烟草炭疽病拮抗菌分离及其发酵条件优化

为获得烟草炭疽病拮抗菌及其最适发酵条件,对烟草根际土壤和根茎叶中细菌进行分离,结合平板对峙法及液体发酵法筛选烟草炭疽病拮抗菌并鉴定,采用液体摇瓶发酵单因素试验和基于Box-Behnken设计的响应面法优化菌株发酵条件。结果表明:烟株根际土壤和根茎叶中共分离出31株对烟草炭疽病有拮抗作用的菌株,其中抑菌率>30%的菌株10株,抑菌率最高的菌株为C-4,抑菌率达72.14%,经16S rRNA序列分析初步鉴定其来自芽孢杆菌属。响应面法优化的Bacillus C-4最适发酵条件为接种量4%,初始pH 7.1,培养温度25.5℃,装液量84.5 mL,摇床转速180 r/min,培养时间48 h;经验证,在最适条件下,发酵液OD₆₀₀值为1.859,为优化前的1.62倍,抑菌率提高了8.4%。该研究为防治烟草炭疽病微生物菌剂的研制提供了备选菌种资源,同时也证明了响应面法用于优化烟草病害拮抗菌发酵条件的可行性。     

外源甜菜碱对渗透胁迫下巴西蕉幼苗生长和生理的影响

通过叶面喷施10 mmol/L甜菜碱预处理24 h后,以100 mmol/L甘露醇灌根模拟渗透胁迫,测定巴西蕉幼苗胁迫处理不同时间后其叶片和根中的MDA含量、抗氧化酶活性、渗透调节物质含量、光合特性等生理指标,分析外源甜菜碱对渗透胁迫下巴西蕉幼苗生长和生理的作用机制。结果表明：外源甜菜碱可显著降低渗透胁迫下巴西蕉幼苗叶片和根中MDA积累量,提高巴西蕉幼苗叶片和根中SOD、POD和CAT等抗氧化酶活性,显著提高渗透调节物质可溶性糖、可溶性蛋白的合成积累量。叶片中叶绿素含量和类胡萝卜素含量都显著上升并减缓渗透胁迫下叶绿素和类胡萝卜素含量下降,显著提高渗透胁迫下叶绿素荧光参数,并减缓F_v/F_m、Y_II、ETR、Y_NPQ和Y_NO等叶绿素荧光参数的变化。因此,外源甜菜碱能有效缓解巴西蕉的渗透胁迫,提高巴西蕉的抗逆性。     

纯林和混交林3种植物光合特征研究

为探究不同造林模式下植物光合生理响应机制,精准提升人工林改造水平,使用Li−6400XT对黄土丘陵区纯林和混交林中油松、连翘、柠条叶片光合作用日变化及光响应曲线进行测定。结果表明：造林模式并未对3个树种净光合速率日变化趋势产生影响,仅对3个树种净光合速率日变化均值产生影响,具体表现为油松（混交连翘） > 油松（混交柠条） > 油松（纯林）、连翘（纯林） > 连翘（混交油松）、柠条（混交油松） > 柠条（纯林）;在不同造林模式下,影响因子中仅空气相对湿度与净光合速率的关系显示出差异;当光合有效辐射为2000 μmol/(m²·s)时,所有测定植物叶片净光合速率趋于饱和,与纯林相比,油松（混交连翘）、油松（混交柠条）、柠条（混交油松）的净光合速率分别提高了42.1%、10.5%和74.0%,连翘（混交油松）的净光合速率降低了40.4%;采用4种光响应模型拟合光响应曲线,结果显示直角双曲线修正模型效果最优,油松（混交连翘）、油松（混交柠条）光合参数均高于油松纯林,柠条（混交油松）高于柠条纯林。上述结果说明,在黄土丘陵区,相较于纯林,油松与柠条的混交林可加强植物各自的光合能力,环境适应性更强,更适合在该区栽植。     

黔中地区马尾松径向生长对气候变化的响应

以黔中地区马尾松为对象,运用树木年轮建立了该区马尾松标准年表,分析了马尾松径向生长与该地区温度、降雨等主要气候因子的关系。结果表明：黔中地区马尾松的径向生长对温度较为敏感,当年2月和连续月份2—4月温度与马尾松年轮宽度呈显著正相关,2月份极端低温可能会对树木当年年轮的生长产生显著影响,表明黔中地区生长季早期的温度可促进马尾松的径向生长。径向生长与降雨量相关性不显著,但马尾松的年轮与当年3月及6月平均空气相对湿度呈显著正相关,表明生长季前中期,空气相对湿度也是影响黔中地区马尾松生长的重要环境因子;连续月份尺度中,年轮与上年10月至当年2月空气相对湿度呈显著正相关,表明其受前一年空气相对湿度的影响较大,存在“滞后效应”。因此,生长季前中期温度和空气相对湿度是影响黔中地区马尾松径向生长的主要因素,且当年2月份的温度可能起到关键性作用。     

响应面法优化森吉木霉M75菌株发酵培养条件

目的 利用响应面法优化森吉木霉M75菌株的液体发酵培养条件,使其无菌滤液拮抗松枯梢病病原菌松球壳孢菌的抑菌活性得到有效提高,获得森吉木霉M75高效抑菌的发酵培养基配方。 方法 采用Plackett-Burman试验设计、最陡爬坡试验,结合响应面设计法优化森吉木霉M75的发酵培养基,采用Design Expert 11.0软件对试验数据进行处理分析。 结果 得到了培养基配方中对森吉木霉M75发酵滤液抑菌活性影响最显著的3个主要因素：葡萄糖、温度和转速,同时得到了最佳发酵培养浓度为：葡萄糖2.75%,胰蛋白胨1.2%,硫酸锌0.2%,马铃薯浸汁1 000 mL,温度31.0 ℃、转速195 r·min−1,接种量5%,装液量180 mL,发酵培养5 d。 结论 获得了在实验室条件下森吉木霉M75菌株高效抑菌的发酵培养基配方和培养条件,为森吉木霉菌株后续的研究提供了有效依据。     

呼伦贝尔沙地樟子松生产力及其对气候因子的响应

目的 森林在减缓温室气体浓度和气候变化方面发挥着巨大作用,研究不同密度下林分生产力及其对气候的响应有助于森林生态系统的功能评估及适应性管理。 方法 本研究利用树木年轮学方法得到了呼伦贝尔沙地不同密度（用林分胸高断面积表示）的天然樟子松林净初级生产力,并结合气象因子分析其对温度、降水及干旱指数的响应。 结果 表明：胸高断面积为8.83、21.94、24.28、32.36和34.9 m2·hm−2的樟子松林的多年平均净初级生产力分别为1.17、2.99、3.55、4.69和4.86 t ·hm−2 ·a−1,随样地密度增加而增加;高密度樟子松林净初级生产力与上年7月和当年9月平均气温及平均最高气温显著正相关（P＜0.05）;5月降水是天然樟子松林净初级生产力的关键限制因子,所有密度林分的净初级生产力均与当年5月降水显著正相关（P＜0.05）;自上年11月至当年7月,净初级生产力与帕默尔干旱胁迫指数（PDSI）的相关系数随林分密度增加而减小,表明林分竞争的增加导致了净初级生产力对PDSI敏感性的降低。 结论 林分密度对呼伦贝尔沙地天然樟子松的净初级生产力及其气候响应存在明显影响,密度调整可能是气候变化下森林适应性管理的关键措施。     

芽孢杆菌生物合成纳米硒条件优化及活性评价

作为生防菌的枯草芽孢杆菌XP（Bacillus subtilis subspecies stercoris strain XP）不仅具有较强的耐硒与耐盐能力,而且还可将毒性较高的无机硒转化为安全性高、生物活性好的纳米硒 (SeNP),然而目前其合成SeNP的效率并不高。为提升菌株XP生物合成SeNP的效率,该研究针对其合成工艺条件做了进一步优化。首先,通过单因素试验,初步筛选出适宜范围量值的初始亚硒酸盐Se (IV)浓度、摇床转速、XP接种量;其次,将这三个因子作为影响因素,以SeNP产量为响应指标,利用Box-Behnken响应面法 (RSM) 进行分析;最终,通过响应面法获得枯草芽孢杆菌XP产SeNP的最优发酵工艺条件。研究结果表明,枯草芽孢杆菌XP合成纳米硒的最佳发酵条件为：初始Se (IV) 3.4 mmol/L、摇床转速157 r/min、菌株XP接种量9.9%,此发酵条件下纳米硒的产量达到1.82 mmol/L,相对优化前提升了60%以上。此外,通过种子发芽试验,进一步证明此工艺条件下合成的纳米硒具有较高的生物活性,可有效提升油麦菜种子活力,促进种子萌发。     

勺夹式藠头排种器设计与试验

针对藠头（Allium chinense）种植劳动强度大、人工成本高等问题,该研究设计了一种由排种盘、取种勺、取投种凸轮、种箱、安装板等组成的勺夹式藠头排种器。对该排种器工作原理和取种、携种、投种过程进行理论分析,建立离散元仿真模型,对取种过程进行仿真分析,确定了最优种勺结构。以大叶藠为对象,以取种合格率和漏取率为试验指标,进行种勺直径、种勺深度、取种起始角、种面高度与种箱高度之比和取种速度5因素显著性筛选试验,并以种勺直径、取种起始角、种面高度与种箱高度之比为试验因素进行回归正交试验;采用Plackett-Burman试验法和Box-Behnken中心试验法建立取种合格率和漏取率的回归模型,并进行参数优化,获得最优参数组合为种勺直径27 mm、取种起始角30°和种面高度与种箱高度之比92.5%。在最优参数组合下进行台架试验,得到取种合格率91.17%,漏取率6.17%。田间试验结果表明在前进速度0.1～0.2 m/s的条件下,该排种器平均播种合格率、平均重播率和漏播率分别为63.10%、12.76%和24.14%。研究结果可为藠头播种机械的研究与设计提供参考。     

免耕播种机旋耕刀耕作性能分析与结构优化

为预测和评估免耕播种机触土部件的作业性能,有必要建立机具-土壤耦合系统的互作模型。传统模型将散落土表的秸秆视为刚体,无法模拟真实条件下秸秆的破裂与变形,导致模型的预测精度下降。为克服上述模型不足,该研究建立一种柔性秸秆模型,构建刀具-秸秆-土壤耦合系统的离散元模型,并通过土槽试验进行模型验证。同时,为解决标准旋耕刀片的缠绕和壅堵问题,提出一种梯形直刀结构,对比分析了旋耕作业工况下标准刀和梯形直刀作用后秸秆位移、刀轴扭矩、刀具碎茬与埋茬性能。仿真结果表明,梯形直刀的碎茬和秸秆掩埋性能均优于标准刀,标准刀和梯形直刀作业后开沟截面形状分别为梯形和三角形,刀轴扭矩呈现三角形冲击峰的形式,梯形直刀的刀轴扭矩大于标准刀情形,而标准刀的碎土性能优于梯形直刀。在此基础上,以弯折角、侧面角以及刀片高度为设计变量,采用响应面法构建旋耕扭矩和碎土率的回归方程。基于NSGA-II算法对梯形直刀结构进行优化,最佳的结构参数为：弯折角150°、侧面角60°、刀片高度88 mm。田间试验结果表明,优化后刀轴的平均扭矩较优化前减少11.70%,峰值扭矩减少6.28%,碎土率从82.53%提高至89.22%。     

基于DEM-CFD耦合的气吸式酸枣捡拾装置的优化设计

针对目前酸枣的收获主要依赖人工的问题,研究一种气吸式酸枣捡拾机械装置。分析酸枣的物理特性,计算酸枣的悬浮速度、流体域压降变化,通过逆向技术、三维图像重建获取酸枣的点云数据,并对酸枣的点云数据进行降噪处理,建立酸枣三维模型。通过Edem-Fluent气固耦合软件对酸枣吸拾过程进行仿真分析,获取管径、流量、酸枣速度、接触力等参数,利用响应面分析对参数进行优化,并研制酸枣捡拾机进行试验。分析表明,流量是影响捡拾效率的主要因素,管径是影响酸枣破损的主要因素,仿真结果和试验表明气吸式酸枣捡拾装置最佳管径0.11 m,最佳流量0.28 m3·s^-1。该装置能降低酸枣采收成本,缩短酸枣采收周期,同时提高捡拾效率。