草业科学专业细胞生物学教学模式探索——以兰州大学草业科学专业为例

细胞生物学是一门重要的草业科学专业基础课程,是构筑现代草业人才专业知识体系的重要支撑。如何在有限的课堂时间内激发学生的学习兴趣、突出重点、提高细胞生物学的教学质量,以建立一套适合草业科学专业的细胞生物学教学模式是任课教师必须面对的挑战。细胞生物学实际教学中面临的主要问题是教学体系不完善,教材内容与专业特色结合不紧密,以及学生对课程的认知不足。兰州大学草地农业科技学院细胞生物学讲授团队围绕教学目标,从教学内容、教学方法、考核方式等方面进行了多年的探索。结果表明:通过及时更新专业知识、突出教学重点、融入科学故事和科研案例、利用多媒体教学、翻转课堂、多元化考核方式等手段提高了教学质量,取得了良好教学效果。

新疆草原生态保护与草业高质量发展

新疆是我国草业重地,是我国传统的“六大牧区”之一。随着全球气候变化,加之人类各种活动致使新疆草地的生态问题突出,严重威胁新疆乃至全国的生态环境安全及经济社会发展。为系统总结、全面反映近年来新疆草业科技发展现状及取得的成绩,《草业科学》编辑部组织出版了“新疆草业高质量发展”专辑。专辑共收录了28篇研究论文,涉及南北疆的天然草地和栽培草地,聚焦天然草地监测与生态保护、天然草地资源与利用、牧草资源与评价和牧草栽培与利用4个研究领域,较好地反映了新疆草原与草业研究现状。专辑的出版,将进一步推动新疆草原生态保护和草业高质量发展。

荞麦炭疽病菌生物学特性及杀菌剂室内毒力测定

由冬麦刺盘孢(Colletotrichum liriopes)引起的荞麦炭疽病是我国荞麦主产区的新病害。为明确荞麦炭疽病菌生物学特性,并筛选出有效的防治药剂,本研究以C.liriopes 9J1为试材,采用菌丝生长速率法,研究了不同培养条件下C.liriopes 9J1菌丝生长情况,并用菌丝生长抑制率法对10种杀菌剂进行室内毒力测定。结果表明,荞麦炭疽病菌生长的最适温度为25℃;全光照条件下病菌菌丝生长速率最快;最适pH值为6;病菌生长的最适碳源和氮源分别为山梨醇和牛肉膏。供试的10种药剂对荞麦炭疽病菌菌丝生长均有一定毒力作用,其中10%苯醚甲环唑微乳剂的毒力作用最强,EC_(50)为0.004 mg/L;80%代森锰锌可湿性粉剂的毒力作用最弱,EC_(50)为6.915 mg/L。

植物物候研究进展

植物物候是指植物受周围环境影响而呈现周期性变化的自然现象。为总结植物物候研究进展,展望植物物候研究的未来发展,本文总结了主要环境因素(如气候、土壤等)及其变化对植物物候的影响,分析比较了研究植物物候不同方法的优缺点,揭示了植物物候研究中存在的问题及潜在的解决方案。综述植物物候研究进展能够为理解环境变化条件下植物物候动态、物种共存以及生态系统结构稳定提供参考。

草业科学的发展历程、学科体系及新时期的使命任务

草业科学,是研究草类植物与草地属性、功能及其合理利用的学科。草业科学是一门年轻的学科,整合了国际上草原学、饲草学、草地农业科学的学科特点,在任继周草地农业生态系统理论的基础上发展起来的。我国已经建立了具有中国特色的草业科学学科体系,根据学科的内涵和发展,目前设置了草原学、饲草学、草坪学、草地保护学和草业经营学5个二级学科。本文在简要总结草业科学发展历程的基础上,结合本世纪在草地农业生态系统多功能性、多服务性、以及多功能管理方面的新进展,建议增列草地农业系统学二级学科。新时期草业面临重大的国家需求:确保饲草安全,才能实现粮食安全;树立大食物观,大力发展草地农业,在多元化食物供给体系中发挥作用;立足国家生态屏障建设,在草地保护和修复事业中发挥支撑作用。本文进一步总结了这些需求背后的科技难题。国家的重大需求,对草业科学和草业人,既是机遇,也是挑战,更是使命。

基于深度学习的栽培苜蓿害虫识别模型

苜蓿(Medicago sativa)是我国发展畜牧业的重要优质牧草之一,而病虫害是影响其生长和品质的主要原因,因此准确识别病虫害对其生长发育具有重要意义。YOLO(You Only Look Once)等单阶段目标检测算法通过端对端进行目标检测,RCNN(Region Convolutional Neural Network)等双阶段目标检测算法生成候选区域进行特征提取。为有效识别苜蓿害虫,本文基于YOLOv5和Faster-RCNN两种算法对常见的6类苜蓿害虫进行特征识别,根据召回率(R)、精度(P)、平均精度(mAP)、F1值4种评价指标确定苜蓿害虫识别的最优算法和模型。其中R为样本中的正例被正确预测的比例,F1值为R和P的加权平均值。结果表明:YOLOv5算法识别苜蓿害虫的表现优于Faster-RCNN算法,YOLOv5算法的测试集和验证集精度均高于Faster-RCNN算法。研究结果为苜蓿害虫识别的算法选择提供了科学与理论支撑,对栽培苜蓿管理具有重要意义。

土壤微生物在土壤改良与修复中的作用概述

利用微生物进行土壤改良与修复,进而促进植被恢复,发挥植物-微生物协同作用是有效的生态修复方法。功能丰富的细菌、真菌等多种微生物已成功用于土壤的改良与修复,应用前景广阔。本文综述了土壤微生物在土壤改良与修复中的作用,总结了可用于土壤改良与修复的真菌、细菌的种类及发挥的功能;从微生物对土壤的直接作用包括促进养分循环、改善土壤结构及质地、减轻土壤中重金属污染危害,以及通过促进植物生长、提高植物抗逆性增加土壤中根系生物量及分泌物的作用间接改善土壤环境两方面阐明了微生物的修复机制;并总结实际生产土壤微生物的利用方式;最后针对目前应用中存在的问题如微生物菌剂产品功能单一以及作用效果不稳定等,提出了解决方法,并对未来的研究重点进行了展望。该综述可为路域建设破坏区域,草地退化等亟需生态修复区域中如何利用土壤微生物进行土壤改良提供参考。

基于文献计量学可视化放牧对植物种群影响的研究历程

草地在维持生物多样性,保护生态环境等方面具有重要意义,但不合理的放牧活动伴随气候因子的扰动可能对草地系统产生不可逆的消极影响。植物种群是构成群落并形成生产力的基本要素,系统地认识放牧对植物种群影响的研究脉络对进一步发挥草地生态系统的生态意义和经济效益具有重要作用。因此,本文基于文献计量学,通过CiteSpace软件对国内外有关放牧对植物种群影响的相关文献进行统计,就发文趋势及分布,研究主题及演变方向,研究特点与不足,未来创新与突破进行探讨。结果表明:1999~2022年国内外发文量随时间均呈逐渐增加趋势。在WOS数据库,我国发文量在全球国家中排名第4,中国科学院在全球机构排名第2;我国学者发文量以王德利、侯扶江等较高,且均为近些年(2020~2022年)发表;有关放牧对植物种群影响研究主要发表在Journal of Applied Ecology,Journal of Ecology等生态学领域的期刊。CNKI数据库中,主要发文机构具有地域性,其中内蒙古自治区内的机构在国内占一定优势;相关研究多在《中国草地学报》《草地学报》发表。国际上主要关注植物种群的动态、保护、生长、响应等种群特征指标,而国内聚焦多样性、生态系统、高寒草甸等大范围、系统性的指标。总体而言,我国有关放牧对植物种群影响的发文量较美国总体偏低,虽然近年(2019~2022年)发文量逐渐增加,但发文机构单一,发文期刊分散,研究范围具有局限性。因此,加强地区合作,深化研究层次,形成突破点可能是提升我国在该领域影响力的有效途径。

角蒿和黄花角蒿种子萌发特性及其对盐分和干旱胁迫的响应

探究角蒿(Incarvillea sinensis var.sinensis)和黄花角蒿(I.sinensis var.przewalskii)种子的萌发特征和抗逆性。结果表明,参试角蒿和黄花角蒿种子都具有快速萌发的特征,但它们的适宜萌发温度和萌发抗逆性存在一定差异。角蒿种子的适宜萌发温度为25℃,黄花角蒿种子的适宜萌发温度为25℃和20/30℃。相对而言,角蒿种子对盐分和干旱胁迫的抗逆性更强。此外,角蒿种子在形状、大小、千粒重和生活力等方面均优于黄花角蒿种子。该研究结果有助于更好地利用这2种植物的种质资源,提高其生产利用效率。

不同培养条件对尖孢镰刀菌苜蓿专化型分生孢子形成及萌发的影响

为明确有利于尖孢镰刀菌苜蓿专化型(Fusarium oxysporum f.sp.medicaginis,Fom)分生孢子形成及萌发的培养条件,本研究通过十字交叉法测量Fom菌株在马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)、合成低营养琼脂(SNA)和羧甲基纤维素钠(CMC)固体培养基培养不同时间的菌落直径,并通过镜检法和血球板计数法观测以上不同固体及其液体培养基(不加琼脂)培养不同时间的分生孢子产量、比例,以及不同液体培养基中菌株分生孢子萌发率。结果发现,CMC培养基上菌株生长最快(P<0.05)。PDA培养基培养分生孢子产量最高(P<0.05),固、液体培养基分别为(1.05×10^(6))~(7.63×10^(6))和(5.01×10^(6))~(9.49×10^(6))个·mL^(−1),且小分生孢子比例总体相对较高;CMC培养基上大型分生孢子比例最高(P<0.05),固、液体培养基上分别为0.85%~4.40%、2.32%~5.63%。PDA、SNA液体培养基培养分生孢子萌发率较高,且时间越长萌发率越高,培养48 h时分别可达35.98%、47.32%。由此可见,CMC固体培养基有利于Fom生长,其液体培养基诱导菌株大型分生孢子形成效果较好;PDA液体培养基有利于诱导分生孢子形成,尤其是小分生孢子;SNA液体培养基更利于分生孢子萌发。本研究为防治苜蓿镰刀菌根腐病及有关机理研究提供了前期基础。

水氮梯度对饲用甜高粱生长和水分利用效率的影响

【目的】探究不同灌溉量和施氮水平对饲用甜高粱生长特性、单株耗水规律以及水分利用效率的影响,为确定饲用甜高粱适宜种植密度、优化水氮管理措施以及提高栽培生产潜力提供理论支撑。【方法】在温室条件下进行二因素三水平随机区组试验,供试饲用甜高粱品种为‘大力士’。设置了3个灌溉量,分别为达到田间持水量的30%~50%(I1)、50%~70%(I2)、70%~90%(I3);设置了3个施氮水平,分别为0 kg/hm^(2)(N0)、200kg/hm^(2)(N1)、400 kg/hm^(2)(N2)。在饲用甜高粱拔节期取样,测定甜高粱株高、茎粗、鲜重与干重。同时,采用自动称重式蒸渗仪测定单株耗水动态,计算了干物质水分利用效率。【结果】1)增加灌溉量显著增加了饲用甜高粱株高和茎粗,与I1相比,I2、I3灌溉量下甜高粱株高分别提高了20.0%和34.5%,茎粗分别增加了18.0%和36.6%。施氮对株高和茎粗无显著影响。2)增加灌溉量显著提高甜高粱植株茎、叶及地上部鲜重和干重,施氮水平仅显著影响叶的鲜重和茎的干重。与I1相比,I2、I3灌溉量下地上部整株鲜重分别提高158.1%、290.1%,干重分别提高84.8%、139.3%。与N0相比,N1、N2施氮量下叶的鲜重分别提高7.6%、4.6%,茎的干重分别降低8.5%、10.4%。I1灌溉量下茎叶比<1,I2和I3灌溉量下茎叶比>1,随着灌溉量增加,饲用甜高粱茎叶比显著增加。在I1、I3灌溉量下,茎叶比随着施氮量的增加而降低。3)随着灌溉量的增加,甜高粱单株耗水量显著增加,而水分利用效率则显著下降。与I1相比,I2、I3灌溉量下累积耗水量分别提高了101.3%、178.9%,水分利用效率分别降低了8.0%、13.9%。施氮对甜高粱单株累积耗水量及水分利用效率均无显著影响。【结论】灌溉量显著影响着甜高粱的生长、干物质量的积累以及干物质向茎秆的分配,过高的灌水量会增加饲用甜高粱的耗水量,降低水分利用效率。氮素对甜高粱的生长未显现出促进作用,高施氮量还会增加干物质在叶片中的分配。因此,适度灌溉并施用少量氮肥可能更适合甜高粱的饲用品质和高水分利用效率。

土壤中抗生素残留对氮素生物转化的影响

土壤中残留的抗生素会干扰和改变土壤微生物群落组成、结构和功能,进而影响微生物驱动的地球化学循环过程,威胁着土壤生态系统的安全。土壤中不断累积的抗生素对固氮作用、硝化和反硝化作用等氮转化过程都产生了不同程度的影响。本文综述了抗生素对土壤氮转化过程的影响。结果表明,土壤中的抗生素因其浓度、类型以及暴露时间等因素的不确定性,对固氮作用和反硝化作用的影响规律不明确,但抗生素在多数试验浓度下能够抑制硝化作用,在环境浓度下能够促进N 2 O排放。本文还对今后有关抗生素影响土壤氮转化的研究方向作了分析和展望。

禾草Epichloё属内生真菌分类学研究进展

禾草内生真菌(Epichloё属)是指在宿主禾草的组织间隙内完成其全部或大部分生命周期,但不引起宿主禾草产生外部明显症状的一类真菌。其作为重要的农业微生物资源,一方面能促进宿主植物的生长、提高宿主对不良环境的抵抗能力;另一方面,部分内生真菌与宿主形成的共生体所产生的部分生物碱可引致草食家畜中毒,影响草地畜牧业的健康发展。禾草内生真菌的这一双重特性已经成为国际草业领域近30年来的研究热点。本文首先综述了有性型和无性型Epichloё属禾草内生真菌的命名历史和分类现状,其次对我国目前已发现的禾草内生真菌资源及其分布以及禾草内生真菌在抗逆育种方面的研究进展进行归纳总结,最后针对禾草Epichloё属内生真菌的分类和应用进行了展望,以期为挖掘和利用有益禾草内生真菌资源、培育优良植物新品种、发展现代草地畜牧业和生态环境建设提供科学依据。

气候变化与生物多样性之间的复杂关系和反馈机制

气候变化与生物多样性丧失是人类社会正在经历的两大变化。气候变化影响生物多样性的方方面面,是导致生物多样性丧失的一个主要驱动因子;反过来,生物多样性丧失会加剧气候变化。因此,阻止甚至扭转气候变化和生物多样性丧失是当前人类社会亟需解决的全球性问题,但我们对气候变化与生物多样性之间的复杂关系和反馈机制尚缺乏清晰认识。本文总结了近年气候变化与生物多样性变化的研究进展,重点概述了不同组织层次、空间尺度和维度的生物多样性对气候变化的响应和反馈等相关领域的研究进展和存在的主要问题。结果发现多数研究关注气候变化对生物多样性的直接影响,涉及到生物多样性的不同组织层次、维度和营养级,但针对气候变化间接影响的研究仍然较少,机理研究同样需要加强;生物多样性对生态系统功能影响的环境依赖和尺度推演、生物多样性对生态系统多功能性的作用机理和量化方法是当前研究面临的挑战;生物多样性对生态系统响应气候变化的作用机制尚无统一的认识;生物多样性对气候变化的正、负反馈效应是国内外研究的盲点。最后,本文展望了未来发展方向和需要解决的关键科学问题,包括多因子气候变化对生物多样性的影响;减缓和适应气候变化的措施如何惠益于生物多样性保护;生物多样性与生态系统功能的理论如何应用到现实世界;生物多样性保护对实现碳中和目标的贡献。