小麦-玉米轮作体系不同旋耕和深耕管理对潮土微生物量碳氮与酶活性的影响

【目的】通过研究黄淮平原潮土区两年不同轮耕模式下土壤微生物量碳氮、酶活性的差异和变化特征,为该地区选择适宜的耕作制度提供理论依据。【方法】2016-2018年采用裂区设计进行田间小麦–玉米轮作系统下的轮耕试验。主处理为小麦季旋耕(RT)和深耕(DT),3个副处理为玉米季免耕(NT)、行间深松(SBR)、行内深松(SIR),共6个处理。2017、2018年玉米收获后,每10 cm一个层次,测定了0-50 cm土层土壤有机质、全氮、速效养分、微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)和脲酶、蔗糖酶、中性磷酸酶活性。【结果】各处理土壤有机质、全氮、速效养分、SMBC、SMBN及酶活性均随土层深度的增加而降低,40-50cm土层不受耕作方式的影响。小麦季深耕和玉米季深松对表层土壤有机质和全氮影响不明显,但显著提高了深层土壤有机质和全氮含量。小麦季旋耕显著增加了玉米季0-10 cm土层中速效养分含量,而小麦季深耕条件下的DT-SBR和DT-SIR处理则显著增加了20-40 cm土层中的速效养分含量。在0-20 cm土层,小麦季旋耕条件下的RT-NT、RT-SBR和RT-SIR处理的SMBC明显高于小麦季深耕条件下的DT-NT、DT-SBR和DT-SIR处理,但在20-40 cm土层,SMBC和SMBN均表现为小麦季深耕处理显著高于旋耕处理,且以DT-SIR处理SMBC (67.99 mg/kg)和SMBN (45.96 mg/kg)最高。小麦季深耕处理提高了深层(30-40 cm)土壤微生物量氮/全氮值,但降低了表层(0-20 cm)土壤中的微生物熵。玉米季深松处理(RT-SBR、RT-SIR、DT-SBR和DT-SIR)较免耕处理(RT-NT和DT-NT)均提高了土壤酶活性,其中,在0-20 cm土层,RT-SBR和RT-SIR处理土壤脲酶活、蔗糖酶和中性磷酸酶活性较高;而DT-SBR和DT-SIR处理则提高了深层(20-40 cm)土壤中这三种酶的活性。【结论】在本试验期内,小麦季旋耕–玉米季深松处理(RT-SBR和RT-SIR)能明显提高0-10 cm土壤速效养分含量、0-20 cm土壤微生物量碳含量,而小麦季深耕–玉米季深松处理(DT-SBR和DT-SIR)则提升了20-40 cm土层土壤有机质、全氮、速效养分、微生物量碳和氮含量;小麦季深耕处理提高了深层(30-40 cm)微生物量氮/全氮比,但降低了表层(0-20 cm)土壤微生物熵。     

小麦钾离子通道蛋白基因TaPC1介导植株抵御低钾逆境功能研究

  【目的】  钾离子通道 (potassium channel, PC) 蛋白通过介导离子跨膜转运,增强低钾胁迫下植株对钾素的吸收和利用能力。本研究以采用RNAseq鉴定小麦应答低钾基因获得的PC家族基因TaPC1为对象,对该基因分子特征、应答低钾表达模式及其介导植株抵御低钾逆境的能力进行研究。  【方法】  采用生物信息学工具分析TaPC1分子特征,采用溶液培养法培养丰钾 (K₂O 6 mmol/L )、低钾 (K₂O 0.06 mmol/L) 处理小麦和转化株系幼苗,采用 DNA 重组技术构建TaPC1亚细胞定位和表达质粒,利用农杆菌介导法遗传转化烟草。采用常规植株形态、生理和qPCR方法测定植株生长、生理指标和基因表达。  【结果】  TaPC1与植物种属PC家族基因具有较高的同源性,该基因编码蛋白具有植物种属PC蛋白跨膜域保守特征,翻译蛋白经内质网分选后定位于细胞质膜。低钾 (0.06 mmol/L) 处理下,根、叶中TaPC1表达增强;将低钾处理植株转入丰钾 (6 mmol/L) 营养液进行恢复处理后,根、叶中该基因表达下调,表明TaPC1呈低钾应答表达模式。基因遗传转化结果表明,与野生型 (WT) 对照相比,低钾处理下,超表达TaPC1烟草株系植株干物质积累量增多,细胞活性氧累积量减少,细胞保护酶 (SOD、CAT和POD) 活性提高,丙二醛含量降低。基因表达分析表明,低钾处理下,转化株系内细胞保护酶编码基因NtSOD1、NtCAT1;1、NtPOD1;2及NtPOD1;6的转录本丰度较野生型 (WT) 显著增多,表明上述基因通过增强表达,在改善转化株系低钾处理下细胞活性氧稳态中发挥重要作用。此外,与WT相比,低钾处理下转化株系的钾累积量显著增多,光合碳同化能力增强。  【结论】  TaPC1呈低钾胁迫增强表达模式,上调表达该基因能显著增强植株钾素吸收,有效维持低钾逆境下的细胞活性氧稳态特征,在改善植株光合物质生产和抵御低钾逆境能力中发挥重要作用。     

钾肥对甘薯块根营养成分的影响及其与烘烤风味的关系

  【目的】  探讨不同施钾量条件下食用型甘薯块根烘烤后风味品质的变化,及其与生块根中关键营养成分和烘烤后特征挥发性物质的关系。  【方法】  选用烟薯25和北京553两个鲜食型甘薯品种,在山东农业大学农学实验站进行田间小区试验。设置4个钾肥 (K₂O) 用量,分别为0、12、24、36 g/m2。在甘薯收获期,测定了块根中主要营养成分含量以及烘烤后挥发性物质含量,同时对块根烘烤后的风味进行评价。  【结果】  施用钾肥不同程度地提高了甘薯块根中可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白、维生素C、β-胡萝卜素和纤维素含量,提高了烘烤后甘薯中挥发物质二丙酮醇、苯乙醛、壬酸、4-乙烯基愈创木酚、丁酸丁酯、未知物-1、十五烷酸、植物醇和香叶基香叶醇的浓度,提高了风味评分。4个钾肥处理中,各成分含量以施钾量24 g/m2处理达到或者接近最高。通过逐步回归和通径分析发现,施用钾肥改善块根烘烤后风味品质的关键营养成分是果糖、葡萄糖、氨基酸、可溶性蛋白质、支链淀粉和蔗果三糖,施用钾肥改善块根烘烤后风味的主要特征挥发性物质是丁酸丁酯、苯乙醛和未知物-1。  【结论】  施用钾肥主要通过提高甘薯收获期块根中营养物质含量和块根烘烤后有益挥发性物质（如苯乙醛、丁酸丁酯等）的浓度,改善块根的烘烤风味。在本试验条件下,K₂O用量为240 kg/hm2为最适用量。     

Impact of vegetation restoration on soil organic carbon stocks and aggregates in a karst rocky desertification area in Southwest China

Journal of Soils and Sediments - The objectives of the study were as follows: (a) to determine the response of soil organic carbon (SOC) fractions to vegetation restoration; (b) to examine the...     

有机肥部分替代化肥氮对叶菜产量和环境效应的影响

针对叶菜类蔬菜有机肥氮替代化肥氮的最佳替代比例及对经济效益和环境效应综合评价较缺乏等问题,本研究采用田间试验,对包心菜和小青菜进行等氮水平下不同比例有机肥替代化肥处理,包括:纯化肥氮(0M),25%、50%、75%和100%有机肥替代化肥(25%M、50%M、75%M和100%M),研究不同处理下蔬菜产量、经济效益、土壤氨挥发和氧化亚氮排放。结果表明, 25%M处理下包心菜和小青菜产量均达最高,且与0M处理相比包心菜和小青菜的产量分别增加15.0%(P0.05)和16.3%(P0.05)。25%M比0M处理经济效益分别增加11.7%和5.4%,但在50%M、75%M和100%M处理下经济效益为负增长。25%M处理下,氨挥发累积排放量在包心菜和小青菜季分别为42.1kg·hm~(-2)和12.9kg·hm~(-2),比0M处理分别降低23.4%(P0.05)和41.6%(P0.05); 0M和25%M处理间氧化亚氮累积排放量无显著差异, 25%M处理在包心菜和小青菜季的氧化亚氮累积排放量分别为0.74 kg·hm~(-2)和3.06 kg·hm~(-2);与25%M处理相比, 50%M、75%M和100%M处理下氧化亚氮排放分别增加33.7%～60.8%(P0.05)、50.0%～134.3%(P0.05)和56.8%～185.6%(P0.05)。基于此,提出叶菜类蔬菜有机肥氮替代化肥氮的适宜替代比例在25%左右时可实现最佳的增效减排效果。     

低氮胁迫对谷子苗期性状的影响和耐低氮品种的筛选

筛选和培育耐低氮能力强的作物品种,是提高作物氮素利用效率,减少氮肥施用量,降低环境污染的有效措施。本研究以45份谷子品种为试材,采用水培的方法,在低氮(0.1mmol·L~(-1))和正常氮(5mmol·L~(-1))条件下,测定苗高、根长和根数等22个氮效率相关指标,采用综合耐低氮系数法以及基于主成分分析的隶属函数法评价参试谷子品种的耐低氮性。结果表明,与正常氮条件相比,低氮胁迫下,谷子苗期根长、根冠比、地上部氮素生理效率、地下部氮素生理效率、单株氮素生理效率有不同程度提高,其余17个指标都有不同程度降低。两种评价方法均根据45个谷子品种的耐低氮能力将其划分为强耐低氮型、耐低氮型、中间型、较敏感型和敏感型5类。筛选出耐低氮性较强的品种5份,编号分别为11、14、17、35和39。利用GGE双标图对品种-耐低氮相关指标的分析表明,编号39和14的耐低氮品种主要耐低氮性状为地下部干重、地下部鲜重、根长;编号为11、35和17的耐低氮品种主要耐低氮性状为地上部鲜重、叶片数、叶宽、叶长、单株氮累积量、地上部氮累积量、单株干质量、地上部干重、地下部氮累积量、根数、苗高和SPAD。可见不同谷子品种的耐低氮机制存在一定差异,研究结果可为谷子耐低氮品种的选育提供材料基础。     

直立型扁蓿豆对干旱胁迫和复水的响应及适应策略

以直立型扁蓿豆[Medicago ruthenica（L.）Sojak.cv.Zhilixing]为材料,于苗期连续干旱处理12 d后复水4 d,研究直立型扁蓿豆幼苗形态结构特征、生理代谢及生物量分配对干旱胁迫及复水的响应,揭示直立型扁蓿豆对干旱胁迫及复水的适应策略。结果表明：随着干旱胁迫时间延长,直立型扁蓿豆叶片气孔开放率逐渐降低,处理9 d后气孔及表皮细胞密度比正常浇水处理（CK）分别增加48.5%和36.6%,形成小而密的表皮细胞和气孔。生理上,除MDA含量随胁迫时间的延长逐渐增加外,其余指标均先升高后降低,干旱胁迫9 d时达最高,SOD、POD、叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸分别较CK提高88.9%、111.2%、86.7%、140.5%、147.8%和124.6%。同时,生物量随胁迫时间的延长先增大后减小,于干旱胁迫9 d达最大值,比CK增加16.4%,总的分配格局表现出地上生物量投资高于地下,地下生物量投资比例随胁迫时间的延长逐渐增加,而地上生物量变化与其相反。复水后各指标均能恢复至CK水平或超过CK,表现出极强的复水敏感性和潜在恢复能力。该品种扁蓿豆对干旱胁迫及复水的适应主要分为3个时期：主动适应期,其生理参数的可塑性指数为形态参数的1.33倍,主要通过抗氧化及渗透调节来减少水分散失增加水分吸收、缓解氧化伤害以适应干旱逆境;被动适应期,其形态参数的可塑性指数为生理参数的1.31倍,主要采用牺牲生物量的生存策略以及降低色素含量减少光吸收的光保护机制来提高逆境下的生存能力;复水恢复期,根冠比、气孔开放率、气孔及表皮细胞密度比CK分别增加25.9%、29.7%、24.2%和16.3%,其较高的根冠比和叶片较高的气孔开放率及小而密的气孔及表皮细胞特征,保证了直立型扁蓿豆吸水能力以及水分运输效率的迅速恢复。综上,直立型扁蓿豆抗旱能力较强,能够通过形态生理的改变以及调整不同器官的生物量分配来应对与适应干旱逆境及复水,且在不同处理阶段采取不同的适应策略以达到生存目的。     

滴灌磷肥在灰漠土中运移的研究

磷在土壤中的迁移是影响农业系统磷利用效率的关键因素之一。应用同位素 32P示踪和放射性同位素自显影技术,研究了滴施磷酸一铵在灰漠土中的运移。结果表明:与不施磷处理相比,滴施磷肥可以增加 0～ 15cm土层有效磷的含量。在 0～ 20 cm土层均有不同比例 32P的分布,但大部分 32P仍集中分布在表层,0～ 10 cm土层中的 32P占总量的 72.7%～89.5%,最高可达99%。不同施肥时期磷的运移距离有很大差异,T3(0～ 20cm)>T2(0～ 10 cm)>T1(0～ 5 cm),这可能是由于干湿交替导致土壤孔隙率变化,进而影响了磷的移动距离。平行于滴灌带方向上磷的运移距离比垂直于滴灌带方向更远。随着正磷酸盐浓度增加,磷的运移距离变大,滴施磷酸一铵处理 32P的移动距离达到对照的 2倍。     

茶树CsSNAT基因的克隆与表达分析

为明确茶树SNAT基因的序列特征和表达特点,在茶树转录组测序的基础上以茶树(Camellia sinensis)品种舒茶早为试验材料,通过SMART^TM RACE技术克隆茶树褪黑素合成途径中关键限速酶5-羟色胺-N-乙酰转移酶CsSNAT基因的cDNA全长序列,并分析其基因结构和表达模式。结果表明,CsSNAT基因序列全长1 014 bp,其中包含742 bp的完整开放阅读框(ORF),编码247个氨基酸,预测等电点7.64,蛋白分子量27.36 kDa。氨基酸序列比对显示,CsSNAT蛋白与其他高等植物的SNAT蛋白具有较高同源性,与葡萄 VvSNAT(CBI31163)同源性最高,为66.19%。诱导蛋白最佳条件为温度28℃,异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)浓度0.5 mg·L^-1,诱导时间6 h,在上清液中可获得大量分子量为66 kDa的可溶性融合蛋白。实时定量 PCR 分析表明,CsSNAT在褪黑素处理6 h后表达量最高,为对照的3倍;茶尺蠖取食6 h后,CsSNAT表达显著上调。不同激素处理结果显示,CsSNAT受脱落酸(ABA)、茉莉酸甲酯(MeJA)和水杨酸(SA)诱导表达。本研究结果为5-羟色胺-N-乙酰转移酶功能研究奠定了一定的基础。     

60Co-γ射线对睡莲生物学效应的影响

为探究辐射对睡莲的生物学效应,对2个睡莲品种弗吉尼亚(Nymphaea Virginia)和奥毛斯特(N.Almost black)的块茎进行不同剂量的⁶⁰Co-γ射线辐射处理。结果表明,2个睡莲品种的存活率均随辐射剂量的增加而下降,半致死剂量分别为24.342和27.671 Gy。5~10 Gy 剂量⁶⁰Co-γ辐射处理使睡莲叶面积和浮叶数显著增加,20~40 Gy剂量⁶⁰Co-γ辐射处理使叶面积和浮叶数显著减少。2个睡莲品种的开花时间均随辐射剂量的增加而延迟,但整个花期长度无显著变化。10~40 Gy剂量⁶⁰Co-γ辐射处理显著降低了睡莲花径,但对睡莲开花率无显著影响。辐射处理导致2个睡莲品种的叶片均出现红棕色斑块、锯齿、皱缩、小孔、卷曲、黄化等变异,且红棕色斑块的面积随着辐射剂量的增加而增大。辐射处理使黑红色花品种奥毛斯特出现普遍的褪色现象,而白色花品种弗吉尼亚的花色未发生变异。此外,经⁶⁰Co-γ射线辐射处理后2个睡莲品种均出现了花型变异的现象。本研究结果为利用辐射诱变技术选育睡莲新品种奠定了基础。