西南旱地油菜田土壤水分和作物光合特征对覆盖材料和垄沟比的响应

为了应对西南地区频发的季节性干旱,提高旱作农田水分利用效率和作物光能利用效率,设置大田试验,研究不同覆盖材料(普通白膜、普通黑膜、生物降解膜和不覆膜)和不同垄沟比(40 cm∶40 cm和40 cm∶80 cm)对土壤贮水量和油菜光合特性、荧光参数、叶绿素相对含量(SPAD)的影响。结果表明: 油菜生育期不同覆盖材料下的土壤贮水量为:普通黑膜垄作(BR)≈普通白膜垄作(WR)≈生物降解膜垄作(BDR)＞不覆膜垄作(NR)＞平作(FP);在同一覆盖材料下,垄沟比对土壤贮水量无显著影响。与平作相比,垄沟集雨处理的净光合速率、气孔导度、最大荧光、可变荧光、PSⅡ最大光化学量子产量、PSⅡ潜在活性、光化学猝灭系数和非光化学猝灭系数均有所提高;与平作相比,WR、BR、BDR和NR处理的SPAD值分别提高6.1%、8.6%、8.5%和3.6%,瞬时水分利用效率分别提高18.3%、11.4%、16.3%和10.4%。相比于平作,BR、WR和BDR处理可显著增加油菜产量,NR处理增产不显著,普通黑膜垄作+垄沟比40 cm∶40 cm处理的经济效益最高。可见,垄沟集雨种植可以改善西南旱地油菜田土壤水分,增强油菜叶片光合能力,提高油菜产量,增加农民收入。     

罗霄山脉翼手目物种多样性及适生区预测

罗霄山脉位于中国大陆东南部, 是一条南北走向的大型山脉, 面积约6.76万km²。该山脉位于欧亚大陆东部季风区, 生物多样性丰富, 是亚洲东部第三纪冰期动物重要的避难所。为了解罗霄山脉翼手目物种多样性状况, 本研究组于2013-2018年, 使用雾网、手网和竖琴网等工具开展了针对性调查与标本采集, 同时运用形态分类学和分子系统发生学方法鉴定物种。根据调查结果并结合文献记载: 罗霄山脉地区现有翼手目物种4科14属40种, 其中罗霄山脉翼手目新记录种25种, 省级翼手目分布新记录种9种。同时, 本研究基于5年的调查采集位点, 使用生物多样 性与气候变化虚拟实验室(the Biodiversity & Climate Change Virtual Laboratory)在线生境预测平台, 对罗霄山脉翼手目物种当前的适生区, 以及3种不同量温室气体排放情景下(representative concentration pathway, RCP 2.6 / 6.0 / 8.5) 2050年的适生区进行预测, 其中随机森林算法(random forest)的模型解释力较优, 其预测结果显示: 影响该区域翼手目分布的主要环境因子为降水季节性和年平均温度; 山脉中部及南部为翼手目的高适生区, 面积约为罗霄山脉的30%; 与当前适生区相比, RCP 2.6情景下2050年该类群适生区有所扩增, RCP 6.0和RCP 8.5情景下均会导致翼手目适生区急剧缩减, 且分布区将迁移至高海拔区域以响应气候变化。而本项目的开展不仅初步掌握了罗霄山脉翼手目物种多样性本底状况, 也为开展后续的翼手目研究和保护管理提供了参考。     

北方农牧交错带多伦县生态系统服务权衡与协同关系研究

科学理解生态系统服务的权衡/协同关系,对于正确指导生态系统可持续管理实践具有重要意义。以位于北方农牧交错带的多伦县为研究区,基于土地利用/覆被、气象、土壤类型、归一化植被指数(NDVI)以及社会经济统计资料等多种数据,分析了2000年、2015年食物供给、碳固持、土壤保持、防风固沙及产水量5种生态系统服务的时空变化,识别了5种服务的供给热点区,并基于相关分析法从县域、乡镇及不同地类3种尺度上对生态系统服务间的权衡/协同关系进行分析。结果表明:(1)2000—2015年,食物供给与土壤保持量增幅较大,产水量与碳固持的供给量增幅较小,防风固沙量大幅下降,5种服务的空间格局基本保持不变;(2)多伦县1类热点区面积明显增加,3类热点区面积明显减少;面积占比超过50%的草地提供5种服务的能力强于耕地;(3)多伦县生态系统服务的权衡关系主要存在于产水量与土壤保持、产水量与碳固持、产水量与食物供给三对服务中;由于研究区生态系统环境的空间异质性较强,各乡镇和两种地类(草地和耕地)上分别只有4对和3对生态系统服务的权衡/协同关系与县域保持一致;(4)不同土地利用类型、海拔、土壤类型等因素的组合使多伦县乡镇之间及乡镇与县域之间的权衡/协同关系存在明显差异。因此,在生态环境更为复杂的整个北方农牧交错带,更需选取合适的空间尺度进行生态系统服务的权衡/协同关系分析,以指导决策者制定合理的生态系统管理措施。     

外来红树植物拉关木对乡土种桐花树和正红树的化感作用研究

为了探究外来红树植物拉关木对乡土红树植物的化感作用,该研究观察了不同浓度(0.1、0.3、0.5g·mL~(-1))的拉关木根、叶水浸提液对乡土红树植物桐花树和正红树的胚轴(种子)萌发、幼苗生长及叶片抗氧化酶活性的影响。结果表明:(1)拉关木水浸提液对桐花树种子的成苗率、萌发指数和根长均存在抑制作用,其中对根长的抑制作用随水浸提液浓度的提高而增强。(2)根水浸提液对桐花树幼苗的根长、苗高、生物量等生长指标的影响总体上均表现为低浓度促进,高浓度抑制。(3)拉关木水浸提液对正红树胚轴的萌发率、萌发指数、生长指标均表现为促进作用,且根水浸提液0.1、0.3 g·mL~(-1)处理组的芽长以及根、叶水浸提液0.1、0.3 g·mL~(-1)处理组的生物量显著大于对照组;拉关木水浸提液对正红树幼苗的生物量也表现为促进作用。(4)抗性生理方面,随着拉关木水浸提液浓度的升高,桐花树和正红树幼苗SOD活性降低,正红树幼苗POD活性在根水浸提液0.3 g·mL~(-1)和叶水浸提液0.1 g·mL~(-1)处理组显著高于对照组。以上结果表明,不同乡土植物对拉关木化感作用的敏感性不同,拉关木水浸提液抑制了桐花树的生长,而对正红树的生长则表现出一定程度的促进作用。     

解淀粉芽胞杆菌抗真菌活性研究进展

解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)具有很强的抑制植物病原真菌的能力。其菌体细胞能产生多种酶类、脂肽类抗生素、生物表面活性素、聚酮类化合物和抑菌蛋白,同时具有诱导植物产生系统抗性(ISR)的能力,因此在工农业、种植业、养殖业、食品加工业、果蔬的采后保鲜和饲料业等行业具有重要价值。本文对解淀粉芽胞杆菌抗真菌作用、抗真菌能力提高策略、抗菌化合物合成调节、抑制真菌机制及其引发的ISR等问题进行了深入探讨和综述。     

miRNA参与植物胚和胚乳发育调控的研究进展

籽粒性状是构成产量的重要基础,是粮食产量的最终体现,也是育种最复杂的性状之一。籽粒主要由胚和胚乳组成,胚乳是积累和贮藏营养物质的场所,主要为胚的萌发和生长提供营养。胚乳细胞的发育、增殖和充实情况决定了籽粒的重量和品质。籽粒发育是一个非常复杂的生物过程,涉及许多基因的时空表达以及转录水平和转录后水平的调控。微小RNA（microRNAs,miRNAs）是一类内源性的非编码小RNA（21～24 nt）,可通过靶向降解和翻译抑制在转录后水平调控植物基因表达。miRNA及其靶基因组成精密的调控网络参与籽粒的发育。基于此,概述了植物miRNAs的生成及作用机制,综述了miRNAs在植物胚和胚乳发育中的调控功能研究进展,以期为进一步鉴定与玉米籽粒发育相关的miRNAs并解析其调控功能提供更好的研究方向。     

一种来源于红螺菌科细菌新型卤醇脱卤酶的克隆表达及其酶学性质鉴定

作为一类多功能生物催化剂,卤醇脱卤酶在手性β-取代醇和环氧化合物合成应用方面备受关注。目前催化功能较为清楚的卤醇脱卤酶不足40种,且绝大部分催化性能并不能满足科学研究和实际应用的要求,因此挖掘并鉴定更多的卤醇脱卤酶具有重要意义。本文克隆表达了来源于红螺菌科细菌Rhodospirillaceaebacterium中一个假定卤醇脱卤酶(HHDH-Ra)并对其催化特性以及酶学性质进行研究。将HHDH-Ra基因克隆到表达宿主大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3),结果显示目的蛋白为可溶性表达。底物特异性研究显示HHDH-Ra对1,3-二氯-2-丙醇(1,3-DCP)和4-氯-3-羟基丁酸乙酯(CHBE)具有良好的特异性。以1,3-DCP为反应底物获得HHDH-Ra的最适pH和最适温度分别为8.0和30℃。pH稳定性结果显示HHDH-Ra在pH 6.0–8.0具有较好的稳定性且经过100 h处理以后仍能保持70%左右的酶活。温度稳定性结果显示HHDH-Ra在30℃、40℃条件下的半衰期为60h,且当温度提高到50℃时,该酶的半衰期仍有20h,远高于已报道的酶。因此,来源于Rhodospirillaceae bacterium新型卤醇脱卤酶具有较好的温度、pH稳定性以及催化活性,在合成关键化学、医药中间体中具有一定的应用潜力。     

基于转录组数据的密花香薷SSR位点特征分析

利用MISA软件对密花香薷转录组42 362条Unigene进行SSR位点搜索,并对其SSR序列结构及分布特征进行了分析。结果表明:(1)密花香薷转录组Unigene序列中共检测到17 564个SSR重复序列,分布于11 903条Unigene上,出现频率为28.10%,平均每3 200 bp出现一个SSR位点。(2)单、二、三核苷酸重复类型为密花香薷转录组SSR位点的主导基序类型,占总SSR位点的97.27%,3种主导基序类型中,单核苷酸所形成基元类型数量最多,共检测到169个基元类型(51.22%),单核苷酸(A/T)n基元类型占明显优势,二核苷酸重复类型(AG/CT)n基元类型占优,分别占总SSR位点的50.60%和12.17%。(3)单核苷酸SSR位点所包含重复次数最多(49),重复次数介于10～66,同一基序类型不同重复次数所形成的SSR位点数量差异较大,随重复次数的增加,SSR位点数呈下降趋势。(4)密花香薷转录组二至六核苷酸基序SSR序列长度集中在12～30 bp区间,共包含有8 190个SSR位点,占所统计SSR位点的95.60%,1 589 (≥20 bp)个SSR序列具有极高的多态性,占所统计SSR位点的18.54%。综合出现频率、分布密度、基元重复次数和长度变异等多个研究结果发现,密花香薷转录组检索到的SSR序列表现出较高的多态性潜能,具有较大的开发价值。该研究为后续密花香薷SSR分子标记引物开发奠定了理论基础。     

利用APSIM模型分析不同播期和耕作方式对旱地小麦籽粒干物质积累的影响

黄土丘陵区旱地小麦籽粒干物质积累的准确模拟可为调控小麦生产提供重要的技术支持。本研究利用甘肃省定西市安定区1971—2017年的气象资料和甘肃省定西市安定区凤翔镇安家沟村2016—2017年的大田试验数据,基于APSIM模型对旱地小麦籽粒干物质积累与分配进行模拟,并在模型验证的基础上,定量分析了播期和耕作方式对小麦籽粒干物质积累的影响。结果表明: 3个播期(早播、正常播、晚播)和4种耕作方式(传统耕作、传统耕作+覆盖、免耕、免耕+覆盖)下,籽粒干物质模拟值与实测值间的均方根误差(RMSE)为57.5～143.1 kg·hm^-2,归一化均方根误差(NRMSE)为1.4%～9.9%,模型模拟精度较高。不同播期下,耕作方式对籽粒干物质积累的促进效果排序均表现为: 免耕+覆盖>传统耕作+覆盖>免耕>传统耕作,免耕+覆盖最有利于小麦籽粒干物质积累,而免耕与传统耕作差异不显著。不同耕作方式下,小麦干物质积累过程均表现为早播好于正常播和晚播,晚播对干物质积累的影响较大,积累过程最不理想。     

草酸青霉可重复利用筛选标记5'氟乳清酸的构建

草酸青霉是纤维素酶高产真菌,也是科学研究的重要真菌之一.借助基因工程技术手段对工业真菌进行分子改造,可以有效提高菌株在工业生产中的经济效益,对工业菌株进行基因改造需要大量的筛选标记,目前草酸青霉中可用的筛选标记较少,因此需要构建一个草酸青霉可重复利用筛选标记转化系统.本研究构建以乳清酸核苷-5'-磷酸脱羧酶基因(pyrG)作为选择标记,以草酸青霉pyrG缺失菌株为宿主菌构建转化系统.首先,构建了含有草酸青霉pyrG表达框及其终止子TT1重复序列的可重复利用pyrG筛选标记.然后,以pyrG筛选标记作为选择标记,以草酸青霉pyrG缺失菌株Δku70ΔpyrG(pyrG∷kan)为受体菌株,敲除Δku70ΔpyrG(pyrG∷kan)菌株中的kan基因,获得菌株Δku70Δkan(kan∷R-pyrG).最后,利用筛选标记中的pyrG终止子重复序列发生自我剪切,利用氟乳清酸(5-FOA)的筛选,获得pyrG缺失,kan抗性基因缺失菌株Δku70ΔR-pyrG.本研究成功建立以pyrG为筛选标记,草酸青霉pyrG缺失菌株为受体菌的可重复利用筛选系统.