)是决定土壤Cd生物有效性的最重要的环境因子。  【结论】  紫云英还田提高了水稻产量,配施石灰或生物炭还田可通过提高土壤pH而有效降低土壤有效Cd含量。紫云英配施石灰可减少稻米中的Cd含量,而紫云英配施高量生物炭则会增加稻米Cd污染的风险。     

外源Cd在不同品种水稻组织中的细胞分布和化学形态特征研究

采用水培试验,以低镉(Cd)积累水稻品种‘D83A/R527’和高Cd积累水稻品种‘辐优838’为供试材料,设置3个Cd浓度(5μmol·L~(-1)、10μmol·L~(-1)、25μmol·L~(-1))处理,从Cd亚细胞及化学形态分布角度研究了不同基因型水稻品种的Cd积累特性,为探讨水稻对Cd的吸收积累生理机制提供科学依据。结果表明:(1)水稻‘D83A/R527’的根系和茎叶Cd含量及根系-茎叶转移系数均显著低于‘辐优838’(P0.05)。(2)两水稻根系各亚细胞组分中Cd含量表现为可溶部分(F3)细胞壁(F1)细胞器(F2),茎叶表现为细胞壁(F1)可溶部分(F3)细胞器(F2);‘D83A/R527’根系和茎叶细胞壁Cd的质量分数(36.76%~51.75%)高于‘辐优838’(31.29%~49.07%)。(3)两水稻品种Cd化学形态含量均表现为氯化钠提取态(F_(NaCl)-Cd)醋酸提取态(F_(HAc)-Cd)去离子水提取态(F_W-Cd)乙醇提取态(F_E-Cd)盐酸提取态(F_(HCl)-Cd);随Cd处理浓度的增加,‘D83A/R527’根系F_E-Cd和F_W-Cd(活性态Cd)质量分数逐渐下降(24.75%~18.34%),‘辐优838’活性态Cd逐渐上升(27.18%~28.68%),茎叶F_(HAc)-Cd和F_(HCl)-Cd(惰性态Cd)质量分数(32.41%~38.98%)逐渐上升且高于‘辐优838’(28.44%~31.22%),‘D83A/R527’根系和茎叶F_(NaCl)-Cd质量分数(32.71%~51.17%)均高于‘辐优838’(32.14%~47.63%)。综上,‘D83A/R527’水稻幼苗Cd积累量低;与‘辐优838’相比,‘D83A/R527’水稻幼苗根系和茎叶细胞壁质量分数较高,"活性态"Cd质量分数较低,"惰性态"Cd则更高,表明‘D83A/R527’水稻对Cd有更强的固持能力。     

硼对豌豆根尖细胞壁组分对铝吸附解吸的影响

  【目的】  比较加硼和不加硼条件下豌豆根尖细胞壁组分对铝的吸附解吸特征的差异,探讨硼对植物铝胁迫的缓解机制。  【方法】  以中豌6号豌豆(Pisum Sativum)为试验材料,在硼(0.6 μmol/L)水平下水培6天,提取豌豆根尖1 cm段细胞壁各组分并进行铝吸附解吸试验,根尖细胞壁各组分分别为螯合态果胶(果胶1),碱溶态果胶(果胶2),半纤维素和纤维素,并分析3个不同硼处理 (无硼、50 μmol/L H₃BO₃和 50 μmol/L 3-硝基苯硼酸) 条件下各组分对铝吸附解吸的影响。  【结果】  豌豆根尖细胞壁各组分含量为:纤维素>半纤维素>果胶2>果胶1。硼能够与果胶1和果胶2发生络合反应,与半纤维素也可能发生络合反应,从而影响果胶1、果胶2和半纤维素对铝的吸附解吸。在铝胁迫下,根尖细胞壁中的果胶是主要的铝结合位点,以果胶2结合最多。与对照比,硼处理显著提高了果胶2对铝的吸附量,但解吸量变化不显著。pH 3.5条件下,硼酸与3-硝基苯硼酸处理相比,更能有效地影响果胶对铝的吸附解吸。因此将铝固定在细胞壁的果胶2内,可能是硼酸缓解铝毒的重要机制之一。  【结论】  细胞壁是铝的主要结合部位,细胞壁果胶2是根尖细胞壁主要的铝结合位点,硼与果胶2的结合可能是硼缓解铝毒的重要机制之一。     

硒对镉胁迫下水稻幼苗叶片元素含量的影响

采用溶液培养研究Se对Cd胁迫下水稻幼苗叶片叶绿素和几种元素含量的影响结果表明,单用Cd处理,高浓度Cd使水稻幼苗叶片Ca、Mg、Fe、Zn、Mn含量显著减少;单用0.10mg/L Se处理可显著增加叶片Fe、Zn、Mn含量。Se使较高浓度Cd(5.0~10.0mg/L)胁迫下水稻幼苗叶片Ca、Mg、Fe、Mn含量高于单用Cd处理,Se与Cd的互作效应影响叶片Ca、Mg、Fe、Zn、Mn含量。叶绿素a/b值不能作为水稻幼苗Cd毒害指标。     

水稻镉耐性差异及镉低积累种质资源的筛选

比较水稻亲本材料的镉耐性差异, 筛选镉低积累水稻种质资源, 为水稻镉安全品种(Cd-safe cultivars, CSCs)的培育提供遗传材料。以收集的具有明显遗传差异的145种水稻亲本材料为研究对象, 通过水培试验, 研究水稻植株生长性状和镉积累特征, 比较不同材料的镉耐性和镉积累差异, 并以耐性指数和镉含量为指标, 筛选镉低积累种质资源。结果表明: (1)在镉胁迫条件下, 水稻生物量和株高受到不同程度的抑制, 根长和根冠比呈不同程度增加。(2)恢复系各材料间镉含量和积累量最大值分别为最小值的2.79倍和6.45倍, 保持系各材料间镉含量和积累量最大值分别为最小值的2.00倍和2.98倍。(3)根据耐性指数差异将恢复系和保持系各分成耐性不同的5类, 并将耐性较强材料进行镉积累差异分类, 得到恢复系镉低积累种质资源13种, 分别是"MR183"、"MR86"、"R047"、"R364"、"泸恢602"、"泸恢615"、"泸恢17"、"GR548/M63//527_2"、"R18"、"成恢838"、"GR548/M63//M63_5"、"GRL17/IRBN95-199_3"和"GRL17/ATTP//L17_3"; 保持系镉低积累种质资源2种, 分别是"玉香B"和"D62B"。(4)镉耐性较强材料中, 高积累材料的镉含量和镉积累量表现为恢复系中分别为低积累材料的1.97倍和2.03倍, 保持系中分别为低积累材料的1.43倍和1.40倍; 镉含量和镉积累量在两系的低积累材料间无明显差异。筛选镉低积累材料培育镉安全品种将成为解决镉安全威胁的关键。     

豌豆不同耐铝品种根尖细胞壁果胶及其甲基酯化度的差异

【目的】研究豌豆不同品种耐铝性和根尖根段耐铝性与果胶及其甲基酯化间的关系,为进一步揭示植物耐铝机理以及耐铝性状的遗传改良提供依据。【方法】以豌豆品种Hyogo和Alaska为试验材料,采用Hoagland培养方式,测定了不同品种不同根段果胶含量、 果胶甲基酯化度和果胶甲酯酶活性,研究了其差异及原因。【结果】在15和30 μmol/L铝浓度胁迫条件下,豌豆品种Alaska根相对伸长率均显著高于品种Hyogo,同时有根尖0~5 mm和5~10 mm段有更少的胼胝质生成和累积,在30 μmol/L浓度下不同根段间均达到显著差异,同时品种Hyogo根尖0~2.5 mm和2.5~5.0 mm段铝含量均显著高于品种Alaska,说明品种Alaska和品种Hyogo间存在耐铝性差异,其中品种Alaska耐铝性高于品种Hyogo,即品种Hyogo为铝敏感品种,品种Alaska是耐铝品种。比较两者不同根段(0~2.5 mm、 2.5~5.0 mm和5.0~10.0 mm)的铝含量与果胶含量、 果胶甲基酯化度、 PME活性间的关系,发现耐铝品种不同根段中的铝含量均小于敏感品种,并且在0~2.5 mm和2.5~5.0 mm段间达到显著性差异; 根尖不同根段果胶糖醛酸含量大小依次为0~2.5＞2.5~5.0＞5.0~10.0 mm,耐铝品种Alaska根尖细胞壁果胶和未甲酯化果胶含量均显著低于Hyogo,并且0~2.5 mm根段差异最大。根尖不同根段果胶甲基酯化度从根尖向上逐渐降低,并且耐铝品种Alaska高于铝敏感品种Hyogo,其中0~2.5 mm段间的差异达到显著水平;在对两个品种果胶甲基酯化酶(PME)活性进一步分析发现,PME活性大小依次为0~2.5＞2.5~5.0＞5.0~10.0 mm,两品种0~2.5 mm和2.5~5.0 mm根段间均达到显著差异。【结论】铝敏感品种Hyogo在0~2.5 mm和2.5~5.0 mm根段具有较高 PME活性和较低果胶甲基酯化程度。豌豆根尖果胶含量和甲基酯化度尤其是0~2.5 mm根段是豌豆耐铝性差异的重要原因;Alaska根尖细胞壁的果胶含量低和果胶甲基酯化度高(尤其是0~2.5 mm段)是其耐铝的重要机制。     

稻壳炭对紧实土壤中苹果根系硫同化酶活性、H2S含量及根系构型的影响

  【目的】   苹果种植后土壤很少翻动,根系常受土壤紧实胁迫。研究在土壤中掺混稻壳炭提高苹果根系硫同化代谢以及根系构型的效果,为果园土壤管理提供技术参考。   【方法】   以砧木分别为平邑甜茶和八棱海棠的两年生‘红富士’苹果 (Malusdomestica ‘Red Fuji’) 幼树为试材进行盆栽试验。对掺入和没掺入稻壳炭的土壤分别进行镇压 (土壤紧实度值分别为1558和1572 KPa) 和不镇压 (土壤紧实度值分别为923和939 KPa),共4个处理。苹果幼树移栽成活后60天,测定土壤孔隙度、氧气浓度和水溶性硫含量,分析苹果根系硫酸根和硫化氢 (H₂S) 含量及ATP硫酸化酶 (ATPS)、O-乙酰丝氨酸裂解酶 (OASTL) 和L-半胱氨酸脱巯基酶（L-CD）、D-半胱氨酸脱巯基酶 (D-CD) 活性,以及根系活力和形态构型等。   【结果】   镇压处理显著降低了土壤中水溶性硫含量,降低了八棱海棠和平邑甜茶为砧木的苹果幼树根系硫酸根含量,降低了根系ATPS、OASTL和L-CD、D-CD活性以及内源H₂S含量,并显著降低根系活力、根长密度、根系长度、根系体积和根系分形维数,在平邑甜茶为砧木的幼树根系中的降低幅度大于八棱海棠砧木。无论是否镇压土壤,掺入稻壳炭均提高了土壤孔隙度、土壤氧气浓度以及不同形态硫含量,提高了苹果根系硫酸根和内源H₂S含量,根系ATPS、OASTL和L-CD、D-CD活性,根系活力,根系长度,根长密度和根系分形维数,且在紧实土壤中八棱海棠砧木的提升幅度大于在平邑甜茶砧木中,两种砧木的苹果幼树在紧实土壤中的提升幅度均大于在正常土壤中。   【结论】   土壤紧实显著降低土壤水溶性硫含量,抑制苹果根系硫代谢和根系生长,在土壤中掺入稻壳炭可以显著提高紧实土壤中苹果根系硫代谢、根系生长和根系分枝。因此,在苹果移栽时,在土壤中掺入一定比例的稻壳炭可以有效缓解土壤紧实对苹果根系生长和硫代谢的不利影响。     

翻压紫云英对双季稻产量、镉吸收及转运的影响

  【目的】  探讨紫云英在水稻生产中的增产降镉（Cd）效应以及降Cd的生理机制。  【方法】  5年田间微区定位试验设4个处理:不施任何肥料(CK)、翻压紫云英(GM)、单施化肥(F)和紫云英翻压配施化肥(F+GM),翻压紫云英的处理冬闲田种植紫云英,作为绿肥在早稻插秧前翻压还田。在双季稻分蘖期、灌浆期和成熟期采集水稻植株样品,分为根、茎叶、籽粒3个部分,测定其Cd含量。  【结果】  1)与CK相比,F+GM与F处理5年水稻产量显著增加,GM处理从2017年起增产显著;与F处理相比,F+GM处理5年水稻均增产,其中2016与2020年显著增产。2）翻压紫云英对水稻同一部位在不同时期的降Cd效应不同。早稻GM处理根Cd含量在分蘖期、灌浆期和成熟期均显著低于CK,晚稻则无显著差异;早稻的GM处理茎叶Cd含量在灌浆期显著低于CK,晚稻的无显著差异;早稻的GM处理籽粒Cd含量在灌浆期和成熟期均显著低于CK（分别降低85.7%和57.6%）,晚稻的无显著差异。早稻的F+GM处理根Cd含量在分蘖期、灌浆期和成熟期均显著低于F处理,晚稻的则无显著差异;早稻的F+GM处理茎叶Cd含量在分蘖期显著低于F处理,晚稻的无显著差异。3）翻压紫云英下水稻不同时期Cd转运有差异。早稻分蘖期F+GM处理的根–茎叶Cd转运系数显著高于CK与F处理,成熟期GM处理的茎叶–籽粒Cd转运系数显著低于CK,降幅为52.2%;晚稻则无显著差异。4）F+GM和GM处理根与籽粒Cd累积量均较低,其根部累积量显著低于F处理;GM处理早稻籽粒Cd累积量显著低于F处理;而F+GM晚稻茎叶Cd累积量则显著高于CK。F+GM与GM处理籽粒Cd分配比例低于CK与F处理,F+GM处理的茎叶Cd分配比例高于F处理,GM处理的茎叶Cd分配比例高于CK。5）早稻各处理的土壤总Cd含量差异不显著,晚稻则表现为GM处理显著低于CK。早稻的GM与F+GM处理土壤有效Cd含量显著低于CK,晚稻的则无显著差异。  【结论】  翻压紫云英可增加水稻产量,同时具有较好的降Cd效应。翻压紫云英的降Cd生理机制为:一是可降低土壤有效Cd含量,从而降低水稻Cd含量;二是可降低茎叶–籽粒间的Cd转运系数,减弱向籽粒的转运能力,降低水稻籽粒中Cd的累积,进而生产出Cd含量低于国家安全限量的稻米。     

外源ABA提高甘蓝型油菜抗镉胁迫能力和氮素生理利用效率

  【目的】  植物脱落酸 (ABA) 可调节植物生长、种子休眠和叶片衰老，还可对非生物胁迫作出反应。比较添加外源ABA前后镉 (Cd) 胁迫下甘蓝型油菜的生理反应，可深化对脱落酸提高作物抗性和氮素生理利用效率作用机理的认识。  【方法】  供试甘蓝型油菜品种为814号，试验设3个处理:正常培养 (CK)、10 μmol/L CdCl₂ (Cd) 和5 μmol/L ABA + 10 μmol/L CdCl₂ (A + Cd)。在处理4天后，观察甘蓝型油菜表型，测定脯氨酸及丙二醛 (MDA) 含量、Cd含量、硝酸盐和铵盐含量以及硝酸还原酶 (NR)、谷氨酰胺合成酶 (GS) 活性等相关指标。  【结果】  与Cd处理相比，A + Cd处理甘蓝型油菜新叶SPAD值提高了1.1倍，根部脯氨酸含量增加了29.0%，MDA 含量降低了48.3%。外源ABA的添加会抑制甘蓝型油菜对Cd的吸收，降低甘蓝型油菜地上部和地下部Cd含量，减小Cd对甘蓝型油菜的毒害作用，影响甘蓝型油菜对NO₃–的吸收，降低油菜体内的总氮含量。与Cd处理相比，A + Cd处理甘蓝型油菜根部NR活性显著提高82.8%，更多的NH₄+分配到了地上部，地上部GS活性升高了32.1%，增强了甘蓝型油菜体内的氮同化和代谢过程，氮素生理利用效率显著提高了17.2%。  【结论】  外源ABA的添加可降低Cd的吸收量，提高氮代谢相关酶活性，促进脯氨酸的合成和降低丙二醛的生成，进而增强甘蓝型油菜对Cd的抗性，增强甘蓝型油菜体内氮同化和代谢的过程，并提高甘蓝型油菜的氮素生理利用效率。     

水稻秸秆降解复合菌系的筛选构建及其田间应用效果

  【目的】  筛选并构建适宜原位还田水稻秸秆快速腐解的高效多功能复合菌系,以提高秸秆原位还田的腐解速率。  【方法】  秸秆原位腐解菌株从水稻田带有腐烂秸秆的表层土壤中筛选分离,分别采用DNS法、摇瓶培养观察法和失重法测定了腐解菌株的羧甲基纤维素酶活性、滤纸崩解能力及水稻秸秆降解能力,对降解效果较好的菌株进行了16S rRNA或18S rRNA鉴定。选取无拮抗作用的菌株构建复合菌系,并在实验室条件下测定各复合菌系的滤纸酶活性和秸秆降解率。挑选降解效果较好的复合菌系进行田间试验,分析了秸秆降解率、土壤有机质及速效养分含量,调查了水稻产量。  【结果】  从土壤中共分离到秸秆降解率均高于19.8%的菌株有6个,包括B2、B5、B6、F1、F5、F12,经鉴定分别为贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis,B2)、耐盐芽孢杆菌(Bacillus halotolerans,B5)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis,B6)、米曲霉(Aspergillus oryzae,F1)、黑曲霉(Aspergillus niger,F5)、长枝木霉(Trichoderma longibrachiatum,F12),其中F12 (长枝木霉)的秸秆降解率最高(29.1%)。以该6个菌株构建了7组复合菌系,复合菌系B2+F12、F1+F5+F12、B2+F5+F12的秸秆降解效果较好,在液体培养基中,对秸秆的降解率分别达到32.9%、29.8%、40.3%。利用这3组复合菌系进行田间试验,结果表明,复合菌系B2+F5+F12表现最好,与未施菌剂相比,原位还田的水稻秸秆降解率提高了37.1个百分点,土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别增加了2.1 g/kg、1.9 mg/kg、0.6 mg/kg、1.7 mg/kg,水稻产量提高了6.3% (P<0.05)。  【结论】  施用复合菌系B2+F5+F12不仅具有良好的水稻秸秆降解能力,同时能增加土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量,并促进作物产量的提高,具有较好的应用潜力。     

轻度干湿交替灌溉协调水稻根冠生长、提高产量及氮肥利用效率

  【目的】  干湿交替灌溉是水分高效利用的有效措施，但是适宜的干湿程度受多种因素的影响。因此，研究不同干湿交替灌溉下水稻根系及地上生长发育的差异，以探讨干湿交替灌溉对水稻产量及氮肥利用效率的影响及其机理。  【方法】  以‘徐稻3号’为材料进行盆栽试验，设置传统灌溉 (保持2～3 cm浅水层，CI)、轻度干湿交替灌溉 (?20 kPa，AWMD) 和重度干湿交替灌溉 (?40 kPa，AWSD) 3种灌溉方式，研究干湿交替灌溉对水稻 (Oryza sativa L.) 根长、根重、根冠比、根系伤流量、根系细胞分裂素含量、地上部重量、叶片光合速率、非结构性碳水化合物 (NSC) 运转及籽粒中ATP酶活性的影响。  【结果】  轻度干湿交替灌溉显著增加了根长、根重、根冠比、根系伤流量、根中细胞分裂素含量，如抽穗期比传统灌溉分别提高13.3%、6.7%、10.8%、8.1%、7.4%；茎鞘中NSC向籽粒运转率提高23.3%，同时提高籽粒中ATP酶活性16.3%～18.4%、提升主要生育期叶片硝酸还原酶活性10.9%～44.0%，增加成熟期植株的吸氮量。最终水稻产量及氮肥利用效率显著增加，重度干湿交替灌溉则显著减少根长、根重，抑制根系活性及合成细胞分裂素的能力，如抽穗期分别比传统灌溉降低30.1%、20.8%、40.5%、34.4%，降低地上部的生长，显著降低主要生育期叶片的光合速率，抽穗期降低26.4%，虽促进NSC的运转，但是较低的花后干物质积累与籽粒库活性，导致水稻产量降低32.8% (2018年)与31.6% (2019年)；同时重度干湿交替灌溉下，植株吸氮量显著减少，叶片硝酸还原酶的活性降低19.2%，氮肥吸收利用率、农学利用率及偏生产力分别降低18.0%、34.7%及31.8%。  【结论】  轻度干湿交替灌溉能够改善根系形态，提高根系代谢功能，协调地上部生长，提高水稻产量及氮肥利用效率。重度干湿交替灌溉不利于水稻根系生长，抑制代谢，不宜采用。     

小麦耐低钾性状的全基因组关联分析

  【目的】  筛选与小麦耐低钾性状相关的标记，为揭示小麦耐低钾性状的遗传机理奠定基础。  【方法】  本研究以198份中国黄淮南片麦区的小麦品种 (系) 作为供试群体。小麦种子发芽后，幼苗在正常钾营养液中生长4天，然后在低钾 (0.01 mmol/L) 和正常钾 (2 mmol/L) 营养液中生长25天。调查生物量，分析地上部和根部钾含量，计算小麦7个性状的相对值，利用小麦35K SNP芯片结合Q + K混合线性模型 (mixed linear model，MLM) 对7个耐低钾性状进行全基因组关联 (genome-wide association study，GWAS) 分析，筛选位于显著关联位点上的候选基因并进行功能注释，对显著关联位点进行等位变异分析，发掘优异等位变异。  【结果】  低钾胁迫条件下，地上部、根部、全株钾累积量和钾累积量根冠比显著降低，地上部、根部、全株钾利用指数显著升高。群体结构分析和PCA分析均将供试群体分为2个亚群。通过GWAS分析，共检测到75个显著关联单核苷酸多态性 (single nucleotide polymorphism，SNP) 标记 (P < 0.001)，分布在除1A、3B、3D、4D和6A染色体外的16条染色体上。通过候选基因搜寻及注释，共筛选出13个可能与小麦耐低钾胁迫相关的候选基因。等位变异分析共挖掘了 14 个优异等位变异，其中 6 个优异等位变异在供试群体中出现的频率较大。  【结论】  7个耐低钾性状均具有明显的数量性状特征，变异系数范围为20.66%～30.44%。40%的SNP标记分布在2B、5B和6B染色体上，21个SNP位点与多个耐低钾性状显著关联，单个SNP标记解释的表型贡献率的变异范围为5.78%～11.22%。TraesCS4A02G335400、TraesCS2B02G306000、TraesCS5B02G260000可能参与物质转运过程，TraesCS1D02G350600和TraesCSU02G105300可能参与逆境胁迫响应等生理过程，TraesCS2A02G000200可能参与逆境胁迫下的信号转导过程。