丛枝菌根真菌改善镉胁迫下植物根系和土壤微环境的效应

为探究Cd胁迫下丛枝菌根真菌(AMF)对植物根系和土壤微环境的影响,以黑麦草为供试植物、变形球囊霉(Glomus versiforme)为供试AMF,以Cd浓度(0、10、20、30 mg·kg^-1)和是否对黑麦草接种AMF为双因素,设计8个处理,开展盆栽试验。结果显示:随着Cd浓度增加,AMF侵染率和孢子数量显著(P<0.05)降低。相同Cd浓度下,接种AMF显著(P<0.05)改善了黑麦草的根系构型(根系总长度、根系总投影面积、根系总体积、根尖数、根分叉数)。在相同Cd浓度下,接种AMF显著(P<0.05)增加了土壤中真菌、细菌和放线菌的数量,土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮含量,以及土壤多酚氧化酶活性,和土壤易提取球囊霉素相关土壤蛋白和总球囊霉素相关土壤蛋白含量。这说明,接种AMF能够通过改善植物根系和微生物环境、提高土壤相关酶活性和球囊霉素含量等,增加植物抗性。     

甘蓝型油菜BnWRKY41的理化性质分析及BnWRKY41-2 在花青素合成中的功能解析

甘蓝型油菜BnWRKY41-1通过负调控花青素合成相关基因的表达而显著抑制拟南芥叶片花青素的积累。为[JP2]深入了解同源拷贝BnWRKY41-2在花青素合成过程中的作用,对BnWRKY41-1和BnWRKY41-2进行生物信息学分析,并从甘蓝型油菜品种‘中双11’中成功克隆BnWRKY41-2 的全长编码序列,分别转化烟草和拟南芥 wrky41-2 突变体,对其亚细胞定位和在花青素合成中的调控作用进行分析。结果表明,BnWRKY41两个拷贝均具有典型WRKY结构域,N端不含跨膜结构和信号肽,二级结构主要由无规则卷曲组成,蛋白质修饰以磷酸化为主。BnWRKY41-2 定位在细胞核中,在拟南芥 wrky41-2 突变体背景下异源表达 BnWRKY41-2 基因使突变体叶片中的花青素含量恢复到野生型水平,而且可显著调控花青素积累相关基因的表达。这些结果表明BnWRKY41-2 与BnWRKY41-1在蛋白质结构及理化性质方面相似,并且在调控拟南芥叶片花青素积累方面发挥类似的生物学功能,起负调控作用。     

苹果酸、草酸对铅镉胁迫下刺槐生长与离子富集特性的影响

为了探索铅镉胁迫下苹果酸、草酸对刺槐生长与离子富集特性的影响,本试验以刺槐植株为研究对象,在600mg/kg铅、20mg/kg镉污染土壤中添加不同浓度的苹果酸、草酸,测定刺槐生长量、铅镉含量和离子转移特性等指标。试验结果表明,苹果酸和草酸对铅镉胁迫下刺槐植株生长有一定程度的抑制作用,但差异不显著;两者促进刺槐根部的铅、镉离子富集,但降低了铅、镉离子的转运率,其中8.0mmol/kg草酸的铅富集促进效益最显著。因此,8.0mmol/kg草酸可作为一种外源调控手段应用于刺槐修复铅镉污染土壤的实践中。     

不同日产量类型机插杂交籼稻的氮素吸收利用特性

【目的】 明确不同日产量类型机插杂交籼稻的氮素吸收利用特性,为西南稻区中籼杂交稻机插高产栽培和品种选育提供理论和实践依据。 【方法】 以西南稻区的20个中籼杂交稻品种为材料,依据日产量将供试品种聚类为高日产、中日产和低日产3个类型,进而研究了不同日产量类型机插杂交籼稻间的氮素积累、分配、转运及氮素生产利用效率的差异及其与日产量的关系。【结果】（1）不同日产量类型机插杂交籼稻间氮素积累特性差异明显。较中日产和低日产类型,高日产类型机插杂交籼稻在拔节前（播种—拔节期）具有较低的氮素积累比例,但其能有效提高拔节期和齐穗期各器官及植株含氮量,成熟期穗部和植株含氮率,以及2017年拔节—齐穗阶段的氮素积累量和2018年齐穗—成熟阶段氮素积累速率,进而提高全生育期氮素积累速率,使全生育期植株氮素积累量分别增加了3.70%—5.97%和16.57%—18.63%。（2）高日产类型机插杂交籼稻具有较高的齐穗期茎鞘和成熟期穗部氮素分配比例,以及较低的成熟期叶片氮素分配比例,其地上部营养器官（特别是茎鞘）氮素转运量明显高于中日产和低日产类型。（3）低日产类型机插杂交籼稻显著提高了氮素干物质生产效率,而高日产类型则能有效提高氮素收获指数和偏生产力。（4）相关分析表明,随日产量增加,各生育时期植株含氮率,拔节—齐穗阶段植株氮素积累量和积累速率,齐穗期茎鞘氮素分配比例和氮素偏生产力均显著增加,拔节前氮素积累比例、成熟期叶片氮素分配比例和氮素干物质生产效率均显著降低。【结论】整体看来,拔节—齐穗阶段植株氮素积累速率快、积累量大,齐穗期茎鞘和成熟穗部氮素分配比例高,可作为高日产类型机插杂交籼稻的氮素吸收利用特征指标。     

博落回对铅的耐性、富集及生理响应研究

以草本植物博落回（Macleaya cordata）为供试植物,采用沙培盆栽实验研究其对重金属铅（Pb）的耐性、富集及生理响应机制。结果表明：博落回能耐受500 mg/L的Pb胁迫而其生长发育不受影响,高于此浓度时植株生长发育受到抑制。不同组织对Pb的富集能力表现为根>茎>叶,博落回对Pb的富集与转运能力皆随Pb胁迫浓度的升高而减弱。Pb胁迫引起丙二醛（Malondialdehyde, MDA）在植物体内累积。低于500 mg/L的Pb促进叶绿素、可溶性蛋白的合成和抗氧化酶活性的提高,高于此浓度时,则表现为抑制,且导致膜脂过氧化与生物膜的损伤。Pb主要以迁移活性低的化学形态存在于细胞壁和可溶性组分中,浓度升高会导致Pb向迁移毒性强的形态转化。透射电子显微镜（TEM）观察到高浓度的Pb胁迫会损害细胞壁结构,使Pb进入细胞内部,对细胞造成毒害。傅里叶红外光谱仪（FTIR）分析表明,Pb胁迫会提高细胞内-OH、-COOH等基团和有机酸、蛋白质的含量,在低浓度时可与Pb结合,削弱其对博落回的毒性。     

灌木幼苗对镉毒害的敏感性差异

为探究灌木幼苗及不同测试终点对镉（Cd）毒害的抗性和敏感性差异,选取了12种常见的灌木植物,通过Cd对灌木幼苗毒害的水培试验,测定不同含量Cd处理［0（对照）、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0、16.0、32.0 mg·L^-1］下植物的生长状况（表观毒害症状、株高、地上部鲜重和干重、根系生长状态）,比较不同测试终点稳定性,并运用Burr-Ⅲ模型制作物种敏感性分布图（species sensitivity distributions,SSD）,分析不同灌木幼苗对Cd的敏感性。结果表明,供试植物在Cd含量为1.0~4.0 mg·L^-1时开始出现表观毒害症状;Cd对不同的植物地上部和根系毒害阈值差异较大,地上部干重减少10%（EC₁₀）和50%（EC₅₀）对应的毒性阈值变化范围分别为0.11（海桐）~1.30 mg·L^-1（八角金盘）和2.58（金森女贞）~10.90 mg·L^-1（八角金盘）,差异分别达到了11.8和4.2倍;根分支数对应的EC₁₀和EC₅₀变化范围分别为0.08（金森女贞）~1.27 mg·L^-1（八角金盘）和2.40（金森女贞）~10.30 mg·L^-1（八角金盘）,差异分别达到了15.8和4.3倍;不同测试终点的敏感性从大到小依次为根分枝数>总根长>总根表面积>总根尖数>地上部分干重>株高>地上部分鲜重,说明根系指标对Cd毒性更为敏感;基于地上部干重和根分支数的EC₅₀数据得到的SSD表明,大部分植物的敏感性分布趋于一致,其中金森女贞和海桐对Cd毒害最为敏感,八角金盘为Cd毒害的抗性品种;同时,根据SSD得出保护95%林木品质不受Cd毒害的生态风险阈值HC₅。     

青菜对三种土壤中典型抗生素的累积规律研究

为探究青菜对不同类型土壤中不同种类抗生素的吸收和累积特性,通过盆栽实验,观察了三类土壤（黄褐土、砂姜黑土、红壤）中磺胺二甲嘧啶（SM2）、磺胺甲噁唑（SMZ）、四环素（TC）、土霉素（OTC）4种典型抗生素在青菜中的累积规律。结果表明：青菜累积三类土壤中4种抗生素的含量均在第10天达到最高后逐渐下降;青菜中抗生素的含量随着土壤中抗生素初始含量（0.1~25.0 mg·kg^-1）的增大而增大,抗生素初始含量为25.0 mg·kg^-1时,青菜中累积的抗生素含量显著高于其他低浓度处理组（P<0.05）;土壤中抗生素初始含量为25.0 mg·kg^-1时,青菜从不同类型土壤中吸收同种抗生素的含量差异较大,排序为红壤（SM₂ 14 993.6μg·kg^-1、SMZ 12 199.2 μg·kg^-1、TC 646.1 μg·kg^-1、OTC 967.6 μg·kg^-1）>黄褐土（SM₂ 12 598.1 μg·kg^-1、SMZ 11 678.5 μg·kg^-1、TC463.5 μg·kg^-1、OTC 663.8 μg·kg^-1）>砂姜黑土（SM₂ 9 510.4 μg·kg^-1、SMZ 3 666.9 μg·kg^-1、TC 58.8 μg·kg^-1、OTC 90.5 μg·kg^-1）,土壤pH和有机质含量是影响青菜从土壤中累积抗生素的重要因素;在同类土壤中,青菜对不同抗生素的累积顺序为SM₂>SMZ>OTC>TC,导致青菜对不同抗生素累积差异的原因,除了土壤对四环素类抗生素（TCs）的吸附能力强于磺胺类抗生素（SAs）外,还与不同抗生素的理化性质（分子结构、形态）有关。青菜能吸收土壤中的抗生素,在移栽后第10天青菜中抗生素的含量最高,青菜易从酸性土壤（红壤）中吸收抗生素,中性土壤（黄褐土）次之,碱性土壤（砂姜黑土）最低,且青菜对SAs的累积能力强于TCs,土壤中抗生素的初始含量越高,青菜中抗生素的含量也越高。     

金属氧化物改性生物炭对镉污染土壤菠菜生长和镉积累的影响

对重金属具有良好吸附能力的金属氧化物改性生物炭材料是近年来热门的土壤修复材料,然而关于不同金属氧化物改性生物炭对土壤中Cd钝化的研究较少。本研究采用Cd污染农田土壤开展菠菜盆栽试验,研究了铁氧体改性生物炭、磁铁矿改性生物炭和水滑石改性生物炭对菠菜生长和Cd积累的影响。结果表明：在施用量均为5 g·kg^-1的条件下,金属氧化物改性生物炭处理可显著提高土壤pH和有机质含量。与对照相比,铁氧体改性生物炭、磁铁矿改性生物炭和水滑石改性生物炭使土壤DTPA-Cd含量分别降低了23.4%、24.8%和37.1%,生物富集系数降低了4.00%、13.3%和65.0%。此外,水滑石改性生物炭使植株干质量增加4.27倍,显著降低了Cd积累量（59.5%）。金属氧化物改性生物炭能提高土壤pH,增加土壤有机质含量,降低土壤Cd的有效性和移动性,提高土壤质量,进而促进菠菜的生长和抑制菠菜对Cd的积累。研究表明,水滑石改性生物炭在促进菠菜生长和钝化土壤Cd方面具有较大优势。     

镉胁迫下大薸生长的变化及镉积累、分布特征

为探究镉胁迫对大薸（Pistia stratiotes）生长的影响及其体内镉积累与分布特征,用不同镉浓度（0、10、25、50、75、100 μmol·L^-1）的营养液处理大薸18 d,测定植株生物量、生长形态及其体内镉含量,并分析叶片中镉的亚细胞分布和化学形态。结果表明：随着镉浓度的增加,大薸生物量、冠径、叶片数、分株数和镉富集系数均呈降低趋势,地上部镉含量和镉转移系数呈上升趋势,地下部镉含量、总镉含量、单株富集量呈先上升后降低的趋势。在各处理下,大薸地下部镉含量均大于地上部。当镉浓度>10 μmol·L^-1时,大薸叶片细胞壁组分镉的占比最大（42.61%~46.91%）,其次是细胞器组分（27.04%~39.72%）和可溶性组分（17.68%~26.06%）。细胞壁和可溶性组分镉的占比随着镉浓度的增加呈上升趋势,细胞器组分则呈下降趋势。大薸叶片中镉主要以醋酸提取态为主（35.00%~59.06%）,其次是氯化钠提取态（16.72%~26.45%）和水提取态（7.77%~33.22%）。研究表明：大薸通过根系固持、细胞壁固定和液泡区室化避免严重镉胁迫损伤,通过醋酸提取态贮藏降低镉毒性和移动性;10~100 μmol·L^-1镉处理18 d后,大薸可维持较高的镉富集量和较低的生物量,在进行镉污染水体生态修复的同时避免因其快速生长而引起水体二次污染。     

扩大管行比对新疆滴灌春小麦氮素吸收和产量的影响

【目的】研究不同种植模式对滴灌春小麦干物质、氮素的吸收和产量的影响。【方法】 设置3个种植方式(TR:常规播种;K:宽窄行播种;S:缩行缩带宽播种)和3个滴灌配置(1管4行:一条滴灌带两侧各2行, R₁、R₂行;1管6行:一条滴灌带两侧各3行,R₁、R₂、R₃行;1管8行:一条滴灌带两侧各4行, R₁、R₂、R₃、R₄行),小麦品种为新春44号和新春22号,研究扩大管行比对新疆滴灌春小麦氮素吸收和产量的影响。【结果】 在1管6行滴灌配置方式下,R₃行单株干物质积累大于R₂行,1管8行滴灌配置方式下,R₄行单株干物质积累大于R₃行,不同种植方式间干物质积累量TR₄﹥K₆﹥S₆﹥K₈﹥S₈;在1管6行滴灌配置方式下,K₆单株氮素积累量高于S₆;在1管8行滴灌配置方式下,K₈单株氮素积累量高于S₈。在1管6行滴灌配置方式下单株氮素积累量R₁﹥R₂﹥R₃,1管8行滴灌配置方式下,R₁﹥R₂﹥R₃﹥R₄;扩大管行比种植模下S₆产量最高,新春22号为487.59 kg/667m²,新春44号为536.56 kg/667m²,各种植模式行间产量表现为由近行到远行先降低后边行升高。【结论】 在扩大管行比情况下同时缩小行距有利于小麦边行单株干物质的积累,且2品种间新春44号单株干物质积累量高于新春22号;在扩大管行比情况下同时缩小行距有利于小麦边行单株氮素积累量的积累,且2品种间新春44号单株氮素积累量高于新春22号; K₆、S₆种植模式中的R₃行产量高于R₂行、K₈、S₈种植模式中R₄行产量高于R₃行;扩大管行比种植模式下,S₆产量与TR₄差异不显著,且表现最优;新春44号行间变异系数比新春22号小,且在不同种植模式下,新春44号产量均高于新春22号,扩大管行比种植模式下,S₆种植模式的产量与TR₄种植模式的产量差异不显著,表现最优;在新疆滴灌小麦生产中,推荐选择行间变异系数小的新春44号,其中最优种植模式为S₆。