豆-禾混播草地中紫花苜蓿比例对其固氮效率的影响及潜在生理机制

【目的】 通过研究豆草比例对紫花苜蓿-羊草混播草地豆科植物生物固氮的影响及其生理生态机制,深化对混播群落结构和生物固氮功能关系的理解,辅助豆-禾混播草地的科学建植和管理,提高混播草地生物固氮和土壤肥力,提升草地资源生产和生态保障能力。【方法】 2017年5月,利用紫花苜蓿和羊草为试验材料,采取随机区组设计,于中国科学院长岭草地农牧生态研究站内建植不同豆草比例（紫花苜蓿占比为25%、50%、75%、100%）的紫花苜蓿-羊草混播草地,4次重复。建植一年后,通过样方取样法调查混播草地群落结构变化,测定紫花苜蓿叶片、枝条和根系生长发育、光合和水分等生理代谢特征,在测定根系结瘤特征基础上,采取¹⁵N同位素自然丰度法评估紫花苜蓿固氮效率,结合土壤水分动态监测,分析豆草比例对紫花苜蓿生物固氮的影响及其生理生态机制。【结果】 （1）混播草地建植一年后,对应25%、50%、75% 和100%设计的豆草混播比例,混播草地实际紫花苜蓿占比分别为11%、27%、53%和100%。（2）对比25%、75%和100%的初始豆草种植比例,50%的初始豆草比例下,生长季平均土壤水分含量分别增加了21.4%、36.4%和51.7%。（3）50%豆草种植比例下,紫花苜蓿植株有更大的枝条和根系生物量、叶片数量、叶片面积、叶片厚度和叶片生物量,上述指标最小值出现在100%的豆草播种比例。（4）50%豆草种植比例下,紫花苜蓿具有最大的光合速率,枝条和根系中淀粉含量最高,但枝条和根系中可溶性糖含量最低。（5）50%的初始豆草混播比例下,紫花苜蓿根瘤发育更完善,其生物固氮率较25%、75%和100%的豆草混播比例分别提高了13.5%、44.6%和79.2%。回归分析表明,随豆草比例变化,紫花苜蓿生物固氮效率与土壤含水量呈正相关。【结论】 紫花苜蓿-羊草混播草地中,紫花苜蓿生物固氮能力与豆草比例间存在非直线型变化关系。当初始豆草种植比例为50%时,紫花苜蓿生物固氮率最大。豆草比例驱动土壤水分变化,进而通过调控叶片发育和光合等途径改变了紫花苜蓿植株和根瘤发育,是其影响生物固氮的潜在机制。     

黄连中盐酸小檗碱的提取纯化及抑菌活性研究

为了探究盐酸小檗碱在植物病原真菌方面的抑制作用,以黄连根粉为材料,采用酸水法提取和乙醇重结晶获得盐酸小檗碱纯品,采用生长速率法研究了盐酸小檗碱对常见植物病原菌的抑制活性。结果表明,盐酸小檗碱的提取率为3.3%,经高效液相色谱法测得其含量为93.56%;抑菌活性试验表明,盐酸小檗碱在100μg/mL时对玉米大斑病菌的抑制率达99.9%,EC_(50)为8.20μg/mL,表现出比药剂对照噁霉灵和百菌清更高的抑制活性;进一步的试验表明,与噁霉灵及百菌清相比,盐酸小檗碱对玉米大斑病菌的抑制作用具有持效期长的特点。     

沂蒙山区金银花光合效率对土壤水分的响应

为探索抗旱灌木光合作用效率对土壤水分的响应特征与阈值效应，以沂蒙山区优势灌木金银花为材料布设盆栽模拟试验，通过人工灌水与植物自然耗水的方法进行控水处理，在不同水分梯度下测定分析了金银花的光合作用参数，并对土壤水分有效性进行了分级。结果表明:1）金银花叶片净光合速率（P_n）和水分利用效率（WUE）对土壤相对含水量（RSWC）具有明显的阈值响应规律，当RSWC分别为79.59%和47.43%时，金银花P_n、WUE达到最大值。当RSWC=29.71%时，制约光合效率的主要因子由气孔限制转为非气孔限制。2）确定了金银花光合作用的5个特征水分阈值:P_n水分补偿点、P_n水分均值点、P_n水分饱和点、WUE水分均值点和WUE水分高效点。同时，将金银花的土壤水分有效性划分了5个等级:高产高效水、高产中效水、中产高效水、低产低效水和无产无效水。3）田间水分管理时，为维持金银花较高的光合作用水平，应维持的土壤水分范围为:42.38%≤RSWC≤96.05%，避免土壤水分低于29.71%。研究结果可为沂蒙山区干旱逆境下金银花的风险诊断和田间水分管理提供科学依据。     

Effect of DNA methylation of miR-30a-5p promoter region on hepatic injury induced by homocysteine

AIM: To explore the role of DNA methylation of microRNA-30a-5p(miR-30a-5p) promoter region in hepatic injury. METHODS: Four-week-old normal mice and cystathionine β-synthase (CBS) single gene knockout mice were used and divided into normal (CBS^+/+, n=12) group and single gene knockout (CBS^+/-, n=12) group, and the mice were fed with high methionine diet for 8 weeks. HL-7702 hepatic cells were routinely cultured in vitro and divided into control group, homocysteine (Hcy) group and Hcy+5-azacytidne (AZC) group. Serum Hcy, alanine aminotransferase (ALT) and aspartate aminotransferase (AST) levels were measured by automatic biochemical analyzer. The levels of ALT and AST in the cells culture medium were determined by the microplate method. Hepatic injury in the mice were observed with HE staining. Cell viability staining was used to measure the viability of hepatocytes. RT-qPCR was used to detect the expression of miR-30a-5p in the liver tissues and hepatocytes. The correlation between the expression of miR-30a-5p and serum ALT and AST levels was analyzed by Pearson correlation analysis. DNA methylation level of miR-30a-5p promoter region in the liver tissues and hepatocytes was detected by nested landing methylation-specific PCR (nMS-PCR). RESULTS: Compared with the CBS^+/+ mice, the serum levels of Hcy, ALT and AST in the CBS^+/- mice were significantly increased (P < 0.05). HE staining showed the hepatocyte swelling and nuclear fragmentation and dissolution. The expression level of miR-30a-5p in the liver tissues was decreased (P < 0.01). Besides, the expression level of miR-30a-5p in the mice was negatively correlated with serum ALT and AST levels (r²=0.4557, P=0.0003, r²=0.4626, P=0.0003), and the DNA methylation of miR-30a-5p promoter region was increased (P < 0.01). In the HL-7702 cells, compared with control group,the ALT and AST levels were increased in Hcy group (P < 0.05, P < 0.01), and the cell viability was remarkablely decreased. DNA methylation of miR-30a-5p promoter region was increased (P < 0.01), which decreased after treated the cells with AZC (P < 0.05), while the expression level of miR-30a-5p in the cells was increased (P < 0.05). CONCLUSION: Hypermethylation of miR-30a-5p promoter region may play an important role in hepatic injury.     

番茄匍柄霉叶斑病拮抗细菌的筛选与鉴定

应用平板对峙法从连作多年的番茄根际土样中筛选得到对番茄匍柄霉叶斑病具有较强拮抗活性的细菌菌株ZF161，该菌株对番茄匍柄霉的平板抑制率达到70.51%。离体叶片试验显示，菌株ZF161对番茄匍柄霉叶斑病防治效果达到69.83%。通过菌落形态观察、生理生化特性、Biolog测定和多基因系统发育树综合分析，鉴定菌株ZF161为枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）。番茄盆栽试验结果表明，菌株ZF161对番茄匍柄霉叶斑病的防治效果达到63.27%。进一步平板对峙抑菌谱试验结果显示，菌株ZF161对其他7种病原真菌也具有较好的抑制效果。上述结果说明，菌株ZF161对番茄匍柄霉叶斑病具有良好的防治效果，且对多种病原真菌也具有抑制作用，具有开发应用的潜力。     

基于叶绿体DNA分析的楸子种质遗传多样性研究

利用4对叶绿体DNA引物扩增49份楸子[Malus prunifolia（Willd.）Borkh.]种质资源的4个叶绿体DNA基因间区trnH-psbA、trnS-trnG spacer + intron、trnT-5′trnL和5′trnL-trnF序列，基于4个叶绿体DNA基因间区的序列变异，从母系遗传的角度评价楸子的遗传多样性水平。结果显示：4个叶绿体DNA基因间区序列经测序、拼接、比对和合并之后的片段长度为3 790 bp，共有173个多态性变异位点，其中包含2个单一突变位点、20个简约信息位点和151个插入/缺失位点。在49份楸子种质中，trnH-psbA、trnS-trnG spacer + intron、trnT-5′trnL和5′trnL-trnF区域的变异位点的数量分别为26个、25个、120个和2个，单倍型数量分别为9个、7个、8个和3个，合并之后的叶绿体DNA片段的单倍型有14个。核苷酸多样性和单倍型多样性最高的区域均为trnH-psbA（Hd = 0.775，Pi = 0.02143），最低的为5′trnL-trnF（Hd = 0.481，Pi = 0.00072）。49份楸子种质4个叶绿体DNA区域合并后的遗传多样性较高（Hd = 0.854，Pi = 0.00949）。Tajima’s D检验中，4个叶绿体DNA区域在P > 0.10水平上均不显著，楸子的4个叶绿体DNA区域在进化上遵循中性进化模型。楸子的遗传变异主要存在于群体内部，不同居群间基因交流频繁，多数居群间遗传分化较少，与地理距离不完全相关。     

基于粒子群算法优化BP神经网络的土壤含水量短期预测模型

为提高土壤含水量预测精度,基于物联网监测数据,提出了粒子群算法(PSO)优化BP神经网络的土壤含水量预测方法。首先应用主成分分析法筛选出影响土壤含水量的关键影响因子,然后构建8-5-1的BP神经网络拓扑结构,应用粒子群算法优化BP神经网络的初始权值和阈值。结果表明:与传统BP神经网络相比,新模型优化了网络结构,避免了陷入局部最优解,具有良好的预测效果;模型的评价指标平均绝对误差、平均绝对百分误差、误差均方根分别为0.259 2、0.010 5和0.135 6,与单一BP神经网络相比,预测精度更高,可满足实际的土壤含水量预测的需要。     

红富士苹果芽变系DNA甲基化研究

以35份富士苹果(Malus×domestica Borkh.‘Fuji’)芽变材料为试材,利用甲基化敏感扩增多态性(Methylation Sensitive Amplified Polymorphism,MSAP)分析和UPGMA聚类方法,对其基因组甲基化修饰水平、变异模式以及表观遗传变异关系进行研究。结果表明:(1)不同富士系得到不同的MSAP扩增,总DNA甲基化水平27.90%～36.16%,平均32.87%,双链全甲基化为主要甲基化方式;(2)富士芽变材料绝大多数位点保持了原有甲基化模式;(3)绝大多数芽变(68.57%)检测到全部的甲基化变异模式(12种),去甲基化频率极显著高于甲基化频率(P 0.01),且CG去甲基化极显著高于CHG;(4)36份种质遗传相似系数平均值0.89(0.79～0.92),在聚类图上,富士原种分布在芽变系集中区外,新近发生的芽变系更倾向于聚在一起,着色系片红型和条红型芽变呈分散排布状态。总的来看,富士芽变的甲基化变异模式丰富,超甲基化和去甲基化相伴发生,但以去甲基化为主;‘富士’着色芽变与其最原始品种富士,以及芽变之间发生了较大表观遗传变异;片红和条红型芽变聚类未表现明显偏好性。本研究将为进一步开展富士着色系芽变机理研究提供指导,可以CG去甲基化为切入点展开深入研究。     

有机态和无机态硼对柑橘枳橙砧木生长及生理的影响

以柑橘枳橙[Citrus siinensis(L.)Osb.×Poncirus trifoliata(L.)Raf.]砧木为试验材料,采用水培方式,研究有机态山梨醇—硼和无机态硼酸对其生长及各种生理指标的影响。两种形态硼都能增加砧木幼苗各部位的干、鲜质量和株高;有机态山梨醇—硼对地下部生长的促进作用尤为明显。有机态山梨醇—硼比无机态硼酸更易于向叶片等地上部位转运,有机态山梨醇—硼处理根和茎中的硼含量与无机态硼酸处理没有显著差异,但叶片中的硼含量与硼积累量均显著高于无机态硼酸处理,叶片占总硼含量的比例也显著高于无机态硼酸处理。有机态山梨醇—硼处理各部位钾、钙、镁元素含量高于对照,而无机态硼酸处理各部位元素含量则比有机态山梨醇—硼处理高。缺硼易导致叶片中糖类物质的积累,有机态山梨醇—硼比无机态硼酸能更有效地促进叶片中多糖物质的转运,有机态山梨醇—硼处理可溶性糖含量比对照和无机态硼酸处理分别降低26.3%和11.8%,淀粉含量分别降低43.5%和26.1%。在提高枳橙砧木叶片抗逆能力方面,有机态山梨醇—硼效果优于无机态硼酸,两种硼类型处理叶片中脯氨酸和伤害率均显著低于对照,有机态山梨醇—硼和无机态硼酸分别降低了20.6%和19.6%,有机态山梨醇—硼和无机态硼酸处理伤害率降低了13.3%和16.5%,有机态山梨醇—硼处理叶片中丙二醛含量显著低于无机态硼酸处理19.4%。有机态硼对改善枳橙砧木根系的生长发育的作用效果优于无机态硼酸;能有效降低叶片中碳水化合物的含量,有利于光合作用产物顺利转移;而在减少叶片有害物质的积累、保护质膜方面,有机态与无机态硼有同样的效果。     

割茎对党参产量和含量的影响

在生长期对潞党参地上部分进行割茎，保留地上部分高度20cm，于秋季10月20日至11月30日采挖，观察各处理对产量和含量的影响。结果表明：9月25日对党参地上部分割除，地上部分距离地面保留20cm，10月20日-11月20日采挖，党参产量、根长、根粗、根重较对照都有所提高，其中10月20日产量较对照增加率最高，产量提高5.71%；10月20日根长增加最多为19.68%，10月30日根径增加25.67%，根重增加14.00%，浸出物提升2.80%。