菠萝灌溉施肥技术研究进展

季节性干旱是限制菠萝增产提质增效的重要原因,发展“以水促肥,以肥促产,水肥高效耦合”的现代灌溉施肥技术,是应对季节性干旱,促进菠萝增产提质增效的重要途径。本文从华南地区季节性干旱时空分布特征、干旱胁迫对菠萝生长发育的影响、我国菠萝水肥管理现状、灌溉施肥技术对菠萝生长发育的影响等4个方面简要阐述了我国菠萝灌溉施肥技术发展的必要性,重点从现代灌溉施肥方式、耗水规律和养分吸收规律等3方面总结了菠萝灌溉施肥技术研究进展,并结合研究进展提出我国菠萝灌溉施肥技术目前存在的问题,探讨未来可能的研究重点和发展方向,为菠萝灌溉施肥技术的研究与应用提供参考。     

过表达ZmIBH1-1提高玉米苗期抗旱性

【目的】干旱是严重影响玉米生长发育进程的一个重要因素。挖掘玉米抗旱相关基因,通过转基因功能验证和转录组分析,解析关键基因在响应干旱胁迫过程中的分子调控机制,为抗旱分子育种和遗传改良提供理论依据。【方法】以玉米自交系B104（WT）为背景材料,利用农杆菌介导方法构建过表达ZmIBH1-1转基因株系（ZmIBH1-1-OE）;通过对转基因植株进行草铵膦抗性筛选、标记基因和目的基因PCR检测,以及运用实时荧光定量PCR检测目的基因的表达情况,鉴定阳性植株和株系;以WT和ZmIBH1-1-OE转基因株系为材料,通过干旱处理（20% PEG6000）,进行表型鉴定和耐旱生理生化指标测定,验证ZmIBH1-1的抗旱功能;通过对干旱胁迫下玉米4叶期转录组的比较分析,鉴定出差异表达的基因（differentially expressed genes,DEGs）;结合DAP-seq（DNA affinity purification sequencing）分析,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的下游靶基因,利用基因组可视化软件IGV（integrative genomics viewer）分析ZmIBH1-1蛋白结合候选靶基因的位置,然后通过Dual-Luciferase试验验证ZmIBH1-1蛋白与靶基因的调控关系。【结果】通过玉米遗传转化获得12个转化事件;T₃代中,能同时检测到标记基因Bar和目的基因ZmIBH1-1的植株有458个,实时荧光定量PCR检测结果表明,ZmIBH1-1-OE中ZmIBH1-1的表达量显著高于WT,株系3和株系8表达量最高,将其自交获得T₄代转基因株系用于后续试验。在干旱胁迫条件下,ZmIBH1-1-OE株系存活率、叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量及其生理生化指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性）均显著高于WT,说明玉米中过量表达ZmIBH1-1赋予玉米更高的耐旱性。转录组分析结果表明,WT与ZmIBH1-1-OE株系在干旱胁迫下有1 214个差异表达基因;Gene Ontology（GO）功能富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及生物过程、细胞组分和分子功能,如在生物过程中主要涉及到光合作用、应激响应、脱水响应等;KEGG富集分析表明,差异表达基因主要参与植物激素信号传导、新陈代谢等过程。结合转录组显著差异表达基因和DAP-Seq分析所得到ZmIBH1-1蛋白的靶基因,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的11个候选靶基因,包括2个钙信号相关基因、3个半胱氨酸代谢相关基因、1个bHLH转录因子、1个应激响应蛋白、1个谷胱甘肽转移酶、1个氧化还原过程蛋白和2个乙烯响应因子;基因组可视化结果显示ZmIBH1-1蛋白可以结合靶基因启动子区;随后通过Dual-Luciferase试验进一步表明,ZmIBH1-1蛋白可以直接作用于11个候选靶基因,其中,ZmIBH1-1蛋白可以促进ZmCa-M、ZmSYCO、ZmbHLH54、ZmGlu-r1、ZmCLPB3和ZmP450-99A2的表达,抑制ZmAGD12、ZmCYS、ZmCYSB、ZmERF-107和ZmEIN3的表达。此外,在干旱胁迫下NAC、WRKY、MYB等转录因子在ZmIBH1-1-OE和WT株系中也存在差异表达。【结论】ZmIBH1-1的过表达可以增强玉米苗期的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控乙烯信号通路中的ZmERF-107和ZmEIN3的表达提高玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控钙信号相关基因ZmCa-M和ZmAGD12增强玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白可能通过间接调控NAC、WRKY、MYB等转录因子响应干旱胁迫。     

烯效唑浸种对干旱胁迫下工业大麻幼苗形态、渗透调节物质及内源激素的影响

选用0.4 mg·L~(-1)的烯效唑(S_(3307))浸种工业大麻"火麻一号"种子,采用盆栽试验方法,于大麻三叶期设置清水浸种后正常供水(CK)、清水浸种后干旱胁迫(D)和烯效唑浸种后干旱胁迫(D+S)3个处理,探讨烯效唑浸种对干旱胁迫下工业大麻幼苗形态、渗透调节物质及内源激素的影响。结果表明:与D处理的植株相比,D+S处理显著提高了根系干、鲜重,分别提高46.67%～61.54%和16.46%～25.53%;恢复了胁迫后期的地上部干、鲜重,复水4 d后地上部干、鲜重较D处理分别提高了4.38%和2.23%;促进了根系生长的能力,干旱胁迫8 d后,D+S处理较D处理根长、根表面积、根体积、根总投影面积、分枝数、交叉数和根尖数分别增加了34.48%、34.77%、69.10%、70.00%、29.62%、54.28%和33.07%;提高了幼苗叶片SPAD值,降低了细胞膜透性,增加了可溶性糖和可溶性蛋白含量,干旱胁迫8 d后D+S处理较D处理SPAD值增加了28.30%,细胞膜透性减少了17.22%,可溶性糖和可溶性蛋白含量分别增加了17.32%～36.78%和5.07%～7.94%。干旱胁迫8 d后,D+S处理使工业大麻叶片中脱落酸(ABA)含量增加了1.02倍,水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)含量分别降低了17.79%和14.40%。可见,烯效唑浸种能通过调控工业大麻幼苗生长及生理指标来增强其抗旱能力,缓解干旱胁迫对幼苗造成的伤害。     

基于WOFOST模型的辽宁省春玉米干旱灾损风险评估

利用锦州农业气象试验站的作物生长发育和土壤实测数据对WOFOST模型水分胁迫模块进行了调参，适用性验证表明，WOFOST模型适用于辽宁省春玉米生长发育和产量的模拟，辽宁省春玉米受干旱的影响可以利用WOFOST模型较敏感地反映出来。利用调参后的WOFOST模型模拟了全生育期及出苗~拔节、拔节~抽雄、抽雄~乳熟和乳熟~成熟各阶段发生轻、中、重旱情景对辽宁省春玉米产量的影响，并根据模拟结果确定了不同干旱风险等级下辽宁省东、中、西部玉米生产的灾损范围。结果表明：不同生育期发生干旱对产量的影响不同，总体上，抽雄~乳熟期发生干旱的影响最大，其次是拔节~抽雄期，而出苗~拔节期和乳熟~成熟期发生干旱对产量的影响较小，全省春玉米在抽雄~乳熟期发生重旱的减产风险达30%~70%；在相同干旱水平下，不同区域受影响程度也不同，在全生育期及各生育阶段发生轻、中、重旱情景下，干旱导致的减产率总体上表现为由东部向西部地区逐渐加重的趋势，在全生育期重旱情景下，辽宁省东部的春玉米减产率为40%~75%，中部为60%~90%，西部达65%~95%。     

河南省农业干旱脆弱性分析

为减轻旱灾损失,根据2005、2015年河南省统计与气象数据,采用10项指标和灰色关联分析法,以最劣值为参照系列分析了该省农业旱灾脆弱性。结果表明,豫西的济源、三门峡、洛阳,豫东的开封、漯河与豫北的鹤壁是河南省干旱脆弱性较强的区域,而豫东南的商丘、驻马店、信阳,豫北的新乡、豫西南的南阳则脆弱性较弱,其他地区居于两者之间;2005—2015年河南省干旱脆弱性呈明显的增加趋势。河南省是中国粮食生产核心区,首先要依靠科技创新,大力发展节水农业、循环农业;其次要重视水资源的节约与保护、加大农业投入以降低干旱的脆弱性,确保粮食安全。     

基于温度植被干旱指数的兖州煤田煤炭开采影响边界遥感提取

为识别植被覆盖区煤炭开采的生态影响边界,该文以兖州煤田为研究区域,应用温度植被干旱指数TVDI(temperature vegetation drought index)反演沉陷积水区外围的土壤湿度空间分布特征,利用MATLAB拟合TVDI变化趋势并依据其趋于稳定的渐近线,反解煤炭开采活动对矿区生态的影响边界,将其与采用MSCS(mining subsidence prediction system,MSCS)软件预计获得的下沉10 mm沉陷边界进行对比。结果表明:不同距离的TVDI中位数随距积水区边缘距离的变化表现为先增加后趋于平稳、呈指数变化特征;基于TVDI分析得到的煤炭开采的非积水影响范围,仅相当于沉陷积水面积的2.07倍,预计沉陷非积水面积与预计沉陷积水面积之比为4.63倍。通过模型拟合遥感指数随距离的变化特征,能够获得煤炭开采的影响边界;兖州煤田基于TVDI获取的煤炭开采影响面积,相对小于预计的开采沉陷面积。该研究可为确定煤炭开采对生态影响的边界提供参考。     

内蒙古东部干旱年份玉米需水规律及灌溉制度优化

基于通辽市丰田灌溉试验站3年野外实测试验,对该地区干旱年份玉米需水规律开展研究,结果表明:研究区干旱年份玉米拔节期与抽雄期耗水量占玉米整个生育期的50%以上,耗水强度依次表现为抽雄期拔节期灌浆期苗期,各生育阶段日耗水强度介于0.79~6.50 mm·d~(-1)之间;玉米干旱年份苗期、拔节期水分胁迫处理减产率较小,均未达到显著水平,抽雄期水分胁迫造成的减产量最大,多年平均达10%以上。干旱年份随着玉米耗水量的增加,产量持续增加,而水分生产率先升后降,合理的水分胁迫有利于提高干旱年份水资源的利用效率;同时通过数学模型与动态规划,提出了干旱年份玉米不同灌溉定额条件下的非充分优化灌溉制度,干旱年份应首先保证玉米抽雄期、灌浆期各灌水1次的要求,每次灌水约600 m3·hm-2。     

基于GIS技术的巴中市农业气象干旱灾害风险区划

为了提升干旱气象灾害风险管理和决策水平,减轻灾害造成的损失,笔者利用巴中市及其周边市、县1981—2015年的气象观测资料和历史干旱灾害资料,根据干旱发生的时段分为春旱、夏旱、伏旱、秋干、冬干,综合巴中各县区的气象、社会、自然、灾害防御及地理信息数据(1:5万)基于GIS平台,应用灾害风险评价的理论和技术,结合风险指数、自然断点和加权综合评价的方法,绘制出巴中市干旱灾害风险区划图。结果表明,巴中市农业气象干旱的风险呈现北高南低的趋势,北部高风险区较南部低风险区海拔高、河网密度小、经济水平低是其风险较高的主要原因。     

花铃期干旱胁迫对不同棉花品种光合特性影响及抗旱性评价

以28份抗旱性不同的棉花品种为材料,通过大田花铃期水分胁迫,以抗旱系数和主成分分析综合评价各个棉花品种的抗旱水平,并对其评价和等级进行划分。结果表明,各个棉花品种在花铃期干旱胁迫下,各指标反应程度不同,其中叶绿素、净光合速率、水蒸汽压亏缺、气孔导度变化较明显,通过RI值聚类分析,将材料分成4个大类,第Ⅰ类为高抗型品种有C1470、ND359-5、新炮1号、新陆中39等18份品种;第Ⅱ类为中抗型的包括天合995、吉扎81、大铃棉、TM-1、10615-1、塔什干7号;第Ⅲ类为敏感型的包括新陆早1号、新石K7、鲁棉28;第Ⅳ为极敏感型的新陆早26。进一步利用逐步回归建立回归方程D=-1.496+0.775Ci+0.160Gs-0.020VPD+0.719Pn+0.799Tr-0.241WUE+0.663Chl(R2=0.996),筛选出7个指标,分别为Ci、Gs、VPD、A、Tr、WUE、Chl,各材料估计精度大于97.55%。     

东北春玉米不同发育期干旱胁迫对根系生长的影响

分别在玉米拔节期(BJ)和抽雄期(CX)进行水分胁迫试验,利用微根管技术观测不同发育期干旱过程中根分布动态,并利用根分布模型模拟相关参数(d_(50)和d_(95):累积根比例分别为50%和95%的土层深度),对不同干旱胁迫处理的土壤湿度、根系分布及相关参数时空动态特征进行分析。结果表明:水分控制后的土壤湿度在130cm以上基本达到预期干旱效果,即BJ和CX处理在控水时段0~100 cm土层土壤相对湿度都降至40%以下,但深层土壤湿度并未受到水分控制影响;拔节和抽雄期干旱胁迫条件下,根长密度(RLD)最大值分别为2.18±0.89cm·cm~(-3)和2.10±0.47 cm·cm~(-3),所在土壤深度为60 cm,对照(CK)RLD最大值为1.24±0.77 cm·cm~(-3),所在深度为40 cm,CK和BJ处理的RLD在最大值深度以下随土层深度增加而减小,CX处理的RLD在80 cm以下仍保持较大值;BJ和CX比CK的d50分别增大45%和59%,d95分别增大8%和41%,证明玉米根系因干旱胁迫而向深层土壤生长。