镉和模拟酸雨胁迫对苦楝幼苗镉含量及叶片抗氧化系统的影响

为探讨苦楝在重金属Cd和酸雨的单一及复合胁迫下的生理响应特征,采用人工配置土壤盆栽试验,研究不同浓度Cd(0、30、60、90、120、150、180 mg·kg^-1)和3个梯度模拟酸雨(pH值5.6、4.5、3.5)单一及复合处理对苦楝幼苗生物量、Cd含量及叶片保护性酶[超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)]活性和抗坏血酸-谷胱甘肽循环(AsA-GSH)的影响。结果表明,除低浓度Cd(≤30 mg·kg^-1)单一及其与pH值4.5酸雨复合处理对幼苗地上部、地下部生物量有促进作用外,其他处理均表现出抑制作用,其中复合处理对苦楝幼苗的抑制作用更明显,表现为叠加效应;单一Cd处理时,随着Cd浓度的增加,幼苗根、茎、叶中Cd含量逐渐升高,且根系大于茎叶,复合处理抑制了植物对Cd的积累,对叶片的抑制作用最强;Cd和酸雨单一及复合处理下叶片SOD、CAT和POD活性均有所增加,分别在60 mg·kg^-1 Cd、pH值5.6,60 mg·kg^-1 Cd、pH值4.5和90 mg·kg^-1Cd、pH值4.5时出现阈值;在AsA-GSH循环中,单一Cd处理下,AsA、GSH含量和抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性均随着Cd浓度的增加呈先上升后下降的趋势,单一酸雨处理对上述4个指标的影响不尽一致,而复合处理下上述指标在Cd浓度≤60 mg·kg^-1、pH值≥4.5时均能保持较高值,且随着胁迫程度的加深均出现了阈值。综上所述,苦楝对重金属Cd和酸雨胁迫具有一定的耐性,可在Cd浓度≤60 mg·kg^-1和pH值≥4.5的酸雨双重污染区域正常生长。本研究结果为土壤Cd污染的酸雨区域的修复植物筛选提供了理论基础和参考依据。     

硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾对土壤酶活性及桃幼树生长的影响

为探究硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾对桃树生长的效应,以盆栽一年生瑞蟠21号毛桃(Amygdalus persica Linn.)为试验材料,设置3种不同施肥方式(T1:硅钙钾镁;T2:硅钙钾镁+黄腐酸钾;CK:空白对照),在桃幼树生长季进行追肥处理,研究硅钙钾镁肥及硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾对土壤酶活性、土壤养分状况及桃幼树根系构型和植株生长的影响。结果表明,与CK相比,T1、T2均显著提高了桃幼树生长季各时期土壤酸性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶活性,以及土壤中碱解氮、有效磷、速效钾和有效硅等含量,且配施黄腐酸钾后作用更明显。与CK相比,T1、T2细根比重分别提高了11.2%和26.2%,根系活力分别提高了12.2%和18.1%,根系总长度分别增加了28.1%和61.9%,且有效延缓了根系衰老;T1、T2植株总干重分别提高了1.2倍和2.0倍,根冠比分别提高了9.4%和17.0%,且差异显著。与CK相比,T1、T2各器官中全氮、全磷、全钾含量均显著增加,地上部硅含量分别提高了61.3%和91.9%,地下部硅含量分别提高了62.3%和102.5%,且差异显著。同时,T1、T2桃幼树叶片叶绿素含量和净光合速率均显著提高。综上所述,硅钙钾镁肥可有效提高土壤酶活,促进桃幼树细根的生长,延缓根系衰老进程,增加氮、磷、钾、硅等营养元素积累量,提高叶片光合速率,促进植株生长;硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾后,提高了土壤有效硅及植株硅含量,比单施硅钙钾镁肥效果更加显著。本研究结果为桃树合理施用硅钙钾镁肥提供了理论依据。     

辐照协同甲酸分离油茶壳中纤维素、木质素和木糖的工艺研究

为了提高油菜壳木质纤维素分离效率,本试验以油茶壳为原料,研究不同辐照剂量(0、200、400、600、800 kGy)处理后其粉碎能耗、粒度分布和化学组分的变化,同时开展辐照协同甲酸分离油茶壳木质纤维素的工艺研究。结果表明,辐照处理后油茶壳粉碎能耗降低,粉碎后细颗粒样品所占比例增加,经400 kGy剂量辐照处理的油茶壳粉碎能耗比对照节约43.59%,800 kGy剂量辐照处理的油茶壳粉碎后粒径<0.075 mm的颗粒占比达到41.38%。辐照处理后油茶壳木质纤维素发生降解,水溶性组分、水溶性单糖、聚糖含量均增加。辐照协同甲酸分离油茶壳纤维素、木质素和木糖的最佳工艺为:辐照剂量400 kGy,反应温度100℃,反应时间3 h,在此条件下分离获得的油茶壳纤维素、木质素、木糖的提取率分别为89.94%、47.74%和96.37%,纤维素和木质素纯度分别为45.05%和91.92%。本研究结果对油茶壳木质纤维素全组分的高效分离和应用具有重要意义。     

连作植烟土壤具有显著积累特征的两种酚酸的化感效应评价

为科学评价连作植烟土壤中具有显著积累特征的两种酚酸的化感效应,丰富现有连作障碍机理,以烤烟品种K326为试验材料,基于前期田间实测结果设置不同浓度梯度(间苯三酚:0.20、1.00、5.00 mg·kg^-1,对羟基苯甲酸0.02、0.10、0.50 mg·kg^-1)进行盆栽试验。结果表明,两种酚酸物质均显著抑制了烤烟种子萌发。间苯三酚抑制了幼苗根系的生长,且浓度越大抑制作用越强;对羟基苯甲酸对幼苗根系生长的影响表现出“低促高抑”的浓度效应。随着间苯三酚浓度的增加,叶片超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性呈上升趋势,而过氧化物酶(POD)活性呈下降趋势;随着对羟基苯甲酸浓度的增加,叶片SOD、CAT和POD活性均呈先升后降趋势。此外,两种酚酸物质均降低了烤烟幼苗叶片叶绿素含量,增加了丙二醛(MDA)含量。随着处理时间的延长,胁迫作用趋势相同。由此可知,间苯三酚和对羟基苯甲酸不同程度地抑制了烤烟幼苗的生长,且存在浓度效应。间苯三酚表现为抑制作用,浓度越高抑制作用越强;对羟基苯甲酸浓度≤0.10 mg·kg^-1时表现为促进作用,>0.10 mg·kg^-1时表现为抑制作用。对羟基苯甲酸较间苯三酚具有更强的生物毒性。本研究可以丰富植烟土壤连作障碍机理,为今后连作障碍调控提供理论依据。     

不同林龄杉木林下套种阔叶树对土壤磷组分的影响

套种是杉木人工林经营的重要措施,磷是南方森林生态系统中主要限制性养分元素之一,但套种模式对土壤磷素的影响尚不明确。以亚热带杉木人工林表层(0-10 cm)土壤为对象,研究套种林(杉阔套种幼林、杉阔套种成熟林)和杉木幼林土壤理化性质和土壤各形态磷含量差异,分析套种对杉木人工林土壤磷含量的影响。结果表明:(1)不同套种林显著改变土壤总磷、土壤总无机磷、土壤总有机磷、土壤微生物生物量磷(MBP)和土壤酸性磷酸酶活性(APA),大小顺序均为杉阔套种成熟林>杉阔套种幼林>杉木幼林。(2)土壤各磷组分中活性磷含量较低,其中NaHCO3-Po在活性组分中占主导;土壤NaOH-Po是中等活性磷的主要组分,杉阔套种成熟林尤为显著;闭蓄态磷(Residual-P)在总磷含量中最高。(3)与杉木幼林相比,杉阔套种成熟林显著增加了树脂提取态磷(Resin-Pi)、碳酸氢钠提取态有机和无机磷(NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po)、氢氧化钠提取态有机和无机磷(NaOH-Pi、NaOH-Po)、氢氧化钠残留提取态有机磷(NaOHu.s-Po)、盐酸提取态磷(HCl-Pi)和闭蓄态磷(Residual-P)含量;土壤总无机磷、NaHCO3-Po、HCl-Pi、NaHCO3-Pi、NaOHu.s-Pi和Residual-P对杉阔套种幼林的响应不敏感。(4)除含水率外不同林龄下杉阔套种林土壤磷形态与土壤理化性质(土壤总碳氮、土壤可溶性有机氮、土壤微生物生物量磷、酸性磷酸酶)呈正相关性(P<0.05)。冗余分析表明,土壤磷组分的变化主要受MBP调控,且MBP与有机磷组分(NaOHu.s-Po、NaOH-Po)和HCI-Pi呈显著正相关。总之,套种林的土壤磷素有效性高于杉木幼林,土壤养分状况更佳。     

电渗析与酸淋洗模拟紫色土酸化的效果比较

为了比较电渗析与酸淋洗试验模拟紫色土酸化的效果,在重庆地区采集了不同pH(5.00和7.06)的2个紫色土,分别进行不同天数(1,2,5,7,10天)的电渗析和酸淋洗试验处理,并分析了试验处理前后土壤的酸度特征和交换性盐基成分含量变化。结果表明,在整个10天的淋溶处理过程中,2种紫色土的pH均无显著变化,说明紫色土具有一定的酸缓冲能力,短期的酸雨淋溶不能实现紫色土的严重酸化。而采用电渗析处理10天后,中性紫色土和酸性紫色土的pH分别降低3.4和1.1个单位。在整个电渗析处理过程中,土壤的交换性酸含量显著升高,盐基离子大量淋失。电渗析可以实现对紫色土的快速酸化处理。2种紫色土中,电渗析处理后中性紫色土的酸化程度大于酸性紫色土。这是由于中性紫色土的表面负电荷量更高,导致更多致酸离子吸附在土壤胶体表面,最终造成中性紫色土的酸化程度更加严重。因此,电渗析处理比酸雨淋溶处理对紫色土酸化效果更好,且可用于紫色土的酸化机理研究。进一步结合2种方法的技术可操作性,认为电渗析法是研究紫色土酸化问题的一种有效技术手段。     

Dynamics of nitrogen translocation from mature leaves to new shoots and related gene expression during spring shoots development in tea plants (Camellia sinensis L.)

The contribution of N remobilization is crucial for new shoots growth and quality formation during spring tea shoots development. However, the translocation mechanism of N from source leaves to sink young shoots is not well understood. In the present study, ¹⁵N urea was applied to mature tea leaves one week before bud break to track N remobilization in a field experiment. The dynamic changes in plant ¹⁵N abundance, contents of amino acids, and the expression levels of genes related to N metabolism and translocation were followed during the 18‐d development of new spring shoots until three expanding young leaves. The results showed that during the growth of new shoots the amount of ¹⁵N in the shoots increased, whereas the N_dff (N derived from ¹⁵N‐urea) in mature leaves decreased, showing that the foliar‐applied N in mature leaves was readily exported to new shoots. This process was found to be accompanied by decline of chlorophylls. In the mature leaves, expression CsATG18a and CsSAG12 involved in autophagy was dramatically induced (> 4‐fold) at approximately nine days after the bud breaking. The genes involved in the transformation of amino acids, including primarily CsGDH2, CsGDH4, CsGLT3, CsGS1;3, and CsASN2 were upregulated by > 3‐fold after bud breaking. The expression levels of CsATG8A, CsATG9, CsSAG12, CsGS1;1, CsGDH1, and CsAAP6 correlated negatively with the N_dff in mature leaves, but positively with ¹⁵N amount and total N amount in new shoots, suggesting these genes played important roles in N export from mature leaves. In the new shoots, the expression of most genes showed two defined peaks, one on six days and one on 12 days after bud breaking. The expression of CsGS2, CsASN3, CsGLT1, and CsAAP4 positively correlated with the ¹⁵N amount and total N amount in new shoots. These genes might be involved in the transport and re‐assimilation of N from mature leaves. The overall results demonstrated that the translocation of ¹⁵N from mature leaves to new spring shoots was regulated by the genes involved in autophagy, protein degradation, amino acid transformation and transport.     

水稻灌浆期穗颈瘟发生对产量及茎节代谢产物的影响

【目的】检测自然条件下稻瘟病感病品种茎节的代谢产物,从代谢物角度解析水稻品种感病和产量降低的原因,为粳稻品种感病机理研究和生态防控提供理论依据。【方法】以稻瘟病感病品种辽星1号和粳型恢复系C418为材料,灌浆期调查穗颈瘟发病率,同时采用气相色谱-质谱（GC-MS）非靶向代谢组学方法检测感病茎节和正常茎节的代谢产物,利用主成分分析（PCA）感病茎节与正常茎节之间代谢物组成,利用偏最小二乘法判别分析（PLS-DA）的变量权重值（VIP>1.0）进行两者之间差异代谢产物种类的筛选,比较两者糖类物质和氨基酸类物质的差异,从代谢物角度解析水稻品种产量降低的原因。成熟期进行结实率、千粒重、粒长、糙米率等产量和品质性状测定。【结果】辽星1号和C418穗颈瘟发病率分别为57.23%和82.94%。穗颈瘟显著降低一次枝梗整精米率、二次枝梗的结实率、千粒重、长宽比和整精米率,其他性状无显著差异。辽星1号和C418的茎节GC-MS检测均定性到358种代谢产物,感病茎节上调了73.46%和67.88%的代谢产物。PCA和PLS-DA分析可以将感病茎节和正常茎节的代谢产物清楚分开,辽星1号和C418的感病茎节和正常茎节之间具有明显不同的代谢产物表型,与正常茎节相比,辽星1号感病茎节诱导61种代谢产物相对含量显著变化,C418感病茎节诱导47种代谢产物相对含量显著变化,两个品种共有显著变化的代谢产物30种。其中,次生代谢产物香草酸、α-生育酚、脱氢抗坏血酸、三十烷醇、大豆苷元和N-乙酰-d-甘露糖胺的相对含量显著下调,辽星1号分别下调了87.03%、96.29%、77.95%、74.56%、86.48%和82.68%,C418分别下调了99.92%、99.68%、97.26%、86.67%、94.96%和76.74%。正常茎节中辽星1号这6种次生代谢产物的相对含量分别是C418的2.64、2.39、2.39、2.27、3.09和2.56倍;感病茎节上调了63.33%的糖类物质和68.42%的氨基酸类物质,糖类物质上调了1.02—17.92倍,氨基酸类物质上调了1.05—13.12倍,其中C418糖类物质上调的幅度更大。【结论】穗颈瘟发生显著改变了感病品种辽星1号和C418的茎节代谢产物组成,感病品种可能通过香草酸、α-生育酚、脱氢抗坏血酸、三十烷醇、大豆苷元和N-乙酰-d-甘露糖胺相对含量的变化调控茎节对稻瘟病的防御反应。感病茎节通过积累大量的糖类物质和氨基酸类物质,降低其向籽粒转运,抑制了产量形成。