我国设施生态农业主要模式及配套技术的研究与实践

设施生态农业是指在设施种植和设施养殖中采用清洁、绿色、健康生产方式,以提高资源利用效率、农产品产量与质量、环境效益为目标的生态农业模式。2002年农业部重点推广的设施生态农业模式主要有两大类:一类是种养沼三结合的“四位一体”生态模式,从最初以农户为单位的单体日光温室到以村庄为单位的种养结合生态温室群模式,拓展到在一个大区域内将大型猪场的粪污进行工业化沼气并网发电,沼液通过管道输送到农田来减少化肥施用和改良土壤的宏观生态农业模式,相关的结构配置、配套的种养殖技术和装备也在不断研发和提升中。另一类是采用综合性生态农业技术的设施生态农业模式,包括:采用各类立体/垂直栽培技术提高土地资源利用率;通过各种轮作栽培技术减少设施蔬菜土壤连作障碍和降低农药使用量;采用土壤健康栽培技术,通过有机肥的合理施用改善土壤性状;采用有机基质栽培技术,用农林废弃物发酵后的物料作为栽培基质为作物提供养分;采用覆盖防虫网、色板诱杀、灯光诱杀、高温封棚、蒸气消毒、有色膜覆盖土壤、天敌昆虫生物防治等病虫草害生态防治技术来减少有害生物发生。期望通过相关配套装备技术的进一步研发提高设施生态农业的信息化、自动化水平,实现设施农业的可持续发展。

2002-2022年中国籼稻品质的时空分布和发展状况

为充分了解我国籼稻品质的时空分布和发展状况,收集2002-2022年种植于安徽、重庆、福建、广东、广西、河南、湖北、湖南、江苏、江西、四川、浙江等12个省级行政区共70 146份籼稻样品,检测并分析稻米的粒长、整精米率、垩白度、透明度、表观直链淀粉含量、碱消值、胶稠度和蛋白质含量等指标,结合主成分分析阐述我国籼稻品质的发展趋势。结果显示:河南和江苏的籼稻粒长相对较短,整精米率相对较高;广东和江苏的籼稻垩白度较低,1级透明度占比较高;浙江、江西和湖南的籼稻表观直链淀粉含量较高且品种间的差异较大;江苏、重庆和广东的籼稻碱消值较高。近10年来,籼稻粒长逐年变长,碱消值逐年变大,垩白度、透明度、表观直链淀粉含量和蛋白质含量逐渐下降,品种间的差异也越来越小。总体来看,近21年来,我国籼稻品质得到了明显的提升,向着长粒、外观品质优和食味佳的方向发展。

钝学累功 鸿业远图: 农业生态学与生态农业探索

生态学(ecology),传统上是研究有机体与环境相互关系及其作用机制的一门科学,侧重研究生物个体适应环境变化的机制、种群增长规律、群落演替规律、生态系统结构与功能及其调控等,属于生物学的一个分支学科。随着学科发展和社会推动,生态学逐步拓展成为一门交叉学科,综合自然科学、工程技术科学及人文社会科学的成果,不但重视生物与自然环境的关系,还重视人与自然的关系。在我国,自2011年起,生态学成为服务于社会健康、稳定、可持续发展的一级学科。

人工混播草地土壤丛枝菌根真菌对轮牧的响应

为探究轮牧对人工混播草地生态系统中植被群落及土壤丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza,AM)真菌群落的影响机制,以宁夏盐池县人工混播草地为试验对象,采用单因素随机区组设计,设置T1(无芒雀麦+新麦草+紫羊茅+苜蓿+菊苣)、T2(垂穗披碱草+新麦草+早熟禾+苜蓿+鹰嘴紫云英)、T3(扁穗冰草+新麦草+蒙古冰草+苜蓿)3种混播组合模式,并通过Illumina高通量测序和生物信息学分析,开展轮牧影响下3种人工混播草地土壤AM真菌群落差异性研究,分析人工混播草地生态系统中植被-土壤-AM真菌群落的相互作用关系。结果表明:连续2年轮牧对植被群落生物量产生了显著影响,与轮牧第1年相比,豆科植被群落的相对重要值降低,但禾本科植被群落的相对重要值分别增加了51.16%、81.25%和33.33%。土壤AM真菌中球囊霉属和类球囊霉属为优势属;与轮牧第1年相比,连续轮牧2年后,T1处理的土壤AM真菌群落Chao 1指数较第1年显著降低了12.35%,T3处理的土壤AM真菌群落Chao 1指数、香农-维纳指数、均匀度指数和物种数较第1年分别提升了20.73%、12.80%、7.69%和31.16%(P<0.05),说明T3处理的土壤AM真菌群落对轮牧的响应更加敏感。随轮牧年限增加,T1与T2处理的土壤AM真菌群落组成相似性增加,T1与T3处理的土壤AM真菌群落组成相似性差异较大。连续轮牧2年后,土壤养分对AM真菌群落丰富度的作用强度减弱,但植被群落多样性和植被群落生物量对AM真菌群落丰富度及其组成的作用强度增强;驱动AM真菌群落变化的环境因子由土壤有效磷(p=0.006)和碱解氮(p=0.016)转变为植被群落生物量(p=0.036)。综上所述,不同类型人工混播草地植被群落和土壤AM真菌群落对轮牧表现出不同的响应特征,其中以T3混播组合处理的效果较好。

淡紫紫孢菌ZJPL08可湿性粉剂研制及对柑橘木虱的毒力分析

淡紫紫孢菌(Purpureocillium lilacinum)ZJPL08对柑橘木虱具有强致病性,以该菌为材料的生防菌制剂研发对柑橘木虱的防治具有重要意义。本研究以淡紫紫孢菌ZJPL08为有效成分,进行载体、润湿剂、紫外保护剂等的筛选,确定了淡紫紫孢菌ZJPL08可湿性粉剂的最佳配方:淡紫紫孢菌ZJPL08分生孢子粉10.00%(有效成分)、十二烷基硫酸钠3.00%(润湿剂)、木质素磺酸钠5.00%(分散剂)、腐殖酸0.25%(紫外保护剂)、氯化钙0.10%(孢子萌发促进剂)、黄原胶0.05%(黏着剂)和硅藻土81.60%(载体)。在此条件下制得的淡紫紫孢菌ZJPL08可湿性粉剂孢子含量为3.25×10^(10)个/g,悬浮率为85.67%,润湿时间为86.22 s,细度为95.39%粉剂过300目筛,pH值为6.65,产品各项指标符合国家农药制剂产品要求。半田间防效试验结果表明,该制剂1500倍液处理能有效防治柑橘木虱,防效达97.78%,与对照药剂30%噻虫嗪可湿性粉剂1000倍液(100%防效)相比无显著差异,但显著高于1.80%阿维菌素乳油1500倍液(78.33%防效)。综上所述,本研究研制的淡紫紫孢菌ZJPL08可湿性粉剂对柑橘木虱具有较好的防效,在替代化学农药防治柑橘木虱上具有良好的应用前景。

烷基化对竹粉/玉米醇溶蛋白复合膜材料性能的影响

为实现玉米蛋白废弃物的高值化利用,以竹粉、玉米醇溶蛋白为原料制备复合膜材料,探究烷基化处理对竹粉/玉米醇溶蛋白复合膜材料性能的影响。结果表明:适宜浓度的硅烷偶联剂降低了竹粉的极性,提高了竹粉与玉米醇溶蛋白的相容性,延缓了玉米醇溶蛋白的热分解速率,提高了玉米醇溶蛋白的热稳定性,改善了竹粉/玉米醇溶蛋白复合膜的拉伸强度与断裂伸长率。其中,硅烷偶联剂和二氧化硅联合处理竹粉所制备的玉米醇溶蛋白复合膜材料在本研究中表现出最佳的综合力学性能,其拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率分别为0.23 MPa、4.67 MPa、408.07%。本研究结果可为生物质/玉米醇溶蛋白复合材料性能的提升提供技术支持。

大豆EIL3蛋白多克隆抗体制备及其在幼苗中的表达

乙烯与大豆花器官发育及产量密切相关,乙烯不敏感蛋白基因(ethylene insensitive 3 gene,EIN3)及其同源基因EIL3(EIN3-like 3)可能是参与大豆产量调控的关键节点基因,但还缺乏充足的证据。本研究通过原核表达大豆EIL3并制备其编码蛋白(Glyma.15G031800)的多克隆抗体,以及在大豆幼苗中进行EIL3蛋白的免疫组织化学检测,验证制备的多克隆抗体的有效性和初步探索EIL3蛋白的生物学功能。结果表明:将EIL3蛋白(Glyma.15G031800)编码区第486—590个氨基酸片段克隆到大肠埃希菌Rosetta菌株中,EIL3蛋白以包涵体的形式表达;用纯化后的EIL3蛋白对2只日本雄性大耳兔进行免疫,得到2个多克隆抗血清,稀释81000倍时其吸光度值远大于0.4,说明血清效价较好,其对抗原的检测下限均为1 ng。EIL3蛋白的表达受1-氨基环丙烷-1-羧酸的强烈诱导,eil3突变体会降低EIL3蛋白的积累及生长抑制,因而有利于幼苗长高、下胚轴伸长与侧根发育。本研究为在蛋白质水平上探究大豆EIL3的生物学功能提供了便利条件。

在生物被膜中活但不可培养状态细胞的形成与调控研究进展

在生物被膜中活但不可培养(viable but nonculturable, VBNC)状态细胞的形成与调控是微生物学研究的前沿课题。尽管过去对VBNC状态的概念存在争议,但其对生态平衡和公共安全产生的重要影响不容忽视。多因素调控VBNC状态细胞的形成已逐渐被揭示,包括基因表达和蛋白质合成等途径。这些研究奠定了解析VBNC状态细胞生存策略和生态适应性的基础。本综述从多角度对VBNC状态细胞进行了总结,包括其定义的讨论,生物被膜内VBNC状态细胞存在情况、形成的诱因及相关机制,VBNC状态细胞的调控及防控等。未来应聚焦于探索VBNC状态细胞的功能及意义,以创新方式干预VBNC状态形成,深入揭示VBNC状态细胞的分子机制和代谢途径。

基于数据同化系统的作物产量预测研究进展

数据同化系统融合了遥感数据和作物生长模型的优势,是实时监测农业生产状况的有力手段。本文在简要介绍作物产量遥感估测方法的基础上,重点对数据同化算法的发展情况、多源遥感数据在数据同化上的应用潜力、数据同化系统的不确定性以及数据同化系统的尺度效应4方面进行论述。并且针对农业应用现状,提出未来应充分挖掘多源遥感数据、多作物生长模型集合和数据算法的优势,最终实现以机理模型为纽带的作物估产模式,并为制定田间管理策略、规划粮食产业布局和制定进出口贸易政策提供有力的数据和技术支撑。

不同产地商品山楂干的品质差异分析

本研究以10种不同产地的商品山楂干[包括7种普通山楂(商品名“北山楂”)、2种台湾林檎(商品名“广山楂”)和1种野山楂(商品名“南山楂”)]为研究对象,测定其主要营养成分和生化指标,并在此基础上对山楂进行品质差异分析和主成分分析。结果表明:在3类商品山楂干中,北山楂的可滴定酸含量最高,广山楂的糖酸比最高,而可溶性膳食纤维、α-生育酚和β-胡萝卜素含量排序均为北山楂>南山楂>广山楂。主成分分析结果表明,湖北黄冈的‘野山楂’和天津蓟州的‘铁山楂’在主要活性成分(总酚、总黄酮、总原花青素、总膳食纤维)含量方面整体表现较优;山东临沂的‘大金星’和河南新乡的‘豫北红’等北山楂在可滴定酸、可溶性膳食纤维和可溶性糖含量方面相较于南山楂和广山楂综合表现更优。本研究系统梳理了我国不同产区主要种类商品山楂干的品质差异,可为我国山楂资源的多元化开发利用提供数据支撑。

湖羊瘤胃微生物来源的低温葡聚糖酶的表达与功能表征

葡聚糖酶作为添加剂在饲料、食品和纺织工业中具有重要的应用价值。本研究从湖羊瘤胃微生物c DNA中扩增IDSGH5-50基因,通过大肠埃希菌BL21(DE3)进行异源表达,研究重组蛋白rIDSGH5-50的酶学性质和水解产物。结果表明:IDSGH5-50编码690个氨基酸,蛋白质分子量为75.78 kDa,等电点为4.75;重组蛋白rIDSGH5-50的最适反应条件为温度30℃、pH 6.0,且能在4~20℃下保持较高活性(>70%),在pH 5.0~8.0范围内稳定性较高。rIDSGH5-50的活性底物谱分析显示,rIDSGH5-50能催化大麦β-葡聚糖、地衣多糖、罗望子木葡聚糖和魔芋胶,对应的比活性分别为(10.42±0.16)、(7.12±0.08)、(7.03±0.38)、(5.94±0.65) U/mg。薄层色谱分析表明,在rIDSGH5-50催化下,大麦β-葡聚糖主要降解成纤维四糖和纤维五糖,地衣多糖主要降解成纤维三糖和纤维五糖,魔芋胶主要降解成纤维五糖,罗望子木葡聚糖主要降解成聚合度>5的寡糖。本研究报道了一种来自瘤胃球菌属的低温内切β-1,4-葡聚糖酶IDSGH5-50,为饲料、食品酶制剂开发奠定了基础。

水稻品种间作对甲烷排放的影响

作物品种多样化种植是提高农业生态系统功能的有效措施,但不同品种混合种植能否影响温室气体排放仍然缺乏研究。本研究以水稻为例,通过原位盆栽试验,研究品种间隔种植(间作)对甲烷排放的影响。以甲烷高排放品种常农粳8号、皖稻153以及甲烷低排放品种苏香粳100、Ⅱ优084为供试材料,设置8个处理,包括4个水稻品种单一种植(单作),即常农粳8号单作(记作CN)、皖稻153单作(WD)、苏香粳100单作(SX)、Ⅱ优084单作(ⅡY),以及2个甲烷高排放品种与2个甲烷低排放品种间作,即常农粳8号+Ⅱ优084间作(CN+ⅡY)、常农粳8号+苏香粳100间作(CN+SX)、皖稻153+Ⅱ优084间作(WD+ⅡY)、皖稻153+苏香粳100间作(WD+SX)。间作品种按1∶1的株数比例间隔种植。结果表明,4个间作处理均能显著增加或维持水稻产量。不同间作处理的甲烷排放通量存在显著差异,与期望值相比,CN+SX处理显著降低甲烷的排放,而CN+ⅡY、WD+ⅡY处理则显著增加甲烷排放。与甲烷高排放品种的单作处理相比,苏香粳100与2个甲烷高排放品种间作时均能显著降低生长季土壤产甲烷古菌mcrA基因平均丰度,但Ⅱ优084仅在与皖稻153间作时有显著作用。除CN+SX外,其余3个间作处理下生长季土壤甲烷氧化菌pmoA基因平均丰度均显著低于所对应的单作处理。本研究认为可以通过水稻品种间作在获得增产的同时降低甲烷排放,但品种间作组合需要仔细筛选。

食品工业中细菌生物被膜研究进展

生物被膜是细菌在环境中的主要存在形式,是具有三维结构的微生物群落及极强胁迫耐受性的特殊生态。在食品加工及贮藏过程中食源性致病菌生物被膜易引起消毒逃逸及细菌污染,进而造成毒素积累或食品变质,威胁消费者健康安全。在食品工业中,预防、抑制和清除食源性致病菌生物被膜是保证食品微生物安全的关键。因此,迫切需要找到高效阻控细菌生物被膜形成并有效清除生物被膜的方法和策略。本文综述了食品工业中生物被膜污染的现状及其胁迫耐受机制,并有针对性地讨论了食品加工领域中生物被膜阻控技术,有助于更清晰地认识由生物被膜造成的食品安全风险,为研发高效绿色的生物被膜清除技术提供了理论依据。

条石鲷自然群体和养殖群体形态差异分析

为有效区分条石鲷自然群体和养殖群体,本研究随机抽取226尾条石鲷样本(自然群体126尾、养殖群体100尾),利用传统形态测量法和框架测量法分别测得7、36个可量性状,并对其进行差异性分析与逐步判别分析。差异性分析结果表明:采用传统形态测量法时,条石鲷6个可量性状(不包括体长)中有4个性状差异极显著(P<0.01)、2个性状差异显著(P<0.05);采用框架测量法时,36个可量性状中有31个性状差异极显著(P<0.01)、5个性状差异显著(P<0.05)。说明条石鲷自然群体和养殖群体的形态特征存在显著差异,差异主要集中在头部、躯干和腹鳍。逐步判别分析结果表明:基于传统形态测量法和框架测量法交叉验证后的判别正确率分别为97.8%和94.7%,基于2种方法相结合的综合分析交叉验证后的判别正确率为99.6%。上述研究结果表明,利用形态学方法对条石鲷自然群体和养殖群体进行判别是可行的,并且,结合多种形态可量性状的综合判别方式的判别结果更准确。

阿维菌素与井冈霉素混配对水稻主要病虫害的防治效果

随着生态和绿色农业建设不断推进,环保型低毒生物农药被广泛研发与利用。针对水稻主要病虫害,本研究探讨了不同有效成分用量阿维菌素和井冈霉素混配剂(以下简称阿•井混配剂)在室内试验和田间试验对水稻主要病虫害的防治效果。结果表明:阿•井混配剂对毒杀水稻纹枯病菌、稻飞虱(白背飞虱和褐飞虱)、二化螟、三化螟、黑尾叶蝉有显著的增效作用。其增效作用可部分中和病原菌和害虫的抗药性,从而延长药剂的使用期。使用阿•井混配剂对稻纵卷叶螟和稻螟蛉的毒杀效果与单独使用阿维菌素时的毒杀效果相当。综上所述,生物农药阿维菌素和井冈霉素混配具有提高对水稻主要病虫害防控能力的潜力,并且属于绿色防治方法,值得大力推广应用。

长期覆膜旱作和施用包膜尿素对水稻产量、氮肥利用率及土壤养分的影响

水稻覆膜旱作栽培(non-flooding plastic film mulching cultivation,PM)是以地膜覆盖为核心来实现水稻节水生产的综合集成创新技术。然而,在覆盖地膜后,氮肥只能在移栽前作为基肥一次性施用,导致水稻前期营养生长过盛和生育后期潜在缺氮,从而限制了水稻高产。聚合物包膜尿素(polymer coated urea,CR)是一种控释氮肥,在传统淹水栽培(traditional flooding cultivation,TF)模式下已成为提高作物产量和氮肥利用率的最佳管理措施之一,但尚未在PM模式下进行长期定位试验评估。本研究以高产中熟籼型杂交稻‘两优培九’为供试水稻品种,比较在PM和TF 2种栽培模式下施用CR和普通尿素(urea,UR)对水稻产量、氮肥利用率及土壤养分含量的影响。结果表明:与UR相比,在TF和PM模式下施用CR使水稻氮肥利用率分别提高9.2%和15.4%(P<0.05),使水稻产量分别提高8.6%和15.0%(P<0.05)。与TF模式相比,PM模式加速了土壤有机质的分解,降低了土壤全氮、碱解氮含量。与施用UR相比,在PM模式下施用CR能缓解土壤全氮、碱解氮含量的下降,并使经济效益提高16.8%。综上所述,施用CR是解决在PM模式下水稻生育后期缺氮问题的有效途径。

挥发性有机化合物对桃果实采后褐腐病控制及感官品质的影响

桃果实在采后贮藏物流过程中易受到果生链核盘菌(Monilinia fructicola)的侵染,导致褐腐病发生和果实品质劣变,有关的挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)对褐腐病的调控效果尚不清楚。本研究分析了成熟桃果实中主要VOCs对果生链核盘菌的抑菌效果,结果表明,香芹酚、反-2-己烯醛等12种VOCs可以显著抑制病原菌在培养基上的生长。进一步开展上述12种VOCs对桃果实采后褐腐病的调控效应研究,结果表明,采用VOCs熏蒸处理可以有效抑制果生链核盘菌的生长,延缓褐腐病发生,其中挥发性醛类物质对果实品质的保持效果较好。采用25μL/L反-2-己烯醛熏蒸处理可以显著抑制果生链核盘菌生长,减轻褐腐病症状,同时不影响果实外观、乙烯释放速率、硬度、总可溶性固形物含量和感官品质指标,有效维持桃果实在采后贮藏过程中的商品性。综上所述,反-2-己烯醛具有开发为植物源抑菌剂的潜力,可为桃果实供应链提供品质保障。

枸杞植物化学成分调节肠道菌群及相关生理功能的研究进展

枸杞含有多种营养和活性组分,具有一定的食用和药用价值。过去的研究发现,枸杞提取物具有调节免疫、抗肿瘤、抗癌等多种生物活性。最新的研究发现枸杞及其提取物还具有肠道菌群调节功能。本文对宁夏枸杞(红枸杞)和黑果枸杞果实中的枸杞多糖、花色苷、甜菜碱、酚酸、黄酮类化合物、类胡萝卜素等植物化学成分进行了介绍,详述了枸杞全果及其提取物对肠道菌群及相关生理功能的影响,并对未来的研究方向进行了展望。

发芽糙米γ-氨基丁酸富集、调控及其功能食品研究进展

氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)作为一种4碳、非蛋白质氨基酸,是发芽糙米中重要的生物活性成分之一。本文总结了近年来关于发芽糙米GABA的研究进展,发现发芽糙米中GABA主要位于胚芽,GABA含量存在显著的遗传多样性,并且籼稻GABA含量一般高于粳稻。浸泡温度、浸泡时间、浸泡方式等浸泡条件能显著影响发芽糙米GABA生成;同时,GABA积累速率和积累量还与发芽温度、发芽时间、发芽方式等发芽条件密切相关。此外,逆境胁迫、超声波处理、脉冲强光照射等非生物胁迫处理均能有效促进发芽糙米GABA的积累。发芽糙米中GABA的生物合成与代谢途径主要包括GABA支路与多胺降解途径,其会受到谷氨酸脱羧酶、γ-氨基丁酸转氨酶和琥珀酸半醛脱氢酶等关键酶的调控。本文探讨了发芽糙米GABA潜在的生物学功能以及富含GABA的发芽糙米主食、饮料等功能性食品的研发与应用情况,并对发芽糙米中GABA的未来研究和发展趋势进行了展望,为富含GABA的水稻育种和发芽糙米相关营养食品的开发提供了理论参考。

菜缢管蚜的线粒体基因组及蚜亚科的系统发育分析

菜缢管蚜[Lipaphis pseudobrassicae(Davis,1914)]是一种重要的农业害虫。本研究对菜缢管蚜的线粒体全基因组进行测序、分析,并基于线粒体基因组数据重建蚜亚科(Aphidinae)的系统发育关系。在系统发育分析中,内群包含蚜亚科的31个物种,外群选择绵蚜亚科(Eriosomatinae)中苹果绵蚜(Eriosoma lanigerum)、Paracolopha morrisoni和米倍蚜(Meitanaphis microgallis)3个物种,分别利用最大似然法和贝叶斯法重建蚜亚科的系统发育树。结果表明:菜缢管蚜的线粒体基因组全长16743 bp(GenBank登录号为OP796483),包含37个基因(13个蛋白质编码基因、2个核糖体RNA基因、22个转运RNA基因)和1个非编码控制区。采用最大似然法和贝叶斯法构建的系统发育树均显示蚜族为单系群。在最大似然法分析结果中,长管蚜族为单系群,十字蚜属与短棒蚜属构成姐妹群。然而,在贝叶斯法分析结果中,长管蚜族为非单系群,十字蚜属与短棒蚜属+双尾蚜属亲缘关系较近。本研究为更好地理解长管蚜族、十字蚜属和菜缢管蚜的系统发育关系提供了线粒体基因组数据。