黄绿叶突变体冀麦5265yg的光合生理特性分析

【目的】叶色突变体是研究叶绿素合成、叶绿体发育和光合作用的理想材料,探索小麦黄绿叶突变体的光合生理特性,旨在阐明其光合作用调控机理,为小麦黄绿叶突变体的进一步利用奠定基础。【方法】以野生型冀麦5265和突变体冀麦5265yg为试验材料,对叶色表型进行观察,采用分光光度计和试剂盒法测定色素含量和酶活性,并利用Li-6400便携式光合仪和PAM100叶绿素荧光仪进行光合气体交换参数和叶绿素荧光参数测定。【结果】表型观察和色素含量结果表明,突变体苗期叶片表现为黄绿色,抽穗后叶片逐渐转变为淡绿色。遮阴处理可以使叶片颜色部分复绿,但比野生型略浅,属于光诱导转绿型突变体。突变体叶绿素a和叶绿素b含量显著低于野生型,叶绿素a/b的比值升高,为典型的叶绿素缺乏型突变体;光响应曲线和CO₂响应曲线显示,突变体的表观量子效率（AQY）、光饱和点（LSP）、最大净光合速率（P_n-max）、光补偿点（LCP）、暗呼吸速率（Rd）、羧化效率（CE）和饱和CO₂浓度（I_-sat）显著高于野生型,说明突变体叶片的光合机构稳定,强光下光合速率更高;光合气体交换参数和叶绿素荧光动力学参数表明,突变体的净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）、光化学量子效率（F_v/F_m）、实际光化学效率（ΦPSII）和光化学淬灭系数（qP）显著高于野生型,说明其具有较强的光能转化和CO₂固定能力;突变体的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性均高于野生型,丙二醛（MDA）含量下降,可溶性糖和可溶性蛋白含量升高,说明抗氧化酶系统通过清除氧自由基降低了氧化损伤,突变体叶片细胞膜损害减轻,抗逆性增强;突变体的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）活性显著低于野生型,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）活性显著高于野生型,推测C₄ 途径光合酶PEPC活性的升高可能是突变体具有较高净光合速率的原因之一。花后遮阴以及外源喷施抗坏血酸AsA和二硫苏糖醇DTT处理表明,突变体对光强变化更敏感、叶片内AsA含量及叶黄素循环效率更高。【结论】黄绿叶突变体冀麦5265yg叶片气孔导度明显改善、热耗散降低、C₄途径光合酶活性升高,是其光合速率提高的主要原因。该结果为小麦叶色突变体高光合特性的分子调控机制研究奠定基础。     

《农业环境科学学报》2021年刊出论文简评

本文简要地介绍了2021年《农业环境科学学报》刊出论文的总体情况,涉及的栏目和关注的主要污染物等,重点评述了环境健康与农产品安全、废弃物处理及资源化利用、养殖环境和氨排放方面刊出的论文,指出了这些领域应该重点关注的科学问题,呼吁加强农业污染物排放量测定方法的研究。     

环境因子对密云水库消落带沉积物-水界面氮交换通量的影响研究

为探究不同环境因子对水库消落带沉积物中氮迁移释放的影响,以密云水库消落带为研究对象,采用原状泥柱静态培养实验,并通过单一影响因素法,开展了温度、上覆水pH、溶解氧对沉积物-水界面氮交换通量的影响研究。结果表明：消落带上覆水和沉积物中无机氮含量在夏季（落干期）和秋季（淹水期）存在明显的差异,其中沉积物中NH₄⁺-N含量变化最大,秋季较夏季下降80.4%,NO₃^--N含量下降59.7%,淹水期间三态氮（NH₄⁺-N、NO₂^--N、NO₃^--N）由沉积物释放到水中。温度、pH和溶解氧对消落带沉积物-水界面氮的迁移转化作用存在差异,升温促进NH₄⁺释放并抑制NO₃^--N释放,偏酸和偏碱条件会促进NH₄⁺-N的释放,有氧条件会加剧沉积物-水界面三态氮的交换,促进三态氮的释放。密云水库消落带沉积物C/N为7.51~9.35,其表层水体中的有机质主要来源于水体内部生物残体。因此,未来应关注密云水库消落带沉积物内源释放风险,同时完善消落带湿地建设,减少消落带氮流失对水体的污染。     

长三角地区典型季节规模化奶牛场氨排放特征研究

为掌握长三角地区规模化奶牛场氨排放特征,通过在线高分辨率监测系统对典型规模化奶牛场的棚舍养殖、粪便堆肥和污水贮存环节进行连续监测,获取不同环节、不同季节的氨排放信息,并计算得到本地化氨排放系数及排放强度。结果表明：规模化奶牛场棚舍养殖、粪便堆肥和污水贮存3个环节的年均氨排放浓度分别为（2.53±0.88）、（2.68±1.72）mg·m^-3和（2.44±1.73）mg·m^-3,氨浓度季节变化趋势总体表现为夏季>秋季>春季>冬季,夏季为冬季的2.3~4.2倍。不同环节氨排放小时变化存在明显差异,主要受日气象因子变化、畜禽活动和清粪管理等因素影响。温度是影响奶牛养殖氨排放水平的主要气象因素,与棚舍养殖、粪便堆肥和污水贮存3个环节的氨浓度水平均呈极显著正相关关系,相关系数分别达到0.914、0.817和0.942,而风速和大气压强则与各环节氨排放浓度呈负相关关系。基于在线监测获得了奶牛养殖氨排放本地化系数,棚舍养殖、粪便堆肥和污水贮存3个环节的年均氨排放系数分别为（13.14±5.17）、（7.71±5.17）kg·头^-1·a^-1和（9.72±4.47）kg·头^-1·a^-1,全年合计氨排放系数为30.57 kg·头^-1·a^-1。采用本地实测氨排放系数,建立了长三角地区规模化牛场氨排放清单,2018年长三角地区规模化牛场氨排放总量为3.39万t,氨排放主要集中在安徽省中北部和江苏省北部等集约化畜禽养殖规模较大的地区,夏季氨排放总量和强度最高,达到了1.36万t和151 t·d^-1,是冬季的3倍多。     

弥雾灌对枣园冠层环境和光合特性及产量品质的影响

针对高温低湿的极端干旱气候易造成南疆枣树盛花期出现“焦花”及坐果率低、光合速率下降等问题,在枣园冠层布设弥雾系统,在枣树盛花期以弥雾时间和弥雾次数为变量设置3个处理（M1为每天弥雾3次,每次20min;M2为每天弥雾2次,每次20min;M3为每天弥雾2次,每次40min）,CK为对照,不弥雾,通过田间试验研究不同处理对枣树落花率、坐果率和光合速率的影响以及红枣产量品质的提升效果。结果表明,相较于对照,弥雾处理能有效增加冠层湿度、降低温度,冠层空气湿度最大可提升158.7%,冠层温度最大可降低38.9%;弥雾处理下的土壤含水率普遍较高,M3处理下土壤含水率最高,相较于CK,土壤含水率提升8.44%;冠层环境的改变会影响枣树的叶片光合速率以及CO2固定量,弥雾处理下的枣树叶片CO2固定量均大于对照处理,有利于作物自身发育和促进果实生长;在弥雾期间M1、M2处理的落花率分别比CK低18.39%、15.09%。弥雾处理能调控冠层微环境,可有效提升枣树叶片的光合速率,促进开花坐果,提升红枣品质,每天弥雾3次、每次20min是获得红枣高产优质的最佳处理。     

基于SupReMe影像重建和RF的玉米冠层LAI反演

针对Sentinel-2卫星影像拥有3个对植被生长状况非常敏感、空间分辨率为20m的红边波段（705、740、783nm）,其空间分辨率与可见光和近红外波段10m的空间分辨率不一致,使Sentinel-2影像应用受到限制的问题,基于多光谱多分辨率估计的超分辨率（Super-resolution for multispectral multiresoltion estimation, SupReMe）算法将空间分辨率20m的6个波段重建为10m;以重建后的影像为数据源,耦合PROSAIL辐射传输模型和随机森林模型反演玉米冠层叶面积指数（LAI）,并以野外实测LAI验证其反演精度。结果表明,采用SupReMe算法对Sentinel-2影像进行重建后,在保持光谱特性不变的同时提高了影像的空间细节;基于重建影像和原始影像的LAI反演决定系数R2分别为0.70、0.68,均方根误差RSME分别为0.240、0.262。研究表明,利用SupReMe算法重建后的Sentinel-2卫星影像,能够在提高玉米冠层LAI反演空间分辨率的同时提高反演精度,在挖掘高分辨率农作物生长信息方面具有很大潜力。     

基于无人机可见光影像的树种和树冠信息提取——以晋西黄土区蔡家川流域为例

为探究无人机遥感技术在黄土高原森林资源调查中的适用性,以晋西黄土区蔡家川流域为研究区,以无人机可见光影像为遥感数据源,基于面向对象最邻近分类法,识别并提取研究流域的树种和树冠信息,并与样方调查数据进行对比分析,评估无人机影像提取植被信息的精度及其适用性。结果表明:面向对象最邻近分类法对于郁闭度较低的林分和经济果木林的树种提取效果极好,但复杂植被类型会导致提取精度下降。在农地子流域和人工林子流域上,树种提取的分类混淆矩阵Kappa系数分别为0.898和0.728。面向对象最邻近分类法对人工林和经济果木林的树冠提取精度较高,与实测数据线性回归的决定系数(R²)在0.7以上,但对次生林的树冠提取效果相对较差,R²仅有0.422 3。将该方法拓展应用至流域尺度,识别结果显示,蔡家川流域内人工林子流域主要为刺槐、油松和侧柏混交林,经济作物主要为苹果,油松的林分密度为1 744株·hm^-2,平均冠幅为2.24 m,苹果的林分密度为382株·hm^-2,平均冠幅为4.26 m;农地子流域有苹果树912株,林分密度为439株·hm^-2,平均冠幅为3.84 m。结果表明,基于无人机遥感影像,利用面向对象最邻近分类法可以高效、准确地提取林木株数、郁闭度和平均冠幅,从而有效提高黄土区植被调查的效率。     

基于双阶段注意力机制和LSTM的鸡舍氨气浓度预测算法

为寻求准确的鸡舍氨气浓度预测方法,构建基于双阶段注意力机制和长短时记忆神经网络(Long shortterm memory,LSTM)的鸡舍氨气浓度预测模型,将该模型应用于山东省商河县某蛋鸡养殖场,采集二氧化碳(CO_2)、氧气(O_2)和氨气(NH_3)的体积分数,细颗粒物(PM_(2.5))质量浓度,温度,相对湿度时间序列数据对模型进行验证,并与支持向量回归(Support vector regression,SVR)、人工神经网络(Artificial neural network,ANN)模型和无注意力机制的LSTM模型对比研究。结果表明:1)不同时间窗口T下NH_3体积分数预测精度不同。T∈{2,3,4,8}时,均方根误差(Root mean square error,RMSE)分别为0.433 4,0.394 8,0.379 9和0.405 1μL/L,平均绝对误差(Mean absolute error,MAE)分别为0.267 4,0.262 9,0.228 9和0.272 4μL/L;2)基于双阶段注意力机制和LSTM的鸡舍NH_3浓度预测模型在RMSE和MAE评价指标框架下优于SVR、ANN和无注意力机制的LSTM模型。基于双阶段注意机制和LSTM的模型能较好地对鸡舍氨气浓度进行预测,可为鸡舍氨气浓度预测及调控提供技术支持。     

陕北山地苹果树形改造研究

为促进陕北丘陵沟壑区山地苹果的优质高效生产,本研究将传统稀植果园中主要采用的主干疏层形改造为小冠疏层形、纺锤形或圆柱形、高干开心形和开心形,测定不同树形的树冠透光率、树冠大小、一年生枝和结果枝的数量及组成比例、果实产量和品质等指标,并估算其产值。结果表明:与对照主干疏层形相比,高干开心形和开心形的树冠大而扁,树冠透光率较高。开心形的叶丛枝和短枝占全树枝条的61.21%,树势中庸偏上;主干疏层形、小冠疏层形和高干开心形的叶丛枝和短枝占全树枝条的70.00%以上,树势较弱。开心形的短果枝占结果枝的60.68%,中果枝占28.67%,利于连年优质丰产;主干疏层形的短果枝占结果枝的85.00%,中果枝仅占8.79%,易形成隔年结果。不同树形的果实产量以主干疏层形的最高,其次为开心形;果实品质、均匀度和价格均以开心形的最高,主干疏层形的最低;经济产值以开心形的最高,其次为主干疏层形,高干开心形的最低。综上,建议将陕北丘陵沟壑区山地稀植苹果园的主干疏层形改造为开心形。     

‘苯磺隆’对不同谷子品种叶片光合特性的影响

为探明除草剂‘苯磺隆’对不同谷子品种叶片光合特性的影响,以9个谷子品种为供试材料,10%‘苯磺隆’可湿性粉剂为供试药剂,分别设置112.5(T₁),225.0(T₂,推荐用量)和450.0 g/hm²(T₃)3个用量,以等量清水作为对照(CK),处理21 d后,测定谷子倒2叶的光合荧光参数。结果表明:1)T₁处理未对供试谷子品种的光合系统造成显著影响。2)T₂处理下,‘张杂谷10号’、‘张杂谷13号’、‘黄金谷’和‘龙谷39号’的净光合速率(P_n)与CK相比差异不显著;‘锦谷5号’、‘晋谷21号’、‘中谷9号’、‘豫谷18号’和‘冀谷35号’的P_n分别降低50.64%、60.91%、43.74%、49.62%和54.82%。3)T₃处理下,‘张杂谷13号’和‘龙谷39号’的光合荧光参数与CK无显著差异。‘豫谷18号’和‘晋谷21号’的非调节性能量耗散的量子产量Y(NO)分别高出CK 129.17%和60.87%。‘锦谷5号’、‘黄金谷’和‘张杂谷10号’的调节性能量耗散的量子产量(Y(NPQ))分别升高13.73%、10.00%和12.28%。‘晋谷21号’和‘中谷9号’的非光化学反应耗散的份额(E_x)分别高出CK 48.39%和113.33%。而PSII实际光合效率(Y(II))、绝对电子传递速率(ETR(II))、光化学淬灭系数(qP)、吸收光能用于光化学反应的份额(P)和P_n显著低于CK。‘冀谷35号’和‘龙谷39号’的PSI由于供体限制引起的非光化学能量耗散的量子产量(Y(ND))均高出CK 300.00%,‘晋谷21号’的PSI的实际光合效率(Y(I))和PSI的相对电子传递速率(ETR(I))分别比CK降低45.95%和45.26%,‘黄金谷’的Y(I)和ETR(I)分别比CK降低43.59%和43.13%。4)综上所述,T₁处理对所有供试品种的光合系统影响较小。T₂处理,所有供试品种均可通过热耗散消耗多余的激发能。T₃处理,‘张杂谷13号’和‘龙谷39号’的光合系统基本正常;‘晋谷21号’和‘豫谷18号’的光合系统受损伤较严重;其余品种虽然受损伤相对较轻,但叶片的光合色素含量降低,电子传递受阻,能量分配失衡,影响谷子叶片的光合速率。