超高效液相色谱-串联质谱法同时测定玉米和小麦中玉米赤霉烯酮和玉米赤霉烯酮-14-葡萄糖苷检测方法的建立

为科学防控和保障粮食质量安全,以玉米和小麦为材料,用乙腈/水/甲酸溶液提取,经HLB固相萃取柱净化,采用基质匹配标准溶液进行准确定量,建立了一种可靠的超高效液相色谱-串联质谱(UHPLC-MS/MS)方法,用于同时测定玉米和小麦中玉米赤霉烯酮(ZEN)和玉米赤霉烯酮-14-葡萄糖苷(ZEN-14G)。结果表明:ZEN和ZEN-14G在0.1—200μg/L范围内呈良好线性关系(R^(2)>0.999),检出限为0.03—0.3μg/kg,定量限为0.1—1.0μg/kg。在20、50μg/kg和100μg/kg三种添加水平下,回收率为(80.2±9.8)%—(98.6±4.2)%,精密度为0.2%—9.1%(n=5)。该方法准确、灵敏度高,可以满足玉米和小麦中ZEN和ZEN-14G的检测要求。

硅肥对干旱胁迫下冬小麦旗叶抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统及产量的影响

为从抗坏血酸-谷胱甘肽循环的抗氧化角度提示硅元素的抗旱机理,以冬小麦品种豫麦49-198为材料,研究了硅肥对不同干旱胁迫(对照、轻度胁迫、重度胁迫)下小麦旗叶抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统中关键基因表达、抗氧化物质含量及产量的影响。结果发现,在轻度和重度胁迫持续10d时,施用硅肥与不施用硅肥比较,小麦旗叶抗坏血酸分别提高了16.57%和8.39%,小麦旗叶中抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统关键酶基因TaAPX、TaGR、TaGS相对表达量分别提高了60.23%、73.61%、11.35%和87.97%、25.70%、114.64%;在轻度胁迫和重度胁迫持续20d时,施用硅肥与不施用硅肥比较,小麦旗叶抗坏血酸含量分别提高了18.03%和6.81%,小麦旗叶中抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统关键酶基因TaAPX、TaGR、TaGS相对表达量分别提高了124.54%、44.42%、56.80%和118.19%、41.42%、269.21%;小麦籽粒产量分别提高了29.23%和33.31%。以上结果说明,施用硅肥可以增强小麦旗叶抗坏血酸-谷胱甘肽循环系统功能,提高小麦植株的抗旱性,增加籽粒产量。

葡萄糖和ABA对小麦胚萌发过程中α-淀粉酶表达的调控

为了探讨种子的萌发特性与胚对ABA的敏感性和α-淀粉酶表达之间的关系,比较了葡萄糖和ABA对不同生理状态的小麦离体胚萌发过程中α-淀粉酶表达的调控作用。结果表明,葡萄糖对未成熟胚、休眠成熟胚和不休眠成熟胚的萌发均有促进作用;葡萄糖能够抵消ABA对胚萌发的抑制作用,对于不休眠成熟胚,葡萄糖可以减轻ABA对胚根发生的抑制作用,但对随后的形态发生无影响。葡萄糖可以抑制小麦胚萌发过程中α-淀粉酶的表达;ABA可以抑制未成熟胚与休眠成熟胚中-αAmy-1的表达,但在不休眠成熟胚中则诱导-αAmy-1表达。因此,小麦离体胚的萌发特性、胚对ABA敏感性和α-淀粉酶的表达均与生理状态有密切关系。

豫北平原典型小麦-玉米轮作高产区节肥潜力分析

为明确当前黄淮海流域小麦-玉米轮作高产区施肥中存在的问题,于2016年对安阳、鹤壁、新乡和焦作4市(豫北平原典型小麦-玉米轮作粮食高产区)的小麦、玉米生产状况进行了问卷调查,并参照"3414"试验推荐施肥量进行节肥潜力分析。结果表明,该区域小麦和玉米的产量分别为8 352.75和9 063.60kg·hm-2;生产中小麦和玉米均存在不施用磷、钾肥的现象,施肥量与产量间不存在线性关系,即高施肥量未必对应高的产量;与推荐施肥量相比,小麦的节肥潜力为氮素40.6%～53.03%、磷素38.43%～44.94%、钾素-65.23%～-59.46%,玉米的节肥潜力为氮素31.47%～46.27%、磷素2.09%～12.17%、钾素-50.54%～-32.94%。说明这2种作物在生产中施肥状况均为氮多、磷少、钾不足,应当采取减氮、控磷、补钾的措施进行调节。

小麦麸皮烷基间苯二酚抑制α-葡萄糖苷酶的构效关系研究

为了阐明两亲性酚类类脂烷基间苯二酚(alkyresorcinols,ARs)抑制α-葡萄糖苷酶的构效关系,以小麦麸皮ARs(C17∶0、C19∶0、C21∶0、C23∶0、C25∶0)为研究对象,测定其对α-葡萄糖苷酶活性的抑制,并利用分子对接及LogP值分析软件初步研究了抑制活性差异的可能机制.结果表明,随着烷基侧链的增长,ARs的LogP值逐渐增加,对α-葡萄糖苷酶活性的抑制呈先上升后下降的变化,其中ARs(C19∶0)的抑制活性最强,IC50值为66.17μmol/L.ARs(C17∶0)通过亲水头部进入酶分子活性区,通过苯环羟基和酶分子Glu422形成氢键,而ARs(C19∶0)则是以疏水性尾部进入酶分子活性区,通过苯环羟基、酶分子Glu422及His423形成氢键,同时还存在疏水性氨基酸和烷基侧链之间的疏水作用;ARs(C21∶0)与酶的作用类似于ARs(C19∶0),但是苯环羟基仅和酶分子Glu422形成氢键,烷基链与酶分子的疏水作用则增强;ARs(C23∶0)和ARs(C25∶0)均未能在酶分子活性区域完成分子的对接.由此可知,ARs分子亲水、亲脂基团的平衡是影响其与酶分子相互作用及抑制活性的重要因素.

人工合成异源六倍体小麦β-葡萄糖苷酶活性的变化

[目的]研究小麦多倍化初期β-葡萄糖苷酶活性的变化。[方法]以生长17d的人工合成异源六倍体小麦(第五代)及其父本粗山羊草、母本硬粒小麦的叶片为材料,采用pNPG法测定β-葡萄糖苷酶的活性,采用分光光度法测定可溶性蛋白含量,进而研究了六倍体小麦多倍化初期β-葡萄糖苷酶活性的变化。[结果]二倍体父本TQ27中β-葡萄糖苷酶的比活力略高于四倍体母本TTR04,但差异不显著。人工合成六倍体小麦AT5中β-葡萄糖苷酶的比活力最低,与其父本TQ27、母本TTR04中β-葡萄糖苷酶比活力差异显著。TQ27、TTR04和AT5中β-葡萄糖苷酶的平均比活力分别为62.36、64.66和24.15U/(μg.h)。[结论]异源多倍化初期六倍体小麦的β-葡萄糖苷酶活性较其双亲显著降低。

部分纯化小麦β-葡萄糖苷酶的酶学性质

进行了8个小麦品种中β-葡萄糖苷酶含量的测定,研究发现东农91-5992中β-葡萄糖苷酶含量最高。对东农91-5992中β-葡萄糖苷酶进行了提取、硫酸铵沉淀分离和酶学性质的研究。该酶被纯化了1.83倍。该酶反应的最佳温度为35℃,最佳pH为6.0;在pH值为6.0时和低于40℃较稳定;70℃时,酶活性基本全部丧失。1 mmol/L的Ba^(2+)、Al^(3+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cu^(2+)和Zn^(2+)对酶活无明显的抑制作用,1 mmol/L的Ag^+使酶活力完全丧失。

污泥有机-无机复混肥在春小麦上的施用效果

通过大田试验,初步探讨了污泥有机-无机复混肥在青海东部春小麦上的施用效果。结果表明,施用污泥有机-无机复混肥后,春小麦产量显著增加,春小麦农艺性状的各项指标均有提高,表明在青海省大面积推广该复混肥是可行的。

华北平原氮肥周年深施对冬小麦-夏玉米轮作体系土壤氨挥发的影响

氮肥深施能有效减少土壤氨挥发,然而目前国内外关于小麦-玉米轮作体系氮肥深施缺乏周年系统性研究。本试验于2018年10月—2019年10月在中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦-玉米轮作农田进行,利用动态箱法研究不同深施模式氨挥发损失率、氨挥发特征,旨在探讨冬小麦-夏玉米轮作体系下土壤氨排放对氮肥深施的响应,为减少农业源氨排放和优化农田施肥提供理论依据。试验设置5个处理:不施肥(CK)、常规肥料表施(T1)、缓释肥表施(T2)、缓释肥基追肥分层深施(T3)、缓释肥一次性分层深施(T4)。结果表明:氨挥发主要发生在玉米追肥季,占全年氨挥发量的84.84%;T1、T2、T3和T4处理的周年氨挥发累积量分别为22.75 kg·hm−2、6.17 kg·hm−2、2.25 kg·hm−2和0.55 kg·hm−2,分别占总施肥量的4.86%、1.32%、0.48%和0.13%。与常规肥料表施(T1)相比,缓释肥处理(T2、T3和T4)分别降低72.88%、90.11%和97.32%的氨挥发损失;一次性深施处理(T4)能避开土壤氨高挥发期,周年氨挥发累积量与不施肥处理(0.43 kg·hm−2)没有显著差异,且显著低于表施处理。CK、T1、T2、T3和T4全年产量分别为8.31 t·hm−2、13.20 t·hm−2、12.66 t·hm−2、14.42 t·hm−2和14.22 t·hm−2;与常规肥料表施(T1)相比,缓释肥深施(T3和T4)均可提高作物产量,分别增产9.25%和7.75%。而缓释肥表施(T2)产量略有降低。综合考虑土壤氨排放和作物产量,缓释肥表施(T2)可以显著降低土壤氨挥发,但是作物产量不稳定;而氮肥深施(T3、T4)能在保证作物高产的基础上显著降低土壤氨排放,是一种高效、简便、环境友好的施肥方式。

干旱胁迫下小麦葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因TaG6PDH1的表达特征及启动子分析

为进一步揭示小麦抗旱性的生物学机理,通过电子克隆和RT-PCR方法,在水源11小麦叶片中分离得到1个新的小麦葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因TaG6PDH1后进行基因序列特征和启动子元件组成分析,并利用实时荧光定量PCR(Quantitative real-time PCR,qRT-PCR)技术对其在PEG模拟干旱胁迫下的表达特征进行分析。结果表明,TaG6PDH1基因的cDNA全长1 338bp,编码445个氨基酸。TaG6PDH1蛋白具有典型的G6DPH结构,即C-端葡萄糖-6-磷酸结合激活序列、N-端NAD(P)结合位点和C-端保守的Cys位点。系统进化分析表明,TaG6PDH1蛋白与质体型G6PDH中的P2型相似性较高,其与OsG6PDH5有极高的同源性。启动子区域分析表明,所选区域包含核心启动子和上游应答元件,该区域为TaG6PDH1基因转录的启动子区域,在该区域存在的顺式作用元件有ERF1与HMG-I/Y等,在调控植物防卫反应中有重要的生物学意义。qRT-PCR分析表明,TaG6PDH1基因在PEG模拟干旱胁迫下从6h开始被上调,48h被上调最大,说明TaG6PDH1基因参与了小麦干旱应答防卫反应,其可能作为一种正调控因子参与到小麦的防卫反应信号途径中。

有机硅水溶缓释肥对小麦-玉米轮作的增产效应

在冀南小麦-玉米轮作区,采用盆栽和大田相结合,通过与施用单质等量常规肥对比,对施用有机硅水溶缓释肥的小麦和玉米的根系和产量及土壤性状进行了比较研究。结果表明,施用有机硅水溶缓释肥的小麦、玉米根系和产量性状明显优于对照常规肥;不同土层土壤毛管孔隙度在每层均有增加,特别是10~20 cm土层内差异极显著;小麦花后旗叶及单株的平均光合速率较对照表现出较大的优势,有机硅水溶缓释肥处理花后旗叶最大光合速率均较对照高,旗叶及整株衰老速度较慢。

2-脱氧葡萄糖作为小麦愈伤组织筛选剂的研究

传统的转基因育种所带来的食品安全和环境安全问题是研究者无法回避的,选用生物安全性标记基因对转基因愈伤组织进行筛选是解决这一问题的重要途径。为寻找一种新型的生物安全型筛选剂用于小麦愈伤组织的筛选,并确定其最佳使用浓度,尝试利用2-脱氧葡萄糖(2-DOG)作为小麦遗传转化过程中愈伤组织的筛选剂,设置了0、400、600、800、1 000和1 500mg·L-1六个浓度梯度对4种小麦基因型的愈伤组织的再生进行了筛选。结果表明,800mg·L-1的2-DOG浓度为合适的筛选浓度,筛选时间以3周较合适。

2-芳基-5-(2′,3′,4′,6′-四-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖基)亚氨基-1,3,4-噻二唑啉的合成及其抑菌活性

使 2 ,3 ,4,6 四 O 乙酰基 β D 吡喃葡萄糖基异硫氰酸酯依次与水合肼、芳醛反应 ,并在K3[Fe(CN) 6 ]和NaOH存在下于醇中环化制得 8种 2 芳基 5 (2′ ,3′ ,4′,6′ 四 O 乙酰基 β D 吡喃葡萄糖基 )亚氨基 1,3 ,4 噻二唑啉化合物 (Ⅳa～h)。所得化合物均经IR、1 HNMR进行了结构表征。初步抑菌活性测试结果表明 ,化合物Ⅳh 在质量浓度为 5 0× 10 - 6 g/L时对小麦赤霉菌的防效达 85 %。

有机-无机复混肥在小麦上的应用效果试验

2014年在小麦作物上进行了施用有机-无机复混肥效果试验。结果表明:基施有机-无机复混肥、补施磷钾肥,显著增加了有效穗数、实粒数、千粒重,实际单产居第1位;基施有机-无机复混肥、不补施磷钾肥处理的单产接近于基施有机-无机复混肥、补施磷钾肥处理,显著高于常规施肥处理及追施有机-无机复混肥处理;基施有机-无机复混肥、不补施磷钾肥处理的新增纯收入最多。

小麦-玉米一体化施肥模式及施肥技术研究

小麦-玉米一体化是我国小麦、玉米最主要的复种方式,对我国粮食生产意义重大。论述了小麦、玉米对氮、磷、钾等元素的需肥规律;介绍了小麦-玉米一体化施肥模式,即“一基三追四喷一种肥两还田”;总结了小麦-玉米一体化施肥技术要点;从一体化的需肥特点和耕作特点、土壤养分的供给特性、根系的分布和吸收特点,以及实践证明方面分析了小麦-玉米一体化施肥的必要性和正确性。

有机-无机肥配施对麦玉轮作土壤中细菌氮循环功能基因的影响

为探讨有机-无机肥配施对小麦-玉米轮作土壤细菌氮循环功能基因的影响,设置单施化肥(NPK)、化肥配施玉米秸秆(NPKS)和化肥配施有机肥(NPKO)3种施肥方式,采用16S rRNA基因的高通量测序技术并结合PICRUSt功能预测分析,探明不同施肥方式下小麦和玉米土壤细菌关键氮循环功能基因的变化特征。结果表明:对于KEGG的二级功能分类,NPKS处理下小麦土壤细菌排泄系统的相对丰度较NPK处理显著提高8.73%,而NPKO处理显著降低了辅酶和维生素代谢的相对丰度,降低幅度达到0.90%;NPKS、NPKO与NPK处理间玉米土壤细菌功能相对丰度差异均不显著。有机-无机肥配施下小麦土壤细菌中具有显著差异的三级功能分类数量明显多于玉米土壤细菌。与NPK处理相比,NPKS处理显著降低了小麦土壤细菌的氨基酸糖与核苷酸糖代谢,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,硫胺素代谢,脂多糖生物合成,核黄素代谢和长寿调节途径的相对丰度和玉米土壤细菌Glioma和神经营养素信号通路的相对丰度,但显著提高了玉米土壤细菌突触囊泡循环的相对丰度;NPKO处理显著降低了小麦土壤细菌Cell cycle-Caulobacter、硫胺素代谢和核黄素代谢的相对丰度及玉米季甲烷代谢的相对丰度,但显著提高了小麦土壤细菌碱基切除修复的相对丰度。小麦和玉米土壤细菌均有23个功能基因参与氮循环的KO通路。小麦土壤细菌氮循环功能基因丰度与土壤SOM和TN显著正相关,与土壤NH+4-N显著负相关;玉米土壤细菌氮循环功能基因丰度与土壤TN和TP显著正相关。综上所述,小麦和玉米土壤细菌具有功能上的多样性,有机-无机肥配施下小麦土壤细菌发挥的代谢作用更为强烈。小麦和玉米土壤细菌的氮异化还原和氮同化还原潜力最高,反硝化潜力和固氮潜力次之,硝化潜力最弱。土壤细菌氮循环功能基因受轮作体系影响,SOM和TN促进小麦土壤细菌氮循环过程,而NH4^+-N对氮循环过程产生负面影响;TN和TP在玉米土壤细菌氮循环过程中发挥积极作用。

腐植酸有机-无机肥肥效试验

腐植酸经过活化处理后,作为有机质原料加工成有机-无机肥。将腐植酸有机-无机肥在冬小麦上进行田间实验,结果表明,随着有机质含量的增加,小麦增产明显,最高达20%以上。

控释掺混肥对小麦–玉米轮作体系产量、氮肥利用效率及氨挥发的影响

【目的】针对华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系氮肥施用量大、氮肥利用率低、氮素损失严重等问题,探讨不同配比的控释掺混肥减氮和一次性施肥对周年作物产量、氨挥发损失和施肥经济效益的影响,确立麦玉轮作体系轻简高效和环境友好的施肥技术。【方法】于2022—2023年,在山东省德州市现代农业科技园区开展田间试验。冬小麦和夏玉米均设不施氮对照(CK)、农户习惯施氮(FFP)、优化施氮(OPT)、CRBF1(包膜尿素与普通尿素在冬小麦和夏玉米上的掺混比例分别为5∶5和3∶7)和CRBF2(包膜尿素与普通尿素在冬小麦和夏玉米上的掺混比例分别为7∶3和5∶5),共5个处理。基施和追施肥后,监测了氨挥发量、强度和损失率。分析了作物干物质积累和产量、氮素吸收量和氮肥利用效率,并计算了施肥经济效益。【结果】与FFP处理相比,CRBF1和CRBF2处理的夏玉米、冬小麦和周年产量差异不显著;CRBF1和CRBF2处理夏玉米氮肥偏生产力提高了8.87~9.86 kg/kg,CRBF2处理玉米氮肥回收率提高了48.4%(P<0.05);CRBF1和CRBF2处理冬小麦季氮肥回收率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力分别提高了30.3%~37.2%、5.22~5.77 kg/kg和6.52~7.06 kg/kg(P<0.05)。与FFP和OPT处理相比,CRBF1和CRBF2处理的肥料+施肥人工投入减少381~960元/hm^(2),周年净收入增加1208~2654元/hm^(2)。CRBF1和CRBF2处理的周年氨挥发损失量、损失强度和损失率较FFP处理分别降低了69.7%~71.9%、72.0%~74.5%和90.0%~94.1%(P<0.05)。【结论】包膜尿素与普通尿素在冬小麦、夏玉米季按照5∶5、3∶7,或者按照7∶3、5∶5的比例掺混一次性基施,均可在减少氮肥用量和施肥劳力投入的条件下,确保周年作物产量稳定,提高生产效益,并显著降低氨挥发损失,是华北平原冬小麦-夏玉米轮作系统高产高效、轻简施肥的有效氮肥施用技术。

调亏灌溉条件下春小麦玉米间套农田水、肥与根系的时空协调性研究

采用池栽法对春小麦 /春玉米间套系统在不同水分调亏水平下 ,水、肥与根系的时空协调性进行了研究。试验得出 :在小麦拔节后期 (玉米苗期 )以土壤相对含水率 (SRW)的 5 0 %进行亏缺灌水 ,可明显提高间作系统总的生产力 ;间作农田土壤速效磷 (Olsen- P)与根密度的垂直分布呈明显递减特性 ,30 %以上的 Olsen- P和 4 0 %以上的根干重分布在 0～ 10 cm土层 ,而表层含水率常低于 10 % ,水分空间分布与根系和 Olsen- P的错位 ,限制了磷素养分肥效的发挥 ,通过磷肥深施 (2 0 cm土层以下 )和玉米苗期的适度调亏灌溉 ,可促进根系在土壤下层的分布 ,便于深层根系在中、后期对养分的吸收。速效氮在空间的分布受灌溉的影响很大 ,生育前期速效氮虽然在表层含量较高 ,但随生育期的推进 ,逐渐向下层运移 ,因此灌溉农田过量施氮或施法不当 ,将造成氮素随水流失 ,降低氮肥利用效率。

西北半干旱地区有机无机肥配施对春小麦养分吸收及产量构成的影响

通过田间小区试验，研究了不同施肥对春小麦籽粒、秸杆和根系养分的吸收状况及产量的影响。结果表明，与对照（CK）相比，科学合理施肥不但在一定程度上增加了春小麦N、P、K养分含量，而且大幅度的增加了春小麦的产量，以化肥氮磷钾（NPK）处理的效果最为显著，其氮、磷、钾素的总吸收量分别增加了156．9％、94．4％和112．8％，氮、磷、钾的养分收获指数最大分别是0．730、0．778和0．130。增施化肥及有机肥均能促进春小麦产量的增加，增产幅度为32．8％-214．2％，其中氮肥的增产效果最为明显，以化肥氮磷钾（NPK）配施处理最优，在促进作物氮、磷、钾养分浓度的提高及产量的增加效果上最为明显。