烟叶成熟期氮代谢酶活性、基因表达与烤烟氮素利用效率的关系

【目的】 谷氨酰胺合成酶 (NtGS1和NtGS2) 和硝酸还原酶 (NtNit) 基因的表达丰度反映了作物氮素代谢的特征。研究不同氮效率烤烟品种成熟期叶片的氮代谢相关酶活性和相关基因的表达,加深理解不同烤烟品种叶片氮素代谢的生理生化机制,为耐氮肥品种选育提供理论基础。 【方法】 以氮效率不同的三个烤烟品种豫烟10号、K326和NC89为材料进行盆栽试验。在叶龄35、45、55、65、75 d (以幼叶长1 cm、宽0.5 cm时作为叶龄第1天) 取第12片叶 (自下向上数),采用实时荧光定量PCR技术,测定叶片谷氨酰胺合成酶基因 (NtGS1和NtGS2) 和硝酸还原酶基因 (NtNit) 的表达丰度,同时采用常规生理生化测试技术对叶片酶活性和NH₄+ 浓度、总氮、可溶性蛋白、质外体相关指标以及氨气挥发量进行测定。 【结果】 各品种NtGS1表达丰度自叶龄35 d始大幅上调,于55 d达到最大值后表达下调。NtGS2表达丰度自35 d始呈持续下调表达。NtNit表达整体变化趋势与NtGS2相似。在叶龄45～65 d,上述三种基因的表达丰度均表现为NC89 > K326 > 豫烟10号,且品种间表达差异达极显著水平。 NtGS1基因表达丰度与叶片总氮、叶片铵浓度、质外体铵浓度以及氨气挥发量呈极显著负相关,与NR活性和质外体pH呈显著负相关。NtGS2基因表达丰度与GS活性、总氮、可溶性蛋白含量和质外体pH呈极显著正相关,与NR活性、叶片铵浓度呈显著正相关,而与质外体铵浓度和氨气挥发量呈显著负相关。NR基因表达丰度与总氮、可溶性蛋白含量、叶片铵浓度呈显著正相关,与氨气挥发量呈显著负相关。 【结论】 氮低效烤烟品种成熟期叶片中两种谷氨酰胺合成酶同工酶活性均较低,氮素转移和再利用能力差,导致植株吸收的氮素以氨气形式挥发损失量大,叶片衰老速度较快。而氮高效品种氮素同化和再利用能力较强,氨气挥发量小,易发生贪青晚熟。      

连续秸秆还田和免耕对土壤团聚体及有机碳的影响

选取湖北省武穴市8年田间定位试验中的传统耕作(CT)、秸秆还田配合传统耕作(CTS)、免耕(NT)和秸秆还田配合免耕(NTS)4种处理,研究连续秸秆还田和免耕措施对表层(0—20cm)和亚表层(20—40cm)土壤团聚体稳定性及有机碳(SOC)的影响。结果表明:CTS、NT和NTS均显著增加了表层5mm水稳性团聚体的含量和团聚体平均重量直径(MWD),秸秆还田显著增加了亚表层土壤水稳性团聚体的MWD。与CT比较,CTS、NT、NTS处理的SOC含量分别增加20.83%,21.98%,32.76%。CTS和NTS处理显著提高了表层5,5~2,0.25mm团聚体中SOC含量,NT则显著提高了5,5~2mm团聚体中SOC含量;CTS显著增加了亚表层0.25 mm团聚体中SOC的含量。秸秆还田增加了表层土壤的碳(C)、氢(H)、氮(N)和氧(O)的含量,免耕降低了H的含量,增加了其他3种元素的含量,但是免耕处理增加了亚表层土壤中H的含量。NT和NTS处理较CT和CTS处理降低了土壤的H/C值,表明土壤的脂肪族成分在不断增加。秸秆还田主要增加了土壤中醇、酚类,芳香类,脂肪族化合物和碳水化合物的含量,而免耕主要增加脂肪族化合物的含量。这些有机组分的增加有助于团聚体稳定性的增强。     

西部地区紫色土近30年来土壤肥力与生产力演变趋势分析

【目的】 紫色土在我国分布范围广泛,面积约1889 × 104 hm2,近年来紫色土面临着土壤肥力和质量下降等问题。本研究以我国西部地区的8个紫色土长期定位试验监测点为对象,对近30年来紫色土的养分和生产力数据进行分析,以期探明农民长期常规施肥管理模式下紫色土肥力的演变特征,为土壤养分的管理和可持续利用提供科学性的指导。 【方法】 利用时间趋势分析和中值分析的方法,分别总结了紫色土土壤有机质 (SOM)、全氮 (TN)、有效磷 (AP)、速效钾 (AK)、pH、碳氮比以及小麦、玉米、甘薯产量在不同监测阶段的演变特征和总体变化趋势,分析了紫色土常规施肥管理模式下土壤养分和作物产量的变化趋势;运用主成分分析和冗余分析方法,分别对上述6个肥力因子和三种作物产量进行分析,探究了紫色土土壤肥力的主要贡献因子和紫色土作物产量的主要影响因子。 【结果】 与初始监测阶段相比,29年常规施肥下紫色土有机质和全氮含量无显著变化,但有效磷和速效钾含量均以不同程度增加。土壤有效磷含量在 2011—2016 监测阶段的平均值为15.34 mg/kg,比初始监测阶段 (6.10 mg/kg) 显著提高了151.4%;土壤速效钾含量在 2011—2016 年的平均值比初始监测阶段 (1988—1992年) 增加了17.23 mg/kg (提高了23.1%)。29年常规施肥管理模式下紫色土pH呈现显著的下降趋势,比初始监测阶段降低了0.24个单位。主成分分析结果表明,紫色土土壤肥力的两个决定因子是土壤有效磷和速效钾,主要障碍因素是较低的土壤全氮和有机质含量。冗余分析结果表明,影响紫色土整体作物产量的主要环境因子分别为土壤pH、有效磷和有机质含量。对小麦产量影响最大的肥力因子为土壤pH,对玉米产量影响最大的肥力因子为土壤有效磷,对甘薯产量影响最大的肥力因子为土壤速效钾。 【结论】 近29年来,在常规施肥管理模式下土壤有效磷和有效钾含量显著上升,一方面提高了玉米、甘薯生产力,但却导致了养分的不平衡,紫色土全氮含量和pH出现了下降,导致小麦产量出现下降风险。紫色土肥力的障碍因子是较低的土壤全氮和有机质含量。所以农民常规施肥不利于紫色土的培肥,应该注重平衡施肥,增施有机肥,在提高土壤磷和钾有效性的同时,保持土壤全氮和有机质的平衡。      

滇中高原常绿阔叶林对天然降雨雨滴动能的影响

为探究滇中高原优势群落常绿阔叶林植被对降雨雨滴动能的影响,于2016年和2017年5—9月,在天然降雨条件下运用自计雨量计和滤纸色斑法,通过定位监测磨盘山常绿阔叶林林外降雨和林内穿透雨特征及其雨滴特性,针对不同降雨条件研究了常绿阔叶林对雨滴动能等特征的影响。结果表明:林外的雨滴个数比林内降雨的雨滴个数多61.7%;随着雨量的增大,雨滴直径分布规律也呈逐渐增大的趋势;在小雨条件下,0.5mm林外降雨雨滴直径数量占总雨滴数的40.85%,而同径级雨滴林内仅占总数的12.22%,且以0.5~3.5mm的雨滴数量所占比例较大;当林外降雨雨滴直径超过4.5mm,雨滴终点速度稳定在9.34m/s;林内降雨雨滴直径超过4.1mm,雨滴终点速度稳定在7.05m/s;同一雨滴径级下,暴雨条件下的雨滴动能比小雨时的动能大98.29%,且随降雨量的增大而增大,林内累积雨滴动能的峰值达到林外降雨的20.68%。随着雨滴直径的增大,穿透雨势能、降雨总势能及林冠截留势能均呈逐渐增大的趋势,缓冲势能比穿透雨势能大46.59%,占总势能的65.18%。林冠层对小雨具有截持和增大林内降雨雨滴直径的作用,且造成林内降雨的滞后性,林冠对天然降雨的降雨速度、势能及动能起到明显的缓冲作用。     

Response of yield increase for dryland winter wheat to tillage practice during summer fallow and sowing method in the Loess Plateau of China

Soil moisture is the most critical limiting factor impacting yields of dryland winter wheat(Triticum aestivum L.) and it is strongly affected by tillage practice and sowing methods. This study was to assess the link between sowing method and tillage practice during summer fallow and their subsequent effect on soil moisture and grain yield. Furthermore, we sought to identify a more appropriate farming management practice for winter wheat production in Loess Plateau region of China. The experiment was conducted from 2011 to 2013, using a two-factor split plot design, including subsoiling(SS) or no tillage(NT) during summer fallow for main plots, and conventional drill sowing(DS) or plastic film drill sowing(FM) for subplots. Results showed that the maximum soil water storage(SWS) was under SS×FM treatment with values of 649.1 mm(2011–2012) and 499.4 mm(2012–2013). The SWS during the 2011–2012 growing season were 149.7 mm higher than that in the 2012–2013 growing season. And adoption of SS×FM significantly increased precipitation use efficiency(PUE) and water use efficiency(WUE) compared to other treatments for both seasons. Moreover, adoption of SS×FM significantly increased yield by 13.1, 14.4, 47.3% and 25.9, 39.1, 35.7% than other three treatments during the two growing seasons, respectively. In summary, combining subsoiling during summer fallow with plastic film drill sowing(SS×FM) increased SWS at sowing and effectively improved WUE, thus representing a feasible technology to improve grain yield of dryland winter wheat in the Loess Plateau of China.     

New clues concerning pigment biosynthesis in green colored fiber provided by proteomics-based analysis

To separate the proteins related to pigment synthesis in green colored fiber (GCF), we performed a comparative proteomic analysis to identify the differentially expressed proteins between green cotton fiber and a white near-isogenic line (NIL). One differential spot identified as phenylocumaran benzylic ether redutase-like protein (PCBER) was expressed only in GCF, but was not found in white colored fiber (WCF) at any time points. Since PCBER was a key enzyme in lignans biosynthesis, total lignans were extracted from GCF and WCF and their content was determined by using a chromotropic acid spectrophotometric method. The results showed that total lignans content in GCF was significantly higher than that in WCF. The qPCR analysis for two PLR genes associated with lignans biosynthesis showed that the expression level of two genes was much higher in GCF than that in WCF at 24 and 27 days post anthesis (DPA), which may be responsible for the higher lignans content in GCF. Our study suggested that PCBER and lignans may be responsible for the color difference between GCF and WCF. Additionally, p-dimethylaminocinnamaldehyde (DMACA) staining demonstrated that the pigment in GCF was not proanthocyanidins, and was different from that in brown colored fiber (BCF). This study provided new clues for uncovering the molecular mechanisms related to pigment biosynthesis in GCF.     

金露梅与珠芽蓼草粉对模拟瘤胃体外发酵的影响

以6头体重35 kg左右、安装永久性瘤胃瘘管的健康羯羊为瘤胃液供体动物,用持续人工瘤胃装置(RUSITEC),基础日粮混合料为底物进行体外发酵试验,研究添加富含植物次生代谢物的金露梅与珠芽蓼草粉对瘤胃发酵的影响,以筛选天然饲料添加剂。结果表明,基础日粮中添加10%金露梅和10%珠芽蓼草粉与普通基础日粮之间,发酵液pH、甲烷、挥发性脂肪酸的产生量及干物质消失率差异均不显著(P0.05),但有降低甲烷产量、提高干物质消化率的趋势。因此,在本试验条件下,添加10%金露梅和10%珠芽蓼草粉对瘤胃发酵的作用不显著,不适合做饲料添加剂。     

基于无人机多光谱影像的棉叶螨识别方法

【目的】利用无人机遥感在空间分辨率和光谱分辨率上的优势,研究大面积棉田棉叶螨监测方法,为类似的农作物虫害遥感监测研究提供参考。【方法】选20种光谱指数作为螨害监测的特征因子,使用赤池信息准则作为模型优选依据,获取最佳建模特征,建立棉田螨害监测识别的logistic回归模型。【结果】在所分析的全部光谱指数中,TVI、DVI和RDVI为螨害监测的最佳特征因子,基于该3个因子构建的logistic回归模型的分类准确率为95%,F1值为95.1%,能够较好地实现棉田螨害识别。【结论】监测模型可以实现区域范围的棉叶螨快速识别。     

真空干燥过程中物料质量在线测量设备设计与试验

针对真空脉动干燥过程中物料质量在线获取易受到机械振动、温度变化和气流短时冲击等多重干扰,导致测量困难、测量精度不高的问题,提出了将固定料架和测量料架分离的测量方案,并选用高精度的测量器件,在经过信号滤波、温度修正和气流干扰排除等多种修正手段后,实现了温度变化范围20~45℃、无明显外部剧烈振动、冲击时间小于1 min的正常进抽气条件下总量程1 500 g、去掉料盘后有效量程1 000 g、最大引用误差0.1%的物料质量在线测量。静态测试结果显示,满量程最大引用误差0.06%,物料干燥测试结果显示,干燥终点最大引用误差0.1%,能够清楚反映整个干燥过程中的质量变化情况和干燥速率变化情况,可为研究农产品干燥过程中物料状态变化规律和实现自动干燥工艺调控提供技术支持。     

利用微生物防除根寄生杂草列当

根寄生杂草列当(Orobanche spp.)已经严重制约全球许多地区的农业发展,寻找有效防除措施迫在眉睫。由于列当具有特殊生活史且与寄主关系密切,常规防除杂草措施难以达到理想防效。目前,尚无既能有效防除列当又不对寄主造成危害且便于大规模推广应用的列当防除措施。在众多列当防除措施中,微生物防除越来越引起关注和重视。本文对微生物防除列当的国内外研究进展及防除机理进行了综述。目前,列当生防微生物的研究主要集中在镰刀菌(Fusarium spp.)等列当病原菌和根瘤菌(Rhizobium spp.)等列当寄主植物共生菌上。微生物防除列当的机制主要包括两方面:一是通过产生代谢产物直接影响列当的萌发和生长,或通过降解列当种子萌发诱导物质间接影响列当的萌发;二是通过提高寄主植物自身对列当的抗性间接影响列当的寄生和生长。此外,本文还重点介绍了植物土传病害的土壤拮抗微生物防除列当杂草的可行性及研究进展。植物土传病害病原菌和列当均首先通过在地下侵染作物的根系进而危害作物正常生长,而作物抗土传病害的机理也与抗列当的机理类似。因此,存在于土壤中具有防治植物土传病害能力的微生物可能也具有防除根寄生杂草列当的功能。本团队前期试验从植物土传病害的土壤拮抗微生物中筛选到在盆栽试验中能够有效防除向日葵列当(O.cumana Wallr.)和瓜列当(O.aegyptiaca Pers.)的放线菌各1株,分别为淡紫褐链霉菌(Streptomyces enissocaesilis Sveshnikova)和密旋链霉菌(Streptomyces pactum Bhuyan B.K)。其中,密旋链霉菌的菌剂在田间试验中既降低了瓜列当的出土数量又增加了番茄的产量。总之,微生物是防除根寄生杂草列当的一条有效途径。