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.     

油菜生长过程对核桃凋落叶化感作用的响应

为研究农作物白菜型油菜生长过程对核桃凋落叶化感作用的生理响应，采用盆栽试验，通过设置空白对照CK（不添加凋落叶）和3个凋落叶添加剂量水平:L₆₀（60 g·盆^-1）、L₁₂₀（120 g·盆^-1）和L₁₈₀（180 g·盆^-1），测定盆栽油菜生长中后期的营养生长、生殖生长及生理响应相关指标。结果表明:1）核桃凋落叶分解对油菜中期营养生长（地径、株高）有显著抑制，在后期得到明显减弱，可仍对后期油菜生殖生长（开花性状、结实性状和产量）产生抑制影响；但这种抑制效应不会影响油菜结实种子的萌发。2）油菜生长中期（100 d），随核桃凋落叶剂量增大，油菜叶片中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性逐步增强，过氧化物酶（POD）活性无显著变化；丙二醛（MDA）含量仅在L₁₈₀处理下显著>CK（P＜0.05），可溶性糖（SS）含量逐步增加，而可溶性蛋白（SP）含量呈逐步下降；到油菜生长后期（140 d）时，各处理下油菜POD、CAT的活性和SS、SP的含量均逐步下降，MDA含量均显著P<0.05）。3）各核桃凋落叶处理对油菜叶片各类叶绿素均有明显抑制作用,随凋落叶添加量增加，油菜叶片净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）和胞间CO₂浓度（C_i）呈先降后增的趋势。综上所述，核桃凋落叶经土壤分解对油菜中后期生长造成强烈的化感胁迫，其主要通过对油菜的细胞膜造成过氧化伤害，使叶绿素合成受到抑制，光合作用受到影响，进而妨碍其生长及产量品质的形成。     

人工模拟增雨对油蒿种子形态性状和比叶面积的影响

【目的】研究油蒿的种子大小和比叶面积对不同增雨处理的响应,探明两者之间的关系,以期揭示油蒿植物功能性状对降水量变化的响应机制和演变趋势。【方法】根据内蒙古磴口县多年平均降水量,在植物生长季5—9月设计4个增雨梯度(25%,50%,75%和100%),对天然油蒿灌丛进行增雨试验,利用Winseedle种子和针叶图象分析软件系统,对比了油蒿种子表型形态特征和比叶面积对降水增多的响应,同时通过相关分析研究了油蒿种子大小与比叶面积的关系。【结果】不同增雨量对油蒿种子长度、宽度、体积、表面积及千粒重均有显著影响,在100%增雨处理下种子各性状指标达到最小值,其中种子宽度、体积、表面积与增雨量呈极显著负相关(P<0.01)。种子长度和千粒重与增雨量呈显著负相关(P<0.05),种子长宽比与增雨量的相关性不显著(P>0.05)。不同增雨量对油蒿比叶面积的影响差异性显著(P<0.05),且随着雨量的增加,比叶面积不断增大。种子大小与比叶面积呈负相关关系,但均未达到显著水平(P>0.05)。【结论】降水增加后油蒿种子会先增加后减小来适应环境变化,通过油蒿种子、比叶面积两大植物功能性状组合对增雨量处理响应的研究体现了荒漠植物应对未来气候变化的生存策略和适应机制。     

大丽轮枝孢激活蛋白对小麦旗叶面积及其光合特性和籽粒产量的影响

为明确大丽轮枝孢激活蛋白（Verticillium Dahliae Asp-f2 Like，简称VDAL）对冬小麦旗叶面积、花后光合特性及籽粒产量的影响，于2017-2018和2018-2019年两个小麦生长季，以强筋冬小麦品种藁优2018为材料，在河北藁城设置大丽轮枝孢激活蛋白种子包衣，并在大田条件下设置春三叶（倒四叶）露尖（S3）、春四叶（倒三叶）露尖（S4）、春五叶（倒二叶）露尖（S5）、春六叶（旗叶）露尖（S6）以及孕穗期（SB）叶面喷施VDAL和全生育期不喷施VDAL（S0）6个处理，以不包衣且不喷施为对照（CK），分析了VDAL对小麦旗叶面积、花后光合特性和产量的影响。结果表明，S4和S5处理显著（P＜0.05）增加了旗叶的长或宽，从而增大了叶面积。S4、S5和S6处理可以维持旗叶花后较高水平的净光合速率。各喷施处理的籽粒产量均有不同程度的提高，与CK相比，两年间S4处理的籽粒产量均显著（P＜0.05）提高，2018-2019年，S5处理的穗粒数和籽粒产量也显著（P＜0.05）提高。综上，采用VDAL种子包衣，并于春生4~5叶龄喷施VDAL，可以增加旗叶面积和旗叶花后净光合速率，提高穗粒数和千粒重，从而达到增加产量的目的。     

草坪草屑的加工与利用

我国每年修剪草坪产生大量的草坪草屑,对草坪草屑的加工利用,可以对我国能源、饲料、肥料及蛋白资源的短缺起到一定的缓解作用,因此如何对草坪草屑进行合理利用已成为一项重要的研究课题。本文综述了草坪草屑能源化、饲料化、肥料化和深加工4种利用方式,详细介绍了草坪草屑在发酵生产能源、饲喂家畜、堆肥还坪以及加工叶蛋白等方面的研究进展,指出禾本科草坪草屑和豆科草坪草屑应采用不同的处理方式,对各加工方式的投入和产出也应进行进一步的量化核算,同时总结并展望了草坪草屑利用方式的发展前景。     

脐橙叶片矿质营养元素含量的分区分布特征

为揭示矿质营养元素在脐橙叶中分区分布特征,以枳砧和枳橙砧纽荷尔脐橙为对象,测定新叶和老叶的叶尖、叶缘、中部、叶基和翼叶等5个分区中10种元素(N、P、K、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn和B)的含量,并分析各分区离子组成的差异。主成分分析显示,第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)分别解释了总变量的43.4%和21.1%,明确区分了新叶和老叶,大致区分了叶不同分区,发现新叶翼叶与其他分区具有明显差异,而老叶本叶各分区的离散程度明显大于新叶本叶各分区。两种砧木脐橙新叶中钾含量分布表现为翼叶叶基中部叶缘≈叶尖,镁含量表现为叶尖≈叶缘中部叶基翼叶;两种砧木脐橙老叶中锰含量表现为叶尖≈叶缘中部叶基翼叶,硼含量表现为叶尖叶缘中部叶基翼叶。N、P、B在新叶本叶各分区以及P、Ca在老叶本叶各分区间含量都没有显著差异。枳砧脐橙新叶翼叶Mn、Cu和Zn的含量与叶片其他分区没有显著差异,而枳橙砧脐橙新叶翼叶Mn、Cu和Zn的含量都分别显著低于叶片其他分区。结果表明,不同元素叶片分区分布特征存在明显差异,翼叶的元素含量和离子组成与叶片其他分区差异明显。     

黑果枸杞茎叶生长及其生态化学计量特征对灌水施肥的响应

在石羊河中游田间条件下,通过灌水和施肥调节黑果枸杞生长。测定不同时期黑果枸杞茎、叶生长量及其化学计量学特征变化,分析器官水平生长速率与化学计量学特征的关系,验证生态化学计量学理论"生长速率假说"。灌水施肥显著促进了茎长、基径和叶片长、宽及叶干重的生长(P<0.05),而茎长、基径、叶面积和叶干重的相对生长速率与对照之间无显著差异。各处理下黑果枸杞新梢C含量及C∶N、C∶P随生育期进程呈增加趋势,而N、P及N∶P呈降低趋势;灌水和施肥处理后茎C含量及C∶N、C∶P、N∶P低于对照,茎N、P含量高于对照。各处理叶片C、N、P含量在生育期内呈降低趋势,而C∶N、C∶P及N∶P呈增加趋势;灌水和施肥后叶片C含量及C∶N、C∶P、N∶P低于对照,叶片N、P含量高于对照。茎C含量及C∶N、C∶P显著高于叶片(P<0.05),而N、P含量及N∶P显著低于叶片(P<0.05)。生长速率假说认为,生物个体的生长速率与体内的N∶P、C∶P具有负相关关系,与N、P含量呈显著的正相关关系。各处理黑果枸杞茎、叶的生长速率与其N、P含量及C∶P、N∶P总体相关性不显著。表明施肥灌水调节下黑果枸杞茎叶生长及化学计量学特征不支持生长速率假说。     

不同番茄材料黄化曲叶病毒病抗性评价及抗性基因检测

以15份自育的无限生长型番茄材料为试材，抗番茄黄化曲叶病毒（Tomato yellow leaf curl virus,TYLCV）品种‘齐达利’和感病品种‘Money Maker’(MM)为对照，采用苗期农杆菌接种法，研究接种黄化曲叶病毒后的病情指数，幼苗叶片防御酶活性的变化，不同基因型番茄材料的抗性水平。结果表明：853、857、867表现为免疫；817、842表现为高抗；805、818、819、820、841表现为中抗；801、802、803、822为感病。853、857、867的防御酶(PAL、PPO、POD)活性在发病初期均达到峰值，且整体高于其他接种材料，其他接种材料酶活性峰值则出现较晚。含抗性基因的接种材料均表现出不同程度的抗性，含有纯合 Ty-1和 Ty-3基因的853、857、867对 TYLCV抗性更高。经综合评价，853、857、867可作为抗番茄黄化曲叶病毒病的优良番茄材料，817、842可作为备选材料。