Response of Rice Seedlings to Copper Toxicity and Acidity

Metal toxicity and soil acidity affect plant growth. A hydroponic experiment was conducted to simulate effects of pH and copper concentration [Cu] on early growth and biomass production of high-yielding rice seedlings (Oryza sativa L. cv. ‘NIAB 6’). The rice seedlings were allowed to grow in Yoshida nutrient solution with 1 (control), 8, 16, and 32 μM Cu at buffered pH levels of 4.5, 5.0, and 5.5, respectively. Shoot and root growth, leaf chlorophyll content, and root lipid peroxidation and K⁺ leakage of 15-day-old rice seedlings were determined. Results show that [Cu] had significant adverse effects on rice seedlings. Shoot height and root length were reduced by 18%–60% and 7%–69%, respectively, compared with the control, and shoot and root weight decreased by 26%–56%, and 25%, respectively, in response to progressive increases in [Cu]. Similarly, leaf chlorophyll content decreased by 150%–245% compared with the control treatment. Rice seedling roots suffered from significant increases in lipid peroxidation followed by K⁺ leakage (> 8–23 times) in response to increasing [Cu]. Averaged across [Cu], seedling growth and biomass were greater at pH 5.5 than at other pH treatments. In some instances, increasing pH minimized the adverse effects of Cu at low concentrations on rice seedlings.     

拟南芥DA1-Related Protein 2基因参与调控植物对盐胁迫的响应

土壤盐渍化是目前农业生产面临的主要问题之一,同时种子萌发转绿作为植物幼苗形态建成的基础对盐胁迫最为敏感。本研究以Col-0、Ler野生型拟南芥和osr1短根突变体拟南芥为试验材料,通过图位克隆方法得到调控根生长的DAR2(DA1-Related Protein 2)基因。本研究利用RT-PCR方法,发现生长10 d的Col-0幼苗在200 mmol·L 1氯化钠条件下处理6 h和12 h,DAR2基因受盐胁迫诱导;200 mmol·L 1氯化钠处理后,组织化学染色结果显示,萌发1 d的根尖韧皮部和3 d的叶片pDAR2::GUS的表达上升,进一步表明DAR2基因受到盐胁迫的诱导。统计不同MS培养基[0(CK)、100 mmol·L 1氯化钠、150 mmol·L 1氯化钠、200 mmol·L 1氯化钠、150 mmol·L 1氯化钾、200 mmol·L 1甘露醇]上Col-0和dar2-3的萌发率和转绿率发现:随着氯化钠浓度的逐渐增大,突变体无论萌发还是转绿时间明显比野生型晚。在150 mmol·L 1氯化钾和200 mmol·L 1甘露醇培养条件下,萌发和转绿的时间也比野生型要晚。这些结果表明突变体在萌发和转绿期对盐胁迫的敏感性比野生型明显增强,进一步证明了突变体对盐胁迫的敏感性并不是对离子的特异响应。这些研究结果为深入了解逆境胁迫下植物早期生长发育的可塑性调控机制奠定了基础,同时也为通过生物技术改良作物抗逆性提供了理论依据。     

猪舍不同发酵床垫料氨挥发与氧化亚氮排放特征

为了探明发酵床养猪过程中的氨挥发与氧化亚氮排放特征,分别选取3种不同原料的发酵床:稻壳+锯木屑(FD)、稻壳+菌糠(FJ)、稻壳+酒糟(FW)作为研究对象,采用静态箱法收集气体,对1个养猪周期内(140 d)的氨挥发和氧化亚氮排放量进行测定。结果表明,3种垫料的氨挥发高峰期呈现出一定的时间顺序:FW主要出现在饲养前期,FJ出现在前中期,而FD则集中在饲养中后期。3种垫料的氨挥发总量具有显著性差异,FW发酵床在整个养殖周期内的氨挥发总量最大,为9.06 kg;其次是FJ,氨挥发总量达到4.83 kg。3种发酵床垫料的氧化亚氮排放规律具有一致性,即排放高峰期主要集中在饲养中后期;其排放总量同样具有显著性差异,同氨挥发总量一样,FW的氧化亚氮排放总量最高,达到2.06 kg;其次是FJ,氧化亚氮排放总量为1.74 kg。通过物质流分析发现,以氨气和氧化亚氮转化损失的氮量占氮素总损失量的23%~36%,说明气体转化是发酵床养猪过程中氮素的主要损失途径之一。     

黄壤颗粒表面离子吸附动力学中的离子特异性效应

基于考虑离子非经典极化作用的离子吸附动力学模型,以可变电荷黄壤颗粒为代表材料,研究了锂离子(Li+)、钠离子(Na+)和铯离子(Cs+)在黄壤颗粒表面的吸附动力学特征,进一步计算了离子在土壤/水界面的扩散距离与表面电化学参数。结果表明:(1)Li+、Na+和Cs+在黄壤颗粒表面吸附仅存在一级动力学过程并存在明显的离子特异性差异,这种差异随着电解质浓度降低而增大;(2)离子非经典极化与体积效应的共同作用决定了离子在固/液界面的扩散距离,在较高浓度电解质中,Na+和Li+的离子体积和极化效应基本平衡,导致Na+和Li+离子间差异不显著,但Cs+由于强烈的非经典极化作用,扩散距离表现为:Cs+Na+≈Li+;在低浓度电解质中,离子非经典极化作用占主导,扩散距离表现为:Cs+ Na+ Li+,表明离子扩散距离在低浓度下差异大,而高浓度下差异不显著;(3)离子扩散距离的差异导致固/液界面电位的不同,Stern电位、电荷密度和电场强度均受到离子扩散距离的影响,表面电位(绝对值)在各个浓度下均表现为:Li+ Na+ Cs+,说明表面电位仅受非经典极化作用的影响。本研究将对土壤/水界面反应理论的完善提供新思路。     

青海黄河沿岸土壤盐分特征及影响因素研究

应用常规统计学方法和典范对应分析方法,研究青海黄河沿岸不同程度盐渍化土壤各属性特征及其数量关系,探讨了土壤属性与环境因子之间的关系。结果表明:非农地土壤属中度、重度盐渍化土壤和盐土;随盐渍化程度增强,土壤阳离子从镁钙盐型转变为钠盐型;土壤阴离子从硫酸盐型转变为氯化物型;除Ca~(2+)与Cl~-、K~+相关性不显著外,其他各离子浓度之间显著正相关;有机质与pH值显著负相关;电导率与各离子浓度极显著正相关,与总盐浓度的相关性高达0.91;土壤各粒级含量及分形维数与各离子浓度、电导率、总盐浓度之间相关性不显著。土地利用类型能够很好地指示土壤盐渍化水平,盐渍化程度同时受微地形影响。土壤盐碱化与沙化是两个相关的土壤退化过程。     

基于稻田控水减排的氮肥运筹试验研究

为改善江汉平原地区稻田水肥管理措施,采用田间小区试验,研究了常规淹灌(CF)和浅灌深蓄(SIDS)条件下,农民习惯施肥(FFP)、30%尿素+70%控释参混肥(30%N+70%CRF)和优化减氮施肥(OPT-N)对水稻各生育阶段稻田氮磷流失特征、养分吸收和土壤养分积累的影响。结果表明:与CF处理相比,SIDS处理田间灌溉水量、总用水量、径流量和渗漏量分别降低41.7%,18.5%,45.8%和21.9%,降雨利用率增加16.2%,TN和TP径流流失量分别降低32.6%~35.9%和36.4%~53.1%,渗漏流失量分别降低22.8%~32.0%和16.2%~33.3%,水稻返青期—拔节孕穗期分别占稻田氮磷径流和渗漏流失总量的70%以上。30%N+70%CRF处理、OPT-N处理较FFP处理,TN径流流失量分别降低19.7%~29.2%,15.1%~25.2%,渗漏流失量分别降低25.4%~51.7%,20.9%~26.4%,TP渗漏流失量分别降低18.4%~24.5%,20.4%~31.6%,但TP径流流失量差别很小。从水稻养分吸收和土壤养分积累来看,SIDS处理实际产量相对CF处理可增产4.4%,但对0—40cm土层氮磷养分累积影响不大,30%N+70%CRF处理和OPT-N处理相对FFP处理可增产5.6%和0.4%,且0—20cm土层速效态氮磷养分能维持在一个较高且相对稳定的水平。综上,浅灌深蓄结合30%N+70%CRF施用有利于稻田节水、减少氮磷流失、水稻增产以及土壤肥力改善。     

基于弹齿轨迹的滚筒式牧草捡拾器遗漏率及工作参数优化

该文基于弹齿的运动轨迹,建立了遗漏率理论模型并进行了仿真,利用MATLAB编程实现捡拾器凸轮机构的参数化设计。对凸轮轨道为正弦加速度规律运动的捡拾器进行遗漏率理论分析,并利用高速摄像系统进行试验,理论与试验的漏捡区高度线性拟合调整R~2为0.998 8,漏捡区面积线性拟合调整R~2为0.960 4。在捡拾器机器前进速度4~6 km/h,滚筒转速40~90 r/min时,应用遗漏率理论模型进行中心组合响应曲面法分析和目标优化,得到的理论工作参数最佳组合为前进速度4.0 km/h,滚筒转速54.299 r/min,此时,漏捡区高度0.796 cm,漏捡区面积6.369 cm~2。在前进速度4 km/h和滚筒转速55 r/min的条件下进行不同含水率牧草的捡拾试验,遗漏率均低于国家标准要求的25%。该研究为捡拾器设计提供了理论基础,且能更好地指导实际生产。     

不同叶顶间隙对斜流泵性能影响的数值分析

斜流泵具有高效,启动特性好,运行工况宽等特点。目前斜流泵设计时,无法定量评估叶顶间隙对性能影响的敏感性。为了揭示不同叶顶间隙值对斜流泵内部流场和性能的影响,给定叶顶间隙选取的范围。分别选取无叶顶间隙和叶顶间隙分别为0.5,1.0,1.5 mm共4种设计方案的斜流泵为对象,基于剪切压力传输模型(shear stress transport,SST k-ω)湍流模型,SIMPLEC算法与块结构化网格,对斜流泵内部流场进行数值模拟和试验验证。结果表明,叶顶间隙为0.5 mm时,可以有效抑制斜流泵的扬程-流量正斜率特性,此时斜流泵的效率值最高;无叶顶间隙时,斜流泵扬程-流量正斜率特性较为明显;叶顶间隙为1 mm时,数值模拟与试验结果吻合较好,SST k-ω模型可较好模拟斜流泵叶顶间隙区流动特征,性能预估结果具有一定的可信度。在小流量工况下,叶顶间隙为0.5 mm可有效抑制斜流泵的正斜率不稳定特性。小叶顶间隙0.5mm时,斜流泵水力性能最优;叶顶间隙增大时,叶顶泄漏流动逐渐显著,叶轮出口近壁区轴面流速和涡量分布规律显著变化,表明叶顶间隙直接影响叶轮轴面速度分布规律和叶片负荷分布规律,由于受壁面摩擦阻力和液体黏滞阻力的影响,叶轮轮毂和叶顶间隙侧的叶轮轴面速度较小;叶顶间隙增大时,叶轮轮毂和叶顶间隙侧叶片负荷急剧衰减,影响叶片的做功能力。同时,叶顶泄漏流动区域与叶片主流区域的掺混效应,使叶片轮缘的低速区扩展到叶轮流道内部的主流区域,引起叶轮流道内部主流流动的堵塞效应,产生二次流动、漩涡等流动不稳定现象。上述研究结果,揭示了叶顶间隙对斜流泵内部流场和性能的影响机理,为斜流泵叶顶间隙的选择提供了理论依据。     

半干旱地区海涂海水灌溉对不同品系菊芋产量构成及离子分布的影响

在半干旱海涂以不同品系菊芋（Helianthus tuberosusL．）为材料进行田间试验，研究了海水灌溉对不同品系菊芋产量构成及离子分布的影响。结果表明：（1）南芋2号根和地上部生物量较其他品系大，南芋5号和南芋3号株高在各浓度海水灌溉下均显著高于其他菊芋品系，而茎粗在各处理下变化不一致，在30％海水灌溉下，南芋1号根和地上部物质积累未受到抑制作用，其他各品系菊芋的根和地上部物质积累受到了一定抑制。（2）各菊芋品系块茎产量差异较显著，在30％海水灌溉下，南芋2号产量显著高于其他品系，各菊芋品系块茎单重在各处理下差异也较显著，南芋1号和2号块茎单重最大，各菊芋品系块茎总糖和菊糖含量差异较显著。（3）随海水浓度的增加，各品系菊芋根、茎和叶的C1-和Na^＋含量均增加，但品系间差异较显著，叶片的Na’含量显著低于根和茎的Na’含量。从生物积累量和块茎产量、总糖和菊糖含量及离子分布看，南芋1号和南芋2号较其他品系更适合在半干旱海涂利用适当浓度海水进行灌溉种植。     

园林植物高新技术育种研究综述和展望

随着我国园林绿化市场的持续升温,园林植物育种领域的研究不断得到重视,在传统育种技术的基础上,以现代生物技术、航天和离子注入诱变育种为核心的高新技术育种得到较大程度的发展。本文阐述了基因工程和细胞工程技术在园林植物株型和花型、花色和香味、生长发育、延缓衰老、抗病虫、抗逆境等方面的研究现状;综述了航天育种和离子注入育种等高新技术的研究基础,及其在园林植物种质创新领域的研究进展;并介绍了国内有关研究单位的一些相关研究情况。分析了园林植物育种技术的发展趋势,并重点对园林植物现代生物技术、航天和离子注入育种作了展望。