Winter wheat canopy interception and its influence factors under sprinkler irrigation

Field studies on winter wheat canopy interception with its relations to leaf area index (LAI), plant height, drop diameter, wind speed, and water application intensity were carried out. Canopy interception was measured using the water wiping method. Results indicate that the maximum value of winter wheat canopy interception was not more than 1.0 mm, much smaller than presented by previous investigators. The total canopy interception for the growing season was 2.4 mm, only 1.3% of the total irrigation amount (194.6 mm), for four sprinkler irrigation events during 2003. Canopy interception increased as leaf area index and plant height increased. A linear regression model was developed to express the relationship of canopy interception with leaf area index and plant height. There was good agreement between the values of canopy interception measured using the water wiping method and estimated using the linear regression model. Results also indicate that canopy interception decreased as drop diameter and wind speed increased. An exponential relationship was found between canopy interception and drop size, and a linear relationship between canopy interception and the square of the wind speed. Water application intensity does not affect canopy interception significantly.     

马铃薯StMAPK4响应低温胁迫的功能解析

马铃薯易受低温危害,造成减产。MAPK基因广泛参与多种环境胁迫,研究发现其参与低温调控。为探究马铃薯StMAPK4在响应低温胁迫过程中的功能,本研究以马铃薯栽培品种‘Atlantic’为试验材料,分析其在低温(4℃)胁迫下不同时间点在马铃薯根茎叶中的表达特性,并对StMAPK4基因进行生物信息学分析及对其编码的蛋白进行亚细胞定位分析,构建StMAPK4的过表达和RNAi干扰表达载体,转化马铃薯获得转基因植株,并分析了在4℃处理下非转基因(NT)、过表达和RNAi干扰表达转基因植株的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、脯氨酸(Pro)和丙二醛(MDA)含量的变化。结果显示,StMAPK4蛋白的等电点为4.97,属于酸性蛋白,该蛋白定位于细胞核和细胞膜;低温胁迫下,StMAPK4在根茎叶中的表达量显著升高;StMAPK4过表达植株的SOD、POD活性和脯氨酸含量较NT植株明显升高,而MDA含量明显降低;StMAPK4干扰表达植株的SOD、POD活性和脯氨酸含量较NT植株明显降低,而MDA含量明显升高;通过表型观察发现,非转基因和RNAi干扰表达植株的叶片萎蔫严重,而过表达植株的叶片受影响较小。因此,过表达StMAPK4基因可以增强马铃薯植株对低温胁迫的耐受性。     

马铃薯StIgt基因家族的鉴定及其对干旱胁迫的响应分析

干旱胁迫是影响马铃薯产量和品质的主要非生物胁迫因素之一。马铃薯在抵御干旱胁迫的过程中,根系的生长发育和构型分布发挥着重要作用。Igt基因家族是普遍存在于植物中的一类功能基因,在调控植物根系构型和提高植株抗逆性等方面效果显著。本研究以马铃薯双单倍体‘DM-v4.03’高质量基因组为参考,在全基因组范围内分析鉴定了StIgt基因家族的成员,并采用多种生物信息学软件对其进行了系统进化树构建、染色体定位、保守蛋白结构域、基因结构和顺式元件预测。同时,利用本课题组前期对马铃薯四倍体品系在不同干旱条件下的转录组测序结果,分析了StIgts响应干旱胁迫的表达谱。结果表明,在马铃薯中共鉴定获得10个StIgt家族成员,其中StIgt1由本课题组前期克隆获得。除StIgt1位置信息不明外,其余基因不均匀地分布在1、2、5、7、10和11号染色体上。StIgt家族蛋白长度为110~283个氨基酸,分子量介于13.136~32.542 kD之间,预测等电点为3.82~9.86。系统进化树分析发现,该基因家族可分为3个亚族,亚族间的基因结构、蛋白保守域和顺式作用元件差别明显。干旱胁迫下的表达谱分析表明,StIgt6、StIgt7、StIgt9和StIgt10响应早期干旱胁迫,在干旱2 h时即迅速上调表达。这些结果为阐明StIgt基因家族的进化关系和进一步研究其成员的功能特性提供了理论基础。     

PP333对干旱胁迫下马铃薯幼苗抗旱性及块茎营养的影响

探讨了干旱胁迫下叶面喷施多效唑(PP333)对马铃薯幼苗抗旱生理及块茎营养的影响,结果表明在幼苗的生长发育方面,干旱胁迫下叶面喷施PP333相对降低了植株的株高、单株结薯数和地上部分的生物量,增加茎粗和薯均重,显著提高叶片脯氨酸和可溶性糖含量,使干旱胁迫下叶片含水量和叶绿素含量下降幅度减小,显著提高SOD活性,抑制叶片相对电导率和MDA含量升高的幅度;叶面喷施PP333还显著提高了马铃薯幼苗对极端干旱的适应能力.在块茎营养方面,干旱胁迫下叶面喷施PP333提高了块茎中淀粉、蛋白质、还原糖、维生素C及干物质含量.可见PP333能显著提高马铃薯幼苗的抗旱性和块茎营养.     

免耕轮作对西北荒漠绿洲小麦、玉米产量和光合特性的影响

针对我国西北荒漠绿洲区传统精耕细作土地沙化和生产力水平低的农业生产现状,于2016—2018年在甘肃省武威市凉州区设小麦/玉米→小麦/玉米、小麦-冬油菜→玉米、小麦→玉米3种轮作模式,小麦免耕留茬和传统耕作两种耕作模式,研究了免耕轮作对作物光合特性、叶绿素含量和产量性状的影响.结果表明:不同耕作方式之间,小麦/玉米→小...     

中国苜蓿产量及水分利用效率对种植年限响应的Meta分析

为探究种植年限对苜蓿产量和水分利用效率(WUE)的影响,确定不同生境下苜蓿最适宜的种植年限,本研究以中国为研究区域,以3~5年生苜蓿为对照,通过检索文献整合已发表的相关田间试验数据,截至2019年5月共获得80篇文献、1496组苜蓿产量和220组WUE试验数据,将数据按照年降水量(<200 mm,200~400 mm,400~800 mm和≥800 mm)、施肥措施(施肥和不施肥)、水分管理(灌溉和雨养)进行分组,采用整合分析方法(Meta-analysis,包括异质性检验、综合效应量计算、发表偏倚检验和亚组分析),系统探究了种植年限对苜蓿产量和水分利用效率的时空效应与影响因素,并定量分析了环境因子与不同种植年限苜蓿产量以及WUE的关系。本研究结果表明,随种植年限的延长草产量和WUE呈现先升后降的趋势,3~5龄为苜蓿盛产期,而6~8龄苜蓿WUE最高。苜蓿种植年限受环境因素及水肥措施影响,干旱、半干旱区,苜蓿最适宜的种植年限为3~5年;半湿润区,苜蓿最适宜的种植年限可延长至6~8年,但湿润区由于温湿度过高,使得苜蓿最适宜的种植年限缩短至3~5年。施肥可适当延长苜蓿种植年限,但灌溉并不能有效延长苜蓿种植年限。     

有机肥替代化肥对陇中旱区玉米生长及农田碳排放的影响

  【目的】  为降低陇中旱农区化肥氮用量且确保该区玉米持续绿色高产,开展了有机肥替代化肥对玉米生长、农田碳排放影响及机理的研究。  【方法】  试验采用单因素随机区组设计,在等氮 (N 200 kg/hm2) 条件下,设5个有机肥氮替代化肥氮比例处理:0 (T1)、50.0% (T2)、37.5% (T3)、25.0% (T4)、12.5% (T5),同时设置一个不施肥处理 (T6)。在玉米拔节期、大喇叭口期、灌浆期、成熟期,取样测定玉米叶面积指数和干物质量,成熟期测产,并测定不同土层土壤pH、有机碳和全氮含量。在玉米播种后至收获,每隔15天测定一次CO₂通量。  【结果】  玉米叶面积指数、干物质积累量、生长率及籽粒产量表现为T1≈T5≈T3>T4>T2>T6。收获后,T3处理土壤pH与T1处理在0—5、5—10、10—30 cm土层差异均不显著。土壤有机质含量在0—5 cm土层中最高,T3较T1、T4、T5处理分别显著提高34.5%、9.9%、38.8%;5—10 cm土层内,T3处理的有机质含量与单施化肥T1处理差异不显著,T2、T3、T4处理间有机质含量差异不显著;10—30 cm土层T3较T1显著提高土壤有机质含量31.4%,较T5处理显著提高26.1%。全氮含量在5—10 cm土层中最高,T3较T1处理显著降低23.6%,各有机肥替代化肥比例处理间差异不显著。与T6处理相比,所有施肥处理均增加了玉米全生育期的总碳排放量,而在所有施肥处理中,T1、T3与T5碳排放总量较低且相互之间无显著差异。所有施肥处理较不施肥处理(T6)均提高了净生态系统生产力(NEP)和土壤碳平衡(SCB),T3处理2019和2020年2年平均SCB高于其他所有处理,玉米农田均为大气CO₂的“汇”,T3表现出最强碳汇效应。相关性分析结果表明,土壤碳排放与土壤有机质含量(r=0.56*)、土壤温度(r=0.93**)呈显著或极显著正相关;与土壤pH呈极显著负相关(r= –0.77**);叶面积指数(r=0.75**)、干物质(r=0.75**)、籽粒产量(r=0.93**)与土壤碳平衡呈极显著正相关;土壤理化指标中全氮 (r=0.72**)、温度(r=0.84**)与碳平衡间呈极显著正相关。  【结论】  在丰水年,陇中旱农区在施纯N 200 kg/hm2的水平下,37.5%左右有机肥替代化肥比例较单施化肥可使玉米稳产,改善土壤pH、提高土壤肥力,土壤CO₂排放总量较单施化肥处理没有显著增加,为陇中旱农区全膜双垄沟播玉米有机肥替代化肥的适宜比例。     

甘蓝型冬油菜抗寒性评价及遗传多样性分析

针对不同品种甘蓝型冬油菜抗寒性和遗传多样性存在差异等特点,于2021年采用随机区组设计,结合系统聚类分析法及SSR标记对32份甘肃省生产应用甘蓝型冬油菜与9份陕西中部及江苏省现推广应用甘蓝型冬油菜品种的越冬率及春化特性差异和遗传多样性进行分析,探究其抗寒性差异,分析品种间遗传多样性及亲缘关系。结果表明：甘肃省生产应用甘蓝型冬油菜越冬率高于80%,陕西中部及江苏省甘蓝型冬油菜品种越冬率均小于25%,且抗寒性强弱差异明显;根据春化率高低,参试材料可分为强冬性、冬性、半冬性、弱冬性等4个级别;强冬性材料未现蕾的植株占比高,春播后难以抽薹现蕾进入生殖生长,加权平均薹高随之偏低,抗寒性强;春化率越高,成熟期的加权平均株高越高且抗性越弱,越冬率与春化率呈负相关关系;筛选出的98对多态性高的引物组合共扩增出976个总位点,其中多态性条带750个,多态位点比率达72%,说明其分子遗传水平上的多态性丰富度高,陕西中部及江苏省甘蓝型冬油菜遗传多样性整体高于甘肃省生产应用甘蓝型冬油菜;通过聚类分析,可将甘蓝型冬油菜划分为9类;根据群体遗传结构分析及主成分分析可分为3大类,与抗寒性分类趋于一致。研究成果有望为鉴别甘蓝型冬油菜品种、构建指纹图谱及选择不同生态区适宜品种等研究奠定基础。     

西部黄土高原苜蓿终止时间对苜蓿-小麦轮作系统生产力及土壤水分的影响

旱作春小麦 (Triticum aestivum L.)是西部黄土高原最重要的禾谷类作物,该区苜蓿(Medicago sativa L.)分布也非常广泛。持续的作物连作和多年苜蓿种植系统都存在很多问题。雨养农业系统发展的关键是最佳水分利用策略的应用。发展合理的苜蓿-小麦轮作系统对该区农业的发展有十分重要的意义。由于苜蓿终止时间严重影响土壤水分,所以在适宜的时间终止苜蓿就显得十分重要。然而,关于苜蓿-小麦轮作中老苜蓿在一年中适宜终止时间的研究鲜见报道。本研究利用黄土高原西部典型的半干旱雨养农业区30年老苜蓿布设田间试验,旨在探索老苜蓿地土壤水分状况、苜蓿终止时间和少量氮肥施用对系统生产力及土壤水分的影响。结果表明,长期种植苜蓿后0~3 m土壤水分很少,即便遇到丰水年(2003年),3年的时间都不足以恢复土壤水分。30年苜蓿在一年中春季还是秋季终止对土壤水分状况无显著影响。种植苜蓿30年后杂草竞争力增强,苜蓿干物质和产量水平都相当低,且对1 kg hm^-2的氮肥使用无明显响应。由于土壤水分含量太低,后茬春小麦对1 kg hm^-2的氮肥使用和苜蓿终止时间也无明显响应。因此,苜蓿持续种植时间太长会耗竭土壤水分,使后茬春小麦对苜蓿在一年中的终止时间及少量的氮肥使用无响应,需要3年以上时间才有可能恢复土壤含水量。     

外源5-氨基乙酰丙酸对番茄成熟过程中果实品质和矿质元素含量的影响

5-氨基乙酰丙酸(ALA)为高等植物中叶绿素等卟啉类化合物的生物合成前体,在促进作物生长、增强抗逆性及提高产量方面发挥着重要作用。为探究ALA对番茄果实成熟过程中品质和矿质元素含量的影响,本研究以原味1号品种为试验材料,向绿熟期番茄果实表面涂抹不同浓度(0、50、100、200、300 mg·L^-1)ALA溶液,筛选出促进设施栽培番茄成熟及品质形成的最佳ALA施用浓度,并进一步研究其对设施番茄果实成熟过程中硬度、可溶性固形物以及矿质元素含量的影响。结果表明,外源ALA通过降低果实硬度促进了果实的成熟,并通过提高番茄果实中可溶性固形物含量提升了果实品质。另外,在坐果后40 d,200 mg·L^-1ALA处理的K、Ca和Fe元素含量分别比对照提高了21.82%、56.25%和12.86%,但P、Mg和Cu元素含量分别比对照降低了9.92%、21.74%和25.00%。相关性分析结果表明,可溶性固形物含量与K含量呈正相关关系,与Cu含量呈负相关关系;果实硬度与K含量呈负相关关系。成熟期番茄果实中P含量与Cu含量呈正相关,与Mn、K和Ca含量呈负相关...