“鱼-植物”共生模式下不同植物根际细菌多样性及群落结构研究

为研究“鱼-植物”共生模式下不同植物根系细菌多样性及群落结构与水体中氮、磷含量的关系,分别剪取定植于浮床中的水稻(Oryza sativa)、茨菰(Sagittaria sagittifolia)、水蕹菜(Ipomoea aquatica)、水芹菜(Oenanthe javanica)和苏丹草(Sorghum sudanense)根系,经PBS(p H=7.4)缓冲液漂洗、摇床震荡和离心富集根系土壤等处理后,利用高通量测序技术测定根系细菌群落多样性,同时采集植物种植区水样,分析有关水质指标。结果表明,不同植物在“鱼-植物”共生模式下根系细菌OTU绝大部分为特有类型,彼此间差异极大,水蕹菜的OTU数最多,苏丹草最少;聚类分析结果表明,苏丹草与其他四种植物差异大,而茨菰和水稻聚于一个分支,说明试验植物间的OTU相似性较高。不同种类植物根系细菌群落组成均匀度低,不同种类菌群差异较大;通过水质与根系细菌菌群关联分析发现,Planctomycetaceae等14科、Rhodobacter等14属与水体中的N、P含量呈显著(P<0.05)或极显著相关性(P<0.01)。为提高共生植物对水产养殖中水或尾水的净化效率,建议采用该技术时应选用多种植物搭配模式。

稻鱼共生系统农田边界的植物和丛枝菌根真菌调查--以首批全球重要农业文化遗产稻鱼共生系统核心保护地浙江青田龙现为例

全球重要农业文化遗产系统(Globally Important Agricultural Heritage Systems,GIAHS)对农业生物多样性的保育作用近年来受到关注。研究已表明,GIAHS-青田稻鱼共生系统保持高的水稻品种多样性和田鱼遗传多样性,但在保育野生植物资源及其相关生物方面的作用仍不清楚。本文研究了GIAHS-青田稻鱼共生系统农田边界栖息的植物及与之共生的丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)群落,通过坡底、坡中和坡顶取样,评估农田边界植物多样性,并通过高通量测序测定农田边界土壤AMF群落的多样性和组成。结果表明,在本研究所调查的范围内,由于总高差不大,坡底、坡中和坡顶3个样地的植物组成、AMF群落组成及土壤理化性质均无显著性差异。青田稻鱼共生系统的农田边界分布有53科109种维管植物,α多样性指数(Shannon-Wiener指数)为0.74~0.84,β多样性指数(Whittaker指数)为0.67~0.77。农田边界植物AMF侵染率为6.67%~44.44%,根际土壤AMF分属9科14属62种,优势科为球囊霉科(Glomeraceae),优势属为球囊霉属(Glomus);农田边界的土壤碳、氮、磷、钾含量较高。相关分析表明,AMF群落多样性与植物多样性呈正相关,与土壤碳、氮、磷、钾含量也呈正相关,其中与土壤速效磷的相关性最显著。这些研究结果表明,GIAHS-青田稻鱼共生系统农田边界保育有较高植物多样性及与之相共生的AMF群落,研究结果有助于加深人们对GIAHS在生物多样性保育方面的理解。

鱼-菜共生系统生态浮床的构建及试验效果

池塘鱼-菜共生技术模式是基于共生原理,在同一水体中将水产养殖与植物种植有机结合,水面种植蔬菜,利用蔬菜生长对水体中营养物的吸附、吸收与转换等特点,并以蔬菜产品的形式将过剩营养物质移出水体,实现养鱼不换水或少换水、种菜不施肥的资源循环利用的综合种养模式。作为鱼-菜共生系统重要组成部分,生态浮床能有效净化水质、美化生态环境。

基于GC-IMS技术分析留兰香薄荷及其饲喂草鱼的挥发性组分

为了区分留兰香薄荷茎叶饲喂草鱼与对照草鱼肌肉挥发性组分的不同,作者以鱼-花(薄荷)共生闭环系统中的新鲜留兰香薄荷(Mentha spicata L.)茎叶按鱼体质量的10%配合常规饲料饲喂草鱼,利用气相色谱-离子迁移谱技术测定留兰香薄荷及薄荷饲喂草鱼、对照草鱼的挥发性有机物(Volatile organic compounds,VOCs)指纹图谱,并进行定性分析。研究发现,在留兰香薄荷茎叶中可检测到VOCs 129种,可定性的以醇、酮和醛类为主的VOCs有30种,其中叶片中含量相对较多;在薄荷饲喂草鱼和对照草鱼中检测到VOCs 83种,能定性出45种;由指纹图谱结合定性分析发现,薄荷饲喂草鱼中双戊烯、苯乙醇、芳樟醇等含量比对照草鱼的高,而具有臭味的邻甲酚以及海水味、腥臭味的反式-2-戊烯醛含量大幅降低,且检测到留兰香薄荷VOCs中有6种芳樟醇、异戊醛向其饲喂草鱼中转移明显,使原有的2-甲基丁酸乙酯、2-乙基呋喃的含量大幅降低;进一步通过主成分分析证实,薄荷饲喂草鱼与对照草鱼之间VOCs差异显著,可以各自聚为一类。结果表明,留兰香薄荷叶片中VOCs的含量远高于茎;薄荷饲喂草鱼VOCs的含量远高于对照草鱼,且留兰香薄荷中的具有木香、花香特征的芳樟醇及苹果香、桃子香特点的异戊醛向其饲喂的草鱼中发生转移,含量提升;而使原有影响草鱼风味的一些腥臭味物质如邻甲酚、反式-2-戊烯醛等降低,这为科学定向利用药食兼用薄荷属植物,改善水产品挥发性风味物质提供理论依据。

植物-微生物共生系统功能强化及其在降污固碳中的作用

植物不仅为细菌等土壤微生物提供了丰富的生态位,还通过光合作用等固碳途径和合成代谢过程最终转化为土壤有机质,成为微生物可利用的碳源.相反,土壤微生物可以作为去除污染物的生物催化剂,也能帮助植物吸收氮、磷等营养物质.因此,植物-微生物共生系统具有降污固碳双重作用.本文围绕植物-微生物共生系统降解污染物和固定二氧化碳的两大生态功能,系统梳理了共生系统三个要素之间的相互作用关系.从植物、微生物和二者共生关系三个角度归纳了共生系统的污染修复途径,总结了植物和微生物的固碳机制.同时也分析了土壤中重金属和有机污染物对植物固碳过程造成的不利影响.本文最后对未来植物和土壤微生物在降污和固碳方面的研究进行了展望,旨在促进土壤污染的研究与治理,改善土壤生态系统的固碳功能.

青田稻-鱼共生系统水稻密度对水稻生长及产量构成的影响

青田稻-鱼共生系统是首批入选联合国全球重要农业文化遗产系统(global important agriculture heritage system,GIAHS)保护的试点项目,该系统中最适水稻密度的选择关系到其更好地应用推广。对青田稻-鱼共生系统的水稻栽培密度开展了优化研究,分析3种水稻栽培密度(高、中、低密度株行距分别为20 cm×30 cm、30 cm×30 cm和40 cm×30 cm)下水稻的生长和产量构成,记录3种水稻密度青田田鱼(Cyprinus carpio var.color)的存活和生长情况。结果表明:低密度(40 cm×30 cm)条件下的水稻分蘖数和生物量在拔节期后均显著高于高密度;在3种密度中,低密度(40 cm×30 cm)下的水稻茎秆构成性状优势明显;栽培密度对水稻产量影响不显著。灰色关联度分析表明,与水稻产量关联度最大的茎秆构成因子是穗长、关联度最大的产量构成因子是千粒重。水稻中密度(30 cm×30 cm)栽培时青田田鱼的特定生长率(specific growth rate,SGR)达到最高值4.54%±0.03%,极显著高于高密度(20 cm×30 cm)时的3.62%±0.04%。各水稻密度下的青田田鱼的存活率(survival rate,SR)无显著差异。基于水稻生长和综合效益考虑,青田稻-鱼共生系统采用中密度(30 cm×30 cm)栽培方式可以在保证水稻不减产的同时获得更快的田鱼生长速率。

葡萄柚薄荷茎叶组织风味物质的GC-IMS分析

以鱼-花共生闭环系统中葡萄柚薄荷为研究对象,采用气相色谱-离子迁移谱(GC-IMS)技术分析其茎叶组织中挥发性组分的差异。结果表明:在茎叶组织中共定性出36种挥发性物质,主要有醇12种、醛6种、酯6种、酮6种、醚2种、萜烯1种及杂环3种。其中芳樟醇、二甲基三硫和乙酸乙酯在叶茎中峰体积较大,而叶中反式-2-己烯醇、香叶醇、桉叶油醇峰体积较大;茎中异戊醛、丁醛峰体积较大。PCA分析表明,葡萄柚薄荷茎、叶中挥发性物质组成差异明显。这为进一步研究葡萄柚薄荷的药理机制提供了理论基础,并为产品的研发提供了参考。

中国首个世界农业文化遗产:青田稻鱼共生系统

青田县位于浙江省中南部，瓯江流域的中下游，县域总面积为2493平方公里。全县共辖31个乡镇，总人口48．7万。青田县是中国有名的侨乡，有遍布世界120多个国家和地区的华侨23万多人。青田物产丰富，不仅拥有丰富的动植物资源，而且拥有石雕工艺品的珍贵原料青田石。

稻鱼共生生态系统中物质循环及经济效益的探析

稻鱼共生理论是在种植水稻时放养鱼类使鱼类和水稻共同生长在稻田中,从而形成一个人工的稻鱼共生生态系统.鱼类能有效促进稻田间的物质循环,使稻苗健康茁壮成长,实现增产增收.本文将对稻鱼共生生态系统中的物质循环及经济效益,进行简要分析.

香槟薄荷和日本薄荷茎叶组织中挥发性组分的分析

目的:为了区分薄荷茎叶组织中挥发性成分的不同。方法:本研究采用气相色谱-离子迁移谱(GC-IMS)技术对香槟和日本薄荷茎叶中挥发性组分进行了分离与鉴定,并进行了主成分分析。结果:两种薄荷中,共检测出了172种挥发性成分,共定性出了41种挥发性成分,主要有醇、酮、醛、呋喃、酯和萜烯类,其中在香槟薄荷茎叶中共鉴定出了113种挥发性成分,定性出了30种挥发性成分;在香槟薄荷叶片中,特征成分有3-辛醇桉、叶油醇、芳樟醇、反式-2-己烯-1-醇、2-庚酮等;在香槟薄荷茎中,特征成分有2,3-丁二酮等;在日本薄荷中共鉴定出了137种挥发性成分,其中定性出了38种成分,叶片中,主要成分有3-辛醇、1-辛烯-3-醇、3-辛酮、异丁酸乙酯、芳樟醇、丁醛、α-蒎烯、1-戊醇等;在日本薄荷茎中,特征性成分有乙酸乙酯、2-正戊基呋喃、乙酸戊酯、2-壬酮、乙酸异丁酯等。比较香槟薄荷和日本薄荷叶片可知,其中2,3-丁二酮是香槟薄荷中独有的特征性成分。对比发现,2-壬酮、2-正戊基呋喃、正己酸乙酯、乙酸丁酯等是日本薄荷茎中特有的成分,香槟薄荷茎中没有检测出。结论:由结果可得,每种薄荷茎叶组织中特征性成分都能得到明显区分,这可为今后薄荷在精油提取、香精香料、调味品、茶饮料等加工原料的应用方面提供理论依据,也可对薄荷不同部位的挥发性成分利用进行精准定位,并为薄荷的品种鉴别提供方法。

首批全球重要农业文化遗产保护试点

目前，联合国粮农组织已经确定了5个典型的传统农业系统作为全球重要农业文化遗产保护首批试点。其中除了中国的稻鱼共生系统，其他4个均来自国外。它们在农业生物多样性、相关野生动植物以及文化实践等方面都具有鲜明的特征，但同时也面临着巨大的威胁。