利用根管法对油菜和冬小麦苗期根系形态的研究

快速、准确的根系原位观测方法是根系研究中的重要技术,本研究介绍了一种根管盆栽方法,该方法在透明PVC管内种植作物,通过遮光膜保持管内黑暗环境,以实现在作物生长过程中对其根系生长的原位动态观测,且根系生长环境更接近田间实际情况,并可通过改变根管长度、半径等将其应用于田间深根作物的研究中。利用此方法、结合根系扫描技术分析了油菜和冬小麦从发芽到出苗后16 d时的根系生长情况。结果表明,出苗后7和16 d冬小麦根系和地上部干物重均大于油菜,出苗后16 d冬小麦和油菜根冠比分别为0.513和0.372。大部分根系分布在0~16 cm表层土壤中,出苗后16 d冬小麦和油菜表层土壤中的根长在总根长中的比例分别为62.60%和67.76%,根系总表面积、总体积和一级侧根数均为表层土壤中占比最多,在出苗后7 d,总根长、总表面积、总体积和一级侧根数均为冬小麦显著高于油菜,而在出苗后16 d,两种作物的总根长和总表面积差别不大,说明油菜根系生长呈先缓后快趋势。表层土壤中根系平均直径小于底层土壤,油菜根系平均直径小于冬小麦,油菜和冬小麦的根系直径均大部分在0~0.50 mm之间,随着根系生长,较细的侧根逐渐增多,根系平均直径变小。出苗后16 d内的冬小麦根系伸长速率为1.83 cm/d,大于油菜的1.51 cm/d。因此,冬小麦苗期根系生长快于油菜,油菜根系呈先缓后快的生长特性。本研究介绍的根管法是一种原位研究根系的有效方法。     

西瓜根系分泌酸性磷酸酶对有机肥营养的响应

有机肥营养对西瓜品质具有提升效果,但根系对有机肥中养分的吸收机制尚不完全清楚,尤其对磷素的利用机制。本研究关注西瓜根系分泌酸性磷酸酶活性对有机肥施用的响应。采用模拟西瓜根系分泌物的方法研究有机酸对有机肥中可溶性全磷和有效磷含量的影响;采用砂培的方法,研究有机肥中的磷替代化肥磷时西瓜根系分泌酸性磷酸酶活性的响应;采用田间试验研究有机肥替代化肥以及有机肥不同施用量对西瓜根际酸性磷酸酶活性、西瓜磷营养、产量和品质的影响。结果表明,有机肥中水浸提可溶性全磷含量为6.9 g?kg~(-1),可溶性无机磷含量为525.1 mg?kg~(-1),可溶性全磷中无机磷占7.6%,有机磷占92.4%,可溶性有机磷需经过水解后才能被根系吸收。有机肥中磷替代化肥磷时,西瓜根系和根际土壤酸性磷酸酶活性均显著提高,西瓜茎、叶中磷含量提高。施用三倍有机肥时西瓜根际土壤有效磷含量和西瓜产量提高。因此,有机肥中磷替代化肥磷时,西瓜通过提高根系分泌酸性磷酸酶的活性而提高利用有机磷的能力。     

黏土矿物混合生物炭包膜尿素的制备及其氮素污染减排潜力

为促进氮肥高效利用,实现氮素污染减排,选用膨润土和生物炭作为包膜材料,结合硝化抑制剂制备包膜尿素。设置包膜尿素淋溶模拟试验收集淋溶液,结合静态箱法收集N₂O,通过分析NH₄⁺-N,NO₃^--N淋失量和N₂O排放通量对包膜尿素氮素污染减排潜力进行了评估。结果表明:（1）膨润混合土生物炭包膜尿素（F₄）NH₄⁺-N淋溶损失率最低,较纯化肥尿素（F₁）NH₄⁺-N淋溶损失率降低19.76%。（2）硝化抑制剂型膨润土生物炭包膜尿素（F₅）NO₃^--N淋失率最低,较F₁降低16.74%。（3）F₅同时具有最优的N₂O减排效果,N₂O排放量较F₁降低77.8%。F₅氮素减排效果最优,其减排机制在于一方面硝化抑制剂可以从化学过程控制硝化和反硝化进程,延缓尿素酰胺态氮的水解和铵态氮的硝化,在降低NO₃^--N淋失的同时可以实现N₂O减排。另一方面F₅的包膜材料膨润土和生物炭可以通过吸附作用将更多的NH₄⁺-N富集在土壤表层,从而显著降低NH₄⁺-N淋失。综上所述,硝化抑制剂型膨润土生物炭包膜尿素氮素污染减排潜力最优,可使NH₄⁺-N,NO₃^--N和N₂O分别减排15.24%,16.74%和77.8%。     

UPLC-MS/MS同时测定土壤中19种植物激素方法的建立和验证

[目的]本文旨在建立土壤中多种植物激素的提取及超高效液相色谱串联质谱法,并用此方法同时测定土壤中茉莉酸、吲哚-3-乙酸、反式玉米素,玉米素核苷、异戊烯基腺嘌呤、吲哚-3-丁酸、N6-异戊烯基腺嘌呤、独脚金内酯、玉米素、二氢玉米素核苷、吲哚-3-丙酸、吲哚-3-乙酸甲酯、二氢玉米素、吲哚-3-羧酸、茉莉酸甲酯、油菜素内酯、脱落酸、赤霉素、水杨酸共19种植物激素含量。[方法]以根标土壤为试验材料,采用异丙醇水甲酸(80∶19∶1,V/V/V)作为提取剂,经过超声、离心后得到植物激素提取液,提取液于常温条件下真空浓缩至干,采用甲醇进行复溶,得到植物激素待测液。采用Waters ACQUITYUPLC■HSST3色谱柱对19种植物激素进行分离,以0.30 mmol/L甲酸铵水溶液(含0.01%甲酸)作为流动相A和0.30 mmol/L甲酸铵乙腈(含0.01%甲酸)作为流动相B进行梯度洗脱,流速为0.3 mL/min,柱温为30℃;采用超高效液相色谱串联质谱,多反应监测离子模式进行定性定量分析,其中,茉莉酸、吲哚-3-乙酸、反式玉米素、玉米素核苷、异戊烯基腺嘌呤、吲哚-3-丁酸、N6-异戊烯基腺嘌呤、独脚金内酯、玉米素、二氢玉米素核苷、吲哚-3-丙酸、吲哚-3-乙酸甲酯、二氢玉米素、吲哚-3-羧酸、茉莉酸甲酯、油菜素内酯采用正离子模式扫描,脱落酸、赤霉素、水杨酸采用负离子模式扫描;采用外标法测定植物激素回收率。[结果]在本试验浓度范围内,上述19种植物激素浓度与对应峰面积的相关系数(r)均大于0.99,检出限介于0.02~1.06 ng/g之间,19种植物激素的加标回收率为70.2%~117%,相对标准偏差介于0.20%~7.3%之间。采用优化后的实验方法测定土壤中的植物激素,结果检测出吲哚-3-乙酸、吲哚-3-羧酸、吲哚-3-乙酸甲酯、水杨酸和独角金内酯5种植物激素,含量为0.55~5.79ng/g。[结论]本方法前处理不需要过夜浸提,加入二氯甲烷后,超声离心浓缩复溶后可直接进样检测,大大缩短了样品的前处理时间,超高效液相色谱串联质谱法操作简单,选择性好,灵敏度高,可实现土壤样品中多种植物激素的同时检测,为土壤中植物激素的深入研究提供了一种有效的研究方法。     

黄河三角洲盐碱地土壤改良剂小麦效果研究

通过田间试验,研究了土壤改良剂对黄河三角洲盐碱地小麦产量及土壤理化性状的影响。结果表明,施用土壤改良剂可以优化土壤团粒结构,降低土壤容重、pH值及土壤盐分含量,增加土壤有机质含量,增加小麦千粒重,进而提高小麦产量。土壤改良剂用量增加,土壤理化性状较好,作物产量增加,但3%、4%、5%的添加量之间差别不明显。减氮处理在土壤理化性状、小麦产量方面没有表现出优势,说明对于生长期较长的小麦来说,充足的氮肥供应是非常必要的。     

不同施肥方案对巨峰葡萄产量及品质的影响

以八年生巨峰葡萄为试验材料,研究了全程营养解决方案与农民习惯施用对葡萄产量及品质的影响。结果表明,与习惯施肥相比,全程营养解决方案处理葡萄叶片厚度、重量及叶绿素含量分别提高7. 8%、14. 5%、12. 0%,有利于葡萄产量及品质的提高,最终产量增幅21. 0%。通过测定,可溶性固形物、维生素C含量、可溶性蛋白含量分别达16. 9%、8. 94 mg/100g、0. 2614mg/g,较习惯施肥提高11. 2%、7. 6%、15. 1%,总酸度下降10. 5%,固酸比提高24. 3%,葡萄口感更好。全程营养解决方案处理葡萄整体优于习惯施肥处理,具有推广应用价值。     

长期施猪粪土壤As 补给与水稻As 吸收的量化关系

为明确猪粪施用后土壤砷(As)的形态变化及其在土壤-植物体系中的迁移机制,基于1981年开始的红壤稻田有机肥长期定位试验,分析了不施肥(CK)、化肥配施(NPK)、化肥配合早稻猪粪施用(NPKM1)和化肥配合晚稻猪粪施用(NPKM2)等处理土壤As的形态分异规律以及水稻籽粒和秸秆中As的累积变化特征。结果表明:NPKM1和NPKM2处理土壤总As含量分别比CK提高148.71%和282.11%,土壤As储量分别增加120.35%和205.02%;与NPK处理相比,NPKM1和NPKM2处理土壤As含量分别增加90.48%和192.64%,土壤As储量分别增加83.28%和153.71%。且不同形态As含量也均呈现出猪粪还田处理显著增加,但NPKM2处理显著高于NPKM1处理。土壤As形态中主要以Fe-As比例最高,其次为Al-As和Res-As,而Ca-As和Ex-As含量最少。与NPKM1处理相比,NPKM2处理的Ex-As、Al-As、FeAs、Ca-As和Res-As含量和储量均显著较高。同时,NPKM1和NPKM2处理秸秆和籽粒中As含量和吸收量也显著提高。通过拟合方程表明,土壤Ex-As对水稻As吸收的贡献率最高。     

干旱、高盐及低温胁迫下植物生理及转录因子的应答调控

干旱、高盐及低温等非生物胁迫是限制植物生长发育的主要环境因子。这些环境胁迫因子通常导致植物体内生理代谢改变,并参与非生物胁迫调控转录因子的差异表达。植物抵御上述非生物逆境的能力与转录因子调控逆境相关功能基因的表达密不可分。近年来,发掘植物非生物胁迫相关转录因子的功能及揭示转录因子介导植物非生物胁迫响应的调控机制,已成为植物营养分子生物学关注的热点之一。因此,了解植物非生物胁迫下的生理应答及转录因子参与的调控机制,对建立植物适应性改良途径具有重要科学意义。本文从干旱、高盐和低温三方面阐述了非生物胁迫下植物生理生化的适应性变化,概述了MYB、bZIP、AP2/EREBP、WRKY和NAC五类与植物抗逆相关的转录因子的结构与功能特征,着重论述了转录因子介导植物抵御非生物胁迫的分子调控机制。植物遭遇非生物胁迫时,通常表现为生长速率、叶面积和叶片数量下降,蒸腾及光合速率降低。同时,植物体内活性氧逐渐累积,使细胞膜脂过氧化程度加剧,造成细胞损伤。为适应不利环境,在生理上植物表现为体内抗氧化酶活性增强,渗透调节物数量增多;在分子水平上,植物对非生物胁迫适应性的增强,通常与转录因子识别抗逆基因启动子特异性元件及调控逆境防御基因的转录有关。本文对于深入阐明干旱、高盐及低温胁迫下植物生理生化应答与转录因子的分子调控机制提供了全新的科学启示。     

土壤磷形态组分分级及31P-NMR 技术应用研究进展

农田生态系统中土壤磷形态转化,影响土壤磷对作物的有效供应。土壤磷分为无机磷和有机磷两大部分。化学连续提取法 (chemical sequential fractionation,CSF) 研究土壤磷形态分级,采用不同的化学提取剂,分级提取土壤中组成或分解能力接近的有机无机含磷化合物,是目前表征土壤磷素形态的重要方法。但该方法虽历经改进,仍难以确切反映土壤磷的实际组成,提取的不同磷形态间存在重叠,有机磷和无机磷组分分级存在一定的误差;不同分级磷组分对作物的有效性,需谨慎评估。核磁共振波谱技术 (nuclear magnetic resonance,NMR) 根据核磁共振波谱图上共振峰的位置、强度和精细结构来研究土壤中含磷化合物的分子结构。液相31P-NMR 可以同吋检测出土壤中多种磷组分,如正磷酸盐、磷酸单酯、磷酸二酯、膦酸脂、焦磷酸盐和多聚磷酸盐,识别土壤提取物磷形态,可将有机磷与无机磷分开。本文综述了应用31P-NMR 技术研究土壤磷形态组分的一些进展,总结了样品制备过程、NMR 测试参数及在土壤磷形态转化研究中的应用。二维31P-NMR 技术发展为鉴定分析土壤中更多种类的含磷化合物提供了契机。     

腐植酸促进植物生长的机理研究进展

【目的】腐植酸在我国农业生产中发挥了重要作用,许多研究证实,腐植酸具有促进植物生长的功能,本文从腐植酸刺激植物根系生长、调控土壤与肥料养分转化及肥料利用率和影响土壤微生物和酶活性方面,系统总结了国内外施用腐植酸促进植物生长的途径,阐述了腐植酸对植物生长促进作用的机理,旨在梳理腐植酸促进植物生长机理的研究现状,为腐植酸的进一步研究和应用提供参考依据。[主要进展]1）腐植酸能够对植物产生类似生物刺激素的效应。它能够提高植物根系H+-ATP酶等的活性、刺激植物根伸长和侧根生长点的增加,从而增加根系活力及植物根系与土壤养分的接触面积,增加植物对养分的吸收;2）逆境胁迫下,腐植酸能够通过调节植物体内的新陈代谢并改善植物生长环境,缓解甚至消除逆境胁迫对植物的伤害,从而促进植物生长;3）腐植酸能够通过与氮素、磷素和钾素发生结合效应,与磷酸盐产生竞争效应和对钾离子的吸附作用固持与活化土壤与肥料中的养分,提高土壤肥料有效性和缓释性能,提高肥料利用率,从而促进植物生长;4）腐植酸还能够影响土壤中与养分转化相关的酶活性和微生物群落结构及数量,在活化养分的同时,保蓄养分,降低养分的损失,为植物生长保障持久的养分供应;5）腐植酸对植物生长的促进效应受腐植酸结构特征、添加量和供试植物种类等因素的影响。[建议与展望]由于技术手段的限制和研究技术的差异,人们对腐植酸促进植物生长机理的认识还不够系统和深入,因此,腐植酸的基本特征、影响腐植酸作用的主控因子、土壤-植物系统中腐植酸促进植物生长的主要途径和腐植酸对土壤功能性微生物等的影响都将成为未来研究的重要方向。