宁夏盐碱地水稻根系形态和生理指标与产量的相关分析及综合评价

【目的】比较分析宁夏盐碱地不同水稻品种(系)根系形态和生理指标与产量的关系,筛选适宜宁夏盐碱地种植的高产水稻品种(系),为宁夏盐碱地高产水稻品种的选育和种植提供参考。【方法】以4个宁夏常规水稻种植品种(宁粳52号、宁粳57号、96D10、HJW14)和1个海稻86衍生系(陈2)为试验材料,在宁夏盐碱地进行大田种植试验,在生育期关键节点(苗期、分蘖期、抽穗期和灌浆期)测定根系形态指标(根直径、根长、根表面积、根体积、根鲜重和根干重)、生理指标[超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、根系活力、根系总吸收面积和根系活跃吸收面积]和产量及构成因素指标(穗数、穗粒数、千粒重、结实率、产量),并利用相关分析、主成分分析和隶属函数法对不同品种(系)水稻进行综合评价。【结果】不同水稻品种(系)的根直径随着生育期的推进呈逐渐增加趋势,根长、根表面积、根体积在苗期到抽穗期呈逐渐增加趋势,在抽穗期到灌浆期呈下降趋势。宁粳52号、宁粳57号和陈2的根系形态整体表现优于96D10和HJW14。陈2和宁粳57号的根系活力优于宁粳52号、96D10和HJW14。宁粳52号、宁粳57号和陈2的根系总吸收面积和根系活跃吸收面积整体上高于96D10和HJW14。宁粳52号、宁粳57号和陈2在不同生育期的SOD和POD活性均高于96D10和HJW14。在产量表现方面,宁粳52号的产量最高,达7420.97 kg/ha,HJW14的产量最低,为4970.94 kg/ha。相关分析结果表明,产量与根系总吸收面积呈显著正相关(P<0.05),与SOD和POD活性呈极显著正相关(P<0.01);主成分分析结果确定根长、根表面积、根鲜重、根干重、根系活力、根系活跃吸收面积、SOD活性和千粒重为耐盐碱关键指标。利用隶属函数结合权重分析法得到不同水稻品种(系)耐盐碱的综合评价值(D)排序为宁粳57号>宁粳52号>陈2>96D10>HJW14。【结论】综合D值与实际产量考虑,宁粳52号在盐碱地表现相对较好,适宜作为宁夏盐碱地种植与示范的高产水稻品种。

硝普钠添加对碱胁迫下萌发期水稻碳氮代谢的影响

【目的】施加外源硝普纳(sodium nitroprusside,SNP)可有效缓解水稻碱胁迫伤害。本研究通过比较不同碱敏感性水稻品种萌发及碳氮代谢相关指标的差异,探讨碱胁迫下外源SNP添加对萌发期水稻碳氮代谢的影响,为盐碱地水稻种植提供参考。【方法】以碱敏感品种中花11(ZH11)和耐碱品种宁粳52(NG52)为试验材料,在混合碱胁迫[alkali stress(AS),即20 mmol/L CO_(3)^(2-)和HCO_(3)^(-)等比例混合液,pH 10.50]下,设置不同SNP浓度(0、10、30、50、70、100μmol/L)浸种处理,通过测定萌发期关键生长指标,以筛选SNP最适浓度。结果显示碱胁迫下不同浓度外源SNP影响了水稻萌发,其中,30μmol/L SNP处理显著增加了水稻的发芽指数,促进了水稻萌发。进一步设置CK(control)、SNP(30μmol/L)、AS(20 mmol/L)、AS+SNP(20 mmol/L AS+30μmol/L SNP)4个处理,分析它们对萌发期碱敏感差异水稻碳氮代谢的影响。【结果】1)在碳代谢方面,与AS处理相比,AS+SNP处理下ZH11和NG52中蔗糖含量显著降低。其中,NG52中蔗糖含量显著低于ZH11,而其蔗糖合成基因(OsNIN1)和葡萄糖合成基因(OsSPS1、OsSPS11)的表达量显著高于ZH11。2)在氮代谢方面,与AS处理相比,AS+SNP处理显著增加了2个品种中苹果酸、柠檬酸、一氧化氮含量,硝酸还原酶、S-亚硝基谷胱甘肽还原酶活性以及OsNR2、OsGSNOR1基因表达,降低了NO3-和氧化型谷胱甘肽含量,提高了脯氨酸水平。其中,NG52中苹果酸、柠檬酸、一氧化氮、脯氨酸、氧化型谷胱甘肽含量,S-亚硝基谷胱甘肽还原酶活性以及OsNR1.2、OsGSNOR1的表达量均显著高于ZH11。3)相关分析和主成分分析结果显示,葡萄糖和蔗糖合成酶基因(OsNIN1)分别与苹果酸、柠檬酸、脯氨酸和一氧化氮呈显著正相关,葡萄糖、果糖、一氧化氮、亚硝基谷胱甘肽和氧化型谷胱甘肽可能是影响碳氮代谢相互协调的关键指标。【结论】施加30μmol/L SNP可促进碱胁迫下水稻体内蔗糖分解和有机酸的积累,增强硝酸还原酶和S-亚硝基谷胱甘肽还原酶活性,提高有机氮含量,促进碳代谢向氮代谢转化,维持碱胁迫下萌发期水稻碳氮代谢的正常进行。

不同水稻抗性淀粉含量差异的转录组学解析

【目的】抗性淀粉是功能性水稻研究的热点品质性状之一。旨在研究水稻籽粒灌浆过程中不同抗性淀粉含量品种之间的差异表达基因及可能参与的调控通路,探究水稻抗性淀粉合成的规律和分子机制。【方法】分别对高抗性淀粉粳稻品种JTD和低抗性淀粉粳稻品种宁粳28号(NJ28)在籽粒灌浆中后期2个时间点(10 d和16 d),每个时间点每个样品3次重复,共12个样品进行转录组学测序和分析。【结果】NJ28和JTD在灌浆10 d相比有1326个差异表达基因(DEGs),包含986个上调DEGs和340个下调DEGs;在16 d时有1158个DEGs,包含384个上调DEGs和786个下调DEGs;在10 d和16 d共同变化的DEGs 689个,包含435个上调DEGs和254个下调DEGs。GO功能和KEGG富集分析发现DEGs主要参与淀粉代谢和脂肪酸代谢,例如α-淀粉酶、β-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、异淀粉酶、脂肪酸延长和降解相关酶等。利用qRT-PCR对3个基因进行验证发现,其mRNA表达趋势均与转录组分析中的表达趋势一致。利用气质联用仪对36个脂肪酸进行定量测定,发现包括油酸在内的7个脂肪酸在高抗性淀粉品种中含量较高。【结论】筛选到一些可能参与抗性淀粉合成的候选基因和重要脂肪酸,为深入理解水稻籽粒中RS合成、其与非淀粉物质脂肪酸之间的关联提供了研究思路和分子基础,为制备具有酶抗性结构和低升糖指数的淀粉类食品提供理论依据。

脱硫石膏改良中度苏打盐渍土施用量的研究

采用盆栽试验和田间试验相结合的方法,通过种植油葵(Helianthus annus),进行了脱硫石膏施用量的试验。结果表明,施用脱硫石膏能够有效降低土壤碱化度、总碱度和pH值,但却增加了土壤全盐量;施用脱硫石膏可显著提高油葵出苗率和产量,但施用量过高会抑制油葵的生长发育。施用11 250 kg.hm-2脱硫石膏对中度苏打盐渍土改良效果最佳,最有利于油葵的生长发育,耕作层土壤碱化度、总碱度和pH值分别降至6%、0.2 cmol.kg-1和8.5以下,油葵出苗率达到70%以上,田间试验中油葵产量高达2 031 kg.hm-2,与不施脱硫石膏处理相比,增产率达到16.2%。

宁东基地不同工业园区周边土壤重金属污染特征及其评价

为了解宁东基地不同工业园区周边土壤重金属污染特征,采集并测定了土壤样品的重金属含量(Cr、Cd、Pb、As和Hg),进一步采用Tessier连续提取法对Cr、Cd、Pb和Hg含量超出背景值的土壤样品进行了重金属形态分析。采用单因子污染指数和综合污染指数对研究区土壤重金属污染程度进行分析,并利用潜在生态风险指数法对其进行生态风险评价,旨在为宁东基地土壤环境保护及生态系统维护提供科学理论依据。结果表明:研究区土壤中上述5种重金属含量的平均值分别为63.26、0.13、21.11、8.77和0.17 mg?kg^(-1),均没有超过《国家土壤环境质量标准》(GB15618—1995)二级标准(p H>7.5)和《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》(HJ350—2007)A级标准限值,但Cr、Cd和Pb和Hg的平均值超过了宁夏土壤背景值,其中Cr、Cd和Pb的平均值与对应背景值相差不大,Hg的平均值是背景值的8.5倍。重金属形态分析表明,Cr和Hg主要以稳定的残余态形式存在,Cd和Pb主要以非残余态(可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态)形式存在,分别占对应总量的65.09%和66.05%。经单因子污染指数和综合污染指数评价,各重金属元素的污染等级均为清洁(安全)水平,研究区土壤表现为无重金属污染状态。潜在生态风险指数评价结果进一步表明,研究区土壤整体呈轻微生态风险。尽管宁东基地不同工业园区周边土壤目前受重金属污染影响较小,但Hg积累明显,Cd和Pb的非残余态含量和比例较高,这3种元素对土壤环境的影响应予以关注。

宁东基地不同燃煤电厂周边土壤5种重金属元素污染特征及生态风险

为了解宁东基地不同燃煤电厂周边土壤重金属污染特征,采集并测定了表层土壤样品的Cr、Cd、Pb、As和Hg等5种重金属含量,分析了土壤重金属元素的含量特征、不同风向上重金属含量的分布规律,采用单因子污染指数和综合污染指数对研究区域土壤重金属污染程度进行分析,并利用潜在生态风险指数法对其生态风险进行评价。结果表明:研究区域表层土壤中上述5种重金属元素质量分数的平均值分别为52.19~63.35、0.52~0.57、22.18~26.16、5.57~10.68和0.12~0.18 mg?kg^(-1),均没有超过《国家土壤环境质量标准》(GB15618—1995)二级标准(p H>7.5)和《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》(HJ350—2007)A级标准限值,但Cd、Pb和Hg的平均值超过了宁夏土壤背景值,其中Pb含量略高于背景值,Cd和Hg含量明显超出背景值,分别是背景值的4.6~5.1和6.0~9.0倍;Cr、Cd、Pb和As含量在不同燃煤电厂不同风向上的变化无明显规律,而Hg含量呈现西北风向最小,东南风向最大的分布规律,明显受主导风向影响;经单因子污染指数和综合污染指数评价,不同燃煤电厂周边表层土壤重金属的单项和综合污染指数均小于0.7,污染水平属于"清洁"。潜在生态风险指数评价结果进一步表明,电厂周边表层土壤呈轻微生态风险。尽管不同燃煤电厂周边表层土壤受重金属污染影响较小,但Cd和Hg含量在当地积累明显,这2种重金属元素的防治应受到重点关注。

利用糠醛渣改良银川北部碱化土壤的效果

以糠醛渣作为化学改良剂,比较其不同施用量对宁夏银川北部碱化土壤的改良效果及对水稻生长的影响。结果表明,不同施用量的糠醛渣均能改善土壤理化性质,增加水稻基本苗数和产量。当施用量为2.0t/667m2时,改良效果最为明显,土壤容重下降了0.76 g/cm3,孔隙度提高了116.97%,pH值下降了1.37,脱盐率高达44.07%,水稻基本苗数增加了6.5万株/667m2,增产率高达108.6%。

三叶半夏叶片一步成苗离体培养技术

以药用植物三叶半夏叶片为材料,通过比较直接和间接器官发生两种途径,建立了半夏一步成苗的快速繁殖技术体系。结果表明,经过愈伤组织阶段的一步成苗培养基为MS+0.5mg/L2,4-D+1.0mg/LKT,90d左右方可得到再生植株,植株分化率为74%,每个外植体上分化的块茎数为5.61±1.04。附加NAA与BA两种激素对一步成苗培养基进行优化,筛选出一步成苗最佳培养基MS+0.5mg/LNAA+0.5mg/LBA,60d后就可直接发育成完整植株,植株分化率为76%,每个外植体上分化的块茎数高达9.97±0·81,对这种培养基上的再生小植株进行移栽,1个月后,移栽成活率达100%。

水稻逆境相关转录因子研究进展

干旱、盐碱、高温和低温等逆境因子胁迫水稻的生长发育,进而影响水稻的产量和品质。因此,研究水稻的抗逆性,尤其是揭示其抗逆分子机理具有重要的生物学意义。近年来,水稻抗逆分子机理的研究主要集中在转录因子及其分子调控机制方面。在水稻中,目前研究较多的转录因子类型主要有b ZIP、MYB/MYC、WRKY、AP2/EREBP和NAC,它们的结构通常由DNA结合结构域、转录活化结构域、寡聚化位点和核定位信号组成。转录因子在水稻逆境信号转导途径中起着中心调节作用,它们将逆境信号传递和放大,通过与目的基因启动子区中顺式作用元件特异结合,调控下游多个逆境相关基因的表达,从而引起水稻对逆境应答反应,最终实现水稻获得综合抗逆性的提升。该文简要概述了植物转录因子的调控机制、结构特点、分类与功能特性,重点论述了转录因子在水稻抗逆中的作用,指出了转录因子应用过程中转基因水稻产生的负效应问题,并提出了解决负效应问题的研究思路,同时展望了今后转录因子的研究前景,以期为挖掘和应用新的水稻转录因子基因以及阐明其抗逆调控机制提供理论依据。

发根农杆菌介导的药用植物遗传转化

就药用植物外植体的选择、转化方法、转化毛状根的鉴定、影响植物遗传转化的因素、毛状根培养与次生代谢产物的产生以及转基因药用植物的获得等方面作一综述。

三叶半夏悬浮培养下的体细胞胚胎发生及植株再生

用三叶半夏幼嫩叶片诱导产生的胚性愈伤组织建立了胚性细胞悬浮系,研究了悬浮培养下体细胞胚胎的发生及植株的再生。结果表明,胚性悬浮细胞在附加1．0mg／L2,4-D、0．2 mg／LBA和300mg／L LH的MS液体培养基中产生大量的球形胚,转入液体分化培养基(MS+0．1 mg／LNAA+0．2 mg／L BA+300 mg／L LH)中进一步发育成心形胚、鱼雷形胚和子叶形胚。收集成熟胚转移到MS固体分化培养基上培养获得了再生植株。另外还观察到某些成熟胚上产生了许多次生胚。

半夏组织培养一步成苗技术的研究进展

综述了一步成苗法 ,半夏一步成苗的培养条件、研究成果及不同激素组合对一步成苗的影响 ,并展望了半夏一步成苗技术的应用前景。

施用脱硫废弃物对宁夏盐碱土壤重金属含量的影响

为了顺利推进利用脱硫废弃物改良河套地区盐碱地技术的示范推广,跟踪检测了宁夏盐碱土壤重金属含量的变化。研究发现,供试脱硫废弃物的汞(Hg)、砷(As)、铬(Cr)、铅(Pb)、镉(Cd)含量均低于国家限量标准和土壤环境质量二级标准;施用脱硫废弃物后,碱(化)、盐化、次生盐渍化3种类型的土壤中重金属含量,以及种植不同作物的碱化土壤中重金属含量均未超过国家土壤环境质量二级标准(GB15618—1995《土壤环境质量标准》);连续改良4年的碱化土壤跟踪监测结果也证实,脱硫废弃物的施用没有造成土壤环境的污染,说明脱硫废弃物的农业资源化利用是安全的。

半夏疏松愈伤组织诱导的研究

获得生长快速,疏松型愈伤组织是植物细胞悬浮培养的前提.用半夏叶片作外植体,采用单因子法,在添加不同浓度的 2, 4 D和BA的MS固体培养基上诱导半夏愈伤组织,比较愈伤组织的诱导率、性状和长势,其中当MS+3 0mg/L2, 4 D+0 5mg/LBA时,愈伤组织诱导率和长势最好,为疏松愈伤组织系.结果表明:相同激素,不同浓度配比对愈伤组织诱导率、长势和发生的性状有明显的影响.

脱硫废弃物对3种程度碱化盐土的影响

通过油葵盆栽试验,研究了脱硫废弃物对3种程度碱化盐土的影响。结果表明:施用脱硫废弃物后不同程度地降低了土壤碱化度、总碱度,同时随脱硫废弃物施用量增多,土壤pH值随之降低,而全盐量随之增高。脱硫废弃物改土效果并不和脱硫废弃物施用量、土壤盐化程度呈正相关。施用1.33 g/kg脱硫废弃物对油葵的出苗率和单株干重提高最为显著,施用量过大会抑制油葵的出苗和生长。考虑脱硫废弃物改良土壤的效果及对油葵生长效应,研究确定了3种程度的碱化盐土上均以施1.33 g/kg脱硫废弃物为宜。

水盐调控措施改良龟裂碱土提高油葵产量

针对龟裂碱地土质坚硬、渗透性差和改良利用难等问题，该文研究水盐调控措施对宁夏龟裂碱土改良效果及种植油葵的产量影响。在统一施用脱硫石膏28t／hm2、糠醛渣22．5t／hm2和淋洗定额4500m2／hm2的基础上，通过3a的田间对比试验，研究了添加黄沙、深松、土槽、黄沙＋深松、黄沙＋土槽、深松＋土槽和黄沙＋深松＋土槽7个不同处理对龟裂碱土的土壤理化性能及种植油葵生长的影响，并与不添加脱硫石膏和糠醛渣只采取淋洗措施（淋洗定额4500m2／hm2，CK）的改良效果进行比较。试验结果表明：在黄沙＋深松＋土槽的条件下，第1年土壤0～40cm的pH值、电导率及碱化度比CKpH值、电导率和碱化度分别下降了22％、95％和71％，第3年分别下降了36．6％、98．2％和88．7％；0-40cm土层的渗透率、pH值、电导率和碱化度降低程度：黄沙＋深松＋土槽〉深松＋土槽〉黄沙＋深松〉深松〉黄沙＋土槽〉土槽〉黄沙，各处理与CK相比效果显著（P〈0．01）。黄沙＋深松＋土槽处理的油葵产量比深松＋土槽、黄沙＋深松、黄沙＋土槽、深松、土槽和黄沙处理分别增加16％、19％、15％、28％、20％和21％。综上，黄沙＋深松＋土槽措施可显著改良龟裂碱土，为龟裂碱地荒地开发利用水盐调控提供高效的技术支撑和可持续发展具有指导意义。

气候变暖对宁夏引黄灌区土壤盐分及其灌水量的影响

气候变暖加剧了土壤水分蒸发,带动土壤盐分向上移动,引起土壤盐分增加,导致土壤盐碱危害加剧。采用近35a来的土壤盐分定位观测资料和气象资料,研究气候变暖对宁夏引黄灌区土壤盐分变化的影响。研究结果表明:近35a随着全球变暖,宁夏引黄灌区土壤全盐含量呈明显的增加趋势,轻盐化土壤、中盐化土壤和重盐化土壤全盐质量分数分别增加0.08、0.13和0.19g/kg;当温度增加0.5～3.0℃时,宁夏引黄灌区轻盐化土壤、中盐化土壤和重盐化土壤淋洗土壤增加盐分所需的灌水量分别增加8.2%～9.1%、8.2%～8.7%和8.3%～8.8%,总灌水量增加1.29～1.40亿m3。

燃煤电厂脱硫石膏改良碱化土壤的施用量

利用燃煤电厂脱硫石膏改良盐碱地对于确保国家粮食安全和生态安全、发展循环经济具有重要意义.选择具有典型代表性的宁夏西大滩碱化土壤,以降低土壤碱化度和总碱度为目标,采用盆栽试验和土柱模拟试验,确定了改良不同程度碱化土壤脱硫石膏的理论施用量:轻度碱化土壤为12 529.5 kg/hm2,中度碱化土壤为17 256.0 kg/hm2,重度碱化土壤为23 563.5kg/hm2.在脱硫石膏改良的碱化土壤上种植油葵的田间试验表明,由盆栽试验和土柱模拟试验得出的脱硫石膏施用量可以作为大田示范推广的参考值.

增温对宁夏引黄灌区春小麦生产的影响

近40a来,宁夏引黄灌区年平均增温幅度高于全国平均值,对春小麦生产已经产生了重大影响。基于哥本哈根联合国气候变化大会控制未来50 a全球升温幅度的范围值,设计增温幅度为0.5—2.5℃,采用红外线辐射器大田增温模拟实验,研究增温对宁夏引黄灌区春小麦生长发育和产量的影响。结果表明:增温0.5—2.5℃,宁夏引黄灌区春小麦全生育期(播种—收获)缩短1—22 d,减产0.5%—18.5%;增温2.0—2.5℃,春小麦全生育期缩短18—22 d,减产16.5%—18.5%。增温引起春小麦三叶期和孕穗期光合速率下降,穗粒数减少,千粒重下降,最终导致减产。

脱硫石膏施用时期和深度对改良碱化土壤效果的影响

选择宁夏西大滩碱化土壤,以油葵为供试作物,采用两因素随机区组设计,进行脱硫石膏改良碱化土壤的田间试验研究。结果表明,脱硫石膏施用时期和施用深度不同,对改良土壤碱性和促进作物生长发育的效果不同。秋季施用较春季施用油葵出苗率提高38.0%,产量提高39.0%;深施(25 cm)脱硫石膏较浅施(10 cm)油葵出苗率提高6.3%,产量提高6.0%。秋季深施较秋季浅施、春季深施、春季浅施油葵出苗率分别提高12.0%、25.6%、21.5%,产量分别提高14.4%、32.7%、29.9%,表明秋季深施较秋季浅施、春季深施及春季浅施对促进油葵生长发育,提高产量效果更显著。