施硅提高玉米抗蚜性的组成型和诱导型生理代谢机制

  【目的】  禾谷缢管蚜 (Rhopalosiphum padi) 是危害玉米的主要害虫之一,其生长繁殖严重影响了玉米的产量和品质。分析施硅 (Si) 诱导玉米植株对蚜虫的抗性对玉米正常生长尤为重要。本研究从玉米抗氧化系统、次生代谢和信号传导途径3个方面,探究了施硅提高玉米抗蚜性的生理代谢机制。  【方法】  采用玉米水培试验方法,共设置4个处理:不施硅不接蚜虫 (–Si–A)、不施硅接蚜虫 (–Si+A)、施硅不接蚜虫 (+Si–A)、施硅接蚜虫 (+Si+A)。分别于蚜虫侵染后48、60、72、96、120 h,调查玉米植株蚜虫密度,并取样分析玉米植株抗氧化系统 (CAT、SOD、H₂O₂和MDA)、次生代谢 (PAL、PPO、LOX和木质素含量) 和信号传导物质 (JA、SA) 含量,以未接虫玉米3个系统中的相关成分含量为组成型抗性,以接虫前后各成分含量的差值为诱导型抗性,讨论了硅对玉米抗蚜组成型和诱导型抗性的影响。  【结果】  随着蚜虫侵染后时间的延长,蚜虫密度增加,与侵染后48 h相比,在–Si处理下,侵染后60～120 h时蚜虫数量显著增加了12.50%～40.18%;+Si处理下,侵染后60～120 h蚜虫数量显著增加了12.36%～49.44%;在侵染后48～120 h相同时间点下,与不施硅处理相比,施硅处理的蚜虫种群密度显著降低了15.29%～20.64%。整个培养时间内,与不施硅处理相比,施硅处理的玉米抗氧化系统中组成型CAT、SOD活性均显著提高,组成型H₂O₂、MDA含量分别降低了4.41%～15.35%、5.35%～17.95%,诱导型CAT活性显著增加 (除侵染后72 h外),诱导型SOD活性显著降低,诱导型H₂O₂含量先提高后降低;施硅处理显著提高了次生代谢中组成型PAL、LOX和PPO活性、木质素含量,降低了诱导型PPO活性、木质素含量,诱导型PAL活性表现为先提高后降低,诱导型LOX活性表现为先降低后升高随后又降低;施硅处理显著提高了信号传导中组成型JA、SA含量,增加了诱导型SA含量43.77%～117.48%,降低了诱导型JA含量。同一时间点,无论是否施硅,组成型CAT、SOD活性、H₂O₂和MDA含量、PAL、LOX和PPO活性、木质素、JA和SA含量均显著高于诱导型。PCA与相关性分析结果表明,组成型和诱导型CAT、SOD活性和诱导型H₂O₂、SA含量为体现玉米抗蚜虫的组成型和诱导型抗性的较优指标。  【结论】  施硅可显著降低蚜虫的密度,并显著提高玉米抗氧化系统、次生代谢和信号传导途径各物质的组成型与诱导型抗性,因此,施用硅肥为玉米田间蚜虫的生态调控提供了理论基础和科学依据。     

根际促生菌应用于基质对水稻幼苗生长的影响

为了研究根际促生菌对水稻幼苗的促生效果，培育高效优质水稻育苗基质，本研究选用五株根际促生菌（LY5枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），LY11解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens），X2摩拉维亚假单胞菌(Pseudomonas moraviensis)，X3沙芬西芽孢杆菌（Bacillus safensis），X8绿针假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis)）分别与本实验室已筛选出的最适配比基质进行混合制作高效水稻育苗基质，以不添加促生菌为对照，在盆栽条件下，研究根际促生菌对水稻幼苗生长和代谢的影响。结果表明：1）解淀粉芽孢杆菌（LY11）应用于育苗基质对水稻幼苗的促生效果及代谢活性最好。2）在育苗基质中添加根际促生菌后，地上部生物量和壮苗指数均比对照显著增加，增幅分别在18.0%-31.5%和11.38%-23.28%之间。3）添加根际促生菌的育苗基质能够促进水稻幼苗根系的生长，根体积、总根长等均比对照显著增加，且改善了根系形态结构，显著提高了根系活力。4)根际促生菌处理显著促进了水稻幼苗对氮磷养分的吸收，且氮、钾的转运系数显著提高。5）水稻幼苗体内谷氨酰胺合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性在促生菌处理下均显著提高。因此，根际促生菌应用于水稻育苗基质能够促进秧苗的生长并提高其代谢活性，本研究结果能够为高效优质水稻育苗基质的研发提供理论支撑。     

不同小麦品种的氮素利用特性研究

为了解河南省主要小麦品种的氮素利用特性,探究不同小麦品种之间氮素积累和转运的差异,通过大田试验,分别在开花期和成熟期对河南省18个具有代表性的小麦品种的茎、叶、鞘、穗(开花期)、颖壳和籽粒进行干物质重和氮含量测定,并根据小麦的产量、氮素积累量以及氮素籽粒生产效率划分不同小麦品种的氮效率类型,计算氮素利用特性的相关参数,分析氮素利用特性相关参数与产量和氮素籽粒生产效率之间的关系。结果表明,供试的小麦品种可划分为氮素高效型(Ⅰ)、氮素中效型(Ⅱ)、氮素低效型(Ⅲ)、氮素超低效型(Ⅳ)4种类型,其品种数量分别占总品种数的5%、50%、40%和5%。在小麦成熟期,Ⅳ型品种的颖壳和籽粒氮含量显著高于其他3种类型品种,叶、颖壳和籽粒的氮素积累量显著低于其他3类型品种,4种类型品种间茎和叶氮含量及氮素在茎、叶、鞘、颖壳和籽粒中的分配比例无显著差异;Ⅰ类型和Ⅱ类型品种的花前贮存氮素在花后向籽粒的转运量均显著高于Ⅳ类型品种,Ⅰ类型品种的氮素农艺效率均显著高于Ⅲ和Ⅳ类型品种,氮素偏生产力表现为Ⅰ类型品种>Ⅱ类型品种>Ⅲ类型品种>Ⅳ类型品种,且差异显著。小麦产量、氮素籽粒生产效率与其他氮素利用相关参数呈现显著正相关。     

施硅降低麦长管蚜对小麦寄主选择偏好的化学机理

  【目的】  从施硅对小麦挥发物释放影响的角度,探究施硅提高作物抗虫能力的作用机理。  【方法】  采用水培试验方法,供试小麦品种为‘郑麦1036’,供试蚜虫为黄淮地区的优势种麦长管蚜(Sitobion avenae),供试营养液为 Hoagland 营养液。设置不施硅不接蚜虫对照(CK)、不施硅接蚜虫(A)、施硅不接蚜虫(Si)、施硅接蚜虫(SiA) 4个处理。于小麦两叶一心、三叶一心时分别喷施200 mL的硅试剂,于小麦五叶一心时用毛笔将无翅成虫接到小麦叶片上,每盆小麦接30头蚜虫。采用Y形嗅觉仪研究麦长管蚜寄主的选择行为,采用顶空吸附法收集小麦挥发物,采用气相色谱–质谱联用仪(GC-MS)进行分离鉴定。通过主成分分析与相关性分析寻找对麦长管蚜寄主选择偏好影响较大的气体挥发物。  【结果】  无论接蚜虫与否,施硅均显著降低了麦长管蚜对小麦寄主的趋向性(P＜0.01)。对所有处理的小麦挥发物中气体进行收集分析后发现,小麦挥发物中均包含烷烃类、苯类、醇类等化合物。与A相比,SiA显著提高了挥发物十二甲基环己氧烷、3-己烯-1-醇(E)、D-柠檬烯的相对含量,提高幅度分别为56.25%、112.00%、117.78%;而2,4-二甲基-庚烷的相对含量显著降低了81.02%。主成分与相关性分析结果表明,麦长管蚜对寄主的选择与气体挥发物2,4-二甲基-庚烷呈显著正相关;与气体挥发物十二甲基环己氧烷、3-己烯-1-醇(E)、D-柠檬烯呈显著负相关。  【结论】  施硅可通过增加小麦气体挥发物十二甲基环己氧烷、3-己烯-1-醇(E)、D-柠檬烯的释放,且减少2,4-二甲基-庚烷的释放,共同影响麦长管蚜的寄主选择,从而提高寄主小麦对麦长管蚜的趋避性。     

有机物料部分替代化肥氮对麦田土壤微生物及小麦产量的影响

为了探究有机物料部分替代化肥氮对土壤微生物生态及土壤质量状况的影响,采用大田试验,共设置6个处理:T_1(不施化肥氮)、T_2(单施化肥氮)、T_3(牛粪替代50%化肥氮)、T_4(秸秆替代50%化肥氮)、T_5(牛粪替代50%化肥氮+腐熟剂)、T_6(秸秆替代50%化肥氮+腐熟剂),研究小麦不同生育时期土壤微生物量、活性及其区系组成。结果表明:在小麦成熟期,与T_2处理相比,T_5处理土壤微生物量增加最大,其中土壤微生物碳、氮分别显著提高13.20%、12.98%;T_3处理使土壤呼吸强度提高37.14%,且差异显著;T_5处理对土壤细菌、放线菌数量的增加效果最为显著,分别提高了96.23%、47.67%;T_4处理使土壤真菌数量的增加效果最为显著,提高了27.89%;T_3处理使小麦产量显著提高8.06%。相关分析表明,小麦穗数、穗粒数、千粒重以及产量与土壤微生物量、活性以及优化微生物区系组成,多数呈现显著正相关。无论从对土壤微生物量、活性以及优化微生物区系组成的影响方面还是对小麦产量提高方面,均以有机物料部分替代化肥氮处理为最佳。     

兼具水稻纹枯病拮抗功能的生物水稻育苗基质效果研究

水稻纹枯病是水稻上常见的土传病害之一,为了研发出可防治水稻纹枯病兼具促生效果的功能型生物水稻育苗基质,本研究选用前期筛选出具有固氮解磷功能的根际促生菌:LY5枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、LY11解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)、X2摩拉维亚假单胞菌(Pseudomonas moraviensis)、X3沙芬西芽孢杆菌(Bacillus safensis)、X8绿针假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis),首先探索该5株促生菌对水稻纹枯病病原菌的抑菌率,再将其与水稻纹枯病病原菌混合,在实验室已筛选出的最适配比基质基础上,研发功能型生物水稻育苗基质。在盆栽条件下,与市售水稻育苗基质对比,验证功能型生物水稻育苗基质对水稻纹枯病发病率、水稻幼苗生长和体内抗性相关酶类的影响。结果表明:(1)5株根际促生菌对水稻纹枯病病原菌均具有拮抗作用,抑菌率达到35.31%～40.20%。(2)5株拮抗促生菌能够降低水稻纹枯病的发病率,其中添加LY11菌株的处理较对照处理的每盘出苗数显著增加了110.41%,而发病率显著降低了89.32%。(3)在含有水稻纹枯病病原菌的育苗基质中添加拮抗促生菌后,水稻幼苗的茎粗、百株地下部干物质重、百株全株干物质重、根系活力、根总表面积、根平均直径、根总体积、根尖数等方面均有所提高,其中添加LY11菌株的处理比市售水稻育苗基质处理分别显著提高3.13%、4.21%、4.97%、68.02%、26.77%、16.67%、44.44%、7.82%。(4)添加拮抗促生菌显著促进了水稻幼苗对地上和地下部氮磷钾的吸收。(5)水稻幼苗体内超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶的活性以及丙二醛的含量均显著高于市售水稻育苗基质处理,提高幅度为27.08%～122.72%、16.09%～48.15%、53.33%～233.85%、110.24%～511.71%。因此,本研究研发出5种对水稻纹枯病具有较好的拮抗效果,同时可以显著促进水稻幼苗生长的功能型高效生物水稻育苗基质,其中添加了菌株LY11的育苗基质综合效果最优,为功能型高效生物水稻育苗基质的研制与应用奠定了理论与实践基础。