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  • 2022年, 11卷, 第02期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 秸秆还田阻控黑土侵蚀机理及效应
    张光辉, 杨扬, 刘瑛娜, 王志强
    2022, 11(02): 115-128.
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    东北黑土区土壤侵蚀强烈发育，导致黑土地严重退化，直接威胁区域生态安全和国家粮食安全。秸秆还田是黑土区广泛采用的保护性耕作措施，具有明显的阻控土壤侵蚀、抑制土壤退化、提升退化黑土地生态生产功能的作用。本文在系统分析秸秆还田阻控细沟间、细沟、浅沟与切沟侵蚀机理，综合评价秸秆还田水土保持效应的基础上，提出了未来研究亟待加强的重点内容。秸秆还田阻控侵蚀的机理与侵蚀类型直接相关。秸秆覆盖消减降雨动能、抑制土壤物理结皮发育、维持土壤入渗性能、增加地表随机糙率、降低坡面径流流速、减小径流挟沙力和剪切力，是秸秆还田阻控细沟间和细沟侵蚀的直接作用。秸秆分解改善土壤理化性质、促进团聚体发育并提升其稳定性，引起作物生长特性变化，导致细沟间土壤可蚀性和细沟土壤可蚀性降低，土壤临界剪切力增大，是秸秆还田阻控细沟间和细沟侵蚀的间接作用。尽管秸秆还田阻控浅沟和切沟侵蚀的作用不如细沟间和细沟侵蚀那样直接，但仍可通过减小集水区径流侵蚀动力来降低浅沟和切沟发育风险。秸秆还田具有显著的水土保持效应，减流和减沙效益分别为28.0%～95.1%和40.3%～99.7%。但受不同试验条件差异的影响，研究结果可比性较差。未来亟需加强秸秆还田增加地表糙率与径流阻力、降低径流挟沙力水力学机理，土壤抗蚀性能对秸秆还田驱动土壤理化性质变化的响应机制，秸秆还田水土保持效应受土壤类型与坡度的影响及主控因素，秸秆还田阻控侵蚀的长期效应与空间分异，以及秸秆还田技术影响土壤侵蚀过程与机理等研究，为遏制黑土地退化、维持黑土区生态安全、保障国家粮食安全提供理论和技术支撑。
  • 土壤剖面微生物群落分布规律研究进展
    刘株秀, 刘俊杰, 胡晓婧, 金剑, 王光华
    2022, 11(02): 129-138.
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    微生物在土壤有机质转化和养分循环过程中发挥着重要的调节作用。明确微生物在土壤剖面中的变化规律对于了解微生物群落调控生态系统功能的机制至关重要。以往有关土壤微生物的研究多数局限于表层土壤，而对深层土壤微生物群落多样性和形成机制的研究相对较少。然而，深层土壤微生物在土壤形成、碳固存以及元素化学循环等过程中的作用不容忽视。因此，本文综述了不同生态系统中土壤剖面微生物分布格局的研究进展，分析了微生物丰度、多样性和群落组成在土壤剖面中的分布规律及其与土壤理化指标的关系，阐述了土壤微生物相互作用模式以及装配过程随着土壤深度的变化规律，并对未来的研究重点加以展望，以期为深入认识土壤的形成机制和保护利用好土壤资源提供理论依据。
  • 长期秸秆还田和施肥对黑土肥力及玉米产量的影响
    严君, 韩晓增, 邹文秀, 陆欣春, 陈旭, 邹狮, 高瑞敏
    2022, 11(02): 139-149.
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    基于长期定位试验(17年):不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥+秸秆(NPKS)处理，研究了长期秸秆还田对黑土肥力和玉米产量的影响和贡献。结果表明：与2003年初始土壤属性相比，CK处理0～40 cm土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量均显著下降(P<0.05)。NPKS处理0～20 cm和20～40 cm土壤有机质、全氮、碱解氮和速效钾含量则分别显著增加了6.6%～16.4%、4.6%～17.3%、8.0%～15.0%和59.4%～61.5%(P<0.05)。与CK处理相比，NPKS处理0～20 cm和20～40 cm土层土壤容重分别下降了14.8%和4.50%,0～20 cm土层的通气孔隙度增加了43.7%。NPK和NPKS处理的平均产量较CK处理分别增加了54.9%和65.2%,NPKS处理的平均产量比NPK产量增加6.6%(P<0.05)。0～20 cm土层，土壤有机质和全氮含量对玉米产量的贡献度>30%,而20～40 cm土层土壤碱解氮的贡献度最高达到35.7%。土壤物理属性在0～20 cm土层，土壤毛管孔隙和土壤容重对玉米产量贡献最高；20～40 cm土层，容重对玉米产量的贡献度最高达到56.9%。因此长期秸秆还田能够显著提高40 cm以上土层土壤的肥力，改善土壤容重和孔隙度，从而间接影响玉米的产量。
  • UDT1/TDR基因过表达对水稻育性的影响
    宋露, 唐佳琦, 田晓杰, 卜庆云
    2022, 11(02): 150-158.
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    研究水稻颖花的育性机理对于水稻生产具有重要意义。UDT1和TDR基因编码参与水稻花药绒毡层发育的bHLH转录因子，其功能缺陷会导致雄性不育，本研究的主要目的是分析UDT1/TDR过表达在花药发育中的作用。构建了UDT1/TDR的过表达载体，利用农杆菌介导方法转化粳稻品种“龙粳11”,对T_1代转基因植株进行I_2-KI染色、花药形态观察及结实率统计，明确了其表型。qRT-PCR技术检测获得4个UDT1-OE株系和3个TDR-OE株系，UDT1/TDR基因过表达植株的可育花粉粒显著下降，花药发育不正常，结实率显著下降。UDT1/TDR过表达会影响水稻花药的发育，降低可育花粉比例从而造成雄性不育。本研究进一步揭示了UDT1/TDR对水稻育性的影响，为解析雄性不育分子机理提供理论支撑。
  • 水稻AP2/ERF转录因子基因OsERF096启动子克隆及活性分析
    陈悦, 陈茜, 董伟峰, 才晓溪, 沈阳, 杨珺凯, 贾博为, 孙明哲, 孙晓丽
    2022, 11(02): 159-169.
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    提高水稻耐冷性对保障水稻高产、稳产具有重要意义。AP2/ERF转录因子能够抵抗外界逆境胁迫，课题组前期研究发现水稻OsERF096基因显著受冷胁迫诱导表达。本研究克隆了OsERF096启动子序列(-1～-1 215 bp),通过软件预测发现OsERF096启动子中含有多个与低温及激素响应相关的顺式作用元件。根据元件分布特征进行了5′端片段缺失设计，构建了GUS表达载体P_(OsERF096-1215)-GUS、P_(OsERF096-1102)-GUS、P_(OsERF096-827)-GUS、P_(OsERF096-501)-GUS,并转化拟南芥。通过GUS染色和GUS基因qRT-PCR检测发现，正常生长条件下，4个不同长度的启动子中P_(OsERF096-1215)启动子活性最高，P_(OsERF096-1102)最低。与前期qRT-PCR检测不同，冷处理下OsERF096启动子活性未发生显著变化。这些结果为后续OsERF096基因的表达调控及生物学功能研究奠定重要基础。
  • 水稻铁吸收与转运机理
    邱冠凯, 倪大虎, 韩忠民, 王婧莹, 方军
    2022, 11(02): 170-178.
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    铁元素作为水稻最重要的营养成分之一，在水稻整个生长和发育过程中都起着重要的作用。水稻根部吸收土壤中铁离子的方式包含机理Ⅰ与机理Ⅱ,这两种吸收方式是由多个基因共同调控完成的。多种基因参与铁离子的吸收与转运，包括上游基因OsIDEF1、OsHRZ1,bHLH转录因子OsIRO2、OsIRO3、OsPRI1以及参与铁离子直接转运的OsIRT1、OsVIT2等。高pH值的碱性土壤会显著影响水稻对铁的吸收和转运，研究碱性条件下铁离子在水稻中的吸收与运输有利于提高水稻耐盐碱性。本文详细阐明了水稻对于铁离子的吸收和转运机理，对当前所研究的起到关键性作用的基因进行了综述，并对未来研究作出展望。
  • 高能重离子束辐射水稻诱变育种研究进展
    温晓婷, 张鑫, 李景鹏, 余丽霞, 周利斌, 杨福
    2022, 11(02): 179-191.
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    水稻是一种重要的粮食作物，开发优良的水稻种质资源是培育水稻品种的重要手段。诱变育种可以快速改良水稻品种，提高水稻育种效率。离子束作为一种新型的诱变技术，具有线性能量转移高，相对生物学效应好，诱变频率高等优势，可直接作用于水稻遗传物质，对水稻的不同性状产生影响。本文主要围绕高能重离子束的诱变水稻的分子生物学特点，诱变重离子束种类、辐射剂量及受体材料的选择，重要性状基因功能分析，诱变产生的水稻品种等方面进行系统的描述，重点介绍了高能重离子束的诱变优势，并从多方面总结了由高能重离子束诱变产生的不同的水稻品种，并提出了高能重离子束诱变依旧存在的不足以及对未来的展望，为该技术在未来水稻育种的应用提供新思路与新方法。
  • 植物miRNA编码小肽(miPEP)的研究进展
    胡媛媛, 邱丽娟, 阎哲
    2022, 11(02): 192-199.
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    miRNA(microRNA)是一类长度在19～24nt的小分子RNA,参与动植物生长发育过程中的基因转录后表达调控。miPEP(microRNA-encoded peptide)是由miRNA初始转录物(primary miRNA,pri-miRNA)翻译生成的短肽。植物中的miPEP通常促进对应pri-miRNA的表达，从而增强miRNA对靶基因表达的调控。本文从miPEP的形成、生物学功能和调控机理三个方面对植物miPEP研究进展进行综述，同时也针对miPEP研究领域一些关注的问题进行讨论。
  • 生物肥料HZ-24对黄芪生长及土壤微生物数量和酶活性的影响
    李娟, 王文丽, 赵旭
    2022, 11(02): 200-208.
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    通过盆栽试验研究生物肥料HZ-24对黄芪的促生效果及土壤根际微生物数量和土壤酶活性的影响，初步探讨生物肥料HZ-24增产的机理，为生物肥料HZ-24的推广应用提供依据。本研究以蒙古黄芪为试验材料，设置了对照、载体、生物肥料HZ-24、化肥处理(NP)、化肥+载体(NP+载体)、化肥+生物肥料HZ-24(NP+生物肥料HZ-24)6个处理，在收获时采集根际土壤，测定土壤中可培养微生物数量、脲酶和磷酸酶活性，分析不同肥料处理对黄芪根际土壤微生物数量与土壤酶活的影响。结果表明，生物肥料HZ-24对黄芪根直径、根干重有显著促进作用。与不施肥对照相比，根干重增加了40.8%,根直径增加36.7%;与化肥处理相比，化肥配施生物肥料HZ-24根干重增加16.2%,根直径增加19.2%。生物肥料HZ-24可以增加根际土壤细菌、放线菌的数量，减少真菌的数量，与不施肥对照相比，细菌、放线菌分别增加37.3%、22.7%,真菌减少19.3%;与化肥处理相比，化肥配施生物肥料HZ-24处理细菌、放线菌分别增加了23.7%、14.6%,真菌减少了37.1%。生物肥料HZ-24能够增加土壤脲酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶活性，与不施肥对照相比，脲酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、中性磷酸酶活性分别增加24.2%、25.9%、18.1%、44.2%;与单施化肥处理相比，化肥配施生物肥料HZ-24处理的脲酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、中性磷酸酶活性分别增加45.7%、6.7%、24.8%、54.0%。综上所述，生物肥料HZ-24增产的机理主要是生物肥料中含有的假节杆菌可以改变黄芪根系微生物菌落结构，使根际土壤细菌、放线菌的数量增加，真菌的数量减少，使土壤向细菌型、休耕性转变；施用生物肥料HZ-24能够显著的增加土壤脲酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶活性；还可以增加根瘤重，增强了根瘤的固氮能力，有利于农作物根系对养分的吸收。
  • 前茬作物土壤遗留效应对野生大豆(Glycine soja)和栽培大豆(Glycine max)生长的影响
    晏益民, 肖路, 刘艳杰
    2022, 11(02): 209-216.
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    前茬作物影响后茬大豆的产量，尤其是大豆重茬会导致土传病害和自毒作用的发生，抑制大豆生长，造成大豆的减产，生产上亟待寻找耐重茬的种质资源培育新品种。传统育种方法已进入瓶颈期，而野生近缘种资源在为作物改良提供有益等位基因方面具有巨大潜力。野生大豆(Glycine soja)作为栽培大豆(Glycine max)的近缘种，对拓宽大豆育种遗传基础、培育耐重茬大豆品种具有重要价值。本研究通过温室控制试验，探究不同前茬作物(玉米和大豆)土壤遗留效应对野生大豆和栽培大豆生长的影响，对比栽培大豆和野生大豆在抗重茬能力方面的差异。结果表明：大豆重茬土壤能够显著抑制后茬野生大豆和栽培大豆的生长，这主要由土壤病原微生物所导致。与灭菌土壤对比，非灭菌土壤能够显著降低了栽培大豆的生物量，而对野生大豆生物量影响不大，说明土壤病原菌微生物在大豆重茬危害中发挥重要作用。土壤病原微生物会增加根质量分数，使植物生物量倾向于地下分配，降低植株光合作用和干物质量积累速率。而与栽培大豆相比，野生大豆能迅速调整生物量分配以及叶片性状响应前茬作物引起的胁迫。本研究为将来从野生大豆获得耐重茬优良性状和培育栽培大豆耐重茬新品种提供了理论依据。
  • 氮肥减量与生物菌肥配施对连作西芹土壤性质及西芹生长的影响
    王姣敏, 吕海龙, 魏镛频, 郭子军, 张旦, 谢淑琴
    2022, 11(02): 217-225.
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    针对连作西芹产量降低和病害严重等问题，为筛选当地西芹生长的最佳生物菌肥品种，通过田间小区试验，研究了在氮肥减量20%的基础上配施不同生物菌肥对连作西芹生长、土壤理化性状和酶活性的影响。试验以常规施肥(CK)和氮肥比CK减少20%(CK0)为对照，在氮肥减施20%的基础上配施5种不同生物菌肥为处理。结果表明，在氮肥减量20%的基础上配施生物有机肥均可以改善西芹生长状况和土壤理化性质，提高了西芹产量，增强土壤酶活性。与常规施肥(CK)相比，氮肥减施20%并配施沃叶肥(T5)处理综合指标最好，土壤总孔隙度和毛管孔隙度分别提高20.7%和14.6%,土壤容重降低了13.3%;有机质、碱解氮、速效磷以及速效钾含量分别增加了14.9%、3.7%、16.1%、38.5%;土壤蔗糖酶、脲酶以及磷酸酶活性分别提高了36.5%、57.6%、38.4%;西芹产量增加了23.8%,可溶性糖增加了22.2%,VC含量增加了9.9%,粗纤维降低了26.0%。综上所述，化肥减施20%且配合施入沃叶生物肥是试区比较适宜的连作芹菜高产优质施肥措施。
  • 施肥对不同杂粮作物连作土壤化学特性及酶活性的影响
    林昕, 陈雪丽, 万书明, 王爽, 张磊, 王晓军, 李伟群, 肖洋
    2022, 11(02): 226-234.
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    土壤化学特性和酶活性与施肥水平密切相关，是衡量土壤肥力状况的重要指标。本研究以黑土区连续四年种植豆科作物(绿豆和红小豆)和禾本科作物(高粱)的施肥定位试验为研究平台，选取不施肥、施化肥和施有机肥3种施肥处理，分析施肥对不同杂粮作物的土壤有机质、pH、土壤养分含量和土壤酶活性的影响。结果表明，施肥降低了连作杂粮作物土壤pH值，但与不施肥相比差异不显著，禾本科植物土壤pH降低的幅度高于豆科作物土壤。连作绿豆的土壤中，与不施肥相比，施化肥处理增加了土壤全氮、碱解氮、全磷和速效磷含量，分别显著增加了18.4%,23.1%,21.7%和67.2%;施有机肥显著增加了土壤全氮和速效钾含量，且显著高于施化肥处理。连作红小豆的土壤中，与不施肥相比，施化肥显著增加了土壤速效磷和速效钾的含量，有机肥显著增加了土壤速效钾含量。连作高粱土壤中，与不施肥相比，化肥施用显著增加了土壤碱解氮含量而显著降低了速效钾含量，有机肥施用显著增加土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量。土壤酶活性方面，除施化肥处理下连作红小豆土壤磷酸酶活性低于连作高粱外，其他相同施肥处理下种植豆科作物的土壤蔗糖酶活性、脲酶活性和磷酸酶活性均高于高粱土壤，种植高粱土壤过氧化氢酶活性高于豆科作物。因此，施肥和杂粮作物种类均是影响土壤化学特性和土壤酶活性的重要因素。