An improved method for extraction of sorghum polymeric protein complexes

A method for fractionating sorghum proteins using extraction solvents and techniques designed to obtain polymeric protein structures (especially disulfide linked) was developed. Extraction and separation conditions were optimized in terms of completeness of protein extraction, sample stability, and analytical resolution. After pre-extraction of albumins and globulins, a 3-step sequential procedure involving no reducing agents was applied to ground whole sorghum flour. The three fractions obtained represented proportionally different protein polymer contents and molecular weight distribution as evidenced by comparative size exclusion chromatography. Protein composition also varied among the extracts with differences in kafirin composition and non-kafirin proteins detected in the fractions by RP-HPLC and SDS-PAGE analysis. The ability to quantify and further characterize sorghum polymeric protein complexes will be useful for additional studies linking protein structures with functionality and digestibility and variations for these properties within diverse sorghum germplasm.     

苗期甘蔗氮高效基因型评价指标的筛选

本研究通过低氮压力选择,筛选出甘蔗氮高效种质,分析影响甘蔗氮高效的重要指标,为甘蔗氮高效育种及栽培提供理论依据。以58份甘蔗种质资源为材料,在苗期采用正常供氮（2 mmol/L N）和低氮（0.2 mmol/L N）处理,分析甘蔗植株形态、干重及氮素在各器官中累积分配的特征。通过主成分分析方法筛选影响甘蔗氮高效利用的重要指标,通过聚类分析对58份种质进行聚类。结果表明,低氮（0.2 mmol/L N）处理可以明显从植物形态区分不同种质的氮利用差异,58份种质低氮条件下的干重范围为0.64~14.75 g/株,氮累积量为5.53~63.00 mg/株,氮利用率范围为115.40~279.30 g/g。对低氮压力下甘蔗干重及氮累积等25个指标进行主成分分析后,提取出4个主要成分,总贡献率为92.35%。通过高、低氮条件下与氮利用效率有关的氮转移系数及基因潜力等19个指标分析后提取出5个主成分,总贡献率为82.21%。影响甘蔗氮高效的重要指标有甘蔗的干重（全株、叶、根）、氮累积量（全株、叶、茎）、氮利用率（全株、叶）、叶的相对氮利用率、茎的基因潜力、茎的相对干物质量和茎的相对氮累积量。经聚类分析后初步将58份甘蔗种质分为氮高效基因型、偏氮高效基因型、偏氮低效基因型和氮低效基因型。     

秸秆还田与优化施氮改善烤烟根际土壤碳氮转化及氮素吸收

针对华南沙泥田烟区氮肥过量施用导致烟叶品质下降的问题,拟通过秸秆还田与氮肥优化配施调节烤烟各生育期氮吸收、根际土壤碳氮转化及相关酶的活性。试验采用随机区组设计,设水稻秸秆还田与氮肥两因素,其中3个碳（秸秆还田）水平：C0,无秸秆还田,0 kg/hm ²;C1,中量秸秆还田,4500 kg/hm ²;C2,全部秸秆还田,9000 kg/hm ²;2个氮水平：N1,传统施氮,169.50 kg/hm ²;N2,优化施氮,105.00 kg/hm ²。结果表明,与N1相比,N2处理秸秆还田下烤烟前期烟叶和根系氮吸收和累积正常,而后期有所下降;C1、C2处理时,与现蕾期相比,成熟期时根系氮含量均降低4.2 g/kg,叶片氮含量降低3.8、3.0 g/kg;成熟期时,与N1处理相比,N2处理时C1、C2处理的土壤无机氮含量降低30.4%、20.0%,前期2个氮处理间土壤无机氮含量无差异,优化施氮下中量秸秆还田（C1N2）处理烤烟土壤NH₄ ⁺-N含量在整个生育期内较高且呈降低趋势,而硝态氮和土壤无机氮含量在成熟期最低,表明中量秸秆还田下优化施氮能够维持生育前期土壤无机氮含量,且降低成熟期土壤无机氮含量。2个秸秆还田量处理时,团棵期N2处理的土壤转化酶活性是N1处理的1.30、1.13倍;旺长期土壤转化酶活性是N1处理的1.27、1.10倍;与传统施氮相比,秸秆还田下优化施氮处理增加了整个生育期土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性。在中量秸秆还田（C1）处理下,与N1水平相比,现蕾期和成熟期的N2处理土壤水溶性碳含量提高11.2%和14.1%;与N1相比,N2处理的土壤微生物量氮含量呈降低趋势。综上所述,优化施氮耦合中量秸秆还田（C1N2）能够提高土壤水溶性碳含量,维持土壤氮素合理供应,稳定烤烟生育前期对氮素吸收与累积,减少生育后期烟叶氮素奢侈吸收,与烤烟吸氮规律比较吻合。     

Analysis of the variations in dry matter yield and resource use efficiency of maize under different rates of nitrogen,phosphorous and water supply

Abstract

Increasing resources use efficiency in intensive cultivation systems of maize (Zea mays L.) can play an important role in increasing the production and sustainability of agricultural systems. The objectives of the present study were to evaluate DM yield and the efficiency of inputs uses under different levels of water, nitrogen (N) and phosphorus (P) in maize. Therefore, three levels of irrigation including 80 (ETc₈₀), 100 (ETc₁₀₀) and 120% (ETc₁₂₀) of crop evapotranspiration were considered as the main plots, and the factorial combination of three levels of zero (N₀), 200 (N₂₀₀) and 400 (N₄₀₀) kg N ha^?1 with three levels of zero (P₀), 100(P₁₀₀) and 200 (P₂₀₀) kg P ha^?1 was considered as the sub plots. The results showed that increasing the consumption of water and P was led to the reduction of N and P utilization efficiency, while RUE increased. WUE was also increased in response to application of N and P, but decreased when ET_C increased. DM yield under ETc₈₀ treatment reduced by 11 and 12%, respectively, compared to ETc₁₀₀ and ETc₁₂₀ which was due to reduction of cumulative absorbed radiation (R_abs(cum)) and RUE. Under these conditions, changes of stomatal conductance (gs) had little effect on DM yield. It was also found that N limitation caused 11 and 20% reduction in DM yield compared to N₂₀₀ and N₄₀₀, respectively. This yield reduction was mainly the result of decrease in RUE. By decreasing R_abs(cum), P deficiency also reduced DM yield by 5 and 9%, respectively, relative to P₁₀₀ and P₂₀₀ treatments.     

低温与氮耦合对水稻内源激素含量的影响

【目的】探究不同耐冷氮高效水稻材料内源激素代谢特点,以阐明氮营养对提高水稻耐冷性的调节机理。【方法】以水稻近等基因系耐冷氮高效I16和冷敏氮低效I67为材料,采用水培试验,研究人工气候室模拟低温胁迫与4个氮肥水平(10,20,40和60 mg/L)耦合对水稻根、叶中内源激素吲哚乙酸(IAA)、细胞分裂素(CTK)、赤霉素(GA)、脱落酸(ABA)含量的影响及其互作效应。【结果】随水稻生育进程,根和叶中IAA、CTK、GA含量呈先升高后降低的趋势,在开花期达到峰值,ABA含量在成熟期达峰值。水稻根和叶中IAA、CTK、GA含量随施氮水平增加而升高,ABA则相反;在相同施氮水平下,低温抑制IAA、CTK、GA合成,促进ABA升高,4种激素含量呈现I16高于I67,叶高于根。低温与中氮耦合对水稻根和叶中IAA、CTK、GA的调控为正效应,低温与高氮耦合调控ABA为负效应,中氮可使水稻维持较高内源激素含量,这是增强水稻耐冷性的内在机理之一。【结论】在低温和氮肥耦合下,维持根叶中较高的IAA、CTK、GA、ABA含量,以及施氮对根、叶激素耦合效应的差异,是引起水稻耐冷性和氮素利用效率差异的重要生理调节因素。     

低氮胁迫对谷子苗期性状的影响和耐低氮品种的筛选

筛选和培育耐低氮能力强的作物品种,是提高作物氮素利用效率,减少氮肥施用量,降低环境污染的有效措施。本研究以45份谷子品种为试材,采用水培的方法,在低氮(0.1mmol·L~(-1))和正常氮(5mmol·L~(-1))条件下,测定苗高、根长和根数等22个氮效率相关指标,采用综合耐低氮系数法以及基于主成分分析的隶属函数法评价参试谷子品种的耐低氮性。结果表明,与正常氮条件相比,低氮胁迫下,谷子苗期根长、根冠比、地上部氮素生理效率、地下部氮素生理效率、单株氮素生理效率有不同程度提高,其余17个指标都有不同程度降低。两种评价方法均根据45个谷子品种的耐低氮能力将其划分为强耐低氮型、耐低氮型、中间型、较敏感型和敏感型5类。筛选出耐低氮性较强的品种5份,编号分别为11、14、17、35和39。利用GGE双标图对品种-耐低氮相关指标的分析表明,编号39和14的耐低氮品种主要耐低氮性状为地下部干重、地下部鲜重、根长;编号为11、35和17的耐低氮品种主要耐低氮性状为地上部鲜重、叶片数、叶宽、叶长、单株氮累积量、地上部氮累积量、单株干质量、地上部干重、地下部氮累积量、根数、苗高和SPAD。可见不同谷子品种的耐低氮机制存在一定差异,研究结果可为谷子耐低氮品种的选育提供材料基础。     

基于分子生态学网络分析松嫩退化草地土壤微生物群落对施氮的响应

【目的】 氮素输入影响着全球草地生态系统的可持续性,关注施氮对土壤微生物群落的影响及其分子生态网络,为草地退化修复提供理论依据。【方法】 以松嫩退化羊草草地为研究对象,通过施氮和未施氮处理,利用高通量测序和随机矩阵网络构建理论构建土壤微生物群落分子生态网络。探讨氮素管理对退化羊草草地土壤微生物群落结构及网络的影响,氮添加条件下微生物网络结构中的关键微生物变化规律,以及该过程中微生物之间的互作关系,解析外源氮素添加条件下土壤细菌动态变化的关键结点和规律。【结果】 在门分类水平上施氮处理草地有细菌门22个,未施氮处理23个。7个菌门是施氮和未施氮处理草地的优势菌门,其中变形菌门（Proteobacteria）是含有OTU数量最多的门类,约占总序列的30.46%,酸杆菌门（Acidobacteria）是含有OTU数量次之的门类,约占总序列的30.15%,芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）是含有OTU数量第3的门类,约占总序列的8.14%,放线菌（Actinomycete）约占总序列的6.15%,绿弯菌门（Chloroflexi）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和硝化螺旋菌门（Nitrospirae）三者约占总序列的17.16%。施氮处理草地土壤微生物中的变形菌门、放线菌门、拟杆菌门的相对丰度均显著高于未施氮处理草地土壤（P<0.01）;未施氮草地土壤中绿弯菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门相对丰度显著高于施氮草地土壤（P<0.01）,其他各门细菌施氮与未施氮处理间未呈现出显著差异。表征网络的正向连接比、平均路径长度、平均聚类系数和模块性均为施氮处理显著低于未施氮处理（P<0.001）。在土壤的分子生态网络中,未施氮处理有16个模块枢纽（Zi>2.5,Pi≤0.62）,施氮处理有6个模块枢纽,均属于酸杆菌门、芽单胞菌门和放线菌门。施氮导致土壤微生物种间关系改变,进而改变土壤整体生态网络。【结论】 施氮降低了退化草地土壤网络结构的复杂程度和紧密性;降低了退化草地土壤中的酸杆菌门和绿弯菌门相对丰度,提高了变形菌门、放线菌门和芽单胞菌门相对丰度。土壤中微生物关键物种（OTU）由16个（未施氮）减少为6个,且二者土壤中均没有重叠OTU,这表明施氮调控微生物群落网络的关键物种,进而改变其分子生态网络结构。     

豆-禾混播草地中紫花苜蓿比例对其固氮效率的影响及潜在生理机制

【目的】 通过研究豆草比例对紫花苜蓿-羊草混播草地豆科植物生物固氮的影响及其生理生态机制,深化对混播群落结构和生物固氮功能关系的理解,辅助豆-禾混播草地的科学建植和管理,提高混播草地生物固氮和土壤肥力,提升草地资源生产和生态保障能力。【方法】 2017年5月,利用紫花苜蓿和羊草为试验材料,采取随机区组设计,于中国科学院长岭草地农牧生态研究站内建植不同豆草比例（紫花苜蓿占比为25%、50%、75%、100%）的紫花苜蓿-羊草混播草地,4次重复。建植一年后,通过样方取样法调查混播草地群落结构变化,测定紫花苜蓿叶片、枝条和根系生长发育、光合和水分等生理代谢特征,在测定根系结瘤特征基础上,采取¹⁵N同位素自然丰度法评估紫花苜蓿固氮效率,结合土壤水分动态监测,分析豆草比例对紫花苜蓿生物固氮的影响及其生理生态机制。【结果】 （1）混播草地建植一年后,对应25%、50%、75% 和100%设计的豆草混播比例,混播草地实际紫花苜蓿占比分别为11%、27%、53%和100%。（2）对比25%、75%和100%的初始豆草种植比例,50%的初始豆草比例下,生长季平均土壤水分含量分别增加了21.4%、36.4%和51.7%。（3）50%豆草种植比例下,紫花苜蓿植株有更大的枝条和根系生物量、叶片数量、叶片面积、叶片厚度和叶片生物量,上述指标最小值出现在100%的豆草播种比例。（4）50%豆草种植比例下,紫花苜蓿具有最大的光合速率,枝条和根系中淀粉含量最高,但枝条和根系中可溶性糖含量最低。（5）50%的初始豆草混播比例下,紫花苜蓿根瘤发育更完善,其生物固氮率较25%、75%和100%的豆草混播比例分别提高了13.5%、44.6%和79.2%。回归分析表明,随豆草比例变化,紫花苜蓿生物固氮效率与土壤含水量呈正相关。【结论】 紫花苜蓿-羊草混播草地中,紫花苜蓿生物固氮能力与豆草比例间存在非直线型变化关系。当初始豆草种植比例为50%时,紫花苜蓿生物固氮率最大。豆草比例驱动土壤水分变化,进而通过调控叶片发育和光合等途径改变了紫花苜蓿植株和根瘤发育,是其影响生物固氮的潜在机制。     

长江中下游冬油菜产区有机无机肥配施下减氮增效潜力分析

【目的】评估长江中下游冬油菜主产区化肥减施增效的潜力与区域适宜性,为该区域油菜产业减肥增效提供科学依据。【方法】于2018年在江苏（高淳）、湖南（安仁）、湖北（沙洋）、安徽（休宁和当涂）四省（共5个地点）布置以有机肥（M）用量（0、2 250 kg·hm^-2）和施氮（N）水平（0、90、135、180、225、270 kg·hm^-2）为控制因素的冬油菜田间试验,分析有机无机肥配施对油菜产量、化学氮肥利用率和经济效益的影响,并评估不同区域冬油菜最佳产量和施肥效益下适宜的有机无机配施技术模式及其减肥潜力。【结果】相比于单施化肥,增施有机肥显著提升油菜产量,增产幅度达7.7%—43.3%。以最高产量为目标,各试验点在增施有机肥的基础上推荐化肥氮施用量分别为：高淳195 kg·hm^-2,安仁199 kg·hm^-2,沙洋195 kg·hm^-2,休宁179 kg·hm^-2,当涂185 kg·hm^-2。通过模型拟合发现各试验点达到单施化肥最高产量时,有机肥施用可替代26.7%—45.9%的化肥氮投入,且随着土壤基础肥力提高,化肥氮减施潜力增加。不同有机肥用量下,油菜化学氮肥利用率均随施氮量的增加呈下降趋势,但有机无机配施能够有效提高各氮肥梯度下油菜的化学氮肥偏生产力和农学效率,各试验点化学氮肥偏生产力增幅为24.4%—53.0%,化学氮肥农学利用效率增幅为26.3%—89.9%。与不施氮处理（N₀）相比,安仁、休宁和当涂试验点在施用180 kg N·hm^-2并配施有机肥处理下增收效益最大,依次为8 915、10 358和6 569元/hm²;而高淳和沙洋试验点在单施化肥（225 kg N·hm^-2）处理下增收效益最大,分别为11 252、8 500元/hm²。【结论】长江中下游部分冬油菜产区采用有机无机肥配施技术可实现减化肥氮26.7%—45.9%的同时提高籽粒产量、化学氮肥利用率及氮肥或有机肥增收效益,实现减氮增效。     

无机碳源对零价铁介导的自养脱氮序批式反应器处理高氨氮废水的影响

无机碳源作为自养微生物的能量来源,是影响自养脱氮细菌富集的重要因素。文章通过添加不同量的KHCO3作为ZVI介导的自养脱氮体系中无机碳源,研究反应体系的脱氮效果影响趋势以及适宜的无机碳源添加量。结果如下:1)KHCO3作为无机碳源可以显著提高NH^+4-N去除率,KHCO3添加量越多,其NH^+4-N去除率越高。KHCO3添加量分别为2 g,1 g,0.5 g的SBR反应器R2,R1,R0.5的NH^+4-N去除率分别为98.39%,65.18%,44.56%,相较不添加KHCO3的R0分别提高86.5%,53.29%,32.67%。ZVI的添加会降低KHCO3对NH^+4-N氧化的促进作用。2)KHCO3可明显提高TIN去除效果,促进总氮脱除的高低顺序是R1>R0.5>R2,SBR反应器R2,R1,R0.5的平均TIN去除率分别为19.01%,32.04%,27.62%,相较于空白组R0分别提高了10.60%,23.63%,19.21%。3)KHCO3可中和硝化反应产生的H^+,对反应体系具有缓冲作用,可使微生物处于较适宜的酸碱环境中,更有利于反应器的稳定运行。4)适量的无机碳源KHCO3可以促进氨氧化细菌和厌氧氨氧化细菌的活性。该研究探讨了无机碳源在零价铁脱氮体系中的影响趋势,为铁型脱氮技术提供了理论支撑。