Evaluating and modeling the spatiotemporal pattern of regional-scale salinized land expansion in highly sensitive shoreline landscape of southeastern Iran

Taking an area of about 2.3×10⁴ km² of southeastern Iran, this study aims to detect and predict regional-scale salt-affected lands. Three sets of Landsat images, each set containing 4 images for 1986, 2000, and 2015 were acquired as the main source of data. Radiometric, atmospheric and cutline blending methods were used to improve the quality of images and help better classify salinized land areas under the support vector machine method. A set of landscape metrics was also employed to detect the spatial pattern of salinized land expansion from 1986 to 2015. Four factors including distance to sea, distance to sea water channels, slope, and elevation were identified as the main contributing factors to land salinization. These factors were then integrated using the multi-criteria evaluation (MCE) procedure to generate land sensitivity map to salinization and also to calibrate the cellular-automata (CA) Markov chain (CA-Markov) model for simulation of salt-affected lands up to 2030, 2040 and 2050. The results of this study showed a dramatic dispersive expansion of salinized land from 7.7 % to 12.7% of the total study area from 1986 to 2015. The majority of areas prone to salinization and the highest sensitivity of land to salinization was found to be in the southeastern parts of the region. The result of the MCE-informed CA-Markov model revealed that 20.3% of the study area is likely to be converted to salinized lands by 2050. The findings of this research provided a view of the magnitude and direction of salinized land expansion in a past-to-future time period which should be considered in future land development strategies.     

植物根围促生细菌菌剂增强玉米干旱耐受性研究

选用植物根围促生细菌(PGPR)菌剂BBS处理玉米幼苗,研究干旱胁迫下玉米幼苗叶片相关生理特性及基因表达差异。结果表明,干旱胁迫15 d后,BBS处理组玉米幼苗的萎蔫程度显著低于对照组;处理组植株叶片MDA含量仅为对照组的74.35%,叶片脯氨酸和可溶性糖含量分别是对照组的3.39倍和1.07倍;处理组植株叶片ZmP5CS1的表达水平及SOD活性均显著高于对照组;BBS处理组植株叶片在干旱胁迫过程中一直保持较低的H_2O_2含量。研究得出,BBS处理能够有效减缓干旱胁迫对玉米幼苗造成的伤害,进而加速正常浇水后的恢复。处理组植株叶片NCED1和ZmDREB2.7的高水平表达也表明干旱胁迫下玉米幼苗与BBS的互作过程可能有依赖ABA信号途径及不依赖ABA信号途径的共同参与。     

不同基因型玉米杂交种大喇叭口期的耐盐性

以25个不同基因型玉米品种为试验材料,在宁夏银北盐碱地(土壤含盐量为2.337~6.935 g·kg~(-1)),通过测定不同品种大喇叭口期的表型性状和生理生化指标进行耐盐性鉴定,并利用主成分分析和模糊隶属函数法对不同基因型玉米品种的耐盐性强弱进行综合评价。结果表明:随着盐胁迫程度的增加,不同玉米品种的株高、茎粗、相对叶绿素含量(SPAD值)均明显降低;轻度胁迫(土壤含盐量为2.337 g·kg~(-1))时,株高、茎粗、SPAD三者之间均呈极显著正相关;严重胁迫(土壤含盐量为6.935 g·kg~(-1))时,茎粗、SPAD值、冠层温度三者之间均呈显著正相关,冠层温度与超氧化物歧化酶(SOD)呈显著负相关,膜透性与SOD呈极显著正相关,其它各农艺性状与生理指标间均没有达到显著相关。不同基因型玉米品种的耐盐碱能力根据综合评价值(D值)大小来评价,将耐盐碱性分为四级:宁3-2/1528、A3高/1519为A类的玉米材料,其D值0.8,代表强耐盐性的品种;B类的玉米材料有6份,其0.6D值0.8,代表较耐盐性的品种;C类的玉米材料有12份,其由0.4D值0.6,代表弱耐盐性的品种;D类的玉米材料有5份,分别为H242/1522、北21/1522、A18/1506、A49/1528、TY1,其D值0.4,代表盐敏感性品种。     

盐基离子对土壤持水及收缩特性的影响

不同盐离子对土壤持水能力具有不同程度影响,且在土壤水分特征曲线测定过程中,土体随失水发生收缩和开裂。在已获取研究成果基础上进行扩展,进一步探索8种低浓度盐离子(K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl~-、HCO_3~-、CO_3~(2-)、SO_4~(2-))对土壤持水能力和收缩特征的影响。选取陕西粉黏壤土并分别采用含有此8种离子的盐溶液(浓度均约为1 g·L~(-1))对土样进行饱和处理,以无盐离子处理作为对照(CK);采用离心机法获取土壤水分特征曲线,使用游标卡尺测定离心过程中的土体轴向沉降高度,编写MATLAB程序对裂缝图像提取裂隙度量指标,据此对各处理土壤持水能力和收缩特征进行对比分析及评价。结果发现,在此浓度条件下:(1)K~+、Na~+及4种阴性盐离子在一定程度上均可提高土壤持水能力,且阴阳盐离子中CO_3~(2-)和K~+效果最显著,分别较CK提高35.81%和3.68%;(2)Mg~(2+)、SO_4~(2-)和CO_3~(2-)有利于减小土体轴向收缩度,且阴阳盐离子的作用效果分别表现为HCO_3~-Cl~-SO_4~(2-)CO_3~(2-)和Na~+K~+Ca~(2+)Mg~(2+);(3)Na~+、Mg~(2+)及4种阴性盐离子在一定程度上均有利于减轻土壤开裂程度,可同时减小土壤裂隙总长度、总面积以及长度密度和面积密度,且阴阳盐离子中CO_3~(2-)和Na~+效果最显著。研究可为不同类型盐碱土壤持水能力评价及其干缩开裂机理认知提供理论指导。     

不同根瘤菌菌株对盐胁迫下甘农9号苜蓿生长及生理特性的影响

以已筛选的与甘农9号苜蓿匹配效果较好的5株根瘤菌株为研究对象,研究不同浓度NaCl(0、0.4%、0.8%、1.2%)胁迫下,不同根瘤菌株对甘农9号苜蓿生长及生理特性的影响。研究结果表明,在非接菌情况下,随NaCl浓度提高,对苜蓿的生长抑制作用增大,而接菌以后,不同菌株均通过其固氮作用、根瘤菌与苜蓿共生对其生长及生理应答特性的改变来提高苜蓿抗盐胁迫的能力。但是不同菌株与苜蓿匹配对盐的耐受程度不一。经隶属函数综合分析表明,非盐胁迫下,接菌后,对苜蓿生长及生理特性影响较明显的菌株是Da99、DL58及QL31B,而菌株Ga66、Wa32与对照比较差异不显著;在不同盐胁迫处理下,所有菌株相比对照都明显促进苜蓿的生长及提高其抗盐性。在0.4%盐浓度下与甘农9号苜蓿匹配效应最好的菌种是Ga66、QL31B,其隶属函数值较对照分别提高了53.8%和58.6%;在0.8%盐浓度下所有参试菌株均与甘农9号苜蓿匹配效应较好;在1.2%盐浓度下与甘农9号苜蓿匹配效应最好的菌种是Ga66、QL31B;在任何盐浓度下与甘农9号苜蓿匹配效应均好的菌种是QL31B。     

两种基因型菊芋幼苗对盐胁迫的生长及生理响应

采用盆栽方法研究不同浓度(2‰,4‰,6‰)中性复合盐对具有不同遗传背景的两种基因型菊芋幼苗(LZJ028有性繁殖能力强且营养品质高;LZJ017块茎产量高)生长和光合等生理特性的影响,探究不同遗传背景菊芋幼苗对盐胁迫的响应差异。结果表明:(1)当盐浓度为4‰和6‰时,两种基因型菊芋幼苗的株高、叶面积、冠幅和地上部分干物质和鲜物质积累(与对照相比)均下降,LZJ028基径、叶面积和地上部分干、鲜物质积累下降幅度(4.24%和6.26%,14.82%和29.67%,8.51%和19.68%,7.62%和22.38%)均显著低于LZJ017的降幅(9.78%和29.75%,58.33%和63.18%,15.77%和26.88%,40.62%和61.82%)。(2)随着盐浓度升高,两种基因型菊芋幼苗叶片的SOD活性、脯氨酸和可溶性糖含量均显著升高(如盐浓度为6‰时LZJ017和LZJ028的SOD活性比对照组升高了0.41倍和1.87倍;脯氨酸升高了8.26倍和42.92倍;可溶性糖含量升高了0.39倍和1.18倍),LZJ028的各指标升高幅度均较大。(3)盐浓度升高,两种基因型菊芋幼苗叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和叶绿素含量均降低,LZJ028净光合速率和气孔导度下降幅度均低于LZJ017;盐浓度升高,两种菊芋幼苗PSⅡ潜在活性和最大光化学效率也均下降,而初始荧光升高,如盐浓度为6‰时与对照相比LZJ028最大光化学效率和初始荧光变化幅度(10.53%和4.81%)低于LZJ017的变化幅度(43.04%和52.73%)。研究表明,盐胁迫主要抑制两种基因型菊芋叶片PSⅡ活性和碳水代谢速率进而抑制其生长,二者均通过提高保护酶SOD活性、增加渗透调节物质等策略缓解盐胁迫造成的伤害;LZJ028较耐盐,LZJ017对盐较敏感。     

接种丛枝菌根真菌对土沉香幼苗耐旱性的影响

接种不同地区的幼套近明球囊霉(Claroideoglomusetunicatu,CE1、CE2)和摩西斗管囊霉(Funneliformismosseae,FM1、FM2)于珍贵树种土沉香(Aquilaria sinensis)幼苗,采用模拟土壤干旱胁迫,研究接种菌根真菌对土沉香的耐旱性影响。结果表明,随着土壤干旱胁迫的加剧,未接菌组的叶绿素a和叶绿素总含量呈显著下降趋势,接菌组叶绿素含量高于未接菌组;在干旱胁迫下,接菌组的可溶性蛋白含量上升,中度干旱胁迫以上,接菌FM1和FM2组可溶性蛋白含量显著高于CK组。随着干旱胁迫程度的增大,接菌组幼苗SOD酶和POD酶活性呈先上升后下降趋势,但接菌组SOD酶和POD酶活性高于CK组。土壤干旱使植物体内MDA含量上升;在中度干旱时接菌组MDA含量高于CK组;当土壤水分达到重度干旱胁迫时,接种FM2、CE1和CE2处理组MDA含量显著高于CK组。研究表明,在干旱胁迫下,土沉香菌根化苗能提高植物体内渗透调节物质和抗氧化酶活性,维持较高的叶绿素含量,从而提高植物耐旱性。模糊隶属函数值分析结果表明,无论是轻度干旱还是重度干旱,接种菌根真菌幼苗的耐旱能力强于未接菌组,接种摩西斗管囊霉菌种强于接种幼套近明球囊霉菌种,其耐旱能力从大到小依次为菌株FM1FM2CE2CE1。     

产胆盐水解酶植物乳杆菌降胆固醇作用的研究

采用茚三酮显色法测定了5株具有潜在益生特性的植物乳杆菌的胆盐水解酶(BSH)活性,采用邻苯二甲醛法测定了发酵上清液、菌体洗涤液和菌体破碎液中胆固醇含量,并对二者进行了相关性分析。结果表明,5株菌的BSH比活力为0.0149~0.0299U/mg总蛋白,去除胆固醇能力为37.64~47.88μg/mL。5株乳杆菌BSH活性与菌体洗涤液中胆固醇含量呈显著正相关,推断是菌株BSH水解结合胆盐生成游离胆酸,后者与胆固醇共沉淀,从而达到降胆固醇的效果。上述研究结果为利用益生菌生产具有降胆固醇功效的产品提供了理论依据。     

不同耐盐性高粱在盐逆境下的比较转录组分析

【目的】土壤盐渍化是制约作物生产的重要非生物胁迫因子之一,高粱耐盐性强,进行高粱耐盐基因挖掘及分子机制研究是开发和利用盐渍土壤的有效途径,通过转录组测序分析与高粱耐盐相关的基因调控机制和代谢通路,挖掘高粱耐盐潜力。【方法】 通过以筛选出的极耐盐品种八叶齐和盐极敏感品种PL212为试验材料,采用盆栽沙培,在播种后20 d（5叶期）采用180 mmol·L ^-1的 NaCl 溶液漫灌模拟盐逆境,盐胁迫48 h后取幼叶,并连同对照（未经过盐处理）的同期幼苗共4个样品提取RNA,进行转录组测序,采用qRT-PCR方法对测序结果进行验证。 【结果】 耐盐和盐敏感材料分别在盐渍和非盐渍处理下的4个样品间共检测到1 338个差异表达基因,包括819个上调基因和519个下调基因。聚类分析发现在应答盐渍胁迫逆境时,5个依赖性氧合酶超家族蛋白、4个富含半胱氨酸的激酶、3个谷胱甘肽S-转移酶和3个重金属运输/解毒超家族蛋白相关基因表现出明显的上调表达和下调表达,还发现1个K ⁺转运蛋白基因在耐盐调节中起着重要作用。GO分析发现在15 418个基因中获得4 528个有效GO注释条目,同时耐盐和盐敏感材料在遭受盐逆境时的生物过程、细胞组分和分子功能3个方面均存在较大差异。生物过程中代谢过程、细胞过程耐盐材料明显高于盐敏感材料,耐盐材料的生理过程中较盐敏感材料增加了多生物过程和定位这两个过程,很可能与耐盐材料盐抗性较强密切相关。差异基因KEGG分析结果显示耐盐和盐敏感材料在对照和盐渍胁迫条件下的苯丙烷类生物合成、苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成3个途径中差异基因表达较多,可能是造成耐盐和盐敏感材料耐盐性差异较大的重要原因。 【结论】 高粱耐盐调控基因表达涉及生物过程、细胞组分和分子功能多个方面,生物过程和定位这两个过程是提高高粱耐盐性的关键;苯丙烷类生物合成、苯丙氨酸代谢、类黄酮生物合成3个途径的基因表达很可能是造成盐害的重要原因。     

高粱苗期耐盐性转录组分析和基因挖掘

【目的】探究高粱耐盐胁迫响应机制,挖掘高粱耐盐胁迫基因,为高粱耐盐育种提供理论基础。【方法】 以高粱感盐品种L甜和耐盐品种石红137为供试材料,采用水培试验。待高粱植株长至三叶一心期,使用2%NaCl溶液对幼苗进行盐胁迫,分别设置0（对照）、1和24 h处理,每个处理3次重复。测定不同处理样品株高、根长、干物重、Na ⁺含量和叶绿素相对含量（SPAD值）,并依托Illumina HiSeq 2000平台进行转录组测序分析。利用FPKM方法计算基因表达量,在差异表达基因检测过程中,将差异表达倍数（fold change）≥2且FDR<0.001作为筛选标准。通过Gene Ontology和KEGG Pathway数据库对参与高粱不同时间盐胁迫差异表达基因进行分析注释。 【结果】 盐胁迫处理对高粱株高、根长、干物重等性状无显著影响,对钠离子含量和SPAD值影响显著。石红137株高、根长、钠离子含量和SPAD值均高于L甜。转录组测序结果鉴定得到已知基因26 628个,新基因866个。石红137中的差异基因数目高于L甜。石红137中,0 h VS 1 h、0 h VS 24 h、1 h VS 24 h三组的差异基因数目分别为375、4 206和3 750个。感盐品种L甜中,0 h VS 1 h、0 h VS 24 h、1 h VS 24 h三组的差异基因数目分别为167、2 534和1 612个。GO分析共获得25个功能注释,分别为光合作用、细胞物质代谢、翻译过程以及激素合成等与盐胁迫相关的差异表达基因。KEGG分析发现盐胁迫1 h表达差异基因富集在植物激素信号转导途径,涉及脱落酸（abscisic acid,ABA）、生长素（auxin,AUX）、细胞分裂素（cytokinin,CTK）、赤霉素（gibberellins,GS）、乙烯（ethylene,ETH）过程等共71个基因。盐胁迫24 h表达差异基因富集于光合作用相关途径,涉及Lhca、Lhcb、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（phosphoenolpyruvate carboxylase,PPC）、磷酸核酮糖激酶（phosphorylribonucleic kinase,PRK）等20个基因。类黄酮生物合成代谢途径差异可能是引起石红137和L甜的耐盐能力差异的原因之一,花青素还原酶（anthocyanidin reductase,ANR）和黄酮醇合成酶（flavonol synthase,FLS）参与类黄酮生物合成途径。【结论】 高粱的盐胁迫过程是一个复杂的生物过程,依赖于多个基因在复杂网络中的平衡表达。盐胁迫条件下,高粱应对环境刺激受到激素信号转导和光合作用的控制。类黄酮生物合成途径在耐盐品种中起到了重要作用。