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谷壳灰硅肥改善土壤质量降低水稻镉砷累积的效应

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环境科学 2024年第3期45卷 1793-1802页

作者：易轩韬欧阳坤辜娇峰李倩游萍周航廖柏寒中南林业科技大学环境科学与工程学院长沙410004 湖南浩美安全环保科技有限公司长沙410100 昆明理工大学环境科学与工程学院昆明650504 中南大学资源加工与生物工程学院长沙410083

为研究谷壳灰制备硅肥对水稻不同生育期土壤重金属镉(Cd)和砷(As)生物有效性、酶活性、微生物群落结构和糙米重金属含量的影响,开展水稻盆栽试验.结果表明,施用0.1%~1.0%谷壳灰硅肥能提高土壤pH值0.04~0.24个单位,有效硅含量44.2%~97.5%... 详细信息

为研究谷壳灰制备硅肥对水稻不同生育期土壤重金属镉(Cd)和砷(As)生物有效性、酶活性、微生物群落结构和糙米重金属含量的影响,开展水稻盆栽试验.结果表明,施用0.1%~1.0%谷壳灰硅肥能提高土壤pH值0.04~0.24个单位,有效硅含量44.2%~97.5%,也能降低土壤有效态Cd含量16.2%~21.4%,有效态As含量16.0%~24.9%;随施加量的增大各生育期土壤酶活性增大,其中蔗糖酶活性显著增大6.3%~145.7%,脱氢酶活性显著增大6.7%~224.1%;分析土壤成熟期微生物群落结构显示,施用谷壳灰硅肥不影响微生物α-多样性,但对微生物β-多样性产生显著影响,促进微生物生长,维持群落结构稳定性;随施加量的增大,糙米Cd含量降低了29.3%~89.7%,糙米总As和无机As含量分别降低7.8%~42.3%和17.2%~44.5%,当施用量在0.5%和1.0%时水稻糙米ω(Cd)<0.2 mg·kg^(-1),ω(无机As)<0.35 mg·kg^(-1).综上,谷壳灰硅肥能改善土壤质量、降低糙米Cd和As含量,具有环境友好性,可用于Cd和As复合污染稻田土壤的治理.

关键词：谷壳灰硅(Si) 镉砷水稻土壤酶土壤微生物群落

基于大田试验的土壤-水稻镉对不同调理剂的响应

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环境科学 2024年第1期45卷 429-438页

作者：唐乐斌刘新彩宋波马丽钧黄凤艳桂林理工大学环境科学与工程学院桂林541004 桂林市农业生态与资源保护站桂林541213 桂林理工大学岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心桂林541004

为探究土壤调理剂对酸性镉(Cd)污染土壤中Cd的迁移特征的影响,基于大田试验,研究施加天象1号(TX1)、石灰(Li)、硅肥(Si)、诺地康(NDK)和钙镁磷肥(CaMg-P)5种土壤调理剂对土壤-水稻系统中Cd累积与转运和水稻产量的影响.结果表明:①与对... 详细信息

为探究土壤调理剂对酸性镉(Cd)污染土壤中Cd的迁移特征的影响,基于大田试验,研究施加天象1号(TX1)、石灰(Li)、硅肥(Si)、诺地康(NDK)和钙镁磷肥(CaMg-P)5种土壤调理剂对土壤-水稻系统中Cd累积与转运和水稻产量的影响.结果表明:①与对照处理相比,各处理土壤pH值提升0.41~0.68个单位,土壤有效态Cd(DTPA-Cd)含量降幅为11.2%~39.7%,其中Li和NDK处理DTPA-Cd差异达显著水平(P水稻体内Cd总量,根系、其他叶、穗轴、颖壳和糙米中Cd含量均显著低于CK处理(PTF_(根-第一节)>TF_(根-其他叶)>TF_(根-穗轴)>TF_(根-颖壳)≈TF_(根-剑叶)>TF_(根-糙米),且糙米Cd含量均符合《食品安全国家标准》(GB 2762-2017)中限量标准(0.2 mg·kg^(-1)),其中TX1、Li和CaMg-P处理降Cd效果显著,ω(Cd)分别为0.097、0.094和0.134 mg·kg^(-1).③施加土壤调理剂可增产9.9%~35.8%,CaMg-P和TX1处理产量显著高于其他处理(P<0.05).④相关性分析结果表明:糙米Cd含量与DTPA-Cd含量、土壤有效态Fe(DTPA-Fe)含量和有效磷(OP)呈显著正相关,而与土壤pH值呈显著负相关.综上所述,推荐TX1和CaMg-P在重金属Cd轻度污染农田应用以保障农产品安全.

关键词：镉(Cd) 土壤调理剂水稻大田安全生产

贵州省水田土壤-水稻Hg含量特征与安全种植区划

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环境科学 2024年第5期45卷 3005-3015页

作者：韦美溜周浪黄燕玲庞瑞王佛鹏宋波桂林理工大学环境科学与工程学院桂林541004 桂林理工大学岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心桂林541004

贵州省Hg储量和产量均居全国第一,水稻是其第一大粮食作物.为研究贵州省级尺度上土壤-水稻Hg含量特征与污染成因,并进行安全种植区划,采集土壤-水稻成对样品1564组,自然土样470个,水田土样203个,测试其Hg含量和土壤基本理化性质.结果表... 详细信息

贵州省Hg储量和产量均居全国第一,水稻是其第一大粮食作物.为研究贵州省级尺度上土壤-水稻Hg含量特征与污染成因,并进行安全种植区划,采集土壤-水稻成对样品1564组,自然土样470个,水田土样203个,测试其Hg含量和土壤基本理化性质.结果表明:①水田土壤pH呈中性偏酸为主,水田土壤ω(Hg)范围为0.005~93.06 mg·kg^(−1),几何平均值为0.864 mg·kg^(−1),显著高于自然土壤(0.16mg·kg^(−1),P水稻ω(Hg)范围为0.0005~0.52 mg·kg^(−1),几何均值为0.010 mg·kg^(−1),水稻Hg含量超标率为25.87%,超标点位主要分布于遵义市的绥阳县、黔西南州的贞丰县、安顺市的西秀区和铜仁市的碧江区等工矿业活动密集区;③研究区绝大部分为优先保护类(占比为74.75%),安全利用类(占比为24.62%),严格管控类(占比为0.93%)零星分布在黔南州和黔东南州交界的丹寨县,黔西南州的贞丰县和铜仁市的万山地区,不建议种植水稻,稻米可作为饲料再生产.

关键词：贵州省汞(Hg) 水田土壤水稻安全种植区划

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水稻群体分蘖动态模型构建与应用

农业工程学报 2024年第10期40卷 213-221页

作者：王小卉李绪孟唐启源邹丹罗友谊李可夫彭剑李灿曹乐平湖南农业大学信息与智能科学技术学院长沙410128 湖南农业大学农学院长沙410128 衡阳市农业科学院衡阳421200 衡山县农业农村局衡阳421399 同济大学国豪书院上海200092 宁远县农业农村局宁远425600 湖南生物机电职业技术学院长沙410127

为定量分析水稻群体茎蘖数量动态变化过程及分蘖动态特征,该研究使用双Logistic模型分别描述分蘖发生与死亡过程,建立水稻群体分蘖动态模型;根据水稻分蘖过程的时序特征定义描述分蘖过程的特征指标,并推导出分蘖特征指标的计算式;基于... 详细信息

为定量分析水稻群体茎蘖数量动态变化过程及分蘖动态特征,该研究使用双Logistic模型分别描述分蘖发生与死亡过程,建立水稻群体分蘖动态模型;根据水稻分蘖过程的时序特征定义描述分蘖过程的特征指标,并推导出分蘖特征指标的计算式;基于不同基因型品种的种植方式、种植时期、种植密度下水稻分蘖动态数据集检验模型优度和适应性;并应用分蘖动态模型和指标探索分蘖动态对种植密度的响应规律。结果表明,所建模型对不同基因型水稻品种在不同种植方式、种植时期和种植密度下的分蘖动态数据拟合优度较好,标准均方根误差S_(RMSE)服从均值小于5%的Gamma分布,并且99%的S_(RMSE)小于10%。基于所建模型计算的分蘖特征指标(包括模型参数)对种植密度有很好的响应;留一法检验表明模型的预测性较好,观测值与模拟值的R^(2)=0.96。所建模型能够精确描述水稻茎蘖数量演变过程,具有很好的拟合优度、适应性和可解释性,可用于分析基因、环境、农艺措施对分蘖动态的影响,分蘖特征指标可望成为分析基因与环境互作的重要表型参数,对指导水稻精准栽培也有重要理论价值和实际意义。

关键词：水稻模型分蘖动态双Logistic模型种植密度参数拟合

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水稻CRF基因家族的鉴定与表达模式分析

生物工程学报 2024年第4期40卷 1157-1169页

作者：宋永森于洋谭楚禾孟琪勾宇睿段香波沈阳大学生命科学与工程学院辽宁沈阳110044 辽宁省城市有害生物治理与生态安全重点实验室辽宁沈阳110044

细胞分裂素响应因子(cytokinin response factors,CRFs)作为植物特有的转录因子,在生长发育调控、激素信号通路以及胁迫应答过程中发挥着重要作用。本研究以拟南芥12个AtCRF蛋白序列为基础,通过BLAST比对,从水稻基因组中鉴定出9个CRF基... 详细信息

细胞分裂素响应因子(cytokinin response factors,CRFs)作为植物特有的转录因子,在生长发育调控、激素信号通路以及胁迫应答过程中发挥着重要作用。本研究以拟南芥12个AtCRF蛋白序列为基础,通过BLAST比对,从水稻基因组中鉴定出9个CRF基因,分布于7条染色体上。利用各种在线网站和本地软件,对水稻CRF家族蛋白的保守结构域、理化性质、二级结构以及系统进化关系进行全面的解析。同时,也分析了OsCRF基因的外显子-内含子结构和启动子区顺式作用元件。结果发现,水稻CRF基因的启动子中含有大量与植物激素响应和非生物胁迫应答相关的元件。时空表达模式分析显示,4个OsCRF基因在各器官中表达量均比较低,而另外5个则高表达于水稻的叶片、花序或种子等部位。基因芯片数据表明,OsCRFs不同程度地受到脱落酸(abscisic acid,ABA)、生长素(auxin)、细胞分裂素(cytokinin,CK)以及茉莉酸(jasmonic acid,JA)的调控作用。通过分析转录组测序数据,研究还发现,OsCRF基因主要参与水稻的温度(低温及高温)胁迫应答,部分基因还参与了干旱胁迫响应,但几乎所有的基因都不响应盐胁迫。本研究为进一步解析水稻CRF家族基因的生物学功能提供了依据。

关键词：水稻细胞分裂素响应因子基因家族分析表达模式

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水稻蒸煮品质相关QTL定位及候选基因分析

生物工程学报 2024年第1期40卷 122-136页

作者：乐巧娜黄梓雯戴若惠李三峰李梦佳方媛王跃星饶玉春浙江师范大学生命科学学院浙江金华321004 中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室浙江杭州310006

挖掘与稻米蒸煮品质相关的数量性状基因座(quantitative trait locus,QTL),分析候选基因,并通过遗传育种手段改良稻米蒸煮品质相关性状,可有效提升稻米的口感。以籼稻华占(Huazhan,HZ)、粳稻热研2号(Nekken2)及由其构建的120个重组自交... 详细信息

挖掘与稻米蒸煮品质相关的数量性状基因座(quantitative trait locus,QTL),分析候选基因,并通过遗传育种手段改良稻米蒸煮品质相关性状,可有效提升稻米的口感。以籼稻华占(Huazhan,HZ)、粳稻热研2号(Nekken2)及由其构建的120个重组自交系(recombinant inbred lines,RILs)群体为实验材料,测定成熟期稻米的糊化温度(gelatinization temperature,GT)、胶稠度(gel consistency,GC)和直链淀粉含量(amylose content,AC)。结合高密度分子遗传图谱进行QTL定位,共检测到26个与稻米蒸煮品质相关的QTLs(糊化温度相关位点1个、胶稠度相关位点13个、直链淀粉含量相关位点12个),其中最高奇数的可能性(likelihood of odd,LOD)值达30.24。通过实时荧光定量PCR(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)分析定位区间内候选基因的表达量,发现6个基因在双亲间的表达量差异显著,推测LOC_Os04g20270和LOC_Os11g40100的高表达可能会极大地提高稻米的胶稠度,而LOC_Os01g04920和LOC_Os02g17500的高表达以及LOC_Os03g02650和LOC_Os05g25840的低表达有助于降低直链淀粉含量。这些结果为培育优质水稻新品种奠定了分子基础,并为揭示稻米蒸煮品质的分子调控机制提供了重要的遗传资源。

关键词：水稻蒸煮品质数量性状基因座(QTL)分析候选基因

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水稻白叶枯病抗性遗传解析

生物工程学报 2024年第4期40卷 1040-1049页

作者：刘玉婷袁筱萍杨惠敏黄佳慧朱哲楠卢钿钿沈思怡杨窑龙饶玉春浙江师范大学生命科学学院浙江金华321004 中国水稻研究所水稻生物育种全国重点实验室浙江杭州311400

水稻白叶枯病是水稻主要的病害之一,对水稻生产具有重要的意义。本研究以国外引进粳稻品种Maybelle与地方籼稻品种白叶秋为亲本构建而成的加倍单倍体(doubled haploid,DH)群体为材料,调查了4个白叶枯病致病小种的致病性。结果表明,各小... 详细信息

水稻白叶枯病是水稻主要的病害之一,对水稻生产具有重要的意义。本研究以国外引进粳稻品种Maybelle与地方籼稻品种白叶秋为亲本构建而成的加倍单倍体(doubled haploid,DH)群体为材料,调查了4个白叶枯病致病小种的致病性。结果表明,各小种的致病性在DH群体间呈现连续分布,并伴有一定的超亲变异。而且,各个致病小种的致病性具有一定的相关性,相关系数处在0.3与0.6之间。数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)分析共检测到12个QTL,分别位于水稻第1、2、3、5、6、7、9和12号染色体,贡献率介于4.95%−16.05%之间,其中位于5号染色体上的RM6024−RM163区间在3个致病小种中均检测到,并且是效应最大的主效QTL。另外,QTL座位的聚合进一步表明,通过不同的QTL座位的聚合能够显著提高水稻白叶枯病的抗性。该研究对拓宽我国白叶枯病抗性基因资源具有重要的意义。

关键词：白叶枯病数量性状位点(QTL) 水稻基因聚合

无人机高光谱遥感的水稻叶瘟病的光谱特征提取与检测方法研究

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1457-1463页

作者：刘子扬冯帅赵冬雪李金朋关强许童羽沈阳农业大学信息与电气工程学院辽宁沈阳110161 沈阳农业大学辽宁省农业信息化工程技术中心辽宁沈阳110161

为了确定最佳的无人机高光谱遥感检测水稻冠层叶瘟病分类模型,以水稻大田试验为研究基础,获取了400~1000 nm波段内的无人机高光谱图像,参照国家标准GBT 15790—2009稻瘟病测报调查规范,按病情指数将叶瘟病划为5个等级,提取了0~4级共227... 详细信息

为了确定最佳的无人机高光谱遥感检测水稻冠层叶瘟病分类模型,以水稻大田试验为研究基础,获取了400~1000 nm波段内的无人机高光谱图像,参照国家标准GBT 15790—2009稻瘟病测报调查规范,按病情指数将叶瘟病划为5个等级,提取了0~4级共227组高光谱数据。采用Savitzky-Golay平滑(SG平滑)、一阶微分光谱(1-Der)和二阶微分光谱(2-Der)对数据进行预处理,并构建SVM模型,对比得出较优的预处理方法。采用主成分分析法(PCA)选取主成分累计贡献率;连续投影法(SPA)和随机青蛙法(RF)筛选光谱特征波段,并将筛选的结果作为模型的输入,分别构建粒子群优化的极限学习机(PSO-ELM)、极限学习机(ELM)、支持向量机(SVM)和决策树(DT)分类模型,并对模型进行对比分析得出最优分类模型。结果表明:相比于1-Der和2-Der,SG平滑方法的去噪效果较好,分类准确率较高,是较优的预处理方法,分类准确率和Kappa系数分别为93.47%、91.85%。PCA的前2个PC的累计贡献率为93.13%,为了模型的有效构建,最终选取了前6个PC,累计贡献率为99.02%。SPA使用RMSE作为最佳光谱特征波段选择标准,共显示了7个最佳光谱特征波段,其中可见光波段为400.8、416.7和426.2 nm,绿光波段为566 nm,红光波段为683.9 nm,近红外波段为830.2和916.4 nm。RF将筛选概率大于0.2的波段选为最佳光谱特征波段,最终筛选了8个光谱特征波段,其中红光波段为663.4和694.2 nm,近红外波段为784.4、787.9、791.4、905.5、927.2和930.9 nm,该方法有效地降低了波段间相关性和冗余性。将3种筛选结果分别构建分类模型,结果显示所有模型的总体分类准确率全部大于92.61%,建模结果较好;其中,以PSO-ELM模型对PCA的分类准确率达到97.77%,Kappa系数为97.22%,在所有模型中分类准确率最高,相比于ELM模型的最高分类准确率和Kappa系数高1.42%和1.56%,相比于SVM模型的最高分类准确率和Kappa系数高2.12%和2.66%,相比于DT模型的最高分类准确率和Kappa系数高4.44%和5.58%。综合评价PSO-ELM模型的建模效果优于ELM模型、SVM模型和DT模型,是最优的分类模型。因此,利用无人机高光谱遥感检测水稻叶瘟病具有可行性,为水稻生产和叶瘟病的检测提供科学依据和技术支持。

关键词：水稻叶瘟病无人机高光谱机器学习

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叶面阻隔对水稻吸收和转运镉的影响

中国环境科学 2024年第3期44卷 1534-1541页

作者：唐乐斌黄燕玲周子寒吴辰润宋波桂林理工大学环境科学与工程学院广西桂林541004 桂林理工大学岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心广西桂林541004

为实现Cd污染农田稻米安全生产,采用田间试验,以五优1179和丝香1号作为供试材料,于水稻孕穗期和灌浆期喷施硅(Si)、硒(Se)阻隔剂,探讨其对稻谷产量、农艺性状、糙米Cd含量及不同部位对Cd吸收和转运的影响.结果表明:较空白相比,喷施流体... 详细信息

为实现Cd污染农田稻米安全生产,采用田间试验,以五优1179和丝香1号作为供试材料,于水稻孕穗期和灌浆期喷施硅(Si)、硒(Se)阻隔剂,探讨其对稻谷产量、农艺性状、糙米Cd含量及不同部位对Cd吸收和转运的影响.结果表明:较空白相比,喷施流体硅后五优1179和丝香1号的稻谷产量分别增产9.02%和2.03%,喷施螯合硒后五优1179增产7.27%,丝香1号的稻米产量下降5.40%;不同处理下丝香1号的剑叶长度均大于五优1179,株高范围为110~112cm;叶面喷施流体硅可使品种五优1179和丝香1号的糙米Cd含量降至0.181,0.186mg/kg,喷施螯合硒后丝香1号的糙米Cd含量达0.169mg/kg,五优1179的糙米Cd含量由0.487mg/kg降至0.202mg/kg,未达《食品安全国家标准》(GB 2762-2022)中糙米Cd限量标准(0.2mg/kg);喷施流体硅后两种水稻不同部位Cd含量顺序为根>其他节>第一节>其他叶>剑叶>颖壳>穗轴>糙米,施用螯合硒后不同部位Cd含量变化主要表现在穗轴>颖壳.外源喷施流体硅和螯合硒均能显著降低两种水稻体内Cd含量(P水稻穗轴Cd含量和TF_(穗轴/剑叶)上升,TF颖壳/穗轴明显下降;相关性分析结果表明,糙米Cd含量与根和茎Cd含量呈显著正相关(P<0.01),与其他叶Cd含量呈显著负相关(P<0.05).流体硅不但有利于提高稻米产量,还能降低糙米Cd含量,且经济成本相对较低,建议在该区域Cd污染安全利用类农田推广使用.

关键词：大田叶面阻隔镉污染硅硒水稻