植物细胞壁沟槽结构与生物质利用研究展望

细胞壁是植物细胞的重要组成部分,是生物质的主要成分,不仅对植物形态学起中心调控作用,还对植物机械强度、纤维品质和生物质综合利用起决定性作用.本文将简要介绍植物细胞壁结构与功能研究进展,重点分析细胞壁关键结构因子,原创性提出植物细胞壁纳米级沟槽结构模型与生物质酶解分子机理,并探讨遗传改良植物细胞壁结构的新方法与新途径,旨在从本质上极大提高生物质综合利用效率,改良棉花纤维品质和增强作物抗逆能力.     

不同耕作措施对冬小麦-夏玉米复种连作系统土壤有机碳和水分利用效率的影响

在连续8年田间定位试验的基础上,分析了关中平原冬小麦 夏玉米复种连作系统2008—2009年连续两个生长季期间不同耕作措施(结合秸秆还田和不还田)对土壤有机碳和水分利用率的影响.结果表明: 相对于传统耕作,保护性耕作有利于土壤有机碳、水分利用效率和作物产量的提高,其中在“深松+秸秆还田”耕作模式下的增幅最高,土壤有机碳含量在0～30 cm土层增幅达到19.5%,水分利用效率和作物产量提高了16.9%和20.5%,而免耕模式则有效提高了0～10 cm土层有机碳含量.在该地区土壤和气候条件下,深松结合秸秆粉碎还田是最理想的耕作模式,最有利于土壤有机碳累积,并提高水分利用效率和作物产量.     

作物种质资源表型性状鉴定评价:现状与趋势

表型是作物基因型与环境互作后呈现出来的性状,包括形态学、生育期、产量、品质、抗性等性状。作物种质资源具有丰富的遗传多样性,并经过数千年在世界不同区域驯化利用中的人工选择,形成了表型性状的多样性,构成育种家选育作物新品种的物质基础。认识和发现作物种质资源表型的多样性需要通过系统、科学的鉴定,特别是培育适应全球气候变化下环境的品种,更需在大量种质资源中发掘和利用抗旱、耐热、抗病虫、水肥高效利用等特性的材料。作物种质资源各类表型性状的鉴定需要对环境进行有效的控制,而多年多点的鉴定可以准确观察鉴定性状的变异水平或表达稳定性,是育种家准确选择和利用性状的重要依据。作物种质资源表型性状的鉴定主要采用田间鉴定、设施鉴定、仪器分析、感官鉴定的方式。近年来,作物种质资源表型性状鉴定已从单一环境、低通量、粗放型鉴定转变为多年多环境、重点性状、高通量精准型鉴定。随着组学技术、智能与信息技术的快速发展,作物种质资源的表型性状鉴定已进入一个新阶段,形成作物育种中重要性状准确快速发掘与应用的坚实基础。     

黄淮海平原高产田作物群体结构特征

本文利用实测资料分析了高产田作物群体结构特征。精播高产栽培麦田春季最大蘖数12×10~6/ha,群体最大叶面积指数5.5—6.0,成穗4.5—5.25×10~6/ha。传统高产栽培麦田春季最大蘖数15—18×10~6/ha,群体最大叶面积指数6.0—6.5,成穗6.0—7.5×10~6/ha。小麦营养生长与生殖生长期叶日积比,精播高产栽培麦田是1∶0.89,传统高产栽培麦田为1∶0.73。夏玉米种植密度主要受叶倾角的影响。紧凑型玉米品种的叶倾角大于65°,种植密度7.5—8.25×10~4/ha;平展型玉米品种的叶倾角小于50°,种植密度5.25—6.0×10~4/ha。     

盐、碱胁迫下小冰麦体内的pH及离子平衡

通过混合两种中性盐（NaCl和Na₂SO₄）和两种碱性盐（NaHCO₃和Na₂CO₃）分别模拟出不同强度的盐、碱胁迫条件,对小冰麦苗进行12 d胁迫处理,测定茎叶组织液的pH值及Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-、H₂PO₄-和有机酸等溶质的浓度,以探讨盐、碱两种胁迫下小冰麦体内的pH及离子平衡特点.结果表明：盐、碱胁迫下小冰麦茎叶内的pH值均稳定不变;随胁迫强度的增加,盐胁迫下小冰麦茎叶内有机酸浓度没有明显变化,Cl^-浓度大幅度增加,而碱胁迫下有机酸浓度大幅度增加,Cl^-浓度没有明显变化.盐、碱胁迫下小冰麦茎叶中的阳离子均以Na⁺和K⁺为主,但阴离子的来源明显不同.盐胁迫下无机阴离子对负电荷的贡献起主导作用,其贡献率达61.3%～66.7%;而碱胁迫下,随胁迫强度的增大,有机酸对负离子的贡献率从38.35%上升到61.60%,逐渐成为主导成分.实验结果表明,有机酸积累是小冰麦在碱胁迫下保持体内离子平衡和pH稳定的关键生理响应.     

RNAi技术在作物品质改良中的应用

RNA干涉(RNAi)是由同源性内源或外源dsRNA引起的序列特异性基因沉默现象,在动、植物和真菌中广泛存在并被证实。目前已应用RNAi技术在改善油脂的品质、改良淀粉品质、提高营养物质或降低有害物质含量、提高抗褐化能力、提高果实耐贮性、进行代谢调控以获得目的次生代谢物等方面进行了作物品质改良研究。作为一种下调表达技术,该技术在研究植物基因功能和改良作物品质等领域有良好的应用前景。本文重点从上述六个方面对近年来应用RNAi技术在作物品质改良研究方面进行了回顾并对其存在的问题作了初步探讨。     

作物淀粉生物合成与转基因修饰研究进展

淀粉是高等植物中碳水化合物的主要贮藏形式 ,也是粮食作物产品的最主要成分。淀粉虽然都由直链淀粉和枝链淀粉组成 ,但在不同作物中两者的比例和枝链淀粉结构的存在很大差异。现已明确 ,直链淀粉是在颗粒结合淀粉合成酶 (granule boundstarchsynthase,GBSS)催化下合成的 ,而枝链淀粉是四种酶共同作用的结果 ,它们分别是腺嘌呤 -葡萄糖焦磷酸化酶 (ADP glucosepyrophosphorylase ,AGP) ,可溶性淀粉合成酶 (solublestarchsynthase ,SSS) ,淀粉分枝酶 (starchbranchingenzyme ,SBE)和脱分枝酶 (starchdebranchingenzyme ,DBE)。一方面 ,在不同作物中 ,这些酶本身存在多种形式 ,如在玉米胚乳中 ,AGP有大亚基和小亚基之分 ,SBE又可分BE1,BEIIa ,BEIIb 3种 ,SSS也可分为SSI和SSIII(或SSIIa)两种 ,而DBE也有异淀粉酶 (isoamylase)和限制性糊精酶 (pullu lanase)两种。另一方面 ,控制特定酶的基因 ,在不同作物甚至在同一种作物的不同品种中也可能存在不同的复等位基因 ,如籼稻和粳稻的GBSS分别由蜡质基因Wxa 和Wxb 控制 ,两者编码的GBSS活性差异显著。此外 ,环境条件也可通过影响基因的转录使酶的含量或催化性能发生变化。迄今 ,国内外已获得多种马铃薯和水稻的转基因材料 ,对淀粉合成进行修饰 ,试图培育优质品     

转基因低水平混杂问题——政策与内涵

转基因技术近年来在世界范围内快速发展,但由于不同国家在转基因审批上的不同步,以及各国设立严格的转基因低水平混杂阈值,导致正常的农产品贸易由于无意混入少量转基因成分而发生贸易摩擦,甚至导致贸易中断.从转基因低水平混杂(LLP)的含义出发分析其特殊性,分析了世界主要国家的LLP政策以及严格的LLP政策对贸易产生的负面影响.根据研究结果指出:在当前转基因作物采用率不断提高,以及转基因新品种研发加速背景下,转基因低水平混杂在技术上是不可避免的.因此,有必要在全球范围内建立转基因安全互信机制,各国需要尽量减少审批不同步时滞,设置合理的转基因低水平阈值,降低对正常贸易的负面影响.研究结果对中国转基因LLP政策和有关标准制定有一定借鉴意义.     

玉米花生间作和磷肥对间作花生光合特性及产量的影响

揭示玉米(Zea mays)和花生(Arachis hypogaea)间作提高花生对弱光利用能力的光合特点及磷(P)肥效应, 对阐明间作花生适应弱光的光合机理和提高间作花生的产量具有重要意义。该试验于2011-2012年在河南科技大学试验农场分析了间作花生功能叶的叶绿素含量与构成、光响应曲线和CO₂响应曲线特点和荧光参数。结果表明: 与单作花生相比, 施P与不施P条件下玉米和花生间作显著(p < 0.01)提高了花生功能叶的叶绿素b含量, 降低了叶绿素a/b, 显著提高了光系统II最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)、表观量子效率(AQY)和弱光时的光合速率, 显著降低了气孔导度、二磷酸核酮糖羧化酶羧化速率(V_cmax)、电子传递速率(J_max)和磷酸丙糖利用速率(TPU); 与不施P相比, 施P有利于提高间作花生功能叶的叶绿素含量, 显著提高了Φ_PSII、q_P、V_cmax、J_max和TPU, 说明间作花生通过提高功能叶的叶绿素b含量, 改变叶绿素构成, 提高了光系统II的F_v/F_m、Φ_PSII和q_P, 增强了对光能的捕获和转化能力, 提高了对弱光的利用能力, 而并非提高了对CO₂的羧化固定能力; 施P有利于提高间作花生对弱光的利用能力和产量, 土地当量比提高了6.2%-9.3%。     

作物最高理论产量计算方法的应用——以合肥地区水稻为例

本文以合肥地区水稻为例,探讨了作物最高理论产量的计算方法,即首先根据“ＦＡＯ”农业生态带理论,计算出作物光温生产力指数,再根据当地的气候（主要是水分状况）对作物的光温生产力指数进行订正,从而求出作物的最高理论产量。