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2024年 第26卷 第3期    刊出日期:2024-03-15
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农业创新论坛
我国大豆种业科技创新发展现状及对策建议
王文月, 姚志鹏, 于洋, 葛毅强
2024, 26(3):  1-6.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2024.0016
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我国是大豆消费和进口大国,推动大豆产业振兴、强化大豆种业科技创新对于保障我国粮饲安全意义重大。结合2016年以来我国大豆种植面积、产量、进口量等数据及相关研究进展,深入分析我国大豆产业所面临的刚性需求量大且长期依靠进口、平均单产水平低且种植面积受限、大豆进口面临潜在风险且不易疏解等形势挑战,简述了“十三五”期间我国大豆种业科技创新发展成效,系统分析了我国大豆种业科技创新面临的种质资源研究水平不高、原始科技创新能力不足、商业化育种体系不完善、知识产权保护体系滞后等问题,并据此提出我国大豆种业科技创新发展的对策建议,以期为推动我国大豆种业科技自立自强提供重要参考。

生物技术 生命科学
水稻矮秆迟抽穗突变体d534的性状及其对赤霉素的敏感性分析
曾建光, 刘桃李, 孙林娟, 袁定阳, 黄钰博, 金晨钟, 谭炎宁
2024, 26(3):  7-14.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2023.0649
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水稻半矮秆突变体在株型改良和高产育种中具有重要价值。前期通过辐射诱变籼稻品种五山丝苗(R534)获得了半矮秆且抽穗期延迟突变体d534,分析了d534的表型、遗传模式和GA3敏感性。大田性状分析发现,和野生型R534相比,d534的抽穗期延迟了7 d,株高下降了29.22 cm,降幅为26.86%。d534的穗及倒1至倒5节都明显缩短,长度分别为野生型的71.27%、68.75%、70.18%、85.17%、77.86%和71.18%,说明d534的目的基因调控穗及茎节的伸长。遗传分析发现,d534的矮化和迟抽穗性状受同一核基因控制,呈隐性遗传。内源GA3含量测定发现,一叶一心期d534茎中GA3含量为0.17 ng·g-1,比R534降低了60.47%,表明d534的矮化与内源GA3合成不足有关。用25和50 mg·L-1外源GA3处理一叶一心期幼苗5 d,d534的株高比未处理组(0 mg·L-1 GA3)增加了71.76%和74.98%,且超过了未处理组R534的株高,说明外源GA3能回补d534的株高表型;qRT-PCR分析发现,与R534相比,d534茎和叶中OsGA20ox2OsGA3ox2基因表达水平均显著下调,表明d534内源GA3合成不足可能与OsGA20ox2OsGA3ox2基因表达水平下调有关。明确了d534是茎节缩短且内源GA3积累不足的矮化突变体,为解析d534半矮秆性状形成的生物学机理奠定了基础。

玉米GRAS基因家族的全基因组鉴定及生物信息学分析
吴占清, 陈威, 赵展, 许海良, 李豪远, 彭星星, 陈东旭, 张明月
2024, 26(3):  15-25.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2023.0551
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GRAS基因家族是植物中广泛存在的一类转录因子,在植物生长发育、生物和非生物逆境胁迫、光信号和激素信号应答等多个过程中发挥重要作用。对玉米GRAS基因家族成员的理化性质、染色体定位、系统发育、顺式作用元件等特征进行了分析。结果表明,在玉米全基因组中共鉴定出49个ZmGRAS基因,不均匀地分布于1~10号染色体上,编码蛋白质理化性质差异较大,可能在不同的微环境下发挥作用。系统进化分析将GRAS蛋白分为8个亚家族,可能在调节自身生长发育、逆境应答等过程中具有重要作用。玉米GRAS基因家族的启动子区含有激素应答、光响应、胁迫应答等多种顺式作用元件,推测其可能响应激素、胁迫等多种信号。共线性分析显示,具有共线性关系的基因可能是染色体片段复制的结果,且属于同一亚家族,具有相似的结构和功能。研究结果为进一步研究玉米GRAS基因的功能和逆境胁迫响应机制提供了依据。

不同水分胁迫处理对陆地棉核心种质资源的影响
李江博, 高文举, 运晓东, 赵杰银, 耿世伟, 韩春斌, 陈全家, 陈琴
2024, 26(3):  26-39.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0732
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为研究不同水分胁迫下陆地棉对干旱的响应能力并筛选棉花抗旱关键指标和优异抗旱种质资源,选取30份陆地棉核心种质为试验材料,以全生育期正常灌水处理为对照,设置播种后和花铃期各浇水1次和花铃期断水2次2种胁迫处理,在蕾期、花铃期和吐絮期测定相应指标,通过描述性统计分析、差异分析、主成分分析和相关性分析,采用抗旱综合度量值(D)进行各材料的抗旱性评价。结果表明,干旱胁迫对不同棉花材料的生长发育均有不同程度的影响,播种后和花铃期各浇一水处理的D值离散较大(0.285~0.774),能更清晰地区分不同品种的抗旱性。利用D值可将30份材料分为4类:第Ⅰ类为抗旱材料,包括‘中棉所41’‘新陆早7号’等6个品种;第Ⅱ类为中抗材料,包括‘晋棉46’‘新陆早31号’等11个品种;第Ⅲ类为敏感材料,包括‘中棉所17’‘鲁1138’等5个品种;第Ⅳ类为高敏材料,包括‘新陆中8号’‘酒棉8号’等8个品种。果枝始节数、果枝数、株高、皮面产量和衣分5个指标对干旱较为敏感,可作为棉花抗旱评价的关键指标。以上研究结果可为棉花抗旱育种提供参考。

60份螺丝椒种质资源农艺性状的遗传多样性分析
孔子雯, 田如霞, 苗如意, 梁燕平
2024, 26(3):  40-47.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2023.0867
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为进一步开展螺丝椒种质改良及新品种选育,选用山西农业大学园艺学院辣椒团队经多年自交纯合后的60份螺丝椒种质资源为材料,对其11个农艺性状进行调查并开展遗传多样性、相关性、主成分和聚类分析。结果表明,60份螺丝椒材料在11个农艺性状上均存在不同程度的变异,变异系数为10.52%~58.07%,平均32.04%;其中单株果数变异系数最大,为58.07%;果实纵径变异系数最小,为10.52%。相关性分析表明,株高与株幅、果实横径与果肉厚和单果重、单果重与心室数和果肉厚间表现为极显著正相关;果实横径与心室数间表现为显著正相关;果实纵径与心室数及单株果数与果肉厚、果实横径、单果重间表现为极显著负相关;单株果数与心室数间表现为显著负相关。基于11个农艺性状进行主成分分析,提取到4个主成分,累计贡献率为70.628%;聚类分析在欧式距离为5处将60份种质资源分为5类。以上结果为种质资源材料的利用及培育适合市场需求的螺丝椒品种提供依据。

不同树龄国槐叶片性状特征及其适应策略研究
褚蓉蓉, 冯国庆, 张中一, 刘慧娇, 董家鑫, 文章镇, 高祥斌, 解孝满, 刘丹
2024, 26(3):  48-56.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2023.0438
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叶片性状的变异与相关关系能够反映植物的资源利用方式和适应生存策略。为探讨不同树龄国槐叶片性状特征及其变异规律,以聊城市不同树龄国槐叶片为研究对象,通过测定叶面积(leaf area, LA)、叶鲜重(leaf fresh weight, FW)、叶干重(leaf dry weight, DW)、叶长(leaf length, LL)、叶宽(leaf width, LW)、叶柄长(petiole length, PL)、叶厚度(leaf thickness, LT)、叶轴长(rachis length, RL)、叶形指数(leaf shape index, LI)、比叶面积(specific leaf area, SLA)、叶干物质含量(leaf dry matter content, LDMC)、叶组织密度(leaf tissue density, LTD)、比叶重(specific leaf weight, SLW)共13项指标,运用单因素方差分析、变异系数分析探究不同树龄叶片性状特征,经相关性分析、主成分分析探究各树龄国槐叶片的适应规律。结果表明,后备资源的DW、LL、PL极显著高于其他树龄的(P<0.01);国槐13个叶片性状的总体变异系数在8.57%~81.48%,不同树龄叶片性状中后备资源的LTD变异系数最大,为92.86%,2级古树LDMC变异系数最小,仅5.84%;LA、FW、DW、LL和LW呈极显著正相关(P<0.01),SLA与FW、DW、LTD、SLW呈极显著负相关(P<0.01),与LT呈极显著正相关(P<0.01);LDMC与FW、DW、LTD、SLW呈极显著正相关(P<0.01);后备资源叶片性状呈高LDMC、SLW,低SLA的特点,采取的是“快速投资-收益型”策略;2级古树和1级古树呈高SLA,低LDMC、SLW的叶片性状组合,采取的是“缓慢投资-收益型”策略。研究结果为制定不同龄级国槐养护管理策略提供科学依据。

混合盐碱胁迫对骏枣叶片结构和光合荧光特性的影响
闫敏, 王艳, 王程成, 郭松超, 卢登洋, 吴翠云
2024, 26(3):  57-65.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0865
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为进一步探究骏枣对混合盐碱胁迫的生理响应机制,在骏枣盛果期分别设计0、60、120、180、240、300 mmol·L-1的NaCl和NaHCO3混合盐溶液来模拟土壤盐碱复合胁迫环境,分析不同胁迫水平下骏枣叶片的显微结构、超微结构及光合、荧光参数的变化。结果表明,在混合盐碱胁迫下,骏枣叶片的厚度、角质层厚度、表皮厚度和栅栏组织厚度均随着胁迫水平的增加呈先上升后下降趋势;海绵组织厚度和细胞结构疏松度呈逐渐下降趋势。在混合盐溶液高于180 mmol·L-1时,叶绿体内的嗜锇颗粒数量明显增多,且体积变大,基质片层结构松散;同时,随着胁迫水平的增加,叶片的净光合速率、气孔导度与蒸腾速率逐渐降低,胞间CO2浓度升高,光合限制以非气孔因素为主。在240、300 mmol·L-1高胁迫水平处理下,叶片初始荧光(F0)显著升高,而最大荧光(Fm)、Fv/FmFv/F0显著降低,单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)、用于还原QA的能量(TRo/RC)、热耗散的能量(DIo/RC)均呈先下降后上升趋势,而用于电子传递的能量呈持续下降趋势。综上,较高水平的盐碱胁迫会使骏枣叶片的超微结构发生明显变化,抑制其光合能力,使嗜锇小体增多、变大,并出现淀粉粒。以上结果为深入研究枣的耐盐机制提供了理论基础。

不同海拔藏绵羊肉品质、营养成分及肉质相关基因
表达特征分析, 姚亮伟, 沙玉柱, 郭新羽, 蒲小宁, 徐英, 王继卿, 李少斌, 郝志云, 刘秀
2024, 26(3):  66-75.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0385
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为探究不同海拔藏绵羊肉品质差异及肉质相关基因的表达特征,以来自海拔2 500、3 500和4 500 m藏绵羊为研究对象,对其背最长肌、臂三头肌和股二头肌的肉品质及营养成分进行测定,并对背最长肌和股二头肌肉质相关基因(H-FABPLPLMC4RCAST)的表达量进行测定及相关性分析。结果表明,在肉品质方面,低海拔藏绵羊肉的剪切力小、失水率低、嫩度高、口感更好,尤其背最长肌要优于其他2个部位,而高海拔藏绵羊的熟肉率和出肉率更高;在营养物质方面,高海拔藏绵羊肉的无机盐、粗蛋白含量较高,更具营养价值,但低海拔藏绵羊肉的多汁性好,且背最长肌的口感、营养成分均好于腿肌。肉质相关基因的表达量在不同海拔间存在差异,其中,H-FABP在中海拔藏绵羊各部位肌肉中的表达量均最高;LPLMC4RCAST在低海拔藏绵羊股二头肌中的表达量均最高,在中、高海拔藏绵羊背最长肌中的表达量较高。相关分析表明,H-FABP、LPL、MC4R、CAST基因的表达量与藏绵羊的熟肉率、剪切力、失水率及灰分、粗脂肪、粗蛋白、干物质含量显著相关。由此可见,不同海拔藏绵羊的肉质、营养成分均存在较大差异,且不同部位中肉质相关基因的表达量也存在差异,从而影响藏绵羊的肉质。以上结果为不同海拔藏绵羊的肉品选择及遗传改良提供基础。

智慧农业 农机装备
农药喷雾系统建模与仿真技术研究综述
郑加强, 张慧春, 徐幼林, 周宏平
2024, 26(3):  76-90.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0776
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农药使用效果与农药喷雾过程密切相关,农药喷雾过程的建模与仿真可弥补因植物生长周期差异、病虫害发生程度不同以及田间作业自然环境不可控等造成的试验研究困难。分析农药施用的抗性、再增猖獗、残留(resistance,resurgence,residue,3R)/效果、效率、生态(efficacy,efficiency,eco-environment,3E)/方法、模型、测试(method,model,measurement,3M),重点综述农药喷雾过程的雾化、输运、沉积等关键环节的模拟仿真研究状况。根据模拟仿真技术发展趋势,提出农药喷雾半实物仿真系统设计的建议,并提出雾化模型及新型喷头雾化机理、群体农药雾滴多相流场模拟、靶标定制与识别模型、综合农药雾滴飘移模型、植物生长模型与农药喷雾系统耦合等建议,以促进原创农药精确喷雾技术研究和高质量植保机械研发。

基于无人机航拍的苎麻倒伏信息解译研究
王薇, 付虹雨, 卢建宁, 岳云开, 杨瑞芳, 崔国贤, 佘玮
2024, 26(3):  91-97.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.1066
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茎杆倒伏是苎麻三麻培育中最常见的灾害,传统的监测方法具有耗时耗力、不及时等局限性。提出了一种基于无人机航拍获取苎麻倒伏信息的方法,首先利用Pix4D Mapper软件生成苎麻的冠层正射影像和数字表面模型(digital surface model,DSM),基于正射影像提取苎麻光谱、纹理及形状特征,基于DSM提取苎麻株高指标,最后结合3种机器学习算法构建正常/倒伏苎麻分类模型。结果表明,基于DSM提取的株高信息可以有效代替大田实测株高,模型R2为0.899。倒伏和正常苎麻在光谱、纹理、形状及株高特征上具有差异。在3种机器学习算法中,支持向量机和决策树模型的性能最好,准确率达到99%,能够高效地识别苎麻倒伏地块。以上研究结果为准确、快速评估作物倒伏情况提供了技术支撑。

多种材料与不同含水率土壤的离散元接触参数标定
黄元昊, 全腊珍, 胡广发, 全伟, 石方刚
2024, 26(3):  98-109.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2023.0523
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现有土壤与触土部件材料间的接触参数适用范围较窄,难以模拟高含水率下的作业状况。为了探索多种材料与不同含水率土壤的粘附情况,更加准确地解决触土部件与土壤的粘附问题,以南方稻茬田土壤为研究对象,应用EDEM中的Hertz-Mindlin with JKR Cohesion模型,对不同含水率的土壤与45号钢、超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE)、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)的接触参数进行标定。在前期试验的基础上,以碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数和JKR为试验因素,土壤的滚动距离为试验指标设计了Box-Behnken四因素三水平试验。最后对所得回归模型进行优化,得到了含水率21%、26%、31%(±1%)的土壤与45号钢、UHMWPE、PTFE的碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数以及JKR的最优参数。仿真滚动距离与实测滚动距离的最大相对误差为3.46%,说明标定的参数准确可靠,可以为触土部件在进行减粘脱附设计时提供参考。

基于CP-DeepLabv3+的玉米根系图像分割
赵亚凤, 王孟雪, 王德帅, 王冬冬, 李园, 胡峻峰
2024, 26(3):  110-116.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0996
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利用微根管技术可以直接监测植物根系动态生长,并获取清晰根系图像,但土壤环境复杂、颗粒不均匀、细根数量多,图像分割时容易造成根系不连续,将土壤背景误认为根系。针对以上问题,提出了CP-DeepLabv3+算法进行图像分割。该算法引入坐标注意力机制(coordinate attention, CA),更精确地获得分割目标信息,使得分割目标边缘更加连续;在ASPP特征提取模块加入条纹池化(strip pooling,SP)分支,避免在相距较远的位置之间建立不必要的连接,提高图像分割精度。利用CP-DeepLabv3+算法对玉米根系数据集进行测试,结果显示,平均交并比(mean intersection over union,MIoU)值为82.95%,平均像素精确度(mean pixel accuracy,MPA)值为92.47%,相比于原始DeepLabv3+模型分别提高了3.69%、4.44%,表明该算法可有效分割玉米根系,对图像特征提取具有实际意义。

动植物健康
海南省东方市甜瓜细菌性果斑病病原鉴定
李鹏声, 黄清泰, 范咏梅, 王萌, 杨叶
2024, 26(3):  117-123.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2023.0124
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细菌性果斑病严重影响甜瓜生产,为确定其病原菌种类,从海南省东方市种植基地采集大量疑似细菌性果斑病的甜瓜样本,进行病原菌分离纯化,并按柯赫法则对获得的菌株进行致病性测定。通过菌落形态观察、生理生化测定及16S rDNA序列比对分析,对分离病原菌进行鉴定。结果表明,大田采集的所有甜瓜病果中均分离到培养性状一致的细菌,细菌分离率为100%;所有分离菌株均对甜瓜果实具有致病性,该病原菌革兰氏反应呈阴性,其菌落形态及生理生化测定结果与已报道的西瓜嗜酸菌(Acidovorax citrulli)一致;BLAST比对与A. citrulli菌株的同源性可达100%,系统发育分析也进一步证实该病菌为A. citrulli。研究结果确定了甜瓜果斑病的致病菌,为该病的有效防治提供了依据。

人参锈腐病对人参品质和土壤相关因子的影响研究
张桐毓, 勾颖, 李琪, 杨莉
2024, 26(3):  124-133.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0799
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为研究锈腐病对人参品质和土壤相关因子的影响,以罹患锈腐病人参、健康人参及其根际土壤为试验材料,检测土壤理化性质、土壤酶活性,利用高效液相色谱法检测人参根及根际土壤内酚酸、皂苷含量,并利用分子手段检测土壤中病原菌数量。结果表明,人参根内大部分皂苷含量随锈腐病的加剧而减少,降幅为50.1%~72.5%;土壤中参根分泌的化感物质的种类、含量与人参病害程度密切相关,部分皂苷类物质含量升高,最高增长了7.5倍,且频率有所增加;丁二酸、肉桂酸含量显著高于健康株,较健康株分别增加3.69、2.39倍。对土壤因子的测定发现,除过氧化氢酶的活性随病害的加剧而升高,其余土壤质量指标均随病害的加剧而下降,其中速效磷降幅高达55.0%,且在病害初发时含量即开始下降,可以表征人参锈腐病的发生。相关性分析表明,病原菌数量与土壤因子的灰色关联度为0.362 5~0.497 5,与化感物质的灰色关联度为0.182 5~0.619 9。以上结果表明,人参患锈腐病后会影响人参品质,因此,改善土壤环境、调节土壤生态平衡、降低人参患病几率、是提高人参质量的有效途径。

生物制造 资源生态
南方库区生态农业小流域面源污染特征
张思毅, 李晓涛, 贺斌, 郝贝贝, 吕德鹏, 梁鑫根
2024, 26(3):  134-145.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0707
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为研究生态农业小流域的氮、磷减排效果,以广东省英德市大站镇长湖水库粉洞生态小流域为研究对象,通过野外监测和实验室分析等方法研究小流域面源氮、磷污染物含量和污染负荷输出特征,确定关键源区,评价生态农业的减排效果。结果表明,流域内水体受污染程度低,大部分都在Ⅲ类水质范围内;总氮、总磷是流域内主要污染负荷;流域地表水氮素组成主要以溶解态氮为主(>50%),溶解态氮以硝态氮为主;关键源区有水土流失、养鹅场、居民点、养猪场、耕地。研究期间流域总氮负荷为345.22 kg,总磷负荷为69.47 kg,入河污染负荷强度低,总氮和总磷的入河系数分别为0.16和0.63。以上结果表明,生态农业小流域氮、磷减排效果显著,且流域氮、磷消纳能力强,使得流域内氮、磷污染负荷较低,水质较好,生态农业具有推广价值。

微生物菌剂对叶菜废弃物堆肥过程的影响
陈芙蓉, 熊伟仡, 尹娇, 张小卓, 韩宇, 邓毅书
2024, 26(3):  146-154.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0826
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为研究微生物菌剂对叶菜废弃物堆肥过程中相关理化指标之间的动态变化的影响,以叶菜废弃物为主料,玉米秸秆为辅料,添加VT-1000、群林发酵菌、反应堆专用菌种001、SUKAAgre-C3009/C 共4种外源微生物菌剂进行发酵,以不添加菌剂为对照,测定相关指标并进行综合对比分析。结果表明,发酵第24天时,所有堆体均达到完全腐熟,添加菌剂处理的堆体种子发芽指数(germination index,GI)均明显高于对照处理,其中,添加VT-1000菌剂的堆体GI最高,为113%;添加菌剂的堆体在第2天均可升温至60 ℃以上,且可保持6~8 d的高温期(≥50 ℃),比对照组多3~5 d,其中,添加VT-1000菌剂的温度最高,达69.9 ℃,高温持续时间为8 d,有效解决了叶菜含水率高影响堆肥品质的问题;各处理养分含量分析表明,添加VT-1000菌剂处理的有机质降解率和全氮含量最高,分别为21.0%和25.8 g·kg-1。施用添加VT-1000菌剂的自制有机肥能显著提高土壤有机质和全效养分含量,可以有效改善土壤的理化性质,且自制有机肥的成本最低,仅为其他2种肥料的1/10左右。以上结果表明,添加微生物菌剂能促进堆肥腐熟,提高堆体温度,延长高温期持续时间,提升堆肥品质。综合来看,添加VT-1000菌剂的效果最好。

硅钙钾镁肥和密度对水稻产量形成的影响
阿什日轨, 张荣萍, 周宁宁, 冯婷煜, 周林, 马鹏, 阿尔力色, 廖雪环, 张坷塬
2024, 26(3):  155-163.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0681
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为研究硅钙钾镁肥及栽培密度对杂交稻分蘖特性、物质积累和产量形成等的影响,以‘晶两优534’为供试品种,试验采用裂区设计,主区设置不施硅钙钾镁肥和增施硅钙钾镁肥(G)2个肥料处理,副区设置19.3万(M1)、16.0万(M2)、13.0万(M3)和10.04万株·hm-2(M4)共4个移栽密度。通过连续2年田间定位试验,调查水稻产量及其构成因素、干物质积累、分蘖动态及成穗结构,分析增施硅钙钾镁肥和密度处理对水稻生长和产量的影响。结果表明,硅钙钾镁肥和移栽密度共同影响水稻产量。在相同施氮量和硅钙钾镁肥下,移栽密度的增加可显著提高水稻有效穗数、群体干物质生产量和分蘖数,增加水稻产量,M2处理下有效穗数较M1、M3和M4处理2年平均提高5.83%、13.69%和12.50%;相同密度下增施硅钙钾镁肥能显著提高有效穗数,增加水稻干物质积累,提高水稻生育后期叶面积指数,增施硅钙钾镁肥较不施硅钙钾镁肥2年平均增产8.30%~12.56%。综合硅钙钾镁肥和移栽密度的互作效应,本试验条件下,在施纯氮量150 kg·hm-2时增施硅钙钾镁肥300 kg·hm-2、移栽密度16.0×104株·hm-2时,‘晶两优534’干物质生产量最大,产量最高。研究结果可为四川水稻高产高效栽培提供参考。

黄土旱塬区近40年降水对冬小麦耗水和产量的影响
赵刚, 王淑英, 李尚中, 张建军, 党翼, 王磊, 李兴茂, 程万莉, 周刚, 倪胜利, 樊廷录
2024, 26(3):  164-173.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0783
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冬小麦是黄土旱塬区重要口粮作物,产量受降水等因素影响较大,为研究降水对冬小麦耗水规律和产量的影响,收集、统计甘肃省农业科学院镇原试验站近40年冬小麦长期观测数据,分析冬小麦产量、耗水量等指标随降水变化的趋势。结果表明,黄土旱塬区近40年冬小麦产量以每年51.2 kg·hm-2速度增加,但持续系数仅为0.43;10月中旬至11月中旬、3月中上旬、5月上旬和下旬降水量增加,产量随之显著增加;全生育期降水满足率为64.4%,干旱年型仅为52.7%,不同生育时期中拔节-灌浆期满足率最低。冬小麦生育期耗水量近40年呈降低趋势,平均为361.3 mm,播种-返青期耗水占全生育期的34.3%,为全生育期耗水最大的时期;干旱年和平水年分别在出苗-拔节期和拔节-灌浆期降水满足率最低,分别为36.9%和42.2%,此阶段降水对冬小麦产量影响显著。冬小麦产量相关的因素由高到低依次为耗水量>穗数>穗粒数>播前底墒>生育期降水量>全年降水量。近40年来黄土旱塬区冬小麦稳产性差,原因为播种-返青期耗水占全生育期比重较大,降水满足率低,影响了冬小麦分蘖成穗和水分高效利用。以上结果表明,保证该区冬小麦关键生育期降水满足率和休闲期降水高效蓄集,是冬小麦稳产高产的重要保障,研究结果对冬小麦产业可持续发展具有重要意义。

4种轮作模式下长期连作烟田土壤微生态的响应特征
周旭东, 韩天华, 申云鑫, 施竹凤, 贺彪, 杨明英, 裴卫华, 何永宏, 杨佩文
2024, 26(3):  174-187.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0743
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为探究烤烟与不同作物轮作对长期连作植烟土壤质量调控的效果,以连作10年以上的植烟田块为对照(CK),设置大麦-烤烟(YCDM)、大蒜-烤烟(YCDS)、油菜-烤烟(YCYC)和蚕豆-烤烟(YCCD)共4种不同作物与烤烟轮作,分析不同轮作处理下土壤的理化性质、酶活性及微生物群落结构。基于相关性分析和冗余分析,解析土壤理化性质和酶活性与微生物群落结构间的关系。结果表明,轮作处理的土壤容重较CK降低26.58%~30.29%,总孔隙度增加21.13%~48.26%;其中烤烟-蚕豆(YCCD)轮作模式下土壤的pH、水解氮(available nitrogen,AN)、有效磷(available phosphorus,AP)和速效钾( available potassium,AK)含量较CK显著提高11.84%、30.57%、6.42%和41.5 1%。轮作处理的土壤过氧化氢酶(catalase,CAT)、蔗糖酶(invertase,INV)、脲酶(urease,URE)和酸性磷酸酶(acid phosphatase,ACP)的活性较CK分别提高16.81%~42.35%、38.09%~51.48%、7.69%~64.29%和5.82%~76.33%,蚕豆-烤烟(YCCD)轮作模式的提升效果最为显著。高通量测序结果表明,轮作处理下细菌的OTUs数量显著高于CK。α多样性显示,不同轮作处理间的细菌群落丰富度和多样性差异显著;真菌群落的丰富度差异显著,而多样性差异不显著。β多样性分析显示,不同轮作处理之间土壤真菌群落差异较小,细菌群落差异较大。其中,蚕豆-烤烟(YCCD)轮作处理的细菌、真菌群落与CK差异较大。在门水平,烤烟-蚕豆(YCCD)轮作使酸杆菌门(Acidobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度增加,子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度减少。相关性分析和冗余分析表明,URE、AN、AK和pH是影响土壤微生物群落结构的关键因子。综上所述,烤烟与其他作物合理轮作可提高土壤速效养分含量和土壤酶活性,调节土壤微生物群落结构,消减烤烟连作障碍,最终达到烤烟稳产、增产的目的。

井冈蜜柚主产区土壤重金属污染特征及风险评价
林小兵, 王斌强, 成艳红, 周利军, 黄尚书, 武琳, 黄欠如, 何绍浪
2024, 26(3):  188-200.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0805
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为探明井冈蜜柚园土壤重金属污染特征及风险状况,采集江西省吉安市4个主产区18个具有代表性的井冈蜜柚园土壤样品,测定其土壤理化性质和重金属(Cd、Pb、As、Hg和Cr)含量,采用单因子、地累积和内梅罗综合污染指数(PN )评价其污染程度,并采用潜在生态风险指数(RI)评价其生态风险。结果表明,研究区土壤肥力呈中下水平,酸化严重,碱解氮较缺乏。0—20 cm土壤Cd、Pb、As、Hg和Cr平均含量为0.23、63.81、13.95、0.10和167.28 mg·kg-1,为背景值的2.30、1.99、1.35、1.25和3.49倍;20—40 cm平均含量为0.26、62.40、13.51、0.10和167.87 mg·kg-1,为背景值的2.60、1.94、1.31、1.25和3.50倍;不同深度重金属含量差异较小。单因子污染指数和地累积指数均表明研究区土壤Cr、Pb和Cd累积程度较为严重,其中Cd有11.11%的属于重度污染。以标准值为参比,研究区土壤重金属污染程度主要呈轻度污染,属低生态危害程度;以背景值为参比,研究区土壤主要为中、重度污染,属中等、强危害程度。相关性分析表明,土壤重金属Cr与Pb、As具有较好的同源性。冗余分析表明,土壤pH和有机质含量是影响井冈蜜柚土壤重金属变化的主要环境因子。总体上,研究区土壤重金属污染较轻,但部分果园存在土壤重金属超标和Cd、Cr和Pb的累积程度较严重的问题,果农和有关部门需引起重视,采取有效措施防范其生态风险。

甘青青兰根际土壤理化性质及微生物群落结构特征分析
张二豪, 刘盼盼, 何萍, 简阅, 徐雨婷, 陈诚欣, 禄亚洲, 兰小中, 索朗桑姆
2024, 26(3):  201-213.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0741
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为研究甘青青兰根际土壤理化性质与根际土壤细菌和真菌群落结构组成特征,以西藏自治区工布江达县(GB)、卡诺区(KR)和洛隆县(LL)的甘青青兰根际土壤微生物为研究对象,采用Illumina MiSeq高通量测序技术对根际土壤细菌和真菌群落结构组成进行分析,同时测定根际土壤的理化性质,并与根际土壤核心微生物菌群进行相关性分析。结果表明,不同地区甘青青兰根际土壤理化性质差异显著。甘青青兰根际土壤共获得3 900个细菌OTUs和1 990个真菌OTUs,不同地区间土壤微生物多样性存在明显差异。在门水平,GB、KR和LL样品的优势细菌门均为放线菌门(Actinobacteria),GB样品的优势真菌门是担子菌门(Basidiomycota),KR和LL样品的优势真菌门是子囊菌门(Ascomycota);在属水平,不同地区甘青青兰根际土壤优势微生物菌群存在明显差异。主成分分析显示,不同地区甘青青兰根际土壤细菌和真菌群落结构组成差异较大。核心微生物菌群分析表明,甘青青兰根际土壤核心细菌菌群有257个属;核心真菌菌群有102个属。相关性分析表明,核心微生物菌群的改变与根际土壤理化因子间存在不同程度的相关性,且土壤全钾、全磷、全氮、速效钾和速效氮含量是影响甘青青兰根际土壤微生物群落结构组成的重要因子。综上所述,不同地区甘青青兰根际土壤微生物群落结构组成存在显著差异,且根际土壤微生物群落结构的变化与土壤理化因子密切相关,为甘青青兰人工种植及筛选有益微生物菌群提供了理论依据。

方法与技术创新
载银氧化壳聚糖的制备与抑菌性能研究
纪蕾, 刘天红, 王颖, 李晓, 李红艳, 孙元芹, 姜晓东
2024, 26(3):  214-222.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0769
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为制备一种高效抑菌剂,以壳聚糖(chitosan,CS)为原料,采用漆酶/2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl,TEMPO)体系制备6-羧基壳聚糖(6-carboxyl chitosan,C-COS),然后与硝酸银反应制备载银氧化壳聚糖(silver-carried oxidized chitosan,C-COS-Ag),对其抑菌性能进行研究。结果表明,与CS相比,C-COS-Ag的抑菌效果明显提高,其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径分别为(22.75±1.50)和(13.75±2.50) mm,最小抑菌质量浓度均为6.10 μg·mL-1。细菌生长曲线试验证实,C-COS-Ag能明显降低大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长速率;细胞内容物渗透试验表明,C-COS-Ag能够破坏细菌的细胞膜和细胞壁形态,导致核酸、蛋白质等大分子物质渗出,碱性磷酸酶活性上升,β-半乳糖苷酶活性下降,半乳糖合成途径受阻,细菌正常代谢受到影响。以上研究结果为C-COS-Ag的应用提供了理论依据。

核桃叶片挥发性成分提取及其驱蚊活性的研究
王茹, 杨梦思, 张萍, 孙雅丽, 虎海防
2024, 26(3):  223-233.  DOI: 10.13304/j.nykjdb.2022.0448
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为筛选具有较强持效性和驱蚊效果的核桃叶片提取物,利用超声辅助水蒸气蒸馏法提取‘温185’‘山核桃’‘美国东部黑核桃’和‘实生核桃’叶片挥发油,以核桃叶片挥发油提取率为指标,在单因素试验的基础上进行正交试验,得出核桃叶片挥发油的最佳提取条件,并结合驱蚊试验,以驱蚊率为指标,筛选4种核桃叶片提取物的最佳驱蚊含量水平。结果表明,超声辅助水蒸气蒸馏法提取‘美国东部黑核桃’叶片挥发油的最佳提取条件为提取时间8 h,超声时间10 min,固液比1∶10 (g·mL-1);在此条件下,核桃叶片挥发油的提取率为0.475%。以无水乙醇为溶剂将4种核桃叶片挥发油提取物溶液稀释为10%、20%、30%、40%并测定其溶液的驱蚊率,‘美国东部黑核桃’叶片挥发油提取溶液在30%含量水平下驱蚊时间可达20 min,此时驱蚊率为85.18%,驱蚊效果最佳。‘美国东部黑核桃’叶片挥发油提取物溶液具有良好的驱蚊效果,具有开发为植物源驱避剂的潜力,可进一步推广应用。