中红外光谱法测定土壤碳的研究进展

土壤碳不仅是影响土壤肥力和农业可持续发展的重要因子,也对减缓温室效应有重要意义。因此,土壤碳分析是农业、环境等学科领域的重要研究内容。传统化学分析方法存在测定效率低、实时性差、有污染等缺点,无法满足现代绿色农业快速测定土壤碳的需求。近年来,中红外光谱（mid-infrared spectroscopy, MIR）技术以其操作简便、重现性好、测试速度快、样品用量少、绿色环保和适合批量样品测定的特点,逐渐成为获取土壤碳信息的有效方法。本文简要介绍了中红外光谱分析基本原理,重点论述了该技术在预测土壤碳方面的国内外研究进展及影响因素,并对MIR技术在我国土壤碳定量研究方面的应用前景进行了展望。目前,MIR技术已成功应用于土壤总碳、有机碳、无机碳、炭、水溶性有机碳、微生物量碳、生物量碳、颗粒有机碳、矿物结合有机碳、惰性有机碳等土壤碳组分的预测,为土壤碳分析提供了快速无损的测定手段,也为绿色农业和精准农业的发展提供了先进的技术支撑。     

不同土壤水分供应下锌对玉米叶片超微结构的影响

选择 土为供试土壤, 进行盆栽玉米试验, 设定0和5.0 mg·kg^-1两个锌处理, 按土壤饱和持水量的40%~45%和70%~75%在玉米的4叶1心期实施干旱和正常水分处理。生长50 d后, 测定不同土壤水分与锌供应状况下植株生物量和锌含量, 利用透射电子显微镜观察完全伸展新叶的超微结构变化, 以期揭示不同土壤水分供应下, 植物对施锌的响应机理。结果表明: 土壤水分供应充足条件下, 与不施锌相比, 施锌玉米地上部生物量和总干重分别增加78%和52%, 根系和地上部锌含量和锌吸收量增加较多; 而干旱条件下, 施锌对玉米生物量无显著影响。干旱条件下缺锌玉米叶片维管束鞘细胞中叶绿体结构基本保持完好, 淀粉粒和基质片层清晰可见, 但叶肉细胞中叶绿体膜受损, 基质片层结构出现皱缩, 基粒片层减少; 施锌玉米叶片维管束鞘细胞中叶绿体结构保持完好, 叶绿体周围的线粒体数目较多, 叶肉细胞中叶绿体中脂肪颗粒增多, 叶片维管束鞘细胞与叶肉细胞之间可见清晰的胞间连丝。土壤水分充足处理下, 缺锌叶片细胞膜出现皱缩, 维管束鞘细胞叶绿体淀粉粒增多, 片层结构受损, 严重时维管束鞘细胞中内溶物消失, 残存的叶绿体中仅有淀粉粒和少许片层; 叶肉细胞中叶绿体可见淀粉粒, 但片层结构少, 有些出现断裂、收缩。土壤水分充足条件下, 施锌玉米维管束鞘核叶肉细胞结构清晰, 叶绿体结构完整。结论认为: 锌对干旱胁迫下玉米叶片细胞结构的破坏有一定的缓解作用; 但土壤水分正常供应下, 缺锌导致细胞结构受损程度比干旱情况下更严重。     

缺锌玉米植株的傅立叶变换红外光谱研究

【目的】傅里叶变换红外光谱（fourier transform infrared spectroscopy, FTIR）是一种基于化合物中官能团和极性键振动的结构分析技术。本文利用傅立叶变换红外光谱仪检测缺锌和正常供锌玉米植株不同器官的组分变化,同时比较两个玉米品种植株不同部位的生物量和锌含量,以期为缺锌影响玉米生长与生理代谢的机理研究提供参考。【方法】选取农大108和郑单958两个玉米品种,利用营养液培养方式,设置缺锌和正常处理。1）当玉米出现缺锌症状后,将地上部和根系分开,测量株高和根长,烘干至恒重测干重。2）烘干至恒重的植株样品用HNO3-HClO4（3∶1）消煮,原子吸收分光光度计（型号WFX-120C,北京瑞利分析仪器公司）测定消煮液中锌浓度,计算植株中锌含量和锌积累量。3）收获玉米根系放入FAA固定液（70%酒精∶38%甲醛∶乙酸体积=90∶5∶5）中,利用扫描仪（EsponV700）扫描根系样品获取数字化图像,利用WinRHIZO根系分析软件（Regent Instruments Inc., Canada）对图像进行分析,获得根长、 根面积、 根体积等指标。4）取玉米根、 茎、 叶部分烘干样品,磨碎过0.2 mm筛,采用溴化钾压片法,利用傅立叶变换红外光谱仪（VERTEX 70,Bruker）检测不同部位的光谱特性,OPUS 6.5软件采集数据并进行基线校正。【结果】缺锌胁迫下, 植株地上部锌含量明显下降,低于临界水平（20 g/g）,生物量降低; 缺锌根系面积与体积变小,总根长变小。用缺锌与施锌植株生物量比来表征玉米对缺锌敏感性,品种农大108较郑单958对缺锌更为敏感。缺锌玉米根系和叶片FTIR谱在波数3410、 2920、 1650、 1380、 1055 cm-1附近处透过率较高,茎FTIR谱在这些波数处透过率较低,表明缺锌导致根系和叶片中碳水化合物、 脂类、 蛋白质及核酸含量下降,而在茎中有所积累。农大108植株中各组分变化受缺锌影响较大。【结论】缺锌导致玉米植株生长受抑,利用FTIR技术研究发现缺锌植株中碳水化合物、 脂类、 蛋白质及核酸组分发生变化,农大108植株中各组分变化受缺锌影响较大,品种农大108可能较郑单958对缺锌更为敏感。     

木质素磺酸铁肥研制及其对花生的施用效果

铁是植物生长必需的微量营养元素,缺铁影响作物产量和品质,降低植物性膳食中铁含量。施用铁肥是解决作物缺铁的有效措施之一。以作物秸秆亚铵法造纸废弃物木质素磺酸盐(LS)为原料,通过四因素三水平L9(34)正交设计,研究木质素磺酸铁的生产合成工艺,研发木质素磺酸铁肥产品。以花生为试验作物,通过土培试验,研究木质素磺酸铁的施用效果。秸秆亚铵法制浆造纸废弃物木质素磺酸盐对铁具有一定的螯合性,木质素磺酸铁实验室合成生产过程中,各因素对产品中铁含量的影响顺序为:反应初始p H反应温度Fe2+用量反应时间,从而确定了木质素磺酸铁肥生产合成的最佳反应条件,制备了固体木质素磺酸铁肥产品,Fe含量为12.65%,p H为6.98。土培试验中,花生植株未出现缺铁失绿时,土施和喷施木质素磺酸铁、硫酸亚铁和EDTA铁对植株地上部生物量、花生产量及新叶中活性铁含量均无明显影响。但连续种植两茬后,不施铁肥处理的花生远杂9102出现新叶缺铁失绿症状,土施和喷施木质素磺酸铁可显著提高远杂9102花生新叶叶绿素含量(SPAD值),喷施提高了叶片中活性铁含量。木质素磺酸铁对花生缺铁失绿有纠正效果,与硫酸亚铁和EDTA铁相比,没有明显区别。以作物秸秆亚铵法制浆造纸废弃的木质素磺酸盐为原料,可用来生产木质素磺酸铁肥产品,土施和叶面喷施产品对纠正花生缺铁失绿效果明显。     

不同磷供应水平下小麦根系形态及根际过程的变化特征

以石麦15和衡观35两个品种小麦为试验材料,应用根袋栽培方式,研究了不同施磷量对小麦根系形态和根际特征的影响。结果表明,与施磷量P2O5 0.1 g/kg相比,高量供磷（P2O5 0.3 g/kg）条件下石麦15地上部生物量和磷累积量增加幅度大于衡观35;但不施磷处理衡观35地上部生物量降低幅度小于石麦15,磷含量和累积量高于石麦15,衡观35耐低磷能力较强。土壤供磷不足时,衡观35总根长中直径0.16 mm细根所占比例高于石麦15,根系平均直径较小;而高磷供应下,石麦15根系中直径0.16 mm细根长度较长,在总根长中所占比例较高。总根长和直径0.16 mm的细根长度与植株地上部磷累积量之间呈显著正相关关系。总根长越长尤其是细根越多,有利于促进植株对磷的吸收。与非根际土壤相比,高磷供应下根际土壤有机磷含量增加,微生物量磷含量降低;而供磷不足时根际土壤碱性磷酸酶活性较高,有机磷含量较低。与施磷量P2O5 0.1 g/kg相比,高量供磷下根际土壤pH值升高、碱性磷酸酶活性下降,不施磷处理根际土壤pH值降低。本研究表明,供磷不足时,小麦根系形态和根际过程均发生适应性变化,而高量供磷条件下,小麦植株根系形态的改变因品种而异。     

X射线荧光光谱法在测定土壤及植物矿质养分方面的应用

X射线荧光(XRF)光谱分析法有快速、无污染、分析成本低且可多元素同时分析和原位检测等优点,已经成为土壤、植物矿质养分测定的重要手段。文章介绍了应用X射线荧光光谱仪测定土壤植物矿质养分的基本原理与工作原理,重点综述了X射线荧光光谱仪在土壤及植物体矿质元素测定方面的研究进展及影响因素,并对X射线荧光分析方法在农业方面的应用前景进行了展望。X射线荧光光谱仪测定的元素范围是元素周期表中从钠到铀。该仪器广泛应用于艺术品鉴定、考古学、食品安全、能源、矿产勘探、电子材料和土壤重金属的研究。使用XRF仪器定量测定土壤、植物矿质元素时,其测定结果受到仪器本身、样品含水量、样品颗粒大小以及土壤有机质含量等因素的影响。有研究证明,通过使用大量的校准样本集对光谱仪进行校准,XRF可用作土壤中元素总浓度的快速测定,还可以实现便携式X射线荧光(p XRF)光谱仪在实验室、田间原位条件下,对植物体矿质元素进行定量分析。     

常见铁肥品种及其使用效果综述

铁是植物正常生长必需的微量营养元素之一。铁虽然在土壤中的丰度很高,但植物可以吸收利用的有效铁很少,导致植物极易缺铁,尤其是在干旱、半干旱的石灰性土壤上,缺铁现象较为严重。利用农艺和生物技术手段解决植物缺铁的效果尚不十分明显,施用铁肥仍是纠正植物缺铁常用的有效方法。国内常用铁肥品种主要有硫酸亚铁为主的无机铁肥和一些有机物与铁复合形成的铁肥(木质素磺酸铁、腐殖酸铁)。乙二胺四乙酸(EDTA)铁肥稳定性相对较低,且EDTA会转化成二酮哌嗪,成为持久性有机污染物。国外推广使用乙二胺二邻羟苯基乙酸(EDDHA)、乙二胺二(2-羟基-4-甲酰-苯基)乙酸(EDDHMA)、乙二胺二(2-羟基-4-磺基-苯基)乙酸(EDDHSA)等新型螯合铁肥,用作土施或叶面喷施。另外市场上也出现了新型缓释铁肥和一些可生物降解螯合铁肥,如亚氨基二琥珀酸铁(IDHA/Fe3+)和乙二胺二琥珀酸铁(EDDS/Fe3+)。本文就常见的铁肥品种及其性质与效果等方面的研究进展进行了综述。     

硝态氮供应下植物侧根生长发育的响应机制

旱地土壤上硝态氮是作物吸收和利用的主要无机氮形态。硝态氮不仅是植物营养的主要氮源,而且还可以作为信号物质调节植物根系生长发育。为适应土壤中硝态氮非均衡供应,植物侧根发育往往呈现出可塑性反应。本文综述了植物侧根生长发育对硝态氮供应的响应机制。在拟南芥、玉米、大麦等植物上研究表明,硝态氮对植物侧根发育具有双向调节途径,即:1)局部供应硝态氮,硝态氮自身作为信号物质通过信号传导通路发生作用,对侧根具有伸长的刺激效应,硝态氮转运蛋白AtNRT1.1作用于转录因子ANR1的上游,ANR1的转录调节侧根发育;2)植物组织中高浓度的硝态氮对侧根分裂组织活动具有抑制效应,植物激素如生长素和脱落酸可能参与其中的信号传导过程。近些年来研究发现小RNA也参与调控硝态氮供应下植物侧根发育。     

土壤剖面硝态氮非均匀分布条件下小麦根系生长和氮素吸收特征

为探讨土壤硝态氮非均匀分布条件下小麦根系生长及氮素吸收特征,选用石麦15、衡观35、H10和L14等4个小麦品种为材料,进行土壤分层培养试验,模拟土壤剖面中上下层硝态氮空间分布差异,测定和分析了小麦根系长度、直径、分布等形态学特征及植株氮素含量和累积量。结果表明,当土壤中硝态氮施用量上层较低、下层较高时,小麦植株根系总长和表面积在上下土层中分布比值降低,根系趋向下层土壤生长。上下层土壤中硝态氮施用量均较高时,上下层土壤中的根系总长和表面积比值较大,根系趋向上层土壤生长。土壤剖面不同层次中硝态氮供应非均匀条件下,小麦根系发育呈现明显的可塑性反应。小麦根系总长和表面积以及直径≤0.15mm的细根长(占整个根系的比重很大)与植株地上部氮含量和氮素积累量极显著正相关,与土壤中硝态氮含量极显著负相关。     

缺锌胁迫下玉米叶片出现类似细胞凋亡现象

【目的】植物缺锌表现为叶片脉间失绿、枯萎黄化、局部细胞死亡等。通过分析缺锌玉米营养学性状和细胞凋亡特异性指标，揭示缺锌是否会导致玉米出现细胞凋亡的特征。【方法】选择‘郑单958’和‘农大108’两个玉米品种，进行水培试验。设置不施锌(0μmol/L)和供锌(1μmol/L)两个处理，在玉米幼苗生长5、10、15和20天时，取样测定幼苗地上部和根部生物量和锌含量；利用光学显微镜和电子显微镜观察叶片细胞结构；利用琼脂糖凝胶电泳进行叶片DNA梯状条带分析，利用DAPI (4’,6-二脒基-2-苯基吲哚)荧光染色研究叶片细胞DNA降解特征；利用试剂盒测定Caspase-3酶活性。【结果】缺锌玉米植株生长矮小，新叶基部发白，地上部锌含量下降，生物量降低，叶肉细胞体积变小、收缩；叶肉细胞核膜出现皱缩，核内染色质凝集固缩，趋向核膜边缘，向外周聚集，形成周边化；维管束鞘细胞核结构变形、萎缩，呈不规则状。DAPI染色可见缺锌叶片细胞的细胞核变形、弥散，碎片增多。琼脂糖凝胶电泳发现，缺锌培养15天时，叶片中DNA出现降解，呈现拖尾(DNA ladder)，郑单958叶片DNA受破坏较农大108更为严重；缺...