山东省冬小麦产量差与氮肥利用效率差形成机理解析

【目的】量化山东省冬小麦产量差及氮肥利用效率差,分析产量差和效率差之间的关系,明确环境、栽培条件及生理因素对产量差的贡献,探讨协同缩差增效的可能途径,为冬小麦产量差缩减和资源利用效率提升提供理论依据。【方法】本试验于2016—2020年在山东济宁、德州、烟台和淄博4市进行,综合肥料投入、播种密度和灌溉水平等管理措施,设置了超高产水平（SH）、高产高效水平（HH）、农户水平（FP）和基础产量水平（ISP）4种模式,定量分析不同产量水平冬小麦产量差和氮肥利用效率差,分析产量差和效率差之间关系,讨论产量差和效率差形成的影响因素及缩差增效的可能途径。【结果】当前山东冬小麦高产纪录与SH、SH与HH、HH与FP以及FP与ISP之间的产量差分别为2 729.1、674.3、1 042.9和4 349.8 kg·hm^-2,SH与HH、HH与FP之间的氮肥偏生产力差分别为-13.54和15.67 kg·kg^-1;产量和氮肥偏生产力之间存在着二次抛物线关系。当前降水、光温等不可控因素和肥水投入等可控因素对产量差的贡献率分别为31.16%和68.84%。结果显示,平均叶面积指数（MLAI）、平均净同化率（MNAR）、单位面积穗数（EN）和粒重（GW）差与SH和HH之间的产量差呈显著正相关关系;而收获指数（HI）、穗粒数（GN）和粒重（GW）差与HH和FP之间的产量差呈显著正相关。SH和HH处理较FP处理有更高的地上部生物量、单株分蘖数以及分蘖成穗率。【结论】当前山东省冬小麦农户产量只实现了最高纪录产量的64.34%,通过优化水肥投入量、提高追肥比例、增施有机肥和锌肥等栽培措施可使冬小麦产量差缩减23.46%,氮肥偏生产力提高56.99%。花后物质生产能力仍然是小麦产量提升的限制因素,在保证花后光合同化的同时,提高花前物质的再转运以提高收获指数是农户模式向高产高效发展的有效途径。     

外源Se提高杂交酸模抗盐性的生理基础

利用不同量外源Se可以提高生长在盐渍环境下杂交酸模(R.Patientia×R.tinshanicus)的耐盐能力,增加其干重.其原因是由于基施Se后对Na+、K+吸收具有明显的促进作用,显著增强杂交酸模从根部至地上部对K+运输的选择性,叶片的Na+/K+比降低;适量基施Na2SeO3(小于1.5mg/kg)GSH-px、CAT、POD活性提高,减缓植物细胞质膜的膜脂过氧化作用,抗氧化能力增强;外源Se能增加可溶性糖含量,并作为渗透调节物质降低杂交酸模叶片的渗透势和提高其渗透调节能力.     

不同基因型小麦NDVI 值与产量的关系

在旱地保护性耕作条件下,以11个不同基因型小麦(Triticum aestivumL.)品种为材料,研究了植被归一化指数(NDVI,Normalized difference vegetation index)与产量构成和抗旱性的关系。结果表明,不同基因型小麦各生育期的归一化植被指数(NDVI)存在显著性差异;小麦抽穗期NDVI值与其干旱产量指数呈正相关,抽穗期NDVI值较高的小麦品种其干旱产量指数也较高;本试验条件下,石麦15、石家庄8号和烟Blu6439三个小麦品种的干旱产量指数较高。     

不同类型小麦品种孕穗期低温生理反应及其抗寒性分析

为明确冬小麦抗低温倒春寒的生理机制,以多穗型小麦品种济麦22、邯6172和大穗型小麦品种临麦4号、潍麦8号为材料,研究了孕穗期低温(1℃、-2℃)对小麦叶片可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和丙二醛(MDA)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响。结果表明,在低温处理当天,1℃低温下,4个品种的可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和MDA含量均不同程度增加,SOD活性除济麦22外均提高;-2℃低温下,可溶性糖和脯氨酸含量增加更明显,SOD活性除临麦4号外均降低,各品种MDA含量均显著减少。低温处理第3d和第6d,低温最初诱导产生的脯氨酸逐渐减少,MDA含量大幅降低,其余指标均增加。经用隶属函数法综合分析,4个品种的抗寒性相近,穗型间差异不明显。     

旱地保护性耕作对土壤理化性状和冬小麦生理特性的影响

本研究结果表明,与传统旋耕相比,旱地实行保护性耕作后,土壤容重和土壤温度得以改善,土壤含水率显著增加,土壤有机质含量提高,养分状况改善。对小麦生理特性的研究表明,采用保护性耕作种植的小麦单株分蘖力强,生育后期叶面积系数较高,干物质生产能力较强,公顷穗数显著高于传统旋耕,最终产量较传统旋耕增产27.4%。对比小麦当季水分生产效率,保护性耕作高于传统旋耕39.5%,达14.35 kg.mm-1.h-1。     

氮肥运筹对垄作小麦生育后期光合特性及产量的影响

为给垄作小麦生产提供理论依据与技术支持,采用正交设计的试验方法,研究了氮素运筹对垄作小麦生育后期旗叶光合特性及产量的影响.结果表明,适当增加施氮量,能够显著提高垄作小麦生育后期旗叶的光合速率及产量.在施氮量(纯氮)为每公顷250 kg左右时,小麦旗叶光合速率最高,产量也最高.在氮肥用量一定的情况下,33%播种前基施,67%拔节期追施,小麦后期光合速率和产量最高.垄作小麦在开花期光合速率略低于平作小麦,但自灌浆开始旗叶光合速率一直高于传统平作小麦,且差异显著.虽然垄作小麦的公顷穗数显著小于平作小麦,但是前者的穗粒数和千粒重却都显著大于后者,因而垄作小麦的产量也显著高于平作小麦.在较高肥力条件下,小麦采用垄作栽培方式,氮肥总用量250 kg/ha左右,基追比为1∶2时,可以获得较高的籽粒产量.     

氮肥管理对小麦产量和氮肥利用效率的影响

氮肥过量施用造成环境污染和生产成本增加等问题已成为限制我国农业可持续生产的主要因素。为实现氮素化肥的高效利用,连续2年在山东省农业科学院作物研究所试验地同一地块利用氮肥梯度带,进行了基于小麦叶片SPAD值的氮素实时管理。结果表明,在基施区随着施肥量的增加,小麦籽粒产量增加,二者呈线性关系,但施氮量207kg/hm2(N207)和276kg/hm2(N276)处理间差异不显著;追施区小麦的2个生长季籽粒产量均以不施基肥拔节期追氮207kg/hm2(N0+207)处理最高,分别为7649kg/hm2和7522kg/hm2,基施氮肥207kg/hm2拔节期不追肥(N207+0)处理最低,仅为7318kg/hm2和7388kg/hm2,差异达显著水平(P<0.05)。基施区各氮肥处理的氮肥表观利用率(RE)和氮肥偏生产力(PFP)均存在显著性差异,均是随着基施量的增加而显著降低。追施区N0+207、N69+138、N138+693个处理的PFP、AE和RE均高于或显著高于N207和N276 2个处理。因此在确定总施氮量的条件下实行基、追肥分施能够显著提高小麦的氮肥表观利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力。     

大豆孢囊线虫扩展蛋白新基因(Hg-exp-1、Hg-exp-2)的鉴定及功能分析

【目的】大豆孢囊线虫(Heterodera glycines)是大豆上最重要的土传病原物之一,由孢囊线虫口针分泌的扩展蛋白(expansin)在线虫侵染过程中发挥了重要作用。本研究旨在鉴定大豆孢囊线虫扩展蛋白基因,并对其结构、组织定位和发育表达特性进行研究,为进一步明确大豆孢囊线虫的寄生、致病机制打下基础。【方法】利用同源基因克隆技术,根据已报道的线虫expansin基因的保守序列设计上下游简并引物,从大豆孢囊线虫2龄幼虫cNDA中克隆expansin基因的EST片段,根据EST片段序列设计RACE特异性引物,通过RACE技术扩增测序后采用DNAstar 7.1和DNAman软件对序列进行比对和拼接,得到大豆孢囊线虫expansin基因c DNA全长;采用CLC sequence viewer 6进行开放阅读框查找、蛋白质翻译和序列比对;使用EBI在线软件Signal P 3.0 Server和TMHMM软件进行预测蛋白质前体信号肽和跨膜结构域预测,GSDS在线软件进行基因组结构分析;使用PHYML软件和MEGA5.0软件最大似然法对获得的基因与其他线虫expansin基因进行比对与系统进化树构建;采用Southern杂交技术分析Hg-exp-1在大豆孢囊线虫基因组中的拷贝数;通过原位杂交技术确定2个expansin基因的表达部位;提取卵、侵染前2龄幼虫、侵染后2龄幼虫、3龄幼虫、4龄幼虫与白雌虫的c DNA作为模板,通过半定量PCR技术分析expansin基因在线虫不同龄期的发育表达特性;根据Hg-exp-1基因序列设计引物扩增并合成dsRNA,对大豆孢囊线虫2龄幼虫浸泡处理24 h后接种大豆植株,分析Hg-exp-1 RNA干扰后对线虫侵染的影响。【结果】从大豆孢囊线虫2龄幼虫中成功克隆出2个扩展蛋白基因全序列,命名为Hg-exp-1和Hg-exp-2,长度分别为1 047和1 037 bp,分别编码长度为288和295个氨基酸的多肽,2个预测蛋白N端均含有信号肽,无跨膜结构域,表明其为分泌型蛋白。序列比对发现大豆孢囊线虫HG-EXP-1序列与马铃薯金线虫(Globodera rostochiensis)GR-EXPB1(CAC83611)和GR-EXPB2(CAC84564)以及非洲茎线虫(Ditylenchus africanus)DA-EXPB1(ADJ57307)等具有高度一致性。Southern杂交分析表明,expansin基因在大豆孢囊线虫中可能以多拷贝方式或多基因家族存在。原位杂交显示它们特异地在大豆孢囊线虫亚腹食道腺表达。Hg-exp-1体外RNA干扰后,2龄幼虫浸泡在dsRNA 24 h,靶基因的转录水平下调,接种后大豆根内线虫2龄幼虫数和雌虫数分别下降了38.3%和43.4%。【结论】从大豆孢囊线虫中成功分离鉴定出2个expansin基因,同时明确了其在大豆孢囊线虫寄生早期过程中起重要作用。     

滨海土壤水分动态集成预报模型及其应用

通过GM(1,1)模型拟合土壤水分变化趋势、傅里叶变换提取周期分量和AR(p)模型模拟随机过程,所建立的集成预报模型对荒地土壤水分的模拟精度高于已耕作的麦田,总体相对误差减少33%～106%.麦田和荒地土层愈深,模拟精度愈高.麦田和荒地不同深度的土体模拟值总体误差分别为±7.4%～±16.8%、±5.56%～±8.15%.同时运用集成预报模型预报了麦田和荒地未来某一时刻的0～60cm土体含水量.     

盐胁迫下杂交酸模超微结构的研究

通过对２００ｍｍｏｌ／ＬＮａＣｌ处理下的杂交酸模叶、根尖细胞电镜观察研究发现，盐处理２周后，吉肉细胞叶本受到不同程度的破坏，类囊体排列紊乱，肿胀，基料片层和基质片层模糊不清，甚至出现完全解体现象。