不同刈割强度下羊草转录组研究

刈割是一种重要的草地管理措施,刈割留茬高度直接影响草地生产力及群落结构,在牧草生产中具有重要意义。为研究羊草在不同刈割强度下的转录响应,利用Illumina HiSeq-PE150高通量测序技术,对不同刈割留茬高度(0,2,4,8,12 cm)处理下羊草再生叶片进行了转录组测序。共得到139767803条读长(reads),41.94 Gb原始数据。经过过滤、质控与从头组装后,总共得到转录本270207条,总长度为191.6 Mb。通过与多种数据库比对得到48097条单基因簇(Unigene)注释结果。筛选出了所有刈割强度处理与不刈割对照组显著差异基因共2579条,经过生物信息分析,将其定位到碳水化合物代谢、损伤应答、过氧化氢分解、植物激素信号转导等功能与代谢通路。利用聚类方法得到了随着刈割强度增强,表达量规律变化的基因,分别富集到了过氧化物酶体、光合作用等代谢途径。对羊草在不同刈割高度下的转录组进行了研究,为草本植物分子生物学研究提供了宝贵的数据资源,对于解析羊草响应刈割的分子调控机制及相关基因挖掘具有重要指导意义。     

紫花苜蓿个体性状对土壤磷素供给能力的响应研究

磷元素是影响紫花苜蓿生产的主要限制因素之一,通过研究苜蓿个体性状对不同土壤磷素供给水平的响应,有助于揭示磷元素对苜蓿生产力的影响途径,进而为苜蓿产业的发展提供理论依据.本研究利用有效磷(P2O5)含量低于3 mg/kg的土壤设置(P2O5)0,30,90,180 mg/kg 4个磷肥添加梯度,形成4种具有不同磷素供给水平的土壤,采用室内盆栽试验方法从个体水平上研究了苜蓿形态、生物量及分配、植株含水量对不同土壤磷素供给水平的响应.结果表明:1)低磷供给明显降低了苜蓿株高、生物量及侧枝总长,改变了苜蓿个体形态特征,贡献率分析表明侧枝总长、株高是土壤磷素供给能力影响苜蓿单株生物量的主要途径;2)苜蓿各器官的生物量分配对土壤磷素供给能力响应不敏感,各分配指标在处理间差异不显著;3)苜蓿植株含水量随着土壤磷元素供给能力的改善而显著降低.本试验在总结前人研究的基础上,进一步从个体水平上探索苜蓿对土壤磷元素供给能力的响应,有助于厘清土壤磷素供给能力改变苜蓿生产力的过程与途径,进而为苜蓿产业的发展提供理论依据.     

羊草形态及生物量分配可塑性对土壤供磷能力的响应研究

植物形态及生物量分配变化是天然草原退化过程中的主要表现之一,通过研究植物形态及生物量分配对环境的响应规律有助于揭示草原退化及植被演替的内在机理。本试验研究了羊草形态、生物量累积及分配对土壤供磷能力的可塑性响应。试验采用有效磷含量低于3mg P_2O_5/kg的土壤设置0,30,90,180mg P_2O_5/kg 4个磷肥添加梯度,形成4种具有不同供磷能力的土壤,用于对羊草植株的培养,并于后期进行各项指标的测定。结果表明,1)土壤供磷能力的减弱明显减小了羊草的株高、各构件生物量,表现为高磷添加量显著高于低磷添加量,株高、叶生物量、茎生物量、根生物量、总生物量的降低幅度分别达到了14%,50%,51%,79%,63%。2)羊草个体形态及生物量分配对土壤供磷能力的响应并不完全一致,生物量累积对供磷量的敏感度最大,生物量分配次之,形态的敏感度最差,可塑性指数分别为0.58,0.31,0.19;单个性状指标以根干重最为敏感,可塑性指数达到了0.79。3)相关分析表明,羊草地上干重与叶宽、节间数、株高达到了极显著水平,此3个形态指标对羊草地上生物量的贡献率分别为30%,27%,26%,是形态指标中解释羊草地上生物量产生差异的主要因子。本试验在课题组前期研究的基础上,进一步从个体水平上探索羊草对土壤供磷能力的响应,与课题组前期试验结果相结合,可有助于探索天然草原退化和植被演替的内在原因。     

母体放牧经历对羊草克隆后代干旱敏感性的影响

母体放牧环境可以对后代子株产生遗留效应，同时，放牧可通过改变生态系统蒸散发格局及强度加剧干旱。然而，放牧遗留效应是否影响了植物对干旱的响应，尚知之甚少。从长期围封和放牧样地采集羊草克隆后代进行室内培养，研究了放牧遗留效应对羊草干旱适应性的影响。结果表明：1）相对于围封羊草克隆后代（NG），放牧羊草克隆后代（GZ）单株株高、单株生物量的干旱抵抗力更强，材料来源与干旱处理交互作用显著；相反，GZ子株数对干旱的响应比NG更敏感；2）NG与GZ地上生物量、总生物量对干旱具有相同的响应趋势和强度；3）NG总根茎长、总根茎节间数对干旱的响应更敏感，对照处理下NG总根茎长度、总根茎节间数显著大于GZ，而干旱处理下无显著差异；4）NG在干旱下减小根茎和地上分配，提高根系分配；而GZ在干旱下减小根茎分配、提高地上分配，根系分配无显著变化。结果表明，放牧遗留效应改变了羊草对干旱的响应模式，为认识放牧生态系统过程提供了新的角度。     

羊草克隆后代对刈割处理的响应

【背景】 母体放牧历史可以改变羊草（Leymus chinensis）克隆后代的形态及光合生理性状,也可以改变其对干旱环境的响应,但是母体放牧历史是否影响了羊草克隆后代对家畜啃食的响应尚不清楚。【目的】 研究母体放牧历史是否增强了羊草克隆后代对模拟家畜啃食（刈割）的适应性。【方法】 利用不同放牧历史的羊草克隆后代（1983年围封 VS 长期自由放牧）进行室内盆栽试验,从个体性状、子株数、生物量及生物量分配等角度对比了其对模拟放牧处理（刈割）的响应。【结果】 （1）母体放牧历史与刈割处理对羊草单株株高、单株生物量交互作用极显著,放牧羊草克隆后代（GZ）单株株高、单株生物量对刈割处理的抵抗力较围封羊草克隆后代（NG）强;但是,母体放牧历史并没有明显改变羊草克隆后代子株数对刈割处理的响应。（2）母体放牧历史与刈割处理对羊草根茎生物量交互作用显著,对地上、根系及总生物量交互作用不显著,但是NG地上、根系及总生物量在刈割处理下的表型可塑性指数及绝对减少量均明显大于GZ。因此,母体放牧经历增强了羊草克隆后代对刈割处理的适应性。（3）NG在刈割处理下被刈割掉的地上部分生物量显著小于GZ,但是NG的被刈割程度（被刈割生物量/总生物量）显著高于GZ。（4）GZ生物量分配对刈割处理响应不显著,但是刈割处理显著降低了NG的根茎生物量分配。【结论】 羊草母体经历放牧干扰后,其克隆后代对家畜啃食的适应性增强;母体放牧历史并不通过改变生物量分配增强羊草克隆后代的适牧性,叶片光合生理的响应及避牧性可能是母体放牧历史增强羊草克隆后代的途径。本研究通过控制试验排除土壤等环境因子的干扰,从植物自身角度出发,研究其克隆后代表型性状对放牧的响应,这对充分认识草原生态系统放牧退化过程及退化修复过程提供了新的视角。     

连续6年施磷肥对土壤磷素积累、形态转化及有效性的影响

长期施磷肥对土壤磷素积累、形态转化以及有效性的影响是国内外土壤化学研究的热点之一。本研究利用从2008年开始在京南地区进行的紫花苜蓿连续6年施用磷肥定位试验,研究不同施肥处理对紫花苜蓿田土壤磷素积累、形态转化及其有效性的影响。试验地土壤为褐潮土,试验开始前耕层(0~20 cm)土壤有机质为11.2 g/kg,全磷为0.77 g/kg,速效磷为5.66 mg/kg,pH为8.3。结果表明,连续不施磷肥土壤的全磷、速效磷、无机磷各组分含量较连续施磷肥处理均明显降低,说明连续施用磷肥可显著扩大土壤中的有效磷库;不施磷肥处理耕层(0~20 cm)土壤全磷下降了6.94%,速效磷下降了16.3%,施用磷肥处理耕层土壤全磷增加1.3%~13%,速效磷增加164.7%~335.9%;不同的施磷肥处理对Ca₂-P含量的影响最大,不施磷肥的土壤Ca₂-P几乎耗竭,而施磷处理的Ca₂-P增加幅度可达19~36倍;此外,施用磷肥也使土壤Ca₈-P、Ca₁₀-P、Al-P、Fe-P、O-P有不同程度的提高。通过2013年的停施磷肥试验可知继续施磷肥的处理(F₂)与停施磷肥的处理(F₂')在土壤磷素水平、苜蓿产量及养分含量上均没有显著差异,表明磷肥存在明显的后效作用,之前积累在土壤中的磷素具有生物有效性。     

不同年份气象因子对夏大豆生长及产量的影响

为了探究气温、降水量、日照时数对大豆生长及产量的影响, 2018-2022 年以冀豆 12 为材料,在相同田间管理条件下,同一试验地轮换种植,调查大豆生长及产量表现,综合分析了不同年份生育期间气象因子对大豆生长及产量的影响。研究表明：气温、降水量、日照时数对大豆生长的影响是明显的,尤其是从开花到成熟期间,降水量和日照时数的影响更明显。生育期与 10月总日照时数呈极显著负相关关系,与开花后总降雨量呈极显著正相关关系。百粒重与生育期、全生育期总降雨量呈显著正相关。开花后总平均气温与单株有效荚数、单株粒重、产量呈显著负相关关系。产量与单株有效荚数、单株粒重呈极显著正相关关系。     

内蒙古草原区牧户草畜平衡决策的年型依据

降水是影响内蒙古草原牧区草原生产力和草地载畜率的关键自然因子,牧户作为畜牧业生产的直接决策主体,对降水年型的判断是其草畜平衡决策的重要前提。本研究以内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原的典型县(旗)为研究区域,以20世纪80年代以来的气象数据、统计资料等为基础资料,分析了1980-2015年牧户自我降水年型判断行为及特征,及牧户依据该自我判断年型进行的草畜平衡决策。结果表明,草甸草原与荒漠草原中下年型出现次数最多,典型草原则以平年出现次数最多,但从整体上看,3个类型区丰水年型均比欠水年型出现频率略高;牧户的降水年型判断与实际降水年型结果差异明显,前者较为稳定而后者则变化较为频繁;1980-1995年,牲畜承包户的年型判断较为稳定和一致,草甸草原和荒漠草原自始至终分别是欠水年和中下年为依据,典型草原则以欠水年为主导;1996年以后牲畜、草地陆续承包到户后,牧户草畜平衡年型判断及依据开始出现3~5年的周期性变化,而在降水明显波动年份,牧户年型判断将出现变化和调整,以上研究说明牧户的降水年型判断有一套自己的认知,并非一成不变,而是根据自然、社会、经济等因素变化进行调整,最终形成牧户所认知的年型,并以此作为草畜平衡决策的重要自然依据。     

基于构件特征的内蒙古典型草原植物羊草个体地上生物量估算

生物量是评价草原生态系统生产力的重要指标,草原主要植物个体地上生物量估算模型的建立,可为采用非刈割方法获取较准确的草原地面数据资料提供新方法。通过分析内蒙古典型草原植物羊草的主要构件特征(叶片数、叶长宽积、茎粗、茎高和株高)与其个体地上生物量之间的关系,比较并筛选出能较好预测羊草个体生物量变化的构件指标,采用Minitab软件的回归分析方法,分别利用6月、7月和8月采集的90株和总体270株羊草植物样本,建立羊草不同生长阶段(生长初期、生长旺盛期和生长末期)以及总体样本的个体地上生物量估算方程,并对实测值与模拟值进行t检验分析。结果表明,叶长宽积和株高相对于其他构件信息能够更好地描述羊草个体地上生物量,方程Y=-0.193+0.009X₂+0.011X₅(X₂为叶长宽积,X₅为株高,P<0.01,R²=0.854)为最优羊草个体生物量估算模型。     

不同放牧强度对糙隐子草功能性状的影响

以典型草原退化群落优势种糙隐子草为研究对象,探究其植株茎秆、叶片、根系等形态特征及生物量等功能性状指标对不同放牧强度的响应,结果表明:(1)轻度放牧和适度放牧对糙隐子草茎叶功能性状指标均无显著影响,重度放牧和极重度放牧使糙隐子草的株高较对照显著降低20.24%和21.09%,使糙隐子草的叶长较对照显著降低23.50%和23.24%,而重度放牧使糙隐子草的茎粗较对照显著增加35.00%。(2)糙隐子草根系总根长、表面积、体积等性状指标均随放牧强度的增加呈现先减小后增大的趋势,在重度放牧处理下最低,极重牧处理下有所升高。(3)糙隐子草茎秆和根系生物量性状指标随着放牧强度的增加呈现先减小后增大的趋势,叶片生物量性状指标随着放牧强度的增加呈现先增大后减小再增大的趋势,其值均在重牧处理最低。(4)Pearson相关分析发现糙隐子草的株高、叶长、分蘖数与地上生物量均呈显著相关关系;根系生物量与总根长、表面积、体积、根尖数均呈极显著相关关系;地上生物量与根系物量之间呈极显著相关关系。研究表明,糙隐子草是通过改变茎秆、叶片、根系功能性状,调整其生存策略适应放牧环境变化,以保证在典型草原放牧生态系统中的存在比率。