高寒草甸草原净初级生产力对气候变化响应的模拟

利用1957-2014年气象数据和1998-2014年实测数据驱动CENTURY模型模拟海北高寒草甸草原生态系统地上净初级生产力(ANPP)的动态变化,并利用典型浓度路径RCP4.5和RCP8.5情景下5个大气环流模型的气候情景数据来模拟未来气候变化和CO₂浓度变化对草地生态系统ANPP的影响。结果表明:1)研究地点1998-2014年的ANPP观测值与模拟值变化趋势吻合度较高,Pearson相关性系数为0.67,均方根误差为19.62 g·m^-2,CENTURY模型适用于模拟气候变化对高寒草甸草原影响的研究。2)过去50多年,高寒草甸草原的年平均最低气温、最高气温和年平均气温都呈极显著的波动上升趋势(P<0.01),年降水量年际波动特征比较明显,降水主要集中在植被的生长季。过去50多年,高寒草甸草原ANPP平均值达到271 g·m^-2,总体变化趋势为增加,但变化趋势不显著(P>0.05)。3)与基准时段(2001-2014年)相比,高寒草甸草原未来2030s(2015-2040年)、2050s(2041-2070年)、2080s(2071-2099年)时段多模型年平均降水量、年平均温度、年平均最低和最高温度变化率均为正值。不考虑CO₂肥效作用下,高寒草甸草原多模型平均ANPP在RCP4.5和RCP8.5情景下分别增加2.21%,11.53%,17.78%和8.34%,21.68%,40.32%;考虑CO₂肥效作用下,高寒草甸草原多模型平均ANPP在RCP4.5和RCP8.5情景下分别增加2.89%,14.29%,24.28%和11.57%,31.74%,57.29%。考虑和不考虑CO₂肥效的情况下,5个大气环流模型引起的模拟结果的不确定性都在合理范围之内,多大气环流模型与CENTURY耦合模拟的ANPP结果较为一致。     

耕作方式与长期定位施肥对雨养农田冬小麦产量的调控效应

为了明确西北黄土高原半湿润偏旱区耕作方式与长期定位施肥对冬小麦产量的调控效应,以设在半湿润偏旱区连续12年的耕作与肥料长期定位试验为平台,采用裂区设计,以传统耕作和免耕耕作为主处理,不施肥(CK)、单施无机氮肥(N)、单施无机磷肥(P)、单施有机肥(M)、无机氮磷肥配施(NP)、有机无机肥配施(NMP)为副处理,栽培制度为1年春玉米-3年冬小麦轮作,研究耕作及施肥措施对冬小麦产量的影响及其在生产年型间的变化关系。结果表明,不同年型及耕作方式均以有机无机配施冬小麦产量最高,有机肥单施高于化肥单施,磷肥单施高于氮肥单施。耕作方式间表现为传统耕作高于免耕耕作,年型间表现为丰水年>平水年>干旱年,耕作和施肥方式的增产效果以干旱年最好,平水年和丰水年差异不显著。有机无机配施与传统耕作结合优化了冬小麦冠层温度、叶绿素相对含量等生理指标,提高了光合速率、气孔导度及蒸腾速率,因而改善了有效穗、穗粒数和千粒重等产量性状而使冬小麦增产。在550 mm左右降水量的陇东旱塬雨养农业区,无论何种耕作方式及生产年型,长期采用有机无机或无机氮磷肥配施均表现出持续提高冬小麦产量的良好作用。因此,有机无机配施结合传统耕作是提高陇东半湿润偏旱区冬小麦产量的最佳耕作栽培模式。     

民国时期西北地区苜蓿栽培利用刍考

自汉代苜蓿引入我国以来,受到历朝历代的重视,民国时期亦不例外,苜蓿种植利用也得到了发展。在收集近现代有关苜蓿研究文献的基础上,对民国时期西北地区苜蓿种植利用情形进行了梳理与归纳,结果表明,在民国时期西北地区乃为我国苜蓿种植集中区,在陕西、甘肃、新疆、绥远(西部)、宁夏和青海等都有种植,据不完全考查,种植苜蓿的县有52个,其中以陕西最多,达22个县,甘肃次之为14个县,新疆为8个县,绥远(西部)为3个县,宁夏2县(道)和青海1个县。特别是陕甘宁边区发展苜蓿的势头高涨,如1942年边区政府在延安、安塞、甘泉、志丹、定边、靖边等县种植苜蓿达3万亩,陇东种植苜蓿2.3万亩;1944年延川县紫花苜蓿保留面积2.0万亩,到1949年,陕西全省种植苜蓿约98.49万亩。1949年新疆苜蓿保留面积达29300 hm²。绥远河套地区还进行了苜蓿粮草轮作,并建立了苜蓿种植基地。为了鼓励苜蓿种植,边区政府出台了不少政策,例如,1941年边区政府公布了《陕甘宁边区政府建设厅关于种牧草的指示信》,1942年边区政府颁布了《陕甘宁边区卅一年推广苜蓿实施办法》等,李仪祉在治理黄河的方略中,从大农业、生态环境和经济效益出发,提倡广种苜蓿,肥田养畜,并提出了4条种植苜蓿的措施。李烛尘提出,苜蓿根入土深,且能耐旱,适宜西北地区种植和培植草原。苜蓿除用于饲喂家畜外,幼嫩时可当蔬菜食用,在灾荒年也是百姓很好的救荒食物,苜蓿作为农产品常出现在兰州的市场上,试验表明苜蓿保存水土流失的作用要大于作物。     

我国明代苜蓿栽培利用刍考

苜蓿被《救荒本草》《本草纲目》《群芳谱》和《农政全书》以及明皇帝实录与方志等经典要籍所记载,充分体现了苜蓿在明代的重要性、研究的普遍性和种植的广泛性。本研究以记载明代苜蓿的相关典籍为基础,应用植物考据学原理和方法,结合现代研究成果,对明代苜蓿种植分布与状况、植物生态生物学特性、栽培管理和利用方式等进行尝试性研究考查。结果表明,明代在山西、陕西、河北、河南、山东、安徽、江苏、北京、甘肃和宁夏等省均有苜蓿种植,其中以“三晋为盛,秦、鲁次之,燕、赵又次之”。在苜蓿植物学、生态生物学研究方面成绩显著,对苜蓿植株形态、花色及其着生部位、荚果种子形状的精准描述已达到现代植物学的水准。同时,对苜蓿的轴根性也有一定的认识,记载其根的形态与黄芪的根相类似。在明代出现了紫花和黄花2种苜蓿的记载;主张苜蓿与荞麦混作,并利用苜蓿的肥田能力,将苜蓿纳入了轮作制度中;提倡7、8月种苜蓿,一年三刈,种子田一刈;苜蓿3年后生长进入旺盛期,7、8年后衰退垦去。在苜蓿饲用方面明代王象晋提出了最佳利用时期,即“苜蓿花时,刈取喂马牛,易肥健食”。同时,在苜蓿的食用、药用等方面人们利用得更加具体有效。此外,苜蓿还可做贡品。     

羊草种子萌发相关基因的筛选及表达分析

前期实验表明,变温处理(28 ℃ 12 h/16 ℃ 12 h)可显著提高羊草种子的萌发率,且羊草种子萌发中的第1天是接受变温信号的关键时期。以此为研究基础,结合羊草种子变温萌发的转录组测序数据,针对羊草种子萌发初期对变温处理的响应筛选出与种子萌发、休眠及低温相关的基因24个,利用测序结果中这些基因的RPKM值制作基因表达热图并分析其表达差异。以萌发率高、低的两种羊草种质的种子为材料,对24个基因在恒温12 h(28 ℃)和变温1 d(28 ℃ 12 h/16 ℃ 12 h)萌发处理中的表达分别进行了定量分析。结果表明,与恒温对照相比,变温处理12 h后,表达明显上调的基因有SAIN1,PP2C62,EXPB3,EXPB4,GA3ox,EXPA2和EXPA7,而表达明显下调的基因有bHLH49,GID1,ABI8,Chi1,11833,CBF3,NAC2,PP2C72,SAIN2和5423。通过进一步分析相关基因在高、低萌发率两个种质中表达的差异,筛选出其中可能与羊草种子萌发相关的基因有几丁质酶基因Chi1,转录因子基因CBF3,羊草新基因5423,赤霉素合成基因GA3ox,细胞松弛素蛋白基因EXPB4和羊草新基因SAIN1,将为下一步阐明羊草种子萌发的分子作用机理奠定基础。     

断奶前补饲不同直/支链淀粉比开食料对羔羊瘤胃上皮发育的影响

为了研究断奶前补饲不同直/支链淀粉比开食料对羔羊瘤胃上皮发育的影响,选取24只体况良好、胎次一致、体重相近的10日龄羔羊(湖羊),将其随机分为3组,在饲喂相同母乳的基础上,分别补饲以纯木薯(CS)、玉米(MS)和豌豆淀粉(PS)(直/支链淀粉比分别约为0.11,0.27和0.44)为唯一淀粉来源的开食料。试验期间,每天4:00-19:00将羔羊抱入补饲栏补饲不同直/支链淀粉比的开食料,并且在6:30, 10:30和15:30将羔羊抱回母羊舍哺乳1 h。羔羊自由饮水,单栏饲喂,自由采食燕麦干草。56日龄时屠宰采样,采集瘤胃组织样品制作石蜡切片进行瘤胃乳头形态测定,采集瘤胃上皮样品提取RNA测定相关基因表达。结果表明:CS组羔羊瘤胃乳头长度和表面积显著(P<0.001)高于MS和PS组,CS和MS组羔羊瘤胃乳头宽度显著(P=0.001)高于PS组。对瘤胃上皮各层厚度统计显示,CS和PS组羔羊瘤胃上皮角质层厚度显著(P=0.001)高于MS组;CS和MS组羔羊瘤胃上皮颗粒层厚度显著高于(P<0.001)PS组;CS组羔羊瘤胃上皮棘基层厚度和总厚度显著(P<0.001)高于MS和PS组。qRT-PCR结果显示:不同直/支链淀粉比开食料显著影响羔羊瘤胃上皮CDK2和CDK6的mRNA表达量(CS>MS>PS, P<0.001);CS组羔羊瘤胃上皮细胞cyclin A和CDK4的mRNA表达量显著(P<0.05)高于PS组,但与MS组无显著差异;CS组羔羊瘤胃上皮cyclin D1的mRNA表达量显著(P=0.012)低于PS组,但与MS组无显著差异。CS组羔羊瘤胃上皮类胰岛素生长因子-1(insulin like growth factor,IGF-1)的mRNA表达量显著(P<0.001)高于MS和PS组,CS和MS组羔羊瘤胃上皮IGF-1R的mRNA表达量显著(P=0.001)高于PS组。上述结果表明:较高支链淀粉比开食料与较高直链淀粉比开食料相比,在瘤胃中较易降解生成挥发性脂肪酸,促进瘤胃上皮IGF-1及细胞周期蛋白mRNA的表达,进而有利于断奶前羔羊瘤胃上皮的发育。研究结果对制订羔羊营养方案具有重要指导意义。     

乙烯对匍匐翦股颖ISR抗病反应中AsA-GSH循环及胼胝质沉积的影响

以匍匐翦股颖品种“Penn-A4”为试验材料,侵染立枯丝核菌后,经丁二醇(BDO)诱导产生系统抗性(ISR),喷施不同浓度的乙烯合成抑制剂氯化钴(CoCl₂)和促进剂1-氨基环丙烷羧酸(ACC)后,检测抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环中抗坏血酸(AsA)和还原型谷胱甘肽(GSH)含量及相关酶活性的变化,并观察匍匐翦股颖ISR反应中胼胝质沉积的变化。结果表明,乙烯抑制剂处理下,匍匐翦股颖幼苗中AsA含量较低,抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性下降,大量GSH被催化还原为氧化型谷胱甘肽(GSSG),GSSG大量积累,同时谷胱甘肽还原酶(GR)活性较低,GSSG经GR少量还原为GSH。乙烯促进剂处理下,AsA含量较高,APX活性升高,GSSG在高活性GR作用下催化还原为GSH,使得GSH大量积累。因此在匍匐翦股颖ISR抗病反应中,高浓度乙烯促进AsA和GSH的大量积累,它们不仅参与了活性氧的代谢平衡,同时也作为信号分子在ISR抗病反应中起着重要作用。匍匐翦股颖感染褐斑病后,胼胝质主要沉积在厚壁细胞、韧皮部、木质部和表皮组织,其中厚壁细胞胼胝质沉积最多,表皮组织沉积最少。此外,胼胝质沉积面积在不同乙烯信号分子处理间存在差异,但随着处理时间的延长差异不显著。一定浓度的乙烯对ISR反应中胼胝质的沉积具有一定的影响,随着处理时间的延长显著增加,在100 μmol·L^-1ACC处理5 d后,胼胝质沉积总面积仅为9.916 mm²,处理10 d后升至最高,为38.396 mm²,但在病害侵染后期,胼胝质数量减少,在100 μmol·L^-1ACC处理15 d后,胼胝质沉积总面积降至20.052 mm²,反映了乙烯信号分子对胼胝质沉积的影响是一种短期效应,短期内可提高匍匐翦股颖植株抗病性,具有信号分子的短时效特点。研究结果为探清匍匐翦股颖ISR抗病响应中ET信号分子如何调控抗病生理特性提供了理论基础。     

耕作方式和秸秆覆盖对旱地麦豆轮作下小麦籽粒产量、蛋白质含量和土壤硝态氮残留的影响

为明确耕作方式和秸秆覆盖对旱地麦豆轮作下小麦籽粒产量、蛋白质含量和土壤硝态氮残留的影响,2014年10月-2016年6月,利用设置在豫西典型旱作区的麦豆轮作栽培模式长期定位试验,选取传统翻耕、翻耕覆盖、旋耕和旋耕覆盖4个处理,比较了小麦氮素吸收利用、籽粒产量、蛋白质含量以及土壤硝态氮残留量。结果表明,与翻耕相比,旋耕不影响小麦产量,但花后氮素积累量、籽粒蛋白质含量和蛋白质产量分别降低60.0%、8.6%和13.0%,而成熟期0~200 cm土层硝态氮残留量显著提高28.6%。同一耕作方式下,秸秆覆盖较无覆盖不仅显著提高了穗数、穗粒数、千粒重和收获指数,还提高了拔节前和开花后的氮素积累量,促进了营养器官氮素向籽粒中转运,从而使翻耕覆盖的籽粒产量、氮素吸收效率、籽粒蛋白质含量和蛋白质产量较翻耕分别提高11.5%、13.5%、7.4%和21.3%,旋耕覆盖较旋耕也分别提高23.0%、39.5%、12.8%和38.5%。在试验进行7年后的小麦成熟期,翻耕覆盖0~200 cm土层硝态氮残留量较翻耕降低31.3%,旋耕覆盖较旋耕也降低51.4%。因此,秸秆覆盖不仅可提高旱地麦豆轮作下小麦产量、蛋白质含量和氮素吸收效率,还能降低土壤硝态氮的残留量,是兼顾旱地小麦高产优质和环境友好生产的有效途径,尤其以旋耕覆盖效果突出。     

草原灌丛化入侵:过程、机制和效应

草原灌丛化已成为全球性问题,也是生态学、畜牧学研究的热点问题。紧扣草原灌丛化过程、发生机理及其生态学后效等关键问题,介绍了国内外的最新研究进展。灌木入侵途径包括有意识引进入侵和自然入侵2类,入侵过程分为传播到达、定居建群和扩散入侵3个阶段。放牧、火烧、温室气体增加,干旱以及降水格局改变等均可导致草本向木本的转化,且机制复杂,主要有影响草本,木本植物盖度、水分利用效率、化感作用等。木本植物入侵打破了草原生态系统的稳定,表现出沃岛效应,影响动植物的分布以及生态系统的功能和服务。阐明草原“草本-木本”群落演替机制,可为我国研究草原灌丛化和管理提供理论借鉴。     

盐胁迫对菘蓝幼苗生长和抗性生理的影响

以“定蓝1号”为试验材料,采用不同浓度NaCl溶液(0,30,60,90,120和150 mmol·L^-1)对菘蓝幼苗进行处理,胁迫14 d后测定了其生长指标、生物量积累、叶片相对含水量、根系活力、根质膜透性、渗透调节物质含量以及抗氧化酶活性等指标,分析不同程度盐胁迫对菘蓝幼苗生长和抗性生理的影响。结果表明:NaCl胁迫对菘蓝幼苗株高和根长都有抑制作用,对根和叶的物质积累也有显著影响,并随浓度的递增呈降低的趋势;菘蓝幼苗叶片相对含水量和根系活力均随NaCl浓度的增加呈现下降趋势,而根质膜透性、叶片脯氨酸含量则呈升高趋势;丙二醛(MDA)含量、组织自动氧化速率(RAD)、过氧化物酶(POD)活性和超氧化物歧化酶(SOD)活性都随NaCl浓度的增加呈先升高后降低的趋势。但当NaCl浓度低于90 mmol·L^-1时,菘蓝幼苗的生长没有受到盐胁迫的明显抑制,根系活力降低不明显,脯氨酸、丙二醛含量和保护酶活性也未显著升高,说明菘蓝幼苗对低浓度盐环境具有一定的耐受性。