根际生命共同体：协调资源、环境和粮食安全的学术思路与交叉创新

植物营养学研究近年来在植物养分高效分子机理、植物-微生物互作、根际互作与微生态调控、农田养分管理等研究领域取得了一系列原创性进展。然而,当前如何协调粮食安全、资源高效和环境可持续性仍面临巨大挑战。针对这一重大问题,本文提出"根际生命共同体(Rhizobiont)"学术思路,围绕"根际互作与养分高效"这一重大科学命题,构建"植物-根系-根际-菌丝际-土体及其微生物"根际生命共同体理论体系,突破植物-微生物、微生物-微生物关键界面互作机制,阐明根际生命共同体结构、功能及其在养分活化、吸收与利用中的作用机制,建立共同体多界面互作增效的生物学调控新途径,开辟植物-土壤-微生物交叉创新领域,根际生命共同体理论创新有助于破解粮食安全、资源高效、环境保护多目标协同的难题,支撑我国农业绿色发展。文章指出了根际生命共同体与养分高效研究的重点方向与内容,尤其是深入揭示和调控植物第二基因组——微生物组的作用正成为农业科学的研究前沿。     

产中性纤维素酶真菌的鉴定及其酶学性质的初步研究

通过CMC平板初筛、摇瓶发酵复筛,从土样中筛选到1株能够产中性纤维素酶的真菌,经18SrRNA基因序列分析初步确定该菌株为瓶霉菌(Phialo phora sp.).该菌株在适宜的条件下摇瓶培养72 h,产生的内切葡聚糖酶活力可达到2.95 IU/mL.酶学性质初步研究显示,菌株所产内切葡聚糖酶活力的粗酶液最适pH值为6.0～7.0,且在此pH范围内具较高的稳定性;粗酶液的反应温度以40℃左右为宜,且在50℃以下具有较高的温度稳定性;Mn2 、Fe3 对酶反应有促进作用,Hg2 、Pb2 对酶反应有抑制作用.     

菌根伴生真菌对外生菌根真菌生长及其中性蛋白酶活性的影响

【目的】筛选产中性蛋白酶活性较高的外生菌根真菌及最佳诱导底物。【方法】以酵母粉(对照)和4种菌根伴生真菌(Trichoderma harzianum HDTP-1、T.harzianum HDTP-3、Mucor hiemalis SA10-6 HDTP-4和M.hiemalis XSD-98 HDTP-5)灭活菌丝体为诱导底物,研究其对粘盖牛肝菌(Suillus bovines)、褐环粘盖牛肝菌(Suil-lus luteus)、褐黄牛肝菌(Boletus luridus)和铆钉菇(Gomphidius viscidus)4种外生菌根真菌生物量及其所产中性蛋白酶活性的影响。【结果】4种菌根伴生真菌均明显促进了褐环粘盖牛肝菌、粘盖牛肝菌和褐黄牛肝菌的生长,其中Mucorhiemalis SA10-6HDTP-4对褐环粘盖牛肝菌的促进效果极显著,而4种菌根伴生真菌对铆钉菇的生长均有不同程度的抑制,其中Trichoderma harzianum HDTP-3的抑制作用最强。4种菌根伴生真菌诱导的4种外生菌根真菌所产的中性蛋白酶活性,均以褐黄牛肝菌最高,铆钉菇最低;M.hiemalis XSD-98 HDTP-5诱导褐环粘盖牛肝菌所产中性蛋白酶活性最高,T.harzianum HDTP-3最低;M.hiemalis XSD-98 HDTP-5诱导粘盖牛肝菌所产中性蛋白酶活性极显著高于酵母粉和其他3种菌根伴生真菌,但其诱导褐黄牛肝菌和铆钉菇所产中性蛋白酶活性仅极显著高于其他3种菌根伴生真菌。【结论】4种菌根伴生真菌中,M.hiemalis XSD-98 HDTP-5是外生菌根真菌产中性蛋白酶的最佳诱导底物;而4种外生菌根真菌中,褐黄牛肝菌所产中性蛋白酶活性最高。     

无定河粗泥沙产沙量的变化及其原因

 为了解决黄河治理中迫切需要解决的粗泥沙来源和数量问题,依据大量实测资料,运用统计方法对无定河粗泥沙产沙量进行研究。结果表明:无定河流域d>0.05 mm粗泥沙产沙量呈现出减少趋势,这种减少与年降水量、年沙尘暴频率的减少和水土保持面积的增大有一定的因果关系;估算出最大30d降雨量和年沙尘暴频率的变化对d>0.05mm粗泥沙产沙量变化的贡献率分别为66.5%和33.5%,即沙尘暴特征的变化对粗泥沙产沙量变化的贡献率相当于暴雨特征的变化贡献率的1/2。建立了粗泥沙年产沙量与最大30d降雨量、年沙尘暴频率和水土保持措施面积之间的回归方程,表明粗泥沙年产沙量随最大30d降雨量、年沙尘暴频率的减小而减小,随水土保持面积的增大而减小。因此,20世纪50年代以来暴雨的减弱、沙尘暴的减弱和水土保持措施面积的增大是无定河流域粗泥沙产沙量减少的原因。     

中性蛋白酶制备酪蛋白抗菌肽的研究

为了替代抗生素的广泛使用,防止病原菌耐药性大大提高,开发酪蛋白抗菌肽新型抗菌剂。本研究利用中性蛋白酶水解酪蛋白,以中性蛋白酶浓度、酶解时间、酶解温度、pH值为影响因子,在单因素试验结果的基础上,应用Centure-composite Design中心组合方法进行四因素三水平的实验设计,以酪蛋白水解液抑菌圈直径为响应值,运用响应面法对水解条件进行进一步的优化。结果表明：酶解温度、酶浓度、酶解时间、pH对酪蛋白水解液抑菌圈直径影响显著;酪蛋白抗菌肽制备的最佳工艺为：水解温度为50℃,酶浓度为3.73%,pH 7.9,酶解时间为130 min。回归方程预测酪蛋白水解液抑菌圈直径理论值可达到21.93 mm,3次验证实验的平均抑菌圈直径为21.91 mm,与理论最大值接近,可见该模型能较好地预测酪蛋白抗菌肽制备的最佳条件。     

基于CA-Markov模型的黄土丘陵区土地利用变化

为探讨黄土丘陵区的土地利用变化规律以及驱动机制,以罗玉沟流域作为典型流域,基于1986、2001年的TM影像为数据源,对土地利用格局分布进行分析,并运用CA-Markov模型,以2001年的土地利用格局为基础,预测了2016年流域的土地利用的空间格局分布。结果表明,罗玉沟流域土地利用格局在1986年以前,以坡耕地为主,面积占59.67%,其次为梯田、草地和林地。从1986年到2001年林地和梯田的面积均有显著增加,坡耕地面积则显著减少,其余土地利用类型面积变化不大。从单一土地利用类型动态度来看,面积增加大     

冈村枝管藻中性游孢子的发育过程

本文在国内首次观察描述了冈村枝管藻生活史中由多室孢子囊释放出的中性游孢子的发育变化和各时期的形态特征。成熟的冈村枝管藻孢子体上存在多室孢子囊,由多室孢子囊释放出的中性游孢子附着后直接萌发为盘状体,1周左右盘状体的周边长出许多同化丝和无色毛丝体,在同化丝逐渐成熟的过程中伴随着毛丝体的脱落或萎缩死亡,盘状体即发育成孢子体。通过人为控制条件,在室内对多室孢子囊枝进行连续数月的培养和观察,发现由中性游孢子发育而来的孢子体长到1~2mm即成熟,在同化丝顶部形成多室孢子囊进入下一轮循环。由多室孢子囊释放出的中性游孢子是人工育苗生产过程中苗种的主要来源。     

基于高斯过程建模的物联网数据不确定性度量与预测

物联网已经成为农业大数据最重要的数据源之一,自动观测数据的质量控制对农业生产分析以及基础科研数据应用非常重要。针对农业物联网观测的一类非平稳时间序列数据中的数据缺失、野值剔除、感知故障预警和长时间预测等问题,采用光滑弱假设高斯先验,构建了基于高斯过程的自回归模型表征的动态系统,并通过样本集学习,形成能考虑噪声干扰的传感变化规律建模,并可提供预测误差带用于预测数据的不确定性度量。针对原始数据的缺失和野值问题,采用基于高斯过程的短期预测,可补齐缺失数据,利用其不确定性度量可甄别数据野值,进行野值剔除与替换,并在此基础上判断感知故障;给出了基于输入数据不确定性传播的多步迭代预测方法,使长期预测仍可以跟踪农业数据的动态轨迹,并可为其预测值提供不确定性度量;将温室采集的真实传感数据用于分析试验,验证了高斯过程用于服务器端的农业时间序列数据采集质量控制的可行性。     

基于BP神经网络的农业高科技投资项目风险评价模型

在建立农业高科技投资项目风险评价指标体系的基础上,引入人工神经网络建模方法,建立基于BP神经网络的农业高科技投资项目风险评价模型,并运用实例对其进行了训练和预测,取得了较好的结果,说明该模型能较为准确地按照专家的评价方法进行工作,为农业高科技投资项目提供了现实可用的风险预测及风险控制工具,同时进一步显示出神经网络模型在现代农业经济非线性领域应用的广阔前景。     

微生物发酵床垫料酶活性变化研究

于福建省福清市国家现代农业示范园的微生物发酵床养猪栏内采集0~50cm垫料层样品,对微生物发酵床不同方位及不同深度垫料进行酶活性研究,测定其蔗糖酶、纤维素酶、半纤维素酶、中性与碱性磷酸酶,探讨酶活性变化规律。结果表明:在0~50cm的垂直深度,随着深度的加大,酶活性显著下降,为微生物发酵床作用机理及垫料发酵程度提供理论参考。