植物离子组学研究进展

【目的】植物离子组学是研究植物体内无机元素组成的一门综合学科。通过现代高通量的元素分析手段 (如ICP-MS),结合生物信息学、功能基因组学、数理统计学等手段研究植物吸收、养分元素积累和重金属污染物的机理及遗传学与分子生物学机制,是植物营养与环境生物学研究领域的新方向。因此,了解植物离子组学的研究方法及其应用方向对于拓展人们对植物和生态系统中元素循环机制的认识,调控植物元素循环等方面具有重大的意义。主要进展本文就近年来关于离子组学领域的研究成果,首先介绍了离子组和离子组学的概念;然后总结了离子组学的发展历程和目前从事相关研究的机构及其各自研究方向;并对离子组数据的转化和分析方法进行阐述;最后重点综述了离子组学的应用,包括从生态学角度探索生态系统中元素间的多重平衡;植物离子组与环境驱动因子、食品安全和超积累植物筛选间的关系;植物离子组结合基因组学对矿质元素吸收转运机制的探索。展望1) 从植物营养和食品安全角度出发,对粮食作物、经济作物和果树等进行离子组学研究;2) 从系统生物学或元素的生物地球化学循环角度对元素在土壤–微生物–植物、生产者–消费者–分解者等系统中的流动循环进行研究;3) 从学科交叉的角度来研究离子组学与基因组学、蛋白组学及代谢组学的相互关系。     

丛枝菌根真菌AMF提高植物抗逆性的组学技术研究进展

【目的】丛枝菌根真菌(AMF)可以显著提高植物对逆境胁迫的抵抗能力,本文综述了国内外针对代表性组学技术(转录组学、蛋白质组学和代谢组学)在AMF提高植物抗逆领域(干旱、温度、盐碱、重金属)的研究进展,分析了在逆境胁迫下,植物–菌根共生体在分子层面上的应答调控机理,为深入理解AMF提高植物耐逆的分子机理提供一定的科学依据。【主要进展】植物主要通过根系与AMF建立共生关系,进而从土壤中吸收更多的水分和营养物质,提高植物对非生物胁迫的抵抗能力。菌根植物在转录、翻译以及表观遗传层面应答非生物胁迫。AMF在不同程度上上调或下调某些与非生物胁迫相关基因的转录或蛋白的翻译及降解,从而提高植物对非生物胁迫的抵抗能力,维持植物的生长发育,提高其对水分和营养物质的吸收和利用效率。通过转录组学、蛋白质组学和代谢组学分析关键基因、蛋白及代谢物的变化,为深入挖掘AMF提高植物抗逆机理提供理论依据。【研究展望】揭示丛枝菌根共生体抗逆机理的组学技术研究仍处于起步阶段,单一组学的应用限制了信息表达的完整性和深层次网络调控机理的精确性。随着测序技术和手段在速度、精度等方面的提高以及生物信息学的更新发展,AMF提高植物抗...     

转基因植物修复重金属污染土壤研究进展

通过基因工程技术提高植物对金属的耐性,增加金属在植物体内的累积被认为是进行污染土壤生态恢复以及减少食物链金属污染的一条切实可行的有效途径。随着细胞和分子水平上对金属在植物体内的新陈代谢机理的认识及相关基因的不断鉴定,应用转基因技术提高植物对重金属的耐性和积累量的研究已取得了一些进展。本文就近年来分子水平上植物体内金属新陈代谢机理及基因技术在植物修复重金属污染方面的研究进展进行综述。     

金属污染土壤的植物修复

本文就金属污染土壤的植物吸取、植物稳定、植物挥发这三种植物修复技术国际研究与发展的态势作一描述，以进一步推动我国在土壤生物修复这一世界科学前沿领域的研究。     

营养改良型转基因植物研究进展

研究证实营养素在疾病预防中发挥着重要作用,摄入不足将影响人体健康,所以营养素的补充强化已成为各领域的研究热点。随着转基因技术的日益成熟,营养改良型转基因植物的研究也逐渐增多。本文围绕转基因技术在植物营养改良方面的应用,综述了转基因技术在提高植物中维生素含量、必需氨基酸含量、矿质元素含量和降低植物中有害因子、改善脂肪酸组成等方面最新研究成果,对其未来的发展方向及应用前景进行了展望,同时对转基因食品的安全性评价及商业化进程提出了建议。以期使读者能全面正确地认识和了解转基因技术在改良植物营养价值方面的研究进展和未来发展方向。     

植物中硒的含量、影响因素及形态转化研究

综合近年来国内外的研究文献,从硒对植物的生理作用、植物含硒量和影响因素以及植物硒形态分布和转化等方面进行了系统分析。今后应该继续对硒在植物体内的作用进行深入分析,结合分子和基因手段以及硒同位素技术,探索培育富硒作物品种的可能性以及在生产实践中应用的价值。继续在自然土壤条件下加强富硒作物生产技术的开发,为合理利用硒资源提供可持续技术保障。     

植物吸收铵态氮的分子生物学基础

植物对铵离子的吸收和铵离子在细胞间的转运是铵转运蛋白介导的需能主动运输过程。植物铵转运蛋白位于细胞膜上,含有101～1个跨膜域,分子量约为48.kD。研究表明,植物体内的铵转运蛋白由小基因家族成员编码,在表达特性上不同成员具有时空特异性。植物体内铵转运蛋白在功能、生化特性和转录调节水平上存在差异。在不同氮素水平下,铵转运蛋白基因通过转录和翻译调控,对于保持植株的适宜氮素供应以及氮胁迫条件下维持植物细胞中氮素的内稳态具有重要作用。     

水稻种植模式对水稻籽粒离子组的影响

亚细胞、细胞、器官乃至有机体内所有矿质元素的组合称为离子组。离子组是植物化学元素指纹,能够定量、精准地反映环境因子驱动下植物体产生的无机化学响应。为探求不同种植模式对水稻籽粒离子组的影响,采用大田试验,研究比较了长期常规种植、绿色蛙稻和有机蛙稻3种水稻种植模式水稻籽粒中矿质元素含量的差异和元素间的相关关系,并探讨了土壤中可利用态元素向水稻籽粒中的转移效率。21种元素含量通过高通量元素分析电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定,并利用主成分分析和方差分析等统计方法分别对数据进行综合分析和各元素处理间差异分析。结果表明,各元素在水稻籽粒中的浓度顺序为:KPMgCaMnZnFeCuRbNaBaMoBNiSrAsCrCdSeCoCs。主成分分析结果表明,不同水稻种植模式对水稻籽粒离子组有显著影响,第1主成分占总变量的32.7%,区分了有机和绿色种植模式;第2主成分占总变量的27.1%,将常规种植模式和另外两种模式区分开。不同水稻种植模式对水稻籽粒离子组有显著影响。与常规种植相比,绿色蛙稻模式下籽粒第1主族元素K、Na、Cs、Rb含量显著增加21%、31%、59%、72%,Mn、Cd的含量显著增加23%、441%,B和Cr的含量显著降低63%和51%;有机模式下水稻籽粒中Co、Ni和Cd含量分别增加60%、286%和488%,而Ca、B、Mo、Sr和Cr的含量显著降低38%、60%、20%、27%和96%,而同主族元素间的竞争并未发现。因此,从水稻必需元素吸收角度出发,绿色蛙稻种植模式优于有机和常规种植模式;但绿色和有机蛙稻种植模式对一些非必需元素的吸收也为水稻食品安全带来隐患。因此,科学的养分管理和合理种植结构的调整对保证水稻食品的安全有非常重要的意义和价值。     

植物篱技术及其生态效益研究进展

植物篱模式是实现山区农业可持续发展的一项适宜模式和种植技术,是一种坡地改良和可持续利用的生物工程措施。植物篱在控制土壤流失、增加土壤肥力、改善土壤物理性质和控制面源污染等方面具有显著的生态效益。本文在对目前国内外植物篱技术研究推广现状分析的基础上,对植物篱在土壤侵蚀控制、地表径流削减、土壤养分增加、土壤物理性质改善和面源污染控制等方面的生态效益和机理进行了分析,并探讨了植物篱技术应用和研究方面的不足和今后研究的重点领域,以期为我国坡耕地的可持续利用提供一些借鉴和参考。     

强化植物修复的螯合诱导技术及其环境风险

本文就运用螯合诱导技术强化植物修复金属污染土壤的理论基础、实践应用及环境风险等方面进行了分析和评价,认为螯合诱导-强化植物修复可成为一种有潜力的应用技术.     

不同基肥对黄瓜根际土壤微生物群落多样性的影响

分别以RAPD分子生物学方法和BIOLOG生理学方法,研究了不同基肥对黄瓜根际土壤微生物群落DNA序列多样性和群落功能多样性的影响。结果表明,在本试验条件下,基肥为75000 kg/hm2有机肥处理和75000 kg/hm2有机肥加300 kg/hm2复合肥处理最好;基肥为600 kg/hm2复合肥处理而使土壤微生物群落DNA序列丰富度指数和多样性指数显著下降,与对照的DNA序列相似系数最低;有机肥处理有利于土壤微生物群落DNA序列多样性、均匀度和黄瓜产量的提高。此外,不同基肥处理改变了土壤微生物对单一碳源的利用能力。     

计算机软件技术在植保软件开发中的应用

结合计算机软件技术的发展就如何进行植保应用软件的开发的一些技术性问题进行了探讨。提出了植保科技人员应以软件工程理论为指导,把握计算机应用的发展趋势,选择适合于植保专业技术人员使用的应用软件开发方法和工具,组织好软件开发人员,开发高水平、高质量的植保应用软件系统。该文还以黄淮海地区麦蚜预测预报系统(HH-AphidGIS)的研制开发为例,就上述原则中各个方面的具体应用进行了阐述     

Prediction of maize (Zea mays L.) population using normalized-difference vegetative index (NDVI) and coefficient of variation (CV)

The process of improving crop management inputs by use of remote sensing devices is a new technology. This study presents the use of the normalized-difference vegetative index (NDVI) combined with the coefficient of variation (CV) to predict plant populations in corn (Zea mays L.) over different growth stages and different locations. About 76 plots were selected from the two sites to conduct this research. The results showed that we were not able to reliably predict plant population at lately growth stages because the canopy covered the soil with overlapping leaves. However, at early growth stages, the results suggest that as the corn plant emerged from the soil, the biomass per unit area was small and the sensor technology application for prediction of plant population was possible. Further studies may be designed based on this observation to investigate the possibility at early growth stages such as V2 and V3.     

Avocado rootstock influences scion leaf mineral content

ABSTRACT

To test the influence of avocado rootstocks on the scion leaf ionome, the nutritional status of avocado cultivars Hass and Ettinger grafted onto 15 rootstocks was compared over 3 years. The rootstocks were of different genetic origins (West Indian or Mexican) and were clonally or reproductively propagated. The trees were grown in a high-density orchard, and were continually fertigated as is common in modern avocado orchards. Leaf mineral composition was analysed and found to be correlated with crop load. ‘Hass’ leaves had significantly higher levels of B, Ca, Mg, Na, P and K than ‘Ettinger’ leaves. Rootstocks of Mexican origin produced higher foliar Cl levels, but lower levels of Mg and Mn. Rootstocks grown from seedlings conferred higher foliar K and lower B, Ca and Mg. The results demonstrate that avocado rootstocks affect the nutritional status of the tree, by a differential mineral transport, which is indicated by the scion leaf ionome.     

二轴旋转式植物湿润栽培装置的研制

为了满足在地面进行空间植物生长试验和研究的需要,该文研制了能模拟空间微重力效应的二轴旋转式植物湿润栽培装置,介绍了该装置的总体设计、结构特点和工作原理。植物三维旋转栽培盘同时绕着2根相互垂直的旋转轴进行旋转,转速可独立在线无级调节。通过盘内植物湿润栽培介质材料筛选与优化组合,结合渗水管路和旋转水接口等关键部件的结构设计,介质始终保持整体湿润而外层表面无明水出现,且易于植物根部的固定,为植物生长提供良好的水、气、肥等生态环境。建立具备严格气密性的受控密闭舱,并配置植物生长监控和综合环境监测系统。应用试验分析表明,湿润栽培方法可以满足植物悬空低速三维旋转栽培的要求,装置各项性能指标均达到设计要求。     

植物耐低磷胁迫的遗传调控机理研究进展

土壤中总磷的含量很高,但其中能被植物吸收利用的有效磷浓度往往很低,因此,缺磷已经成为农业生产中重要的限制因子之一。由于磷在植物生长发育过程中的重要作用,植物在进化的过程中形成了一系列的适应机制以应对低磷胁迫。随着分子生物技术在植物营养研究中的广泛应用,研究人员相继克隆了大量参与植物体内磷动态平衡调控的基因,其中包括磷转运子、 转录因子、 非编码的小RNA及其它低磷胁迫诱导基因等。这些基因相互作用共同形成了复杂的植物耐低磷胁迫遗传调控网络。另外,利用数量遗传学的研究思路,大量与植物磷效率相关的数量性状位点（quantitative trait locus, QTL）也被定位出来。这些研究结果对于理解植物耐低磷胁迫的遗传调控机制具有重要作用。本文就以上研究的国内外最新进展进行综述。     

基于沟渠库厂联合运用的金属矿区酸性废水防控措施研究

[目的]金属矿区酸性矿山废水外排防控一直是个难题。探索酸性矿山废水源头控制与末端治理相结合的防控技术体系,为金属矿区酸性废水的防控提供新的解决思路。[方法]以广东省大宝山矿区为研究案例,坚持"源头防控,末端治理"的原则,构建基于沟渠库厂联合运用的酸性废水综合防控技术体系。[结果]建设截排水系统实施雨污分流,从源头上减少酸性废水产生量;清淤腾空拦泥库调蓄库容2.81×106 m3,并建设4.50×104 t/d处理规模的污水处理厂,对酸性废水进行未端治理,达到在5a一遇降雨条件下丰水期酸性废水不外排的防控目标。[结论]通过沟(截水沟)、渠(排水渠)、库(拦泥库)、厂(污水处理厂)的联合运用,可以控制酸性矿山废水在设计标准下不外排,该技术体系可用于类似矿山酸性废水的治理。     

基于Agent技术虚拟植物模型的研究与探索

该文简述了Agent技术基本原理及应用概况，并从基于Agent技术来解决农业系统问题的角度出发，针对农业系统复杂，系统内的各要素之间存在着很强的交互性和协作性等特点，以及目前虚拟植物模型构建方法可能带来的非结构化问题，提出了利用Agent技术构建虚拟植物模型的观点，给出了Agent植物体的结构模型，阐述了Agent技术在虚拟植物模型构建中的应用方法及技术路线。