根系分隔和施氮对蚕豆/玉米间作体系根系分布和形态的影响

为西北1熟制灌区豆科/禾本科间作体系高产高效提供科学依据,于2007年在甘肃省农业科学院武威绿洲农业试验站设计了蚕豆/玉米间作体系的田间根系分隔试验,研究蚕豆/玉米2种作物间根系分隔和施氮对作物根系空间分布、根系形态的影响.采用根系行分隔法进行田间作物间根系分隔,并用根钻法采集根系.蚕豆和玉米根系主要分布分别在0～40 cm浅土层和0～60 cm土层,且间作玉米根系在60～120 cm比根系分隔的多,较深根系分布有利于玉米的后期竞争恢复生长.玉米根系可以占据蚕豆地下部空间,而蚕豆的根却较少到间作玉米的地下部空间.种间互作和施氮增加了玉米和蚕豆在纵向和横向2个尺度上的根重密度、根长密度、根表面积、根系体积.蚕豆玉米间作和施氮扩展了2种作物根系纵向和横向的空间生态位,改变了作物根系形态,从而增加了作物水分和养分吸收的有效空间.     

锌对长柔毛委陵菜体内镉的亚细胞分布和化学形态的影响

为了解Zn对长柔毛委陵菜耐受Cd的影响,通过营养液培养并采用差速离心技术和化学试剂逐步提取法研究了zn对长柔毛委陵菜（Potentilla griffithii var．velutina）体内Cd的亚细胞分布和化学形态的影响。结果表明,长柔毛委陵菜体内72％-95％的Cd分布在细胞壁和可溶组分中,这表明Cd主要分布在长柔毛委陵菜体内的细胞壁和可溶组分中,而在叶绿体、细胞核和线粒体中分布较少。同时,随Cd或Zn处理浓度的增加,细胞壁对Cd的固持作用增强。长柔毛委陵菜体内的Cd以不同化学形态存在：对照中73％～93％的Cd以水提取态和乙醇提取态存在,在其他处理中主要以氯化钠提取态、水提取态和乙醇提取态为主,三者占总量的86％～96％：其中在Zn／Cd复合处理中氯化钠提取态是含量最高的形态,所占比例为42％-78％;而醋酸提取态、盐酸提取态和残留态的含量在所有处理中分布都较低,只占总量的3％～14％。另外,随Cd或Zn处理浓度的增加,活性较强的水提取态和乙醇提取态的分配比例总和减少,而氯化钠提取态所占比例却增加,这表明Cd向活性较弱的化学形态转移。因此,细胞壁固持、可溶组分的液泡区隔化和向活性较弱的结合形态转移可能是长柔毛委陵菜耐Cd的主要机制。     

施锌对冬小麦亚细胞镉分布和镉化学形态的影响

为深入了解施锌(Zn)对冬小麦镉(Cd)吸收的影响,本研究选冬小麦品种矮抗58,试验共设置了2个Cd水平(0、5μmol·L~(-1))和4个Zn水平(0、2、8和15μmol·L~(-1)),通过营养液试验,研究了施Zn对Cd胁迫下冬小麦Cd吸收、亚细胞分布和化学形态的影响。结果表明,冬小麦的生物量随Cd浓度的增加而降低,而Zn能够减轻Cd对冬小麦生物量的毒害作用。同时,根和地上部Cd含量随Zn浓度提高而降低。另外,施Zn显著降低了冬小麦幼苗各个亚细胞组分的Cd含量,增加了冬小麦根中1 mol·L~(-1)NaCl提取态和体积分数2%醋酸提取态Cd的含量。在Cd浓度为5μmol·L~(-1),Zn浓度为2和8μmol·L~(-1)时,冬小麦地上部细胞壁和可溶性部分Cd所占的比例增加;在Cd浓度为5μmol·L~(-1),Zn浓度为8和15μmol·L~(-1)时,冬小麦根部细胞壁和可溶性部分Cd所占的比例增加。冬小麦地上部去离子水提取态Cd所占比例随Zn浓度增加而降低,体积分数2%醋酸提取态Cd所占比例随Zn浓度增加而增加。因此,施Zn通过调节冬小麦亚细胞Cd分布和Cd的化学形态,促进了冬小麦体内活性Cd向惰性Cd的转化,减轻了Cd对冬小麦的毒害效应,降低了冬小麦根部Cd的迁移能力。     

蚕豆与小花南芥间作体系中 Cd,Pb在植物中的累积特征

本研究采用大田试验,通过富集植物小花南芥与蚕豆间作修复铅锌矿区周边农田土壤,分析在间作体系中植物对Cd和Pb的累积特征。结果表明:单作与间作条件下,蚕豆和小花南芥的株高以及生物量没有显著差异。蚕豆在花蕾期Cd,Pb的含量相对较低,成熟期Cd,Pb含量最高,蚕豆的Cd和Pb含量在间作条件下分别比单作高30.9%和40.2%;小花南芥的Cd,Pb含量随种植时间逐步升高,小花南芥的Cd和Pb含量在间作条件下分别比单作高12.6%和低9.04%。蚕豆与小花南芥间作条件下对Cd的富集系数比单作高,而对Pb的富集系数间作和单作没有差异。蚕豆与小花南芥对Cd和Pb的转运系数,单作与间作条件下均没有差异。蚕豆对Cd和Pb的净化效率,间作的均大于单做,小花南芥的净化效率单作与间作没有差异。因此,蚕豆花蕾期Cd,Pb含量最低,成熟期Cd,Pb含量最高,均是间作高于单作;小花南芥在120 d时Cd,Pb含量最高,Cd含量间作高于单作,Pb含量低于单作。研究表明富集植物小花南芥与蚕豆间作修复铅锌矿区周边农田土壤,具有一定的修复效率。     

大麦/蚕豆间作对土壤含水量的影响研究

通过大麦/蚕豆间作盆栽试验,研究了间作中大麦和蚕豆各生育期土壤含水量的差异以及间作大麦与单作大麦土壤含水量的差异。结果表明,大麦苗期后期至抽穗期,蚕豆土壤含水量下降比大麦快。而在苗期前期和成熟期,大麦土壤含水量下降比蚕豆快。在大麦整个生育期中,间作大麦土壤含水量下降都比单作大麦快,尤其是在拔节至孕穗期下降最快。     

马铃薯、蚕豆间作对二者根系的影响

对马铃薯蚕豆间作与单作下两种作物的根系进行研究。结果表明,马铃薯与蚕豆间作可以增加马铃薯和蚕豆的根干重和根系活力,但对根含水量影响不大。马铃薯与蚕豆间作、单作的根干重和根系活力随着生育进程的进行不断增加,到蚕豆结荚期达到最大。在0~80 cm土层中,土层越深、根系干重越小,在40~60 cm土层中根含水率最高、根系活力最强。     

白条党参与蚕豆间作育苗技术

从选地整地、品种选择、播种时期、种植密度、栽培管理等方面总结了白条党参和蚕豆间作育苗技术。     

施磷对玉米与蚕豆间作体系养分吸收的影响

采用不同的施磷量来检验玉米与蚕豆间作体系中蚕豆和玉米对氮、磷、钾吸收量的动态变化.结果表明:施磷不仅增加了间作蚕豆和玉米地上部磷吸收量,并且在一定程度上增加了单、作间的磷吸收差异.但是,无论是单作还是间作,吸磷量并没有随着施磷量的增加而增加.可以看出:施磷量对单间作蚕豆和玉米氮、磷、钾的吸收量没有很大的影响;玉米间作蚕豆与根瘤菌高效共生体系具有很强的适应能力,在较低肥力水平下,具有明显的资源利用优势.     

不同间作方式对蚕豆根腐病及作物生长的影响

为探索间作方式对蚕豆根腐病及作物生长的影响,2018-2019年连续两年在临夏州内进行了蚕豆与小麦、油菜、马铃薯3种作物的间作试验。结果表明,蚕豆与不同作物的多样性种植可以控制蚕豆根腐病的发生发展,尤其以豆薯2∶2间作种植时根腐病的发病率和病情指数均最低,在此模式下,也改善了蚕豆产量构成因素,从而提高产量。     

三种黏土矿物对蚕豆生长和重金属含量的影响

以云南会泽铅锌矿周边污染农田土壤为供试土壤,施加沸石、钠基膨润土、硅藻土3种黏土矿物,开展室内种植蚕豆的盆栽试验,研究黏土矿物对蚕豆光合生理、生物量、矿质营养、重金属含量和累积量的影响。结果表明:3种黏土矿物显著增强蚕豆叶片的光合作用,增加植株的生物量,其中钠基膨润土处理的增幅最大,为21.7%。黏土矿物降低土壤速效氮、磷、钾的含量,降幅为12%～48%,改变蚕豆植株氮、磷、钾的含量,其中,硅藻土显著增加蚕豆植株磷、钾和根系氮的含量,增幅为23%～83%,钠基膨润土降低蚕豆地上部氮、磷、钾的含量。3种黏土矿物均显著降低土壤有效态铅和铜的含量,降幅为14%～28%,减少蚕豆植株的锌含量、根系铅和铜的含量;沸石还显著降低土壤有效态镉、蚕豆植株镉和地上部铅的含量。相关分析发现,土壤有效态镉与蚕豆地上部镉、有效态铜与根系铜、有效态锌与植株锌的含量呈极显著或显著正相关。研究表明黏土矿物能降低污染土壤重金属的生物有效性,减少蚕豆植株的重金属含量,改善光合作用和提高生物量。     

异质Cd胁迫对蚕豆和富集植物续断菊根系生长的影响

为了研究蚕豆和续断菊根系对异质Cd胁迫的生态学响应,探讨间作体系影响Cd累积的根系可塑性机理,以蚕豆和Cd富集植物续断菊为试验材料,设置异质Cd胁迫根箱模拟试验,将根箱平均分为左、右两室,分别填充Cd处理（50 mg·kg^-1）土壤和无Cd土壤,分别测定蚕豆和续断菊的根长、根表面积、根体积等形态指标,比较异质Cd胁迫对蚕豆和续断菊根系生长影响的差异。结果表明,异质Cd胁迫下,蚕豆的根长、根表面积、根体积表现为无Cd右室大于Cd胁迫左室,续断菊表现为Cd胁迫左室大于无Cd右室。蚕豆根系直径为0~0.5 mm、土壤深度为15~20 cm时,无Cd右室根长、根表面积和根体积是Cd胁迫左室的4.63、3.14倍和2.39倍;根系直径为0.5~1 mm和大于1 mm、土壤深度为30~35 cm时,无Cd右室根长分别是Cd胁迫左室的1.69倍和5.04倍,根表面积分别是Cd胁迫左室的1.78倍和5.05倍,根体积分别是Cd胁迫左室的1.85倍和33.00倍。续断菊根系直径为0~0.5 mm、土壤深度为0~5 cm时,Cd胁迫左室根长、根表面积和根体积是无Cd右室的1.66、1.36倍和1.57倍;根系直径为0.5~1 mm、土壤深度为35~40 cm时,Cd胁迫左室根长、根表面积和根体积是无Cd右室的2.86、2.16倍和2.81倍;根系直径大于1 mm、土壤深度为15~20 cm时,Cd胁迫左室根长、根表面积和根体积是无Cd右室的26.94、52.26倍和139.33倍。综上结果表明Cd胁迫抑制了蚕豆根系的生长,促进了续断菊根系的生长,这可能是蚕豆和续断菊间作模式修复Cd污染土壤的机理之一。     

锶对蚕豆根尖细胞的遗传毒性效应

为探讨Sr²⁺污染对蚕豆根尖细胞的生态毒性效应和对植物生长影响的毒理机制,以蚕豆为试材,通过急性毒性实验、微核实验和彗星实验,以ρ(Sr²⁺)0.01 mmol·L^-1处理为CK,分析了Sr²⁺处理浓度[ρ(Sr²⁺)]为0.05~10 mmol·L^-1对蚕豆根(芽)生长、干重、根尖细胞染色体结构及根尖细胞DNA断裂损伤的影响。结果显示,Sr²⁺对蚕豆的根尖细胞的生态毒性效应具有双重性。当ρ(Sr²⁺)<0.05 mmol·L^-1时可促进蚕豆根、芽生长;ρ(Sr²⁺)>0.25 mmol·L^-1时,蚕豆发芽率下降了17.93%~36.32%,根茎、生物量及总生物量分别降低了42.15%、48.69% 和46.75%。同时,Sr²⁺抑制了蚕豆根尖细胞有丝分裂,促进DNA链发生断裂,导致有丝分裂指数(MI)降低,出现染色体断片和微核,其微核率(MCN)是CK的200%~400%;彗星尾长(TL)、尾部DNA含量(TD)和彗星尾矩(TM)也显著高于CK(P<0.05),表明DNA出现了明显的断裂损伤。     

5种杀菌剂对蚕豆赤斑病菌的室内毒力测定及田间防效

为了筛选防治蚕豆赤斑病的高效药剂,选用25%吡唑醚菌酯悬浮剂、225 g/L异菌脲悬浮剂、40%嘧菌环胺悬浮剂、400 g/L嘧霉胺悬浮剂、43%腐霉利悬浮剂等5种杀菌剂,对蚕豆赤斑病病原菌进行室内毒力测定和田间药效试验。结果表明：5种药剂对蚕豆赤斑病菌均有较好的抑制作用,其中225 g/L异菌脲悬浮剂的抑菌作用最强,EC₅₀为0.172 1 μg /mL;其次为25%吡唑醚菌酯悬浮剂,EC₅₀为2.534 0 μg /mL。田间药效试验结果表明,在推荐剂量下,5种杀菌剂对蚕豆赤斑病均有良好的防治效果,其中25%吡唑醚菌酯悬浮剂2 000倍液防治效果最佳,为79.03%,显著高于其他药剂。产量分析显示, 25%吡唑醚菌酯悬浮剂2 000倍液小区平均产量为15.8 kg,百粒质量为179.0 g,增产率为5.60%,显著高于其他杀菌剂。综合分析,25%吡唑醚菌酯悬浮剂对蚕豆赤斑病的防效最高,并有显著的保产效果,可作为防治蚕豆赤斑病的首选药剂。     

超富集植物与能源植物间作对Cd、Pb、Zn累积的影响

间作模式是实现重金属污染土壤边修复边生产的重要措施。通过盆栽实验,研究了超富集植物(少花龙葵、翅果菊)与能源植物(皇草、甜高粱)间作对Cd、Pb、Zn污染土壤修复的影响。结果表明,间作对土壤有机质没有显著影响,但能提高土壤中有效态Cd、Pb、Zn含量。与单作相比,间作显著增加了少花龙葵和翅果菊的生物量,而显著降低了两能源植物生物量。所有处理中,少花龙葵与皇草间作处理显著提高了皇草地上部Cd和Zn含量,翅果菊与皇草间作显著提高了两植物地上部Cd和Zn含量。此外,翅果菊与皇草间作显著增加了单株植物地上部Cd和Zn的累积。单盆中Cd和Zn累积量最大的是翅果菊与皇草间作处理(Cd为397.65μg·盆~(-1),Zn为4 169.42μg·盆~(-1)),其次为少花龙葵与皇草间作;少花龙葵与皇草间作对Pb累积量最大(Pb为158.28μg·盆~(-1)),翅果菊与皇草间作对Pb累积量为98.17μg·盆~(-1)。研究表明,翅果菊与皇草间作和少花龙葵与皇草间作可以显著提高Cd、Pb、Zn污染土壤的植物修复潜力。     

蚕豆幼苗对NaCl和NaHCO3胁迫的生理响应

采用不同浓度的NaCl和NaHCO3处理蚕豆幼苗,处理7 d后分别测定蚕豆幼苗鲜重、蚕豆叶片MDA和脯氨酸含量、蚕豆叶片抗氧化酶活性。结果显示,随NaCl和NaHCO3胁迫浓度的增加,蚕豆幼苗鲜重先显著增加后显著下降(P<0.05);叶中MDA和脯氨酸含量显著上升(P<0.05),NaCl低于NaHCO3的上升幅度;超氧化物歧化酶(SOD)活性先显著增加(P<0.05)然后下降;过氧化物酶(POD)活性在NaCl胁迫下显著升高(P<0.05),NaHCO3胁迫下先升高后显著降低(P<0.05);过氧化氢酶(CAT)活性显著增加(P<0.05)。蚕豆具有一定程度的抗盐碱性,碱胁迫大于同浓度盐胁迫的伤害。     

蚕豆对土壤中锶的累积及其器官分配特征分析

为了调查蚕豆不同生育时期对土壤中锶(Sr)的累积效应及Sr在各器官中的分配特征,采用盆栽试验,以外源施加Sr Cl2·6H2O(稳定同位素88Sr)模拟土壤受放射性核素90Sr污染,分析Sr在蚕豆各生育时期(苗期、现蕾期、开花期、结荚期、成熟期)及各器官中的累积、分配特征。结果显示,随外源Sr污染浓度的增加,蚕豆体内Sr的累积量显著增加(P0.05),各生育时期对Sr的累积量呈现成熟期结荚期开花期现蕾期苗期,生物富集系数(BCF)和转移系数(TF)呈"上升"趋势,Sr在蚕豆各器官中的累积百分比表现为叶茎根(苗期和现蕾期)、茎叶根花(开花期)、根豆荚茎叶(结荚期)和茎叶根荚壳种子(成熟期)。同时,蚕豆根系对Sr的吸收速率与外源Sr污染浓度显著相关。综上认为,Sr在蚕豆体内具有明显的累积效应,并可转移到蚕豆地上部分各器官中,导致这些器官或组织被Sr污染。     

铀对蚕豆幼苗光合特性和呼吸代谢的毒害机理

为探究铀(U)胁迫对植物光合作用和呼吸代谢的毒害作用,采用溶液培养法,用含有不同浓度铀(0、5、10、15、20、25μmol·L~(-1))的溶液处理蚕豆幼苗72 h后,通过组织切片和透射电镜观察根系结构的变化,并测定蚕豆幼苗的叶绿素含量、光合参数以及根系活力,另取高浓度铀处理组(U-25μmol·L~(-1))与对照组(U-0μmol·L~(-1))的根系进行转录组测序(RNA-seq)。结果表明:在不同浓度的铀胁迫下,铀向地上部的转移极少,其转移系数小于0.01,过量的铀累积明显破坏了根系的结构。此外,铀胁迫下蚕豆幼苗的光合效率降低,但根系活力增加。RNA-seq结果表明,与光合作用和呼吸代谢调控相关的基因中,共有117个基因差异表达,其中,光合作用中与光反应途径、卡尔文循环途径及光呼吸途径相关的基因表达以下调为主(90个DEGs;3个上调,87个下调);呼吸代谢中参与线粒体电子传递过程的相关基因表达以上调为主(27个DEGs;23个上调,4个下调)。研究表明,高浓度的铀胁迫抑制了蚕豆幼苗的光合作用,但增强了其根系的呼吸代谢,这可能是蚕豆对铀毒害的一种适应机制。     

镉、铅、锌复合胁迫对滇杨幼苗富集及转运镉的影响

为探究Cd-Pb、Cd-Zn和Cd-Pb-Zn复合污染的交互效应,以滇杨幼苗为研究对象,通过土培盆栽试验对Cd(50 mg·kg^-1)、Pb(500 mg·kg^-1)、Zn(500 mg·kg^-1)单一及复合胁迫下滇杨富集、转运Cd的特征进行深入分析,旨在为滇杨的矿区修复利用提供依据。结果表明：单一及复合胁迫可降低滇杨幼苗株高增长率,提高其地径增长率,其中Cd-Pb-Zn复合胁迫株高增长率降幅最大(24.45%),Cd-Zn复合胁迫地径增长率增幅最高(317.04%),而滇杨生物量仅在Cd-Pb-Zn复合胁迫时显著下降,降幅为30.28%。与单一Cd胁迫相比,Cd-Pb复合胁迫显著增加滇杨茎中Cd含量,Cd-Zn和Cd-Pb-Zn复合胁迫显著降低滇杨各器官Cd含量;单一Cd胁迫下滇杨Cd积累量为0.32 mg·pot^-1,Cd-Pb胁迫未显著改变Cd积累量(0.34 mg·pot^-1),而Cd-Zn(0.14 mg·pot^-1)和Cd-Pb-Zn胁迫(0....     

玉米与龙葵间作模式对植物生长及Cd富集特征的影响

为探究最优的间作修复模式,通过田间小区试验,以玉米和超富集植物龙葵为研究对象,设置单作玉米（CK1）、单作龙葵（CK2）、宽窄行玉米宽行间作单行龙葵（T1）、宽窄行玉米宽行间作双行交错龙葵（T2）、等行距单行玉米间作单行龙葵（T3）、等行距单行玉米间作双行交错龙葵（T4）、等4行距玉米间作等4行距龙葵（T5）7种种植模式,研究不同模式下玉米和龙葵各器官生物量、土地当量比、Cd含量、富集系数和转运系数、总Cd提取量、根际土壤pH和有效态Cd含量的变化。结果显示,5种间作模式的土地当量比均大于1。与CK1相比,T3间作模式玉米产量增加15.6%,T1、T4、T5间作模式玉米产量降幅小于10%,T2间作模式玉米产量减少16.8%;与CK2相比,5种间作模式龙葵单株总生物量没有显著变化。5种间作模式没有显著改变玉米和龙葵各部位的Cd含量,以及生物富集系数和转运系数,但却显著提高了单位面积总Cd提取量,其中T4间作模式最高。除T5外,其他4种间作模式均显著降低了龙葵和玉米根际土壤pH,提高了龙葵根际土壤Cd有效态含量,却降低了玉米根际土壤Cd有效态含量。这表明玉米与龙葵表现为种间生长促进,T1、T3、T4、T5 4种间作模式不仅可以保障玉米稳产,而且能显著提高修复效率,实现边生产边修复的目的,其中T4间作模式最优。另外,沈阳地区龙葵种子在湖南表现出不适应性,建议选用当地龙葵进行间作修复。