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CPK激酶调控植物生长发育的分子机理及其研究进展

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科学通报 2024年第8期69卷 1082-1095页

作者：刘欣李炜佳李希东陈艳梅中国农业大学生物学院北京100193 北京农学院生物与资源环境学院北京102206

钙离子依赖性蛋白激酶(calcium-dependent protein kinase,CDPK或CPK)是细胞信号转导中发挥重要调控功能的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶.植物基因组编码大量的CPK激酶.当外界钙离子浓度发生变化时,CPK激酶能感知这些变化并与钙离子结合,... 详细信息

钙离子依赖性蛋白激酶(calcium-dependent protein kinase,CDPK或CPK)是细胞信号转导中发挥重要调控功能的一类丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶.植物基因组编码大量的CPK激酶.当外界钙离子浓度发生变化时,CPK激酶能感知这些变化并与钙离子结合,导致蛋白构象改变以及释放自抑制结构域对激酶活性的抑制,从而激活CPK激酶.激活的CPK激酶通过磷酸化底物蛋白把钙信号向下游传递并引发胞内信号通路的级联反应,最终调控植物生长发育或对外界环境信号的响应.本文概述了CPK激酶的基本结构和分子特征,以及CPK激酶在调控植物生长发育、激素信号机理、生物和非生物胁迫应答过程中的最新研究进展,并对当前研究中存在的问题和未来的研究方向进行探讨与展望.

关键词： ABA CPK激酶钙信号钙指纹钙调蛋白磷酸化

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长期秸秆还田褐土有机碳矿化特征及其驱动力

环境科学 2024年第4期45卷 2353-2362页

作者：赵宇航殷浩凯胡雪纯解文艳刘志平周怀平杨振兴山西农业大学资源环境学院太原030031

基于连续30 a(1992~2021年)秸秆还田长期定位试验,按照等碳量秸秆还田,设置秸秆覆盖还田(SM)、秸秆粉碎直接还田(SC)、秸秆过腹还田(CM)和秸秆不还田(CK)这4个处理,探讨长期不同秸秆还田方式对土壤有机碳、土壤活性有机碳组分、土壤碳... 详细信息

基于连续30 a(1992~2021年)秸秆还田长期定位试验,按照等碳量秸秆还田,设置秸秆覆盖还田(SM)、秸秆粉碎直接还田(SC)、秸秆过腹还田(CM)和秸秆不还田(CK)这4个处理,探讨长期不同秸秆还田方式对土壤有机碳、土壤活性有机碳组分、土壤碳库管理指数、酶活性和土壤有机碳矿化的影响,揭示春玉米连作体系褐土有机碳矿化特征及其主要驱动因子,为褐土区秸秆还田措施优化和固碳减排等提供科学依据.结果表明:(1)秸秆还田处理均提高了褐土土壤有机碳含量,CM处理提高幅度最大,且碳库管理指数提升效果最显著.(2)SC和CM处理的活性碳组分含量均上升,而SM处理的易氧化有机碳含量显著降低.(3)温度每升高10℃,矿化速率约提升7.99 mg·(kg·d)^(-1).不同秸秆还田处理土壤有机碳矿化速率顺序为:CM> SC>SM> CK.(4)低温(15~25℃)条件下,CM处理的温度敏感性最低,最有利于碳库的积累,能有效提高土壤有机碳库周转速率,缩短周转时间,可作为褐土管理的最佳秸秆还田模式.(5)温度、土壤中β-1,4-葡萄糖苷酶活性和DOC是褐土土壤有机碳矿化的主要驱动力.有机碳组分和温度可以通过影响土壤酶活性,进而影响土壤有机碳的矿化.

关键词：秸秆还田土壤有机碳(SOC) 碳库管理指数(CPMI) 有机碳矿化玉米

有机肥配施荧光假单胞菌肥对玉米产量与复垦土壤磷素有效性的影响

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农业工程学报 2024年第9期40卷 79-87页

作者：焦金铖安晓虎徐晨曦李廷亮孟会生张杰郝鲜俊山西农业大学资源环境学院太谷030801

复垦土壤贫瘠,磷素含量极低,严重影响作物的生长发育。研究化肥、有机肥配施荧光假单胞菌对玉米产量和复垦土壤磷素形态以及酶活性的影响,为加速培肥矿区复垦土壤提供技术支持和理论依据。该研究在山西省晋中市采煤塌陷区进行了2 a的定... 详细信息

复垦土壤贫瘠,磷素含量极低,严重影响作物的生长发育。研究化肥、有机肥配施荧光假单胞菌对玉米产量和复垦土壤磷素形态以及酶活性的影响,为加速培肥矿区复垦土壤提供技术支持和理论依据。该研究在山西省晋中市采煤塌陷区进行了2 a的定位培肥试验,共设置7个处理:不施肥(CK)、单施化肥(CF)、化肥配施荧光假单胞菌(CFB)、单施有机肥(M)、有机肥配施荧光假单胞菌(MB)、化肥配施有机肥(MCF)、化肥有机肥配施荧光假单胞菌(MCFB)。采集各处理土壤样品测定相关指标,并通过相关性分析和结构方程模型来探究各形态磷与有效磷以及土壤磷酸酶之间的关系。结果表明:1)在整个试验周期(2021—2022年),与CK相比,不同施肥处理均能显著提高玉米产量以及各形态磷素。其中,以MB处理下的玉米产量、有效磷、磷活化系数、不稳定态磷以及部分不稳定态磷含量最高,与CK处理相比,玉米产量显著提高2.40倍,有效磷含量、磷活化系数值、不稳定态磷含量、部分不稳定态磷含量分别显著提高4.50倍、4.67倍、0.98倍、1.16倍。2)与CK处理相比,化肥、有机肥配施荧光假单胞菌能够显著提高土壤微生物量磷以及酸性和碱性磷酸酶活性,配施荧光假单胞菌后,微生物量磷水平和碱性磷酸酶活性均以MB较M处理提升效果最佳,分别显著提高27.08%和9.56%。3)结合相关性分析以及结构方程模型,随着荧光假单胞菌和化肥有机肥的施入,在提高不稳定态磷素含量的同时也提高有效磷的供应能力,促进磷素在农田生态系统中的循环转化,产生积极的正向影响。化肥、有机肥配施荧光假单胞菌能够一定程度上影响复垦土壤玉米产量及产量性状、各形态磷素及有效性和微生物活性,对复垦土壤脆弱的农田生态系统产生积极影响。

关键词：复垦土壤磷玉米产量有机肥土壤磷酸酶活性

生物炭对四环素和铜复合污染土壤生菜生长及污染物累积的影响

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环境科学 2024年第5期45卷 3037-3046页

作者：郑晨格裴欢欢张亚珊李嘉欣刘奋武乔星星秦俊梅山西农业大学资源环境学院太谷030800

通过生菜盆栽试验,研究四环素(TC)和铜(Cu)复合污染胁迫下施用不同生物炭(苹果枝条、玉米秸秆和谷子秸秆生物炭及其改性生物炭)对生菜生长的影响.结果表明,与CK相比,添加生物炭处理的生菜株高、根长、株鲜重和根鲜重均显著增加(P<0.05)... 详细信息

通过生菜盆栽试验,研究四环素(TC)和铜(Cu)复合污染胁迫下施用不同生物炭(苹果枝条、玉米秸秆和谷子秸秆生物炭及其改性生物炭)对生菜生长的影响.结果表明,与CK相比,添加生物炭处理的生菜株高、根长、株鲜重和根鲜重均显著增加(P<0.05).添加不同生物炭可以在不同程度上提高生菜生理指标中硝态氮、叶绿素和可溶性蛋白含量,降低丙二醛、脯氨酸含量以及过氧化氢酶活性,在幼苗期和成熟期生物炭对生菜生理指标的影响趋势一致.与CK相比,添加生物炭后生菜地上部和地下部的TC和Cu含量均有不同程度的降低,生菜地上部TC和Cu分别降低了2.49%~92.32%和12.79%~36.47%,地下部TC和Cu分别降低了12.53%~55.64%和22.41%~42.29%.相关性分析表明,生菜硝态氮、叶绿素和可溶性蛋白含量与生菜TC含量呈显著负相关,丙二醛、脯氨酸含量以及过氧化氢酶活性与生菜TC含量呈显著正相关,生菜抗性基因与TC含量呈显著正相关(P<0.05).总体趋势上,改性生物炭对提高生菜生长及降低污染物累积的效果优于原生物炭,其中改性谷子秸秆生物炭的修复效果最佳.

关键词：生物炭四环素(TC) 铜(Cu) 四环素类抗生素抗性基因(TC ARGs) 生菜

微塑料对土壤N_(2)O排放及氮素转化的影响研究进展

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环境科学 2024年第5期45卷 3059-3068页

作者：刘一戈杨安琪陈舒欣牛英奕卢瑛李博华南农业大学资源环境学院广州510642

微塑料(MPs)在土壤环境中的作用和影响逐渐受到关注,但其对土壤氮素循环及其影响机制并不明确.氧化亚氮(N2O)是农田土壤氮素循环中重要的温室气体之一,其主要来源于微生物参与的氮转化过程.微塑料对土壤氮转化过程及相关功能酶和基因都... 详细信息

微塑料(MPs)在土壤环境中的作用和影响逐渐受到关注,但其对土壤氮素循环及其影响机制并不明确.氧化亚氮(N2O)是农田土壤氮素循环中重要的温室气体之一,其主要来源于微生物参与的氮转化过程.微塑料对土壤氮转化过程及相关功能酶和基因都能够产生影响,其在土壤中不断富集可能造成土壤N_(2)O排放规律的改变.由于微塑料自身的复杂性以及不同试验在时空上的变异,导致微塑料对土壤氮素转化和N_(2)O排放产生不同了影响,增大了对土壤N_(2)O排放和土壤氮素转化的评估难度.目前,微塑料在土壤N_(2)O排放、氮素含量、相关功能酶活性和功能基因丰度的研究上未得出统一的结论,缺少在更广的尺度(如盆栽尺度)、更多元的角度(如反硝化过程、DNRA过程等)和更先进的手段上(如同位素技术)探究其影响机制的研究.因此,通过归纳微塑料对土壤氮循环影响的不同观点,能更全面地认识微塑料对土壤氮循环存在的影响,可为气候变化条件下土壤微塑料富集对土壤氮素循环过程以及N_(2)O排放规律的影响提供一定的理论基础.

关键词：微塑料(MPs) 氧化亚氮(N_(2)O) 氮素转化速率功能基因酶活性

连续7年施肥提升复垦土壤肥力提高玉米产量的驱动因子

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农业工程学报 2024年第1期40卷 142-152页

作者：谢钧宇张慧芳罗云琪孟会生张杰洪坚平徐明岗山西农业大学资源环境学院太谷030801

研究长期施肥对玉米连作体系下采煤塌陷区复垦土壤肥力变化和玉米产量的影响,明确玉米产量提高的驱动因素和最佳施肥处理,可为该区域培肥土壤和耕地质量提升提供理论依据。该研究依托7 a(2014—2020年)复垦定位肥料试验基地,设置不施肥... 详细信息

研究长期施肥对玉米连作体系下采煤塌陷区复垦土壤肥力变化和玉米产量的影响,明确玉米产量提高的驱动因素和最佳施肥处理,可为该区域培肥土壤和耕地质量提升提供理论依据。该研究依托7 a(2014—2020年)复垦定位肥料试验基地,设置不施肥对照(CK)、氮磷钾平衡施肥(NPK)、单施有机肥(M)和有机肥配施无机肥(MNPK)4个处理,采集0~20 cm土层土壤样品,研究不同施肥处理对作物产量、土壤化学指标(包括有机质、全氮、有效磷、速效钾、有效铁锰铜锌含量)、土壤物理指标,即团聚体分布比例及其碳氮含量以及土壤生物指标,即与碳循环相关的土壤酶活性的影响。结果表明,施化肥及有机肥较CK均显著提高了玉米籽粒产量,且以M处理的增幅最大。M处理显著提高了土壤有机质、全氮、速效钾及有效锰含量,增幅分别为21.50%、12.50%、98.37%及20.19%;MNPK处理改善了土壤的基本性质,显著提高了大粒径团聚体(>2 mm)中有机碳和全氮含量,增幅分别达68.68%和471.43%,但是显著降低了土壤有效铜和有效锌含量,降幅分别为16.67%和16.46%。而且施加有机肥后,加速了大团聚体(0.25~2 mm)的破碎,伴随着粉黏粒组分(<0.053 mm)数量的增加。此外,NPK处理显著提高了β-葡萄糖苷酶活性,增幅为29.17%,但是显著降低了脲酶活性,降幅为29.79%,施有机肥(M和MNPK)显著提高了蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、脲酶和碱性磷酸酶活性,增幅分别为45.87%~73.39%、54.98%~60.73%、43.09%~80.32%和51.52%~54.97%。进一步通过主成分分析以及土壤肥力综合指数评价,表明单施有机肥是该复垦区域耕地质量提升和维持土地生产力较好的农田管理措施。结合冗余分析结果可知,β-葡萄糖苷酶是评价土壤肥力的敏感性指标,它对玉米籽粒产量和土壤有机质含量的贡献率高达72.40%。因此,在现有的农田管理条件下,单施有机肥主要通过增强β-葡萄糖苷酶活性进而促进复垦土壤肥力的形成,最终提高了作物产量,是维持该复垦区作物高产稳产和培育耕地质量的有效措施。

关键词：土壤有机肥复垦产量微量元素 β-葡萄糖苷酶

2000—2020年中国青饲料播种面积及其供需驱动因素的时空格局

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地理学报 2024年第7期79卷 1804-1823页

作者：杨彤赵雯莉董金玮李愈哲李之超王洁齐雯丽毕健张戈丽中国农业大学土地科学与技术学院北京100093 中国农业大学生物学院北京100093 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国农业大学草业科学与技术学院北京100093 兰州大学资源环境学院兰州730000

高产、优质的青饲料对于国家畜牧业发展和食物供给至关重要。然而,当前对于青饲料播种面积时空变化格局及其阶段性特征、区域差异以及影响因素等尚未清楚。本文基于省级面板数据分析了2000—2020年青饲料种植的时空格局变化,结合MODIS-... 详细信息

高产、优质的青饲料对于国家畜牧业发展和食物供给至关重要。然而,当前对于青饲料播种面积时空变化格局及其阶段性特征、区域差异以及影响因素等尚未清楚。本文基于省级面板数据分析了2000—2020年青饲料种植的时空格局变化,结合MODIS-NPP产品和统计数据,揭示了饲料供给与需求对青饲料播种面积的影响。结果表明:①2020年中国青饲料播种面积为2199×10^(3)hm^(2),仅占农作物播种面积的1.3%,其中牧业地区占全国的59%。②2000年以来青饲料播种面积经历了快速增长(2000—2003年,464.2×10^(3)hm^(2)/a)、快速下降(2004—2009年,-399×10^(3)hm^(2)/a)和缓慢增长(2010—2020年,64.3×10^(3)hm^(2)/a)3个时期。牧业地区主导了全国青饲料播种面积的变化。③饲料供需因素最多可以解释92%的青饲料播种面积变化。其中,饲料需求每增加1万t,青饲料播种面积最高增加900 hm^(2)。秸秆草饲料产量与青饲料互为补充,以负效应为主(偏回归系数介于-1.2~-0.5之间)。天然草饲料产量则对青饲料播种面积变化影响较小。此外,生态工程和农业政策等因素通过调控奶业、草牧业和种植业对青饲料播种面积的变化有重要影响。本文结果可为制定粮食安全、生态环境保护和作物结构调整等相关政策措施提供科学支持。

关键词：青饲料时空格局播种面积饲料供需中国

基于作物水分亏缺指数和盐分淋洗系数的新疆棉田节水控盐优化方法

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农业工程学报 2024年第12期40卷 96-108页

作者：赵玉赵嘉滨范雯婧左强吴训盛建东蒋平安石建初新疆农业大学资源与环境学院乌鲁木齐830052 中国农业大学土地科学与技术学院北京100193

通过灌溉对作物根区土壤水盐环境进行适时适度的调控是促进新疆绿洲农业可持续健康发展的重要举措,其中最为关键的一环当属灌溉制度尤其是灌水定额的优化。为了提高灌水控盐效率,该研究以新疆沙湾市膜下滴灌盐碱棉田为研究对象,以当地... 详细信息

通过灌溉对作物根区土壤水盐环境进行适时适度的调控是促进新疆绿洲农业可持续健康发展的重要举措,其中最为关键的一环当属灌溉制度尤其是灌水定额的优化。为了提高灌水控盐效率,该研究以新疆沙湾市膜下滴灌盐碱棉田为研究对象,以当地传统灌溉制度为对照,在基于作物水分亏缺指数(plant water deficit index,PWDI)评估并实施智能灌溉的基础上开展了2 a(2021与2022)田间灌水控盐试验,通过设置不同的盐分淋洗系数(2021年:1.0与2.0;2022年:1.0、1.4、1.8、2.2与2.6)探讨灌水定额对土壤水盐运移与棉花生长以及水分吸收利用的影响。结果表明,在固定PWDI阈值(评估值超过阈值时开启灌水)的情况下,在一定范围内随着盐分淋洗系数的增大,灌水定额增加,灌水周期延长,灌水总量增大,更多盐分被被淋洗到根区下部甚至根区以下,从而改善根域水盐环境,减轻水盐胁迫,促进棉花生长并增产,但灌溉水利用效率呈缓慢下降趋势。然而,当盐分淋洗系数(灌水定额)增大到一定程度时,长期优越的根域水盐环境导致棉花徒长,即营养生长旺盛而生殖生长迟滞,灌水周期缩短,灌水总量急剧上升,产量不再增加反而有下降趋势,灌溉水利用效率显著降低。综合考虑盐分淋洗、棉花生长与产量以及水分利用效率,当试验区PWDI阈值取为0.5时建议对应的盐分淋洗系数取为2.2。该研究可为新疆盐碱棉田高效生产以及绿洲农业可持续健康发展提供理论依据与技术支撑。

关键词：灌溉盐分淋洗灌水定额膜下滴灌节水控盐水分利用效率

基于CWDI蒙冀半干旱区近60a谷子干旱时空变化特征

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中国农业气象 2024年第4期45卷 419-430页

作者：赵凌暄王靖李扬王孝贤赵熙玲陈仁伟胡琦张佳莹王慧烨赵庚云中国农业大学资源与环境学院北京100193

谷子是半干旱区的特色作物,具有耐旱稳产的特点。蒙冀半干旱区是谷子的优势产区,种植面积及总产量均居全国前列,但干旱严重威胁着该区谷子生产。为揭示干旱对谷子生长过程的影响,提高谷子生产应对干旱风险的能力,选取研究区内27个气象站... 详细信息

谷子是半干旱区的特色作物,具有耐旱稳产的特点。蒙冀半干旱区是谷子的优势产区,种植面积及总产量均居全国前列,但干旱严重威胁着该区谷子生产。为揭示干旱对谷子生长过程的影响,提高谷子生产应对干旱风险的能力,选取研究区内27个气象站点1961-2019年谷子生长季(5-9月)逐日气象数据,采用作物水分亏缺指数(CWDI)作为干旱指标,结合干旱强度、干旱频率、干旱站次比分析谷子干旱的时空变化特征。结果表明:(1)近60a,蒙冀半干旱区谷子干旱强度呈下降趋势。干旱的发生频率和站次比均随干旱等级的升高而降低。(2)在谷子各生育阶段,干旱强度和干旱频率表现为拔节期>苗期>成熟期>灌浆期>抽穗期。(3)空间分布上,研究区内谷子干旱强度和干旱频率均表现为由西北向东南逐渐降低,其中中旱、重旱和特旱的发生范围均减小。干旱强度和频率的降低有利于蒙冀半干旱区的谷子生产。

关键词：半干旱区 CWDI干旱指数谷子生育阶段干旱强度与频率