药用植物金银花Dof基因家族的筛选及表达分析

Dof(DNA-binding one zinc finger)蛋白是一类植物所特有的转录因子,N-末端具有高度保守的C₂-C₂单锌指结构域,C-末端的转录调控区的氨基酸具有高度多样性,其在植物光合、细胞周期及逆境响应等过程中发挥着重要的作用。本研究基于金银花测序数据,利用生物信息学的方法筛选了候选的LjDof基因,并对其理化性质、亚细胞定位、同源序列比对、保守基序、系统进化发育和表达模式进行了深入分析。结果表明,金银花Dof转录因子家族包含11个基因,编码的氨基酸的个数为157~492,理论等电点为5.45~9.48,均为不稳定亲水性蛋白。亚细胞定位显示,LjDof基因都在细胞核中有定位,个别在其他部位也有定位。同源比对和Motif分析发现,11个LjDof基因都含有完整的C₂-C₂单锌指结构。系统进化发育分析表明,金银花Dof蛋白分为五个亚类。实时荧光定量PCR及表达模式分析表明,LjDof基因在金银花低温胁迫不同时间下有着不同的表达规律。本研究结果为进一步研究金银花Dof基因在逆境胁迫下的功能提供了理论基础。     

稳定碳、氮同位素在牛肉加工过程中的分馏效应

为了探究牛肉及副产物中稳定碳、氮同位素在加工过程中的变化规律,确证稳定碳、氮同位素在牛肉加工制品产地溯源中的稳定性和有效性。本试验通过对牛肉进行不同时间的水煮、烤制和油炸3种处理,其中水煮和烤制加工时间分别为5、10、15、20、25和30 min,油炸加工时间分别为1、2、3、4和5 min;采用元素分析仪-稳定同位素比率质谱仪(EA-IRMS)测定脱脂牛肉、粗脂肪及副产物中δ¹³C和δ¹⁵N值。结果表明,脱脂牛肉中δ¹³C值在水煮、烤制和油炸3种加工方式不同加工时间之间均无显著差异,水煮和烤制后粗脂肪中δ¹³C值无显著变化,油炸后的牛肉粗脂肪δ¹³C值主要受植物油的影响,加工方式及加工时间对其无显著影响;水煮脱脂牛肉δ¹⁵N值在加工25、30 min时与对照组牛肉存在显著差异,但平均差值仅为0.3‰~0.9‰。牛肉稳定碳、氮同位素在不同加工过程中分馏效应较小,可有效用于牛肉加工半成品及成品的原产地溯源。     

栽插和秸秆还田方式对水稻氮素吸收利用和产量的影响

【目的】秸秆还田方式影响土壤和肥料中养分的有效性,本研究通过比较不同还田方式下水稻产量、氮素吸收利用的差异,为水稻人工插秧和毯苗机插技术选择适宜的秸秆还田方式提供依据。【方法】本试验于2016-2018年在成都温江四川农业大学水稻研究所试验田进行,以籼型三系杂交稻F优498为试验材料,采用两因素裂区设计,主区为秸秆不还田(S0)、覆盖还田(S1)和翻埋还田(S2) 3种还田方式,副区为人工插秧(HT)和毯苗机插(MT) 2种栽插方式,氮肥用量为N 135 kg/hm^2,按基肥∶蘖肥∶促花肥∶保花肥=3∶3∶2∶2的比例施用。磷肥(过磷酸钙)用量为P2O5 90 kg/hm^2,作基肥一次施入;钾肥(氯化钾)用量为K2O 150 kg/hm^2,施用比例为基肥∶穗肥=7∶3。分别于分蘖盛期、拔节期、齐穗期和成熟期采集茎鞘、叶和穗样品测定干物重和氮含量,计算不同时期氮素积累、转运及氮素利用效率。【结果】秸秆还田方式对人工和机械插秧水稻产量、植株氮素积累及氮素利用具有显著影响。1)与S0相比,S1、S2处理提高了水稻产量,抑制了水稻分蘖盛期氮素积累,促进了拔节期至成熟期各器官及植株氮素积累,提高了植株氮含量,S1效果优于S2,且S1提高了氮素茎鞘转运量(44.1%)、茎鞘转运率(10.2%)、叶片转运量(23.5%)和穗氮增加幅度(21.2%),S2仅提高了氮素茎鞘转运量(24.7%)、茎鞘转运率(6.5%)和穗氮增加幅度(16.7%)。氮肥农学效率和氮素回收率表现为S1> S2,但S1、S2氮素的稻谷生产效率均有所降低。2)分蘖盛期至拔节期,HT处理的水稻各器官氮素积累、各时期植株氮素积累、氮素转运和产量均大于MT处理的,氮素回收率则显著低于MT处理的。秸秆还田方式对不同栽插方式氮素积累和转运的影响程度不一,分蘖盛期HT处理的氮素积累以S2处理最小,MT处理则以S1最小。两种栽插方式下拔节期至成熟期氮素积累和转运量、氮肥农学利用率及吸收利用率均以S1处理最大。【结论】从提高水稻产量和氮素利用率来看,人工插秧和毯苗机插均适宜采用小麦秸秆覆盖还田模式,并以覆盖还田结合人工插秧方式为最佳。     

稳定性氮肥减施对春玉米氮素吸收及土壤无机氮供应的影响

  【目的】  稳定性氮肥减量施用在玉米上表现出良好的稳产和增产效果，但缺乏针对不同土壤和气候条件下春玉米生产的推荐施用量。为此，我们在辽中、辽南地区春玉米上开展了稳定性氮肥一次性施用最佳用量试验。  【方法】  2017年在辽宁省沈阳市和海城市两地开展田间试验。供试稳定性氮肥中同时添加了脲酶抑制剂和硝化抑制剂。两个试验区均设置了不施氮处理 (CK)、普通尿素常规施氮量 (CK1) 和普通尿素减氮10%对照 (CK2)。沈阳试验区设置稳定性氮肥比其CK1 (244 kg/hm2) 分别减氮10%、15%、20% 3个处理 (S1、S2、S3)，海城试验区设置比其CK1 (217 kg/hm2) 分别减氮10%、15% 2个处理 (S1、S2)。采集玉米生长季内各生育时期的土壤样品和植株样品，测定土壤无机氮含量和植株不同部位养分含量，每个小区单独采收，记录产量。  【结果】  与CK1相比，稳定性氮肥能显著提高玉米产量 (P < 0.05)，且以减氮15%的S2处理肥效稳定，沈阳试验较CK1增产、增收幅度分别为7.5%、1795元/hm2，较CK2增产、增收幅度分别为11.1%、2808元/hm2；而海城试验产量与CK1没有显著区别，收入减少184元/hm2，与CK2相比，增产19.5%，增收2685元/hm2。与CK1相比，稳定性氮肥处理氮素表观利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力依次提高10.4%～12.4%、3.4%～6.2%和6.5%～10.8%；与CK2相比，分别提高10.2%～12.2%、3.3%～6.1%和3.3%～7.6%。与普通尿素相比，施用稳定性氮肥显著提高了玉米生育中后期植株氮素吸收强度，稳定性氮肥各处理氮素总积累量表现为S2 > S1 > S3 > CK1 > CK2。土壤无机氮含量主要在0—20、20—40 cm土层表现出较大差异，总体上稳定性氮肥处理 (S1、S2、S3) 耕层土壤无机氮含量在玉米生育前期 (苗期、拔节期) 低于普通尿素处理 (CK1、CK2)，在玉米生育中后期 (大喇叭口期至成熟期) 0—40 cm土层无机氮含量显著高于普通尿素处理，但总体上无机氮含量在0—40 cm土层中变化幅度较普通尿素处理平缓。  【结论】  稳定性氮肥减施可以维持或提高土壤无机氮含量。在沈阳试验点，稳定性尿素施氮量减少15％时，玉米的产量和经济效益、氮素累积总量和氮素表观利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力等都最高；而在海城试验点，由于普通尿素投入量相对较低，最佳稳定性尿素推荐量为减氮10%。     

基于产量反应的东北一季稻推荐施肥方法的可行性

  【目的】  推荐施肥是提高作物产量和肥料利用率的有效措施。基于产量反应的养分专家系统 (Nutrient Expert for Rice，NE) 易于操作，便于推广。通过大量田间试验，验证了其在东北一季稻上的应用效果。  【方法】  于2013—2018年在东北水稻主产区黑龙江省和吉林省共开展了115个田间试验，每个试验包括6个处理:1) 基于水稻养分专家系统推荐施肥处理 (NE)；2) 农民习惯施肥措施处理 (FP)；3) 基于测土配方施肥或当地农技部门推荐施肥的处理 (ST)；4)～6) 分别为基于NE的不施氮 (N)、不施磷 (P) 和不施钾 (K) 处理，用于计算养分利用率。水稻收获期调查产量，依据肥料成本，计算净效益和肥料利用率。  【结果】  NE、FP和ST处理间的水稻产量无显著差异 (P = 0.185)，但以NE处理的产量较高，平均为9068 kg/hm2，与FP和ST处理相比，分别增加了344和196 kg/hm2，其产量差随着NE系统不断优化趋于稳定。虽然NE处理的肥料成本 (TFC) 最高，但其净效益 (GRF) 比FP和ST处理分别高1043和537元/hm2，这部分效益都来自于产量的增量。养分回收率 (RE) 均以NE处理最高，与FP和ST处理相比，氮素回收率分别提高了3.3和2.3个百分点，磷素回收率分别提高了3.5和3.6个百分点，钾素回收率分别提高了7.3和4.6个百分点。与FP处理相比，NE处理的氮和磷的农学效率 (AE) 分别显著提高2.7 kg/kg (P = 0.022) 和4.1 kg/kg(P = 0.030)，3个处理的钾素农学效率无显著差异。肥料偏生产力 (PFP) 的大小与施肥量呈显著负相关，NE和ST处理N的偏生产力显著高于FP处理 (P = 0.004)，ST处理磷素偏生产力显著高于NE和FP处理 (P = 0.001)，但FP处理钾素偏生产力高于NE和ST处理，并与NE处理差异达到了显著水平 (P = 0.028)。  【结论】  与以常规测土施肥为基础的推荐施肥相比，基于产量反应的养分专家系统 (NE系统) 的推荐施肥量和比例更符合作物对养分的需求，在吉林和黑龙江两个省份的大田试验中均获得了相同或更高的水稻产量。由于NE系统无论是否进行土壤测试都可用来进行推荐施肥，因而是更加方便和可行的一季稻施肥推荐方法。     

冬小麦养分专家推荐施肥系统在长江流域的可行性研究

  【目的】  采用基于产量反应和农学效率的冬小麦养分专家系统的推荐施肥方法 (Nutrient Expert for wheat, NE)，在长江流域开展田间试验，并通过与该地农民习惯施肥方法的比较，确定该系统在长江流域冬小麦应用的可行性。  【方法】  2019年于长江流域的四川、云南、安徽、湖北、江苏和浙江6省共布置了50个冬小麦田间试验，每个试验包括5个处理:小麦养分专家系统推荐施肥处理 (NE)、农民习惯施肥处理 (FP)，以及基于NE处理的不施氮、不施磷和不施钾肥处理，从产量、经济效益、肥料利用率、氮损失和温室气体排放5个方面，比较了NE与FP的差异。  【结果】  与FP处理相比，NE处理显著降低了N、P₂O₅和K₂O施用量57、10和8 kg/hm2 (P < 0.001)，降幅分别达到了26.6%、13.3%和12.9%；小麦产量明显提高 (P < 0.001)，平均增产365 kg/hm2，增幅为7.9%；显著降低了肥料成本 (P < 0.001)，平均减少了429 元/hm2，降幅为20.9%；显著提高了经济效益，平均增加了1446 元/hm2，增幅为17.7%，且所有增加经济效益中有55.5%来自于产量的增加 (P < 0.001)。NE处理显著提高了长江流域冬小麦的肥料利用效率 (P < 0.001)，与FP处理相比，氮、磷和钾农学效率分别提高了6.5、8.3和8.6 kg/kg，增幅分别为67.7%、143.1%和159.3%；氮、磷和钾偏生产力分别增加了10.9、17.9和24.8 kg/kg，增幅分别为49.1%、28.8%和34.4%；氮、磷和钾回收率分别增加了15.3、11.9和27.2个百分点，增幅分别为52.9%、132.2%和87.7%。NE处理较FP处理显著增加了地上部氮素吸收量 (P < 0.001) ，且显著减少了氮素损失 (P < 0.001)，地上部氮素吸收量平均增加了3.0 kg/hm2，增幅为2.5%；活性氮损失强度平均减少N 4.0 kg/t，降幅为37.7%；N₂O总排放量平均减少了0.7 kg/hm2，降幅为28.0%；温室气体排放强度平均减少CO₂ eq 308.4 kg/t，降幅为36.5%。  【结论】  在长江流域冬小麦生产中，采用基于小麦产量反应和农学效率的NE推荐施肥方法，可较农民习惯施肥 (FP) 平均分别降低26.6%、13.3%和12.9%的氮磷钾肥施用量，同时提高冬小麦产量7.9%，显著提高经济效益和肥料利用率，并有效地降低活性氮损失强度和温室气体排放量，适用于我国长江流域冬小麦的推荐施肥。     

不同有机肥对植烟红壤真菌群落结构及功能的影响

  【目的】  研究植烟土壤中与养分循环相关的真菌群落结构和功能类群对不同有机肥施用的响应，为指导烤烟合理施肥、减缓连作障碍和土传病害提供科学依据。  【方法】  选择烤烟品种‘云烟87’为供试作物，以当地农业废弃物为原料堆制有机肥，设置6个处理:单施化肥 (CK)、鸡粪有机肥 (T1)、芝麻饼肥 (T2)、菜籽饼肥 (T3)、牛粪 (T4)、稻草 (T5)，所有处理氮磷钾总量和比例用化肥调整为一致。随机区组田间试验，每个处理3次重复。采用高通量测序结合FUNGuild分析方法，测定分析烟草不同生长阶段各处理的土壤真菌群落结构、多样性、组成及群落功能。  【结果】  结合UPGMA聚类分析和主坐标分析 (PCoA) 发现，相比T2和T3处理，T5、T4和T1处理在烟草旺长期对土壤真菌群落结构的影响较大；成熟期T2与T3处理对土壤真菌群落结构的影响逐渐增大，且超过T4和T5处理。相比CK，T2、T3及T5处理中腐生营养型真菌比例分别显著提高了262.0%、64.0%和198.0%。其中T5处理土壤中腐生营养型真菌所占比例超过病理营养型真菌，成为其主要优势菌群；T1、T2及T4处理的土壤共生营养型真菌分别显著增加了80.0%、320.0%和85.71%。T1、T2和T4处理分别提高了土壤中植物病原菌Monographella (408.98%)、Microidium (93.63%)、Gibberella (559.22%) 的相对丰度。  【结论】  相比单施化肥处理，有机肥会导致土壤真菌群落结构发生变化，且不同有机肥的影响程度和时期均不同，其主要是增加了土壤腐生营养型真菌的比例，更有利于土壤生态系统的稳定和健康。5种供试有机肥处理中，稻草配施化肥最有利于降低长期烟稻轮作的土传病害风险，提高土壤肥力，鸡粪和菜籽饼次之；芝麻饼和牛粪在提高腐生营养型和共生营养型真菌比例的同时，也会增加烟稻轮作体系中水稻赤霉病及烟草根腐病风险。     

微咸水滴灌条件下沙穴种植的土壤水盐二维空间分布规律

河套灌区重度盐碱土具有结构性差、导水率低的特点,且该地区淡水资源短缺,为提高土壤水入渗性能,合理开发利用微咸水资源,可在滴头下方设置沙穴并利用微咸水灌溉。为探明不同矿化度微咸水滴灌的沙穴种植条件下二维土壤水盐分布规律,采用室内50 cm×50 cm二维土槽模拟试验,设置蒸馏水(0 g/L),2.0,3.0,4.0 g/L 4种不同矿化度处理,试验历时100 h。结果表明:在深度5 cm距滴头两侧15~20 cm及滴头下方25 cm的盐碱土处,土壤含水量较高,沙土土壤含水率随着矿化度的增加而增加,盐碱土土壤含水率随着矿化度的增加呈现先增加后降低的趋势,采用3.0 g/L灌溉水滴灌时,盐碱土含水率最大(变异系数为7.64%),说明利用3.0 g/L微咸水灌溉可有效提高沙穴种植条件下土壤含水率;入渗100 h后盐分主要聚集在滴头下方25~30 cm处,沙穴结构试验中,灌溉水矿化度为4.0 g/L的情况下土壤平均电导率最大(变异系数为50.59%),水平方向盐分淋洗效果优于垂直方向,且灌溉水矿化度越低,淋洗效果越显著,蒸馏水处理脱盐率为13.99%,灌溉水矿化度为2.0,3.0,4.0 g/L时积盐率分别为7.93%,14.57%,30.05%,脱盐半径随矿化度的增大而减小,3.0 g/L与2.0 g/L积盐量差异不显著(P=0.460>0.05),与4.0 g/L处理下积盐量差异显著(P=0.024<0.05)。结合土壤水盐空间分布规律,利用3.0 g/L微咸水可提高盐碱土土壤含水率,控制沙穴种植结构土壤积盐量,提高根系层土壤保水性。     

行距比例及密度对绿洲灌区玉米水分利用效率的互作效应

探究是否可以将行距比例和种植密度集成于同一作物生产系统中来提高作物产量,增加水分利用效率。以玉米"五谷568"为研究材料,于2017—2018年进行大田试验,设7∶3(L_1,宽行56 cm∶窄行24 cm),6∶4 (L_2,宽行48 cm∶窄行32 cm),5∶5(L_3,等行距40 cm) 3个行距比例水平,82 500株/hm~2(D_1)、90 000株/hm~2(D_2)、97 500株/hm~2(D_3)、105 000株/hm~2(D_4)、112 500株/hm~2(D_5) 5个种植密度,探讨不同行距比例及密度处理对玉米的耗水特征、产量及水分利用效率的影响。结果表明,L1行距比例可有效降低玉米耗水量,但会增加棵间蒸发,对E/ET影响不显著,其中2017年L_1较L_3能有效降低耗水量11.9%,2018年无显著差异;此外与传统行距比例相比,L_1行距比例具有增产优势,玉米增产5.2%～10.5%,提高水分利用效率6.5%～8.7%。密度间比较,D_3密度较传统密度D_1能有效降低耗水量、棵间蒸发量以及E/ET,对玉米增产及水分利用效率的提高有促进作用;其中D_3密度较传统密度D_1耗水量降低13.3%,2018年差异不显著;棵间蒸发量减小7.1%～7.2%;E/ET减小6.8%～19.2%;玉米增产7.5%～17.1%;水分利用效率提高23.9%～46.2%。2年L_1D_3较传统处理L_3D_1耗水量降低12.8%～30.6%;棵间蒸发量降低8.5%～10.4%;E/ET降低7.3%～7.5%;玉米产量增加7.7%～25.5%;水分利用效率提高36.0%～41.2%。因此,在河西绿洲灌区,7∶3(L_1,宽行56 cm∶窄行24 cm)行距比例结合97 500株/hm~2(D_3)种植密度可有效增加玉米产量,提高玉米水分利用效率。     

基于农牧户视角的荒漠化治理中退牧还草技术综合评价——以内蒙古鄂托克旗为例

农牧户作为退牧还草技术的实施者和重要利益相关者,其对技术的感知度和认可度对于调整和完善退牧还草技术具有重要的现实意义。本文以草地荒漠化典型区域——内蒙古鄂托克旗为例,采用主观层次分析法和客观熵权法相结合的方法,构建包括技术成熟度、技术应用难度、技术相宜性、技术效益和技术推广潜力5个方面的退牧还草技术综合评价指标体系,基于农牧户视角对内蒙古鄂托克旗退牧还草技术进行综合评价。结果表明:1)基于农牧户视角的鄂托克旗退牧还草技术综合评价结果为0.469 8,说明农牧户对于退牧还草技术的综合评价处于中等水平,技术满意度一般,技术可持续性较弱。具体表现为农牧户对于技术自身的草地生态系统退化修复功能持以肯定态度,生态效益评价较高;而对于经济效益和技术可持续性评价较低。2)分项退牧还草技术评价结果由高到低的排序为:技术相宜性、技术效益、技术成熟度、技术应用难度、技术推广潜力。3)分区域研究得出,鄂托克旗退牧还草技术综合评价的区域差异性较小。因此,退牧还草技术的综合评价结果能够反映农牧户对于该项技术的满意程度,为退牧还草技术的持续有效实施提供参考。