The mechanical roles of the clasping leaf sheath in cereals: Two case studies from oat and wheat plants

Stem lodging is a common problem in cereal crop production and a main constraint for grain yield improvement. The leaf sheath that surrounds and protects the hollow internodes of stem could provide the plants with a great physical support. However, this biomechanical function has been ignored for several decades in cereal crops. This study aimed to examine the biomechanical properties of basal stem internodes and lodging susceptibility of the whole plants with or without the clasping leaf sheath in wheat (Triticum aestivum L.) and oat (Avena sativa L.) among different genotypes and agronomic practices (including planting densities and nitrogen application rates). The main objective was to quantify the mechanical role of the leaf sheath in oat and wheat crops by a “safety factor” method. On average, the leaf sheath contributed 40%, 68% and 38% of the overall stem bending strength, flexural rigidity and safety factor, in oat, while it accounted for 11%, 24% and 10%, respectively, in wheat plants. The significant contribution of the leaf sheath is due to its vital role in enlarging the peripheral position (i.e., second moment of area) and stiffness (i.e., Young's modulus). The contribution ratios (%) were found to be higher in oat than in wheat plants, due to the greater mass density of leaf sheath and more proficient/prevailing stay-green capability in oat genotypes. This study emphasizes the important mechanical role of clasping leaf sheath on stem internodes of cereals and indicates that the stay-green trait of the leaf sheath can be exploited to design appropriate varieties with improved lodging resistance and great yield potential.     

钾肥和硅肥对油用亚麻茎秆抗倒伏特性的影响

为了优化油用亚麻抗倒伏的肥料运筹措施,以‘陇亚11号’和‘定亚23号’为试验材料,通过裂区设计,研究了钾肥（不施钾、52.5 kg K₂O/hm²和105 kg K₂O /hm² 3个水平）和硅肥（不施硅和90 kg SiO₂/hm² 2个水平）用量对油用亚麻茎秆形态学、力学抗倒伏特性及产量的影响。结果表明：‘陇亚11号’的株高、重心高度及茎粗、壁厚、抗折力均显著大于‘定亚23号’,茎秆形态学及力学抗倒伏特性的综合影响下,‘陇亚11号’较‘定亚23号’倒伏率提高21.24%而产量降低9.43%。钾肥显著改善了抗倒的茎秆表观形态学特性,施钾后茎粗、壁厚、茎秆抗折力、抗倒伏指数提高而株高和重心高度降低,千粒重和籽粒产量分别提高7.35%和9.34%。硅肥对茎秆形态学、力学特性及籽粒产量均无主效应,但硅肥与钾肥的互作使茎粗显著增加。抗倒伏指数与茎粗、壁厚呈显著正相关,与株高、重心高度呈显著负相关。品种间的茎秆抗倒伏特性差异较大,施用钾肥显著改善了抗倒的茎秆表观形态学特性,优化了茎秆机械性能,增强了油用亚麻的抗倒伏能力;供钾量较低时,硅肥与钾肥对茎粗的互作正效应明显。     

基于振动的土壤挖掘阻力与耗能特性试验研究

为了研究振动频率、振动方向等参数对振动式土壤挖掘降阻特性和耗能特性的影响，设计开发了振动式土壤挖掘阻力试验台。经理论分析、计算确定了振动挖掘机构运动参数。在土壤平均相对湿度为27%、平均土壤坚实度为2.2MPa条件的室内土槽系统中，在挖掘深度150mm、前进速度0.15~1.00m/s、振动频率2~20Hz的因素条件下，利用该试验台开展了土壤振动挖掘阻力和耗能特性试验研究。结果表明，振动式土壤挖掘能够有效降低工作阻力，其降阻率先随着振动频率增大而增大，在2~20Hz频率段，前后方向振动和垂向振动振幅分别为13mm和10mm时，其最大降阻率分别可达到21%和25%。降阻率在10~14Hz后增长速度变缓，表明该区间处于土壤的自振频率区间。前后方向振动下土壤挖掘降阻率和振动速度与前进速度的比值有关，当振动速度小于前进速度时，降阻率比较小，随着振动频率增加而缓慢增大；当振动速度大于前进速度后，在对应的频率点其降阻率会迅速上升，之后增长速度逐渐变缓。由于需要额外激振能量输入，两种振动方向的强迫振动式土壤挖掘综合耗能并不减少，在振动频率低于10Hz下，耗能比范围在1~1.07，但超过10Hz后，耗能比会随着振动频率增大以较快速度增加。振幅的增大能够使土壤挖掘阻力获得一定的降低，但同时振动挖掘耗能有较大的增加。     

肯塔基沙门菌对氟喹诺酮和碳青霉烯类药物耐药性研究进展

肯塔基沙门菌（Salmonella Kentucky）是继鼠伤寒沙门菌和肠炎沙门菌后又一与人类肠道疾病相关的沙门菌血清型，因其获得和传播耐药性的能力较强而逐渐引起关注。该血清型沙门菌按照多位点序列分型分得的众多亚型中，ST198血清亚型具有易获得耐药突变的基因组岛的特性，21世纪以来不断进化，除获得常见抗菌药物耐药基因外，还相继获得对氟喹诺酮类和碳青霉烯类药物的耐药性并扩散全球，造成临床上难以治疗的病例而引起世界卫生组织的关注。作者整理了肯塔基沙门菌的进化历程，着重阐述肯塔基沙门菌关于氟喹诺酮类及碳青霉烯类药物的耐药情况及耐药机制，以期为中国沙门菌的实验室防控监测系统提供理论依据。     

干旱胁迫对药用绿化植物千里光和密蒙花生长的影响研究

为筛选利用抗旱性较高的乡土植物用于边坡生态修复,通过盆栽试验研究滇中地区常见的密蒙花和千里光在干旱胁迫条件下的抗旱性,对干旱胁迫下植株的生长状况及各种酶活性、丙二醛和脯氨酸含量等有关生理指标进行研究。结果表明,在断水干旱胁迫下,千里光幼苗忍耐干旱环境的能力强;密蒙花幼苗在断水干旱胁迫前期调节能力较好,在后期抗旱能力减弱,植株生长受到严重抑制。     

种植密度对2个青稞品种抗倒伏及秸秆饲用特性的影响

种植密度是影响青稞抗倒伏和秸秆饲用特性的重要因子。以抗倒伏品种昆仑14号和倒伏品种门源亮蓝为试验材料,比较研究种植密度对这2个品种生长发育、抗倒伏特性和秸秆饲用特性的影响。结果表明,种植密度对2个品种的抗倒伏和秸秆饲用特性的影响存在差异。随着种植密度的增加,昆仑14号根长、根体积、根数和根干重先增后降,茎粗和壁厚依次下降;门源亮蓝根系和茎秆相关指标则随种植密度增大而下降。昆仑14号抗倒伏相关指标先增后降,但整个生育期未发生倒伏;门源亮蓝各指标均显著降低,诱发倒伏现象提前发生,致使倒伏率增大、倒伏程度加剧。昆仑14号茎秆中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、半纤维素、纤维素和木质素等化学成分含量随密度增加先增后降,门源亮蓝各成分含量呈下降趋势,相对饲喂价值随密度增加呈现增高的趋势。综合抗倒伏特性与秸秆饲用特性,昆仑14号最佳种植密度为375×104株hm~(-2),门源亮蓝粮饲兼用时适宜密度为300×104～375×104株hm~(-2)。     

抗条锈病小麦-滨麦Lm#3Ns二体异附加系的分子细胞遗传学鉴定

滨麦(Leymus mollis)是小麦的三级基因源,具有改良小麦所需的许多优良性状。为了将滨麦中的优异基因导入到普通小麦中,通过远缘杂交获得小麦-滨麦异附加系、异代换系、易位系,以选自普通小麦7182与滨麦衍生后代M42(2n=54)F_6代的株系M11005-1-2-7-10-1-1(M11005A)为供试材料,对其进行了形态学、细胞学、原位杂交、分子标记、抗病性等综合鉴定。细胞学观察结果显示,M11005A有44条染色体且配对良好,可以稳定遗传。原位杂交及分子标记结果表明,M11005A含有42条普通小麦染色体和1对来自滨麦Lm#3Ns的染色体,并且用Oligo-pTa535探针得到了Lm#3Ns的FISH核型;筛选出6个EST及8个PLUG特异分子标记可以用来鉴定Lm#3Ns染色体,其中只有1个EST和4个PLUG标记可以同时在M11005A中扩增出滨麦和华山新麦草的条带,说明滨麦的Lm#3Ns染色体与华山新麦草的3Ns基因组之间存在差异。M11005A的穗长、穗型、小穗数、千粒重与亲本7182无显著差异,但分蘖数较7182显著增加,株高显著降低。抗条锈病鉴定结果显示,苗期M11005A对条锈菌生理小种CYR29和CYR34表现高抗,对CYR32表现高感,成株期对CYR32和CYR33混合小种表现高抗,推测滨麦的Lm#3Ns染色体携带对CYR29和CYR34小种的抗性基因,又携带了成株期对CYR32和CYR33的抗性基因。因此,M11005A可以作为抗源应用于小麦的条锈病抗性改良中。     

抗草甘膦栽培大豆种质挖掘及抗性生理研究

利用田间试验结合生物化学分析研究了不同的栽培大豆品系对草甘膦的抗性,试验结果显示:在草甘膦有效剂量为0.31~0.92 kg·hm~(-2)时,不同栽培大豆品种对草甘膦抗性存在明显差异,在草甘膦剂量为0.92 kg·hm~(-2)时,石豆1号存活率为100%,表现了较高的抗性,8份材料的存活率为4%~48%,表现出一定的抗性;44份材料表现敏感,存活率为0。试验研究了抗性材料石豆1号、中抗材料Williams和敏感材料中黄35对草甘膦的生理生化反应的差异,结果表明:随着草甘膦处理剂量的增加和处理时间的延长,石豆1号莽草酸含量、叶绿素含量和超氧化物歧化酶(SOD)相对活性没有明显变化。而Williams和中黄35的莽草酸含量和SOD相对活性明显升高,叶绿素含量明显降低。结果表明草甘膦(浓度0.92 kg·hm~(-2))处理下,不同抗性栽培大豆叶片中莽草酸含量有明显差异,处理5~14 d时敏感材料叶片中莽草酸含量保持较高水平,因此栽培大豆叶片莽草酸含量可以作为判断其对草甘膦抗性高低的主要生理指标之一,而SOD的活性和叶绿素含量可以作为判断栽培大豆对草甘膦抗性的辅助生理指标。     

水流作用下一种养殖金属网衣水阻力特性的数值模拟研究

为保障深远海金属网箱养殖系统的结构安全,进行网箱结构的水动力学研究是一项重要的工作。构成金属网箱主要组成部分的金属网衣是一种小直径多孔的网状结构,在波浪和水流作用下的水动力学特性与一般的海洋工程结构物有显著不同。本文基于有限元基本原理,采用梁单元模拟金属网线结构,采用连接单元模拟网线接触部位的相互作用,并运用ABAQUS软件进行数值计算,在试验验证的基础上,分析了在水流作用下一种金属菱形链网衣在不同网目尺寸、不同网线直径情况下的水阻力变化情况。数值模拟结果表明在各种工况下,当网目尺寸由25 mm增加到35 mm、45 mm时,网衣受力增加幅度的平均值分别为14.71%和38.07%;当网线直径由2.5 mm增加到3.2 mm、4.0 mm时,各工况下网衣受力增加幅度的平均值分别为25.05%和45.06%。研究结果可以为进一步开展深海养殖金属网箱水动力特性研究提供积极的基础。     

Whitened kernel surface: A fast and reliable method for assessing Fusarium severity on cereal grains by digital picture analysis

Fusarium head blight (FHB) is a cereal disease of major importance responsible for yield losses and mycotoxin contaminations in grains. Here, we introduce a new measurement approach to quantify FHB severity on grains based on the evaluation of the whitened kernel surface (WKS) using digital image analysis. The applicability of WKS was assessed on two bread wheat and one triticale grain sample sets (265 samples). Pearson correlation coefficients between Fusarium‐damaged kernels (FDK) and WKS range from r = 0.77 to r = 0.81 and from r = 0.61 to r = 0.86 for the correlation between deoxynivalenol (DON) content and WKS. This new scoring method facilitates fast and reliable assessment of the resistance to kernel infection and shows significant correlation with mycotoxin content. WKS can be automated and does not suffer from the “human factor” inherent to visual scorings. As a low‐cost and fast approach, this method appears particularly attractive for breeding and genetic analysis of FHB resistance where typically large numbers of experimental lines need to be evaluated, and for which WKS is suggested as an alternative to visual FDK scorings.