Genome-edited crops: how to move them from laboratory to market

Recent breakthroughs in CRISPR technology allow specific genome manipulation of almost all crops and have initiated a revolution in precision crop breeding. Rationally-based regulation and widespread public acceptance are needed to propel genome-edited crops from laboratory to market and to translate this innovative technology into agricultural productivity.     

不同温度下圆叶决明降解过程红壤可溶性氮及氮水解酶动态变化研究

为了探明圆叶决明（Chamaecrista rotundifolia）降解过程果园红壤供氮水平的变化规律，本研究采用模拟培养试验，研究15℃和25℃培养果园红壤硝态氮、铵态氮、可溶性总氮、可溶性有机氮含量的变化及脲酶、蛋白酶、天冬酰胺酶活性的变化。结果表明，圆叶决明降解过程果园红壤4种可溶性氮含量均显著提高，且在培养140 d达到最大值，25℃培养的效果更佳。其中，可溶性总氮、可溶性有机氮和硝态氮含量随时间的动态变化可用三次曲线方程来拟合。圆叶决明降解过程还能显著提高脲酶、蛋白酶和天冬酰胺酶的活性，其中蛋白酶活性和脲酶活性的变化可用指数方程和三次曲线方程来拟合。本研究认为圆叶决明降解过程可提高果园红壤可溶性氮含量，因此可通过翻压圆叶决明提高土壤的供氮水平。     

紫云英绿肥盛花期埋切翻压组合作业机设计与试验

为实现紫云英绿肥规模化种植区域的绿肥高效、低耗机械化翻压,基于前端埋切、后端翻压的结构配置思路,设计了一种无动力输入的紫云英绿肥盛花期埋切翻压组合作业机。对盛花期紫云英生物学特征及压切特性开展研究,进而设计了辊筒组件、前悬挂连接组件、栅条式翻转犁等主要工作部件;通过理论计算和力学分析,得到实现紫云英茎秆顺畅埋切的压切辊半径为305 mm、压切刀滑切角范围为34. 3°～55. 7°;采用水平直元线法设计了栅条式犁体曲面,推导得到导曲线抛物线方程,并绘制了犁体直元线角变化规律图。紫云英绿肥盛花期田间翻压试验结果表明:在机具作业速度为5. 8～6. 0 km/h条件下,茎秆切断长度合格率92%,耕宽稳定性变异系数3. 7%,耕深稳定性变异系数5. 6%,土垡破碎率85. 6%,植被翻压覆盖率98. 3%,试验指标均符合国家和行业标准要求。设计的埋切翻压组合作业机工作效率可达0. 67～1. 20 hm2/h,在翻压质量和组配方式上明显优于目前我国常用的畜力犁、铧式犁、旋耕机等翻压方式,具有很好的推广应用价值。     

基于EDEM的猪粪接触参数标定

为准确快速获得畜禽粪便的接触参数,该研究通过物理堆积试验与仿真方法对猪粪接触参数进行了标定。测定了不同含水率下猪粪的堆积角,建立了含水率与堆积角的回归方程;基于Hertz-Mindlin with JKR球体粘结模型,进行了离散元仿真模拟;采用筛选试验设计(Plackett-BurmanDesign,P-BD)对10个初始参数进行了筛选,发现JKR(Johnso-Kendall-Roberts)表面能、颗粒间滚动摩擦系数、颗粒间碰撞恢复系数对猪粪堆积角影响显著;并根据响应曲面试验设计(Box-BehnkenDesign,B-BD)建立了堆积角与显著性参数的二阶回归模型,得到了3个显著性参数值分别为JKR表面能0.03J/m~2、颗粒间滚动摩擦系数0.27、颗粒间碰撞恢复系数0.54;将仿真所得堆积角与物理试验值进行对比验证,相对误差为4.27%。结果表明,该研究提出的标定方法能准确模拟物理堆积试验,可为畜禽粪便接触参数的标定提供参考。     

稻草与牛粪混合腐解的最佳配比筛选

【目的】以腐殖质组成特征为评价依据,筛选稻草与牛粪混合腐解的最佳配比,为两类农业固体废弃物的资源化应用提供参考。【方法】以稻草和牛粪为材料,采用室内培养法,研究稻草与牛粪质量比为10∶0(Rs),9∶1(Rd1),7∶3(Rd2),5∶5(Rd3),3∶7(Rd4),1∶9(Rd5)和0∶10(Dm)混合腐解90 d,各处理水溶性物质(WSS)、可提取腐殖酸(HE)、胡敏酸(HA)、胡敏素(Hu)组分的有机碳含量(依次表述为C_(WSS)、C_(HE)、C_(HA)、C_(Hu)),以及胡敏酸碱溶液E_4/E_6、腐殖化系数(C_(HA)/C_(FA))的动态变化,筛选稻草与牛粪腐解的最佳配比。【结果】与0 d相比,在腐解完成(90 d)后,各处理C_(WSS)含量均有不同程度降低,相比于稻草,牛粪腐解后更易促进微生物对C_(WSS)的利用,使其下降86.2%;Rd2和Rd5处理使物料C_(HE)含量分别增加10.2%和28.6%,其余处理C_(HE)均有不同程度消耗;与0 d相比,腐解完成后,Rd1、Rd3和Dm处理均有助于C_(HA)的积累,其中牛粪腐解更易促进C_(HA)的形成,使其增加30.5%。在各处理下,物料HA分子均先发生降解、脂族化,而后逐渐缩合、芳香化,但HA分子结构仍趋于简单;在促进HA分子脂族化方面,Rd4处理的优势最大,而Dm处理更有利于HA结构的稳定。Rd3处理在促进腐殖质品质方面的贡献最大,其次为Rd1处理,Dm和Rs处理次之,但Rd2和Rd5处理不利于腐殖质品质的改善;Rs、Rd1、Rd2、Rd3和Rd4处理在腐解过程中更有利于C_(Hu)的分解,且Rd3处理的优势最大,使C_(Hu)含量下降91.0%,而牛粪比例≥90%更有助于C_(Hu)的累积。【结论】稻草与牛粪按照质量比5∶5混合腐解,易促进C_(Hu)的分解和C_(HA)的积累,利于腐殖质品质提升。     

养殖废弃物堆肥中抗生素和抗性基因的降解研究

抗生素的滥用及排放会造成细菌产生耐药性以及抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes, ARGs)的传播和扩散。畜禽粪便是导致环境中抗生素污染的主要来源之一。本文综述了四环素类、大环内酯类、喹诺酮类、β-内酰胺类、磺胺类和氨基糖苷类等在水土环境中广泛存在的抗生素及其环境残留水平和对动植物、微生物的影响,分析了当前利用堆肥技术降解畜禽粪便中抗生素和ARGs效果及机制的研究情况。总结得出,猪粪中抗生素残留量最高,其中四环素类残留量为1390~354 000 mg·kg^-1,磺胺类170.6~89 000 mg·kg^-1,氟喹诺酮类411.3~1 516.2 mg·kg^-1,硝基呋喃类85.1~158.1 mg·kg^-1,大环内酯类1.4~4.8 mg·kg^-1。堆肥对大部分抗生素具有好的降解效果,其中四环素类抗生素降解率为62.7%~99%,磺胺类为0~99.99%,对大环内酯类几乎可以完全降解,但是,堆肥无法降解喹诺酮类抗生素。养殖废弃物堆肥过程中,ARGs的降解情况同样因抗生素种类和堆肥方式而不同。已有的研究表明,除大环内酯类ARGs外,堆肥对其他ARGs均具有有效的降解效果,降解率为50.03%~100%。堆肥初期的优势菌门是厚壁菌门、放线菌门、变形菌门和拟杆菌门;堆肥结束后放线菌门成为最优势菌门。初始抗生素的浓度不影响堆肥结束时微生物的群落组成。温度和pH是影响抗生素降解的最主要因素,而ARGs的降解效果主要受温度影响。     

鸡粪除臭菌的分离筛选及除臭效果分析

以鸡粪堆肥为材料,筛选高效除臭菌株并构建复合菌系,为鸡粪的无害化处理提供具有除臭功能的菌种资源。首先,采用驯化富集法、平板稀释法、产气试验、除氨试验、除硫化氢试验以及纤维素降解试验筛选出鸡粪堆肥中的除臭菌;其次,通过16S rRNA基因测序鉴定菌株;最后,通过拮抗试验构建除臭菌系。研究分离得到5株具有除臭功能的菌株,分属于芽孢杆菌属(MS03,Bacillus sp.)、贝莱斯芽孢杆菌(MS07,Bacillus velezensis)、耐寒短杆菌(MS11,Brevibacterium frigoritolerans)、木糖葡萄球菌(MS42,Staphylococcus xylosus)和变异棒杆菌(MS82,Corynebacterium variabile)。复合菌系C2(MS03+MS07)和C4(MS03+MS82)的综合除臭率均高于60%,且明显高于单株菌株及其他复合菌系。研究表明,这两个由不同除臭菌组合而成的复合菌系在无害化处理鸡粪方面具有较大的潜力和应用前景。     

绿洲灌区玉米产量及水分利用对绿肥还田方式的响应

针对绿洲灌区小麦-玉米长期连作,麦后休闲期长、光热水资源利用效率不高等问题,研究麦后复种绿肥对轮作玉米产量及水分利用效率的影响有重要意义。在石羊河流域,于2017—2019年度通过田间试验研究了麦后复种绿肥的不同还田利用方式(全量翻压、地表覆盖免耕、地上部收获后根茬翻压、地上部收获后免耕和不复种绿肥传统翻耕对照)对后茬玉米产量形成和水分利用特征的影响。两年试验结果表明,绿肥地表覆盖免耕和全量翻压处理玉米籽粒产量平均达14 274.9kg·hm~(-2)和14 687.5kg·hm~(-2),较不复种绿肥翻耕处理(对照)显著提高18.2%和20.4%(P0.05)。绿肥地表覆盖免耕条件下,玉米穗数、穗粒数、百粒重分别较不复种绿肥翻耕处理(对照)平均高5.4%、9.6%、20.8%(P0.05),且较根茬还田处理(翻压、免耕)增幅显著。与此同时,绿肥地表覆盖免耕和全量翻压显著增加玉米叶面积指数、干物质累积量和平均净同化率。绿肥地表覆盖免耕处理水分利用效率平均达24.4kg·hm~(-2)·mm~(-1),较不复种绿肥翻耕处理(对照)显著提高29.9%(P0.05),该处理较不复种绿肥翻耕处理(对照)显著提高玉米播前土壤贮水量26.9%(P0.05),平均达280.7mm,且该条件下玉米全生育期耗水量显著低于其他绿肥还田处理。绿肥根茬还田处理(翻压、免耕)下,玉米平均水分利用效率分别较不复种绿肥翻耕处理显著高16.7%、16.0%(P0.05)。因此,在干旱绿洲灌区,麦后复种绿肥地表覆盖免耕获得玉米高产的同时,实现了水资源的高效利用。     

不同生态因子对荚果蕨生长和光合特性的影响

为研究荚果蕨抗逆性生理机制并且为荚果蕨栽培提供理论依据和参考,以荚果蕨为实验作物,利用盆栽法、光合作用测定仪、土壤农化分析方法研究了荚果蕨生长及光合特性对土壤质量含水量、有机肥料、光照强度等生态因子的响应机制。研究结果表明:荚果蕨幼苗对于水分胁迫具有一定的抗逆性,土壤质量含水量为田间持水量的70%~75%时荚果蕨叶片长度最大,净光合速率(Pn)与蒸腾速率(Tr)表现为随着土壤含水量的增加先上升后下降,水分利用效率(Ew)变化趋势与之相反;不同有机肥料间比较腐熟猪粪肥培肥效果较好,且在1500 kg/hm2施用量时效果达到峰值;各遮阳措施均有利于荚果蕨生长,实验处理为使用透光率为30%的遮阳网时荚果蕨叶片长度最佳。荚果蕨最适宜生长条件为:土壤质量含水量为田间持水量的70%~75%;施用腐熟猪粪肥1500 kg/hm2;遮阳措施透光率为30%。