尾矿先锋植物根际溶磷菌的分离鉴定与其促生研究

尾矿重金属环境污染严重,由于有毒金属的浸出严重污染了附近的栖息地,矿山尾矿引起了越来越多的关注。然而,养分限制,特别是磷(P)缺乏,会阻碍植物生长,破坏尾矿的植物修复。溶磷菌能通过分泌质子、有机酸等方式把土壤中难溶性的无机磷活化,提高土壤有效磷含量,促进植物对磷的吸收利用。从湖南锡矿山和广东凡口两个尾矿的先锋植物根际土中采用解磷固体培养基筛选溶磷菌,分离得到5株具有溶磷特性的溶磷菌,根据16S rRNA基因序列分析,对分离出的溶磷菌分别命名为Gordonia sp.G2、Intrasporangium sp.G16、Pseudomonas sp.Y1、Pseudomonas sp.Y22和Bacillus sp.Y38。分离筛选出的5株溶磷菌PSI范围为3.14—5.01之间,其中G2溶磷能力最强,Y38相比其他菌株溶磷能力最弱。共有3个菌株G16、G2和Y22具备固氮酶活性,其中G16的固氮酶活性最高(6808.34μmol·h^(-1)·mL^(-1))。同时对菌株的最适pH研究表明,大部分菌株可以在中性偏酸性环境下生长良好。为进一步验证尾矿溶磷菌的植物促生潜力,进行盆栽试验,结果表明,与对照组相比,接种G2、G16、Y38显著促进了植物干质量和鲜质量、株高的增加,分别提高了196.7%、96.7%、80.0%,而接种Y1、Y38显著增加了植株磷含量,相比对照组显著提高了74.12%和30.25%。研究结果表明,尾矿溶磷菌具有较大的植物促生潜力,其中G2和Y1菌株在尾矿生态修复中发挥重要作用,有助于推动新型生物肥料的研究,为尾矿绿色生态修复提供新的途径。

玉米穗型与种植密度对玉米花生间作种间竞争的协调效应

【目的】针对玉米(Zea mays L.)花生(Arachis hypogaea L.)间作(玉米||花生)共处后期种间竞争抑制间作优势进一步提高的问题,探究玉米穗型与种植密度对玉米||花生种间竞争的协调效应及机理,确定合理的间作玉米品种与种植密度,为玉米||花生高产提供理论依据和技术支撑。【方法】试验于2022—2023年在河南科技大学农场进行,采用大田随机区组试验,选用中穗型玉米品种‘郑单958’和大穗型玉米品种‘MC4520’,在间作玉米5.00万株/hm^(2)(D1)和4.55万株/hm^(2)(D2)2个种植密度下,研究玉米穗型与种植密度对玉米||花生种间竞争和间作优势的影响。【结果】2年试验结果均表明,与D1密度下中穗型玉米‘郑单958’花生间作(M_(D1ZD)||P)相比,D2密度下中穗型玉米‘郑单958’花生间作(M_(D2ZD)||P)和D2密度下大穗型玉米‘MC4520’花生间作(M_(D2MC)||P)均能增强共处后期花生冠层日均光照强度,提高花生叶面积指数和最大生长速率;M_(D2MC)||P促进玉米和花生群体干物质积累,尤其在玉米籽粒和花生荚果中分别提高26.41%—30.11%和8.06%—8.25%;M_(D2ZD)||P和M_(D2MC)||P均能提高花生种间竞争力,在M_(D2MC)||P共处后期花生种间竞争力指数Ap、CRp和Kp分别提高7.55%—19.10%、4.23%—9.12%和9.05%—9.60%;M_(D2ZD)||P中玉米产量降低8.09%—8.19%,其间作体系产量和间作优势分别降低2.23%—2.58%和7.55%—13.29%,M_(D2MC)||P能提高玉米和花生产量,其间作体系产量和间作优势分别显著提高6.28%—7.45%和11.85%—27.18%(P<0.05)。【结论】在该试验区,相比中穗型玉米品种‘郑单958’以密度5.00万株/hm^(2)与花生间作,大穗型玉米品种‘MC4520’以密度4.55万株/hm^(2)与花生间作,可充分发挥玉米个体生产潜力,确保玉米产量不降低,关键更有利于协调玉米||花生共处后期种间光竞争,增强花生种间竞争力,提高花生产量,从而提高间作体系产量和间作优势。

玉米、花生根际土AMF群落特点及其对磷肥的响应

为了探明玉米、花生根际土丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)多样性和群落结构特点及其对磷肥的响应,本试验基于高通量测序技术研究了不施磷与施磷时玉米和花生根际土AMF群落的多样性、组成和结构,并结合其土壤理化因子进行相关性分析。结果表明:玉米根际土AMF群落α多样性高于花生,施磷较不施磷降低玉米、花生根际土AMF群落α多样性;玉米、花生AMF群落优势科(属)均集中在球囊霉科(球囊霉属),但其优势种的组成及优势群落的相对丰度存在显著差异。玉米根际土AMF群落的近明球囊霉科、近球囊霉属、GlBb12、Torrecillas12b_Glo_G5和Lamellosum的相对丰度显著高于花生,分别高17.38%、16.97%、5.90%、3.29%和7.79%;施磷较不施磷显著降低玉米根际土近明球囊霉科、近明球囊霉属和花生根际土球囊霉科的相对丰度,分别降低16.89%、16.88%和11.00%,显著增加玉米根际土Viscosum和Yamato09_A1的相对丰度。通过冗余分析(RDA)可知,土壤速效磷(AP)、有效铁(AFe)、有机质(OM)和全磷(TP)的含量及pH值是影响玉米、花生根际土AMF群落α多样性及其基于科、属水平AMF群落结构的主要因子。综上,玉米、花生招募AMF群落具有偏好性,对磷肥响应存在差别,关键在于玉米、花生与磷肥影响了根际土中AP、AFe、OM和TP的含量及pH值。本研究为玉米、花生AMF群落结构的改善和磷肥调控高产提供理论基础。

增密减叶措施对烤烟生长、光合特性及产质量的影响

为了提高优质烟叶的比例和烟草原料的工业利用率,在四川省广元烟区以云烟87品种为对象,采用种植密度和留叶数两因素随机区组试验,旨在阐明不同种植密度和留叶数对烤烟产质量的影响。结果表明,适当增加烤烟种植密度减少留叶数时,烤烟能完成正常生长发育,且相较于其他处理在叶片发育上具有显著优势;在中、低密度和中、低留叶数处理下,烟叶光合能力更强;在M2密度和L2留叶数水平下,烤烟在均价和中、上等烟比例上取得较好表现,产值最高。此外,适当增密减叶措施降低了烤后叶片烟碱含量,提高了还原糖、总糖含量及糖碱比,化学成分更为协调,烟叶评吸质量具有显著优势。综合分析认为,在四川省广元烟区采用种植密度18750株/hm^(2)、留叶数16~18片/株时烟叶质量较好。

大穗型玉米对玉米||花生种间竞争与间作优势的影响

玉米||花生具有明显间作产量优势,但间作后期种间竞争是限制其进一步高产的瓶颈,探明大穗型玉米对玉米||花生种间竞争的协调效应和间作优势的影响,对其高产、高效生产意义重大。本试验于2020年和2021年在河南科技大学农场开展,以中穗型玉米品种‘郑单958’与花生品种‘科大黑花001’间作(M_(ZD)||P)为对照,研究了大穗型玉米品种‘MC4520’与花生间作(M_(MC)||P)对作物干物质积累与分配、叶面积指数、种间竞争力指数、光合特性、产量和间作产量优势的影响。结果表明:与M_(ZD)||P相比,M_(MC)||P收获期玉米、花生单株干物质重分别显著提高7.55%~9.68%和16.07%~26.77%(P<0.05),玉米籽粒和花生荚果干物质积累量分别显著提高9.74%~10.84%和34.56%~38.33%(P<0.05);促进了干物质向玉米籽粒和花生荚果的分配,尤其是花生荚果中的分配比例显著提高9.12%~15.93%(P<0.05)。与M_(ZD)||P相比,M_(MC)||P中花生叶面积指数提高5.78%~29.58%,花生相对玉米的种间竞争力指数显著提高24.44%~65.12%(P<0.05),M_(MC)||P中玉米、花生净光合速率分别显著提高8.18%~15.74%和3.15%~18.05%(P<0.05),且玉米和花生的气孔导度和蒸腾速率均提高,花生的胞间CO_(2)浓度降低。与M_(ZD)||P相比,M_(MC)||P中花生产量显著提高26.39%~51.61%(P<0.05),间作优势和土地当量比显著提高22.21%~24.08%和13.26%~15.27%(P<0.05)。综上,在玉米||花生体系中,选用大穗型玉米与花生间作,能够有效协调间作后期种间竞争,增强花生的种间竞争能力,提高花生产量,从而提高间作体系产量和土地当量比,进一步增加间作优势。

干旱胁迫后复水对烤烟生长及其生理特性的影响

【目的】为明确干旱胁迫后复水对烤烟生长及其生理基础的影响。【方法】采用盆栽试验方法,以耐旱型烤烟品种“豫烟6号”和水分敏感型“豫烟10号”为试验材料,设置正常供水、轻度干旱、中度干旱、轻度干旱后复水和中度干旱后复水5个处理,比较分析干旱胁迫后复水对烤烟生长及其生理特性的影响。【结果】(1)随着干旱的加剧,两个烤烟品种生长受到抑制,生理性能下降,株高、茎围、最大叶长、最大叶宽、最大叶面积、有效叶片数、根系干重和单株干重均降低或显著降低,叶绿素含量、净光合速率(P_(n))、气孔导度(G_(s))、蒸腾速率(T_(r))、PSII最大光能转化效率(F_(v)/F_(m))、PSⅡ实际光化学效率(Φ_(PSⅡ))和光化学淬灭系数(qP)均显著降低,而非光化学猝灭系数(NPQ)、胞间二氧化碳浓度(C_(i))、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均显著增加;与正常供水相比,豫烟10号在干旱胁迫下各指标变化幅度大于豫烟6号,对干旱较敏感。(2)干旱胁迫后复水,与干旱处理结束时相比,两个烤烟品种生长得到明显恢复,光合作用增强,抗氧化系统平衡得到明显改善。豫烟10号在干旱胁迫后复水各指标变化幅度均大于豫烟6号,干旱胁迫后复水恢复较好。【结论】在干旱胁迫下,两个烤烟品种的生长和生理性能均受到不同程度的抑制,且均与正常供水处理间差异显著;复水后,两个烤烟品种的生长及其生理性能均得到不同程度的恢复,其多数指标均以中度干旱胁迫后复水处理恢复较好,且与正常供水处理无显著差异。

玉米和花生间作体系光合碳同化酶活性对CO_(2)浓度升高的响应特征

该试验以玉米、花生2∶4间作模式为对象,采用开顶式气室法控制环境CO_(2)浓度,于2018-2019年设环境CO_(2)浓度(Ca,390μmol·mol-1)和升高CO_(2)浓度(Ce,700μmol·mol-1),以及不施磷(P0)和施磷(180 kg P2O5·hm-2,P180)处理下,分析CO_(2)浓度升高对间作玉米和间作花生功能叶光合碳同化关键酶活性、净光合速率以及籽粒产量的影响,以明确CO_(2)浓度升高影响玉米、花生间作体系光合作用的机理,为将来CO_(2)浓度升高环境下间作高产高效提供理论基础。结果表明:(1)Ce处理提高了间作玉米功能叶的PEPC、PPDK、NADP-MDH、Rubisco、GAPDH和Ru5PK等光合碳同化酶活性,其中PEPC和NADP-MDH在苗后43 d以及PPDK、Rubisco、GAPDH和Ru5PK在苗后59 d增幅均达到显著水平,此时施磷对其有正向调控作用。(2)Ce处理增强了间作花生功能叶的Rubisco、GAPDH、Ru5PK和FBPase等光合碳同化酶活性,在苗后43 d和59 d增幅均达到显著水平,此时施磷进一步显著提高了Rubisco与FBPase活性。(3)Ce处理下间作玉米、间作花生的净光合速率显著提高,间作玉米、间作花生和间作体系的籽粒产量分别显著提高了4.4%~52.0%、10.3%~24.0%和5.7%~47.0%;CO_(2)浓度升高和施磷对间作玉米、花生功能叶的净光合速率和间作体系产量具有正协同效应。研究表明,CO_(2)浓度升高可以通过提高间作玉米功能叶片的PEPC、PPDK、Rubisco、GAPDH和Ru5PK及间作花生功能叶片的Rubisco、GAPDH、Ru5PK和FBPase等光合碳同化酶活性,增强其对CO_(2)羧化固定能力,提高间作玉米、间作花生的光合速率,最终显著增加玉米、花生及间作体系的产量,并且增施磷肥对其具有正调控效应。

施磷水平对不同茬口下冬小麦生长发育及产量的影响

【目的】研究施磷水平对不同茬口下冬小麦生长发育及产量的影响,探明小麦合理轮作制度和磷肥管理。【方法】于2018—2019和2019—2020连续两年在花生(PCR)、玉米(MCR)和花生Ⅱ玉米(ICR)茬口下种植冬小麦,分别设P0(0 kg P2O5·hm^(-2))、P90(90 kg P2O5·hm^(-2))、P180(180 kg P2O5·hm^(-2))和P270(270 kg P2O5·hm^(-2))4个施磷水平,研究施磷水平对不同茬口下冬小麦分蘖及成穗率、灌浆速率、干物质积累与分配、产量及产量构成的影响。【结果】(1)同一茬口下,随着施磷量的增加,冬小麦单位面积最大分蘖数、有效分蘖数、干物质积累量和单穗干重均呈P270>P180>P90>P0处理;冬小麦穗粒数、干物质向籽粒中分配率和产量呈先增加后降低的趋势,P180施磷水平下达到最大值。(2)不同茬口下,各施磷水平冬小麦单位面积最大分蘖数、有效分蘖数均表现为PCR>ICR>MCR;在不施磷(P0)和低磷(P90)水平时,花生茬口下的冬小麦各时期干物质量、产量均大于花生Ⅱ玉米茬口和玉米茬口,但在P180、P270施磷水平时,花生Ⅱ玉米茬口下的冬小麦各时期干物质量、产量则均大于花生茬口和玉米茬口。(3)结合施磷量与产量拟合曲线,花生茬口冬小麦最高产量为10493.6 kg·hm^(-2),最佳经济产量施磷量为177.0 kg·hm^(-2);花生Ⅱ玉米茬口最高产量为10749.8 kg·hm^(-2),最佳经济产量施磷量为178.9 kg·hm^(-2);玉米茬口最高产量为9936.2 kg·hm^(-2),最佳经济产量施磷量为189.3 kg·hm^(-2)。【结论】花生茬口及花生Ⅱ玉米茬口的冬小麦分蘖成穗、干物质积累与转移、籽粒灌浆和产量形成方面均优于玉米茬口,冬小麦产量潜力大,最佳经济产量施磷量低,为177.0—178.9 kg·hm^(-2)。

施磷水平与冬小麦产量和土壤有效磷含量的关系

[目的]研究施磷水平对冬小麦分蘖成穗、产量、磷素吸收利用的影响及其与土壤有效磷含量的关系,明确维持冬小麦持续高产的最佳土壤有效磷含量及施磷量,为冬小麦高效磷肥管理提供理论依据。[方法]于2018—2021年在河南科技大学农场进行了连续3年小麦田间试验,试验设P_(2)O_(5)0、90、180和270kg/hm^(2)4个磷水平,分别记为P_(0)、P_(90)、P_(180)、P_(270)处理,研究了施磷水平对冬小麦分蘖成穗率、干物质积累与分配、产量、磷素吸收与分配及利用效率的影响,并分析了施磷水平、土壤有效磷含量与产量之间的关系。[结果](1)随着施磷水平的提高,冬小麦单位面积最大分蘖数、有效分蘖数和干物质积累量处理间均呈P_(270)>P_(180)>P_(90)>P_(0),而穗粒数、干物质向籽粒中分配率和产量呈先增加后降低的趋势;P处理的冬小麦产量高达9.8-10.2 t/hm^(2),比P处理高17.3%~18.2%(P<0.05),与P处理相比高出4.2%~11.5%,但差异不显著;(2)随着施磷水平的提高,冬小麦茎、叶、颖壳及穗轴和籽粒的磷含量处理间多呈P_(270)>P_(180)>P_(90)>P_(0);籽粒磷积累量呈先增加后降低的趋势,P水平下籽粒磷积累量最高,为57.0~61.1 g/m^(2);与P相比,P处理显著(P<0.05)提高了籽粒磷积累量,提高幅度为27.7%~39.0%;冬小麦磷偏生产力和磷农学利用效率均随着施磷水平的提高呈降低的趋势,与P相比,P_(180)、P_(270)水平下冬小麦磷偏生产力和农学利用效率分别降低了40.0%~41.1%和35.3%~36.1%、62.1%~64.7%和58.6%~62.8%,且均达到显著水平(P<0.05);(3)土壤有效磷含量与施磷水平呈线性相关,小麦产量与施磷水平和土壤有效磷含量的关系可用一元二次方程拟合。年施PO194.2~197.4 kg/hm^(2)时最佳土壤有效磷含量25.5~25.8 mg/kg,产量最高为9752~10349 kg/hm^(2)。[结论]适宜的施磷量可显著增加冬小麦的有效分蘖数和成穗数,提高茎、叶、颖壳及穗轴的干物质和磷素积累量及向籽粒的转移,增加冬小麦单位面积穗数、穗粒数、千粒重和产量。在供试区域,获得冬小麦最高产量的施PO量为194.2~197.4 kg/hm^(2),土壤有效磷含量为25.5~25.8 mg/kg。

玉米、花生及其间作茬口与施磷对冬小麦光合特性及产量的影响机制

该试验在玉米单作茬口、玉米-花生间作茬口(间作茬口)、花生单作茬口共3种茬口,以及0 kg P_2O_5·hm^(-2)(P_0)和180 kg P_2O_5·hm^(-2)(P_1) 2个磷水平下,研究了间作茬口与施磷对冬小麦分蘖、叶面积指数(LAI)、干物质积累、光合特性及产量的影响机制,为玉米花生间作与小麦-玉米复种轮作提供理论依据。结果表明:(1)间作茬口较玉米茬口显著提高了冬小麦有效分蘖数、LAI、净光合速率和干物质积累量,并提高了冬小麦旗叶的SPAD值、CO_2饱和点、光饱和点及最大净光合速率(P_(nmax))、表观量子效率(AQY)、羧化效率(CE)、最大羧化速率(V_(cmax))、最大RUBP再生的电子传递速率(J_(max))和最大磷酸丙糖利用速率(V_(TPU)),且CE、V_(cmax)、V_(TPU)的增幅均达到显著水平(P<0.05),有效改善了冬小麦产量构成,显著提高籽粒产量(P<0.05)。(2)间作茬口较花生茬口提高了冬小麦乳熟期的P_(nmax)、AQY、CE,增加了穗粒数和粒重,提高了产量。(3)与不施磷相比,施磷180 kg P_2O_5·hm^(-2)显著促进间作茬口冬小麦生长,显著提高冬小麦旗叶的SPAD值、P_(nmax)、AQY、CE、V_(cmax)、J_(max)、V_(TPU)和籽粒产量(P<0.05)。研究发现,间作茬口较玉米茬口能有效增强冬小麦旗叶表观量子效率和CO_2羧化能力,显著提高小麦花后光合能力,促进冬小麦生长,从而增加穗粒数、粒重和籽粒产量,且间作茬口结合施磷180 kg P_2O_5·hm^(-2)效果更好。

花生与玉米和芝麻间作的产量及经济效益分析

为明确不同间作体系对花生产量形成和经济效益的影响,本试验于2018—2019年,设置玉米‖花生(M‖P)、芝麻‖花生(S‖P)、单作花生(SP)、单作玉米(SM)和单作芝麻(SS)5个种植模式,研究了不同种植模式对花生功能叶光合-光强响应曲线、干物质积累、种间竞争力指数、产量及经济效益的影响。结果表明:1)与玉米‖花生体系中的间作花生相比,芝麻‖花生体系中间作花生的最大净光合速率(P_(nmax))、产量和最大干物质积累量分别显著提升了18.0%~20.7%、64.2%~70.0%、26.5%~31.8%(P<0.05)。2)间作芝麻干物质积累进入缓增期后16~19 d,芝麻‖花生中间作花生仍处于干物质积累快增期,芝麻和花生干物质积累快增期互相错开,而玉米‖花生体系中玉米和花生的干物质积累快增期重叠;成熟期,间作花生相对于芝麻、玉米的竞争力指数分别为-2.31~-2.06和-4.68~-4.34。说明间作花生相对于芝麻的竞争力比相对于玉米的竞争力强。3)芝麻‖花生较玉米‖花生的土地当量比提高3.0%~4.0%,且大于1;经济效益显著提高16.7%~50.8%(P<0.05),达2.3万~2.4万元·hm^(-2)。研究结果表明芝麻‖花生较玉米‖花生,提高了土地利用率、产量和收益,其机理在于芝麻‖花生较玉米‖花生能错开作物间干物质积累的快增期,降低高、矮两种作物的种间竞争强度,提高间作花生冠层光强和净光合速率。

玉米花生间作改善花生铁营养提高其光合特性的机理

【目的】研究玉米花生间作改善花生铁营养后对花生功能叶片光能吸收、转化、电子传递和CO2固定的影响,揭示玉米花生间作改善花生光合性能的机理。【方法】试验在河南科技大学试验农场进行,采用两因素两水平完全随机设计,两个种植模式包括玉米花生间作(2行玉米间作4行花生)和花生单作,两个磷肥施用水平为:不施磷(P0)和施P2O5 180 kg/hm2 (P1)。单作花生于新叶完全展开时(7月14日)出现黄化,8月2日严重黄化,间作花生未出现黄花。测定了黄化和正常花生功能叶片光合作用强度对光照和CO2浓度的响应,并分析了相关参数,运用JIP-test建立了叶绿素荧光诱导动力学曲线并计算了相关参数。【结果】与单作缺铁花生相比,间作花生功能叶单位面积光能的吸收(ABS/CSo)、捕获(TRo/CSo)和电子传递(ETo/CSo)、PS I受体侧电子还原的能量(REo/CSo)和单位面积反应中心数目(RC/CSm)明显提高,光合电子传递链电子传递能力明显增强,PSⅡ最大光化学效率(ΨPo)、捕获的激子将电子传递到电子传递链中QA–下游电子受体的概率(Ψo)、用于电子传递的量子产额(ΨEo)、电子从还原系统传递到PS I电子受体侧的效率(δR)、PS I末端受体还原的量子产额(ΨRo)均显著提高,增幅依次为36.7%~39.6%、79.6%~92.2%、151%~163%、16.3%~20.0%和177%~215%;PS I光化学活性(ΔI/Io)及PS I与PSⅡ之间的协调性(ΦPSⅠ/PSⅡ)也显著增强;间作花生功能叶SPAD值、光饱和时净光合速率(LSPn)、光饱和点(LSP)、羧化效率(CE)、CO2饱和时净光合速率(Amax)、Rubisco最大羧化速率(Vc, max)、最大电子传递速率(Jmax)和磷酸丙糖利用率(TPU)显著提高。施磷能显著提高间作花生功能叶SPAD值、ΨPo、Ψo、ΨEo、δR、ΨRo、铁含量、净光合速率和生物量(P <0.05),却了加剧单作花生的缺铁症状,显著降低其功能叶SPAD值、ΨPo、Ψo、ΨEo、δR和ΨRo、铁含量、净光合速率和生物量(P <0.05)。与单作正常花生相比,间作降低了花生功能叶ABS/CSo、TRo/CSo、ETo/CSo、LSPn和单株干物质量,却显著提高了功能叶ΨEo。【结论】玉米花生间作显著改善了花生铁营养,因而促进了花生功能叶PSⅡ对光能的吸收、转化和电子传递,提高PS I光化学活性、PSⅡ与PS I的协调性和电子传递链稳定性,还显著提高暗反应CO2羧化固定能力,从而提高净光合速率和生物量。施磷加剧单作花生缺铁症状,降低其光化学效率、暗反应能力、净光合速率和生物量,却能增强间作种间作用,提高间作花生光能吸收转化能力和CO2固定能力。

蔗糖代谢及信号转导在植物发育和逆境响应中的作用

蔗糖代谢在植物发育、应激响应和产量形成中起关键作用。糖类的合成和分解推动植物整个生长发育过程,蔗糖作为信号因子参与调节相关基因表达,并能与其他基因、激素、以及防御信号发生互作;然而,蔗糖代谢和细胞内外信号传递之间的耦合以及蔗糖代谢酶发挥其信号转导作用的机制并不相同。本文综述了蔗糖代谢关键酶在植物发育和非生物胁迫响应中的作用,并结合当前研究现状,对糖代谢及其信号转导研究的未来方向提出建议,以更好地理解和改善植物的生长发育及抗逆特性。

增温增CO2对间作玉米光合特性的影响

【目的】明确增温增CO2对玉米||花生体系中玉米光合特性的影响,以期为未来气候变化条件下玉米||花生绿色高产高效栽培提供理论依据。【方法】以玉米||花生2﹕4模式为研究对象,2018年设常温常CO2(TC)和增温增CO2(+T+C)处理,2019年增设增温增CO2(+TC)处理,在P0(0)和P180(180 kg P2O5·hm^-2)2个磷水平下,研究了增温增CO2对间作玉米叶绿素含量、SPAD值、光合-光强、光合-CO2响应曲线及其相关参数的影响。【结果】(1)与TC处理相比,+TC处理提高了间作玉米苗后34 d叶绿素b和叶绿素a+b含量,降低了叶绿素a/b值,苗后55 d施磷条件下,SPAD值、AQY、CE、Amax、Vc,max、Jmax和TPU分别提高了7.80%、18.18%、18.86%、13.34%、13.33%和20.14%,产量提高了19.2%—28.1%;与+TC处理相比,+T+C处理提高了苗后55 d和65 d间作玉米AQY,降低了LCP,苗后55 d间作玉米CE、Amax、Vc,max、Jmax和TPU分别提高13.58%—32.96%、21.31%—11.61%、9.35%—14.55%、9.52%—15.13%和8.82%—26.16%,产量提高5.25%—18.70%,均达到显著差异水平(P<0.05)。(2)与TC处理相比,+T+C处理间作玉米大喇叭口期和灌浆期SPAD值分别提高4.68%—12.91%和7.88%—18.37%,蜡熟期却降低8.63%—12.72%;间作玉米苗后35 d叶绿素a、b和a+b分别提高17.58%—19.54%、52.55%—59.55%和26.08%—28.47%,叶绿素a/b降低了23.04%—25.18%;间作玉米苗后55 d的AQY和LSPn分别提高了30.30%—75.76%和16.87%—19.44%;CE、Amax、Vc,max、Jmax和TPU分别提高了15.72%—36.78%、24.91%—32.66%、20.77%—29.83%、20.93%—30.48%和27.16%—30.74%,产量提高了7.24%—52.0%,均达到显著差异水平(P<0.05)。(3)与不施磷相比,施磷提高了TC、+TC和+T+C处理苗后85 d时叶绿素b含量,增幅分别为24.15%、18.64%和22.04%;苗后34 d的LSPn分别提高了13.30%、17.0%和9.86%,产量分别提高了24.2%—67.2%、55.6%和27.8%—38.0%,均达到显著差异水平(P<0.05)。【结论】增温和增CO2均能提高间作玉米生育前期叶绿素含量和净光合速率,两者表现出正向协同作用,而在其生育中后期增CO2能缓解增温带来的负效应;增温增CO2能提高间作玉米的产量,关键在于其生育前中期叶绿素含量、羧化效率、最大电子传递速率和磷酸丙糖利用率的提高。施磷具有明显的正效应。

玉米‖花生茬口对冬小麦旗叶光化学活性的影响

为探明玉米‖花生茬口显著提高冬小麦旗叶的光合速率和产量的光反应机理,研究了玉米‖花生茬口(间作茬口,ICR)、玉米茬口(MCR)和花生茬口(PCR)及不同施磷水平对冬小麦播前土壤含水量、冬小麦花后旗叶的气体交换参数、光系统Ⅱ(PSⅡ)、光系统I(PSⅠ)及二者间的性能协调性的影响。结果表明,间作茬口较玉米茬口显著提高了冬小麦播前土壤含水量及旗叶的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和PSⅡ反应中心供(Wk)/受体侧(Vj)的活性,增强了单位面积吸收的光能(ABS/CSo)、捕获的能量(TRo/CSo)和进入电子传递的光能(ETo/CSo)。间作茬口较玉米茬口显著提高了冬小麦扬花期旗叶PSⅡ初级光化学最大量子产额(φpo)、转化效率(Ψo)、电子传递效率(δRo)及乳熟期的PSⅠ的性能(ΔI/Io)、PSⅡ与PSⅠ协调性(ΦPSⅠ/PSⅡ)和籽粒产量,较花生茬口显著提高了乳熟期的φpo和δRo值。施磷提高了Pn、ABS/CSo、TRo/CSo、ETo/CSo、φpo、Ψo、δRo、ΔI/Io和ΦPSⅠ/PSⅡ值。这说明间作茬口较玉米茬口提高了冬小麦旗叶光反应中心活性,从而提高净光合速率,重要原因可能是间作茬口能保持耕层较高的土壤含水量。

可变剪切在植物发育和非生物胁迫响应中的作用

可变剪切(AS)主要在转录后水平对植物发育和逆境胁迫响应进行调控,极大地增加了转录组和蛋白质组的复杂性,是植物调控其基因互作网络的分子机制之一。本文简要综述了目前关于AS的分子机理和作用模式,及其在植物发育和非生物胁迫响应中的作用,并结合当前研究现状,对未来AS的研究方向提出建议,为植物生长发育进程调节和优良抗逆性品种的选育提供了一定的理论参考。

二穗短柄草GRFs基因家族的鉴定及表达模式分析

GRFs基因家族在植物生长发育及逆境响应中起着重要的调控作用。为了探明二穗短柄草GRFs基因家族的基本特征及其进化关系,本研究利用生物信息学方法在全基因组水平上对二穗短柄草GRFs基因家族成员进行鉴定与分析。结果表明,二穗短柄草GRFs基因家族包括12个家族成员,蛋白质序列长度在238~577个氨基酸之间;序列比对发现二穗短柄草GRFs家族基因包括2个保守的QLQ和WRC结构域及广泛的保守基序;染色体定位发现,12个家族成员在二穗短柄草的5条染色体上呈不均匀分布,bd03号染色体分布最多;系统发育关系比较分析表明,这些GRFs基因家族成员存在4对直系同源基因。RT-qPCR分析表明,全部GRFs基因家族成员在二穗短柄草幼嫩组织中表达量较高,而在根系和衰老组织中表达量较低,外源激素特别是GA3诱导了二穗短柄草大部分GRFs基因家族成员的上调表达,表明GRFs基因家族广泛地参与了二穗短柄草分生组织功能和器官形成的生命进程。本研究结果为二穗短柄草GRFs家族蛋白功能的研究奠定了理论基础。

外源海藻糖对PEG渗透胁迫下小麦Rubisco及其活化酶的影响

以抗旱品种‘晋麦47’和干旱敏感品种‘郑引1号’为材料,通过室内水培试验研究了外源海藻糖对PEG渗透胁迫下小麦叶片净光合速率、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶活化酶(RCA)含量和相关基因表达特性的影响。结果表明:(1)外源海藻糖和渗透胁迫均能显著增加2个小麦品种叶片海藻糖含量。(2)渗透胁迫显著降低了2个品种小麦叶片的净光合速率,而外源海藻糖能显著缓解受胁迫小麦叶片净光合速率的降低幅度。(3)渗透胁迫仅使‘郑引1号’Rubisco大亚基基因(rbcL)相对表达量及相应蛋白含量显著降低;渗透胁迫显著降低了小麦RCAα和β亚基基因相对表达量,并显著降低RCA蛋白含量,而外源海藻糖不能缓解RCA蛋白含量的降低;渗透胁迫显著降低了Rubisco总活性、初始活性、活化状态及RCA活性,而外源海藻糖则能显著缓解上述酶活性的下降。(4)小麦叶片净光合速率与其rbcL、RCAα和β亚基基因相对表达量及Rubisco总活性、初始活性、活化状态及RCA活性均呈极显著正相关关系。研究发现,在渗透胁迫条件下,外源海藻糖主要从翻译后层面对小麦叶片Rubisco和RCA的活性发挥显著保护作用,从而缓解了小麦净光合速率的降低。

增温增CO_(2)浓度对玉米||花生体系玉米生长发育及产量的影响

为了明确气候变化对玉米||花生体系中玉米生长发育及产量的影响,本研究以玉米||花生2∶4模式为研究对象,采用开顶式气室,2018年设2个处理,分别是TC(ambient temperature and ambient CO_(2) concentration,环境温度和环境CO_(2)浓度)、+T+C(elevated temperature and elevated CO_(2) concentration,增温且增CO_(2)浓度);2019年设3个处理,分别是TC、+TC(elevated temperature and ambient CO_(2) concentration,增温和环境CO_(2)浓度)、+T+C;分别在P0(0 kg P_(2)O_(5) hm^(–2))和P180(180 kg P_(2)O_(5) hm^(–2))2个水平下,研究增温增CO_(2)浓度对间作玉米生长、干物质积累与分配、光合速率及产量的影响。结果表明:(1)与环境温度和环境CO_(2)浓度相比,增温(+TC)处理的间作玉米出苗至吐丝、吐丝至成熟和出苗至成熟的天数分别缩短4、2和6 d;增温后,同时升高CO_(2)浓度,间作玉米出苗至吐丝的天数缩短3 d、而吐丝至成熟和出苗至成熟的天数却分别增加5 d和2 d;与TC相比,+T+C处理,间作玉米出苗至吐丝和出苗至成熟的天数分别缩短4~7 d和2~4 d,吐丝至成熟的天数增加1~4 d。(2)间作玉米单株叶面积、净光合速率和光合势在吐丝期前表现为+T+C>+TC>TC,吐丝至乳熟期表现为+T+C>TC>+TC,乳熟期后表现为TC>+T+C>+TC。与TC相比,+T+C处理的间作玉米穗粒数和百粒重分别提高4.14%~65.70%和1.70%~14.00%。(3)与TC处理相比,+TC处理,间作玉米收获期干物质量提高7.39%~21.30%,产量提高19.18%~28.07%;+T+C处理,间作玉米收获期干物质量提高10.0%~57.7%,产量提高4.41%~52.00%;施磷能提高增温增CO_(2)浓度处理间作玉米产量。这表明增温和增CO_(2)浓度通过提高间作玉米生育前期净光合速率、叶面积指数和光合势,缩短其营养生长期,延长籽粒灌浆时间,增加穗粒数和粒重,来促进干物质积累和产量的提高;增温、增CO_(2)浓度对间作玉米吐丝前具有互促效应,而吐丝后表现为增CO_(2)浓度能弥补增温对间作玉米生长的抑制效应。

外源花青素对干旱胁迫下烤烟幼苗生长及其生理特性的影响

以烤烟品种‘秦烟96’和‘云烟116’等2个烤烟品种为试验材料,通过开展盆栽试验,设置正常供水和中度干旱等2个水分梯度,外源花青素设置6个浓度,研究外源花青素对干旱胁迫下烤烟幼苗农艺性状、单株干重、光合气体参数、叶绿素荧光参数及活性氧代谢系统的影响。结果表明:干旱胁迫下,两个烤烟品种生长受到抑制且生理性能下降;干旱胁迫下喷施外源花青素可显著增加烤烟幼苗的株高、茎围、最大叶长、最大叶宽、最大叶面积、单株干重、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率PSⅡ最大光化学效率、PSⅡ实际光化学效率和光化学猝灭系数,降低叶片中胞间CO_(2)浓度和非光化学猝灭系数,降低超氧阴离子自由基产生速率和丙二醛含量,提高叶片中超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性,增强烤烟幼苗对干旱胁迫的耐受性,有效缓解干旱胁迫对烤烟幼苗生长及其生理功能的损害;其中‘秦烟96’以叶面喷施3 mg·L^(-1)花青素对考烟幼苗生长的促进效果最佳,‘云烟116’以叶面喷施4 mg·L^(-1)花青素效果最佳。