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不同改性生物炭对稻田氮素损失及水稻产量的影响

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中国环境科学 2024年

作者：衣本骥刘畅韩宏伟张丰陈涛涛孟军迟道才沈阳农业大学水利学院沈阳农业大学国家生物炭研究院农业农村部生物炭与土壤改良重点实验室

为进一步挖掘稻田生态系统生物炭增效、节肥和减排潜力，以无生物炭为对照(CK)，设置玉米秸秆生物炭(B)、酸化生物炭(BpH)、氮负载生物炭(BNH4)、铁改性生物炭(BFe)和钙改性生物炭(BCa)6个处理，通过2年试验，对生物炭阳离子交换量(CEC... 详细信息

为进一步挖掘稻田生态系统生物炭增效、节肥和减排潜力，以无生物炭为对照(CK)，设置玉米秸秆生物炭(B)、酸化生物炭(BpH)、氮负载生物炭(BNH4)、铁改性生物炭(BFe)和钙改性生物炭(BCa)6个处理，通过2年试验，对生物炭阳离子交换量(CEC)、含氧官能团以及其处理下水稻产量、氮素提取、氨挥发、氮素淋失和土壤氮残余等进行了研究。结果表明：与B相比，BpH、BNH4和BFe可显著提升生物炭CEC(53.9%、29.6%和28.2%)，且4种改性处理均可显著提升生物炭-COOH、-OH、C=O、O-H等含氧官能团浓度，增强生物炭吸氮能力。全生育期累积氨挥发在9.1～19.9 kg·hm-2(2021)和8.5～13.7 kg·hm-2(2022)之间，除BNH4降氨效果明显(44.6%)外，其他处理第1年对氨挥发无显著影响；而BCa、BNH4和BFe在第2年均显著降低氨挥发，较CK分别降低33.5%、37.5%和37.8%。4种改性生物炭连续2年，较CK降低氮素淋失19.0%和35.2%(BpH)、15.0%和21.0%(BCa)、11.3%和28.7%(BNH4)、12.6%和29.0%(BFe)。B在第1年对产量无显著影响，但老化1年后增产显著(8.8%)；BpH和BNH4连续2年均有增效，分别增产19.7%和12.2%(2021)，11.5%和5.8%(2022)。2年中，BpH、BCa和BNH4均显著降低了活性氮排放，降幅为23.4%、21.8%和42.3%(2021)和23.5%、30.5%和35.5%(2022)；BFe在第1年提升活性氮排放25.9%；第2年降低35.6%。不同生物炭处理第1年土壤矿化氮残余无显著差异；但BCa、BNH4和BFe第2年增效显著。同时考虑增产、活性氮减排和矿化氮可持续性，BpH和BNH4取得了综合最佳效果，同CK相比，可降低氨挥发23.4%和42.3%(2021)、23.5%和35.5%(2022)，铵态氮淋失18.9%和10.6%(2021)、35.4%和29.0%(2022)，硝态氮淋失15.6%和14.7%(2021)、24.5%和23.4%(2022)，氮素积累提高1.1%和13.4%(2021)、14.8%和4.3%(2022)以及矿化氮残余提高1.3%和15.0%(2021)、12.2%和17.9%(2022)，最终增产19.7%和12.2%(2021)、11.5%和5.7%(2022)。

关键词：不同改性生物炭田面水氨挥发淋溶水稻产量氮素去向

“23·7”特大暴雨对河北平原玉米产量的影响研究

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第6期32卷 1023-1032页

作者：泉涛章成果冯颖李红军郭英沈彦俊中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/中国科学院农业水资源重点实验室/河北省节水农业重点实验室石家庄050022 中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 中国科学院大学北京100049

洪涝是一种破坏力巨大的自然灾害,对粮食生产构成严重威胁。受台风“杜苏芮”和“卡奴”的影响,2023年7月29日至8月1日京津冀地区出现百年一遇的特大暴雨洪水灾害,给京津冀地区造成了重大损失,导致部分农田几乎绝收。为评估极端暴雨事... 详细信息

洪涝是一种破坏力巨大的自然灾害,对粮食生产构成严重威胁。受台风“杜苏芮”和“卡奴”的影响,2023年7月29日至8月1日京津冀地区出现百年一遇的特大暴雨洪水灾害,给京津冀地区造成了重大损失,导致部分农田几乎绝收。为评估极端暴雨事件对当地粮食产量的影响,本研究使用MODIS MOD09GQ数据分析了暴雨前后的归一化植被指数(NDVI)变化,据此划定了本次暴雨造成的受灾农田区域(主要在河北平原)及其受灾程度,同时结合2016—2020年玉米种植空间分布、农业统计数据和NDVI数据,估算了受灾农田区域未发生暴雨和发生暴雨后两种情景下的玉米产量,进而评估了本次暴雨造成的玉米产量损失。主要得到以下结果:1)暴雨发生后,河北平原受灾农田区域的NDVI普遍减少0~0.35,相比之下,未受灾农田区域的NDVI均有所增加。2)本次强降雨导致河北平原约24万hm^(2)农田受到影响,绝产面积约13万hm^(2),减产面积约11万hm^(2)。3)蓄滞洪区周边的22个县(市、区)是本次暴雨的主要受灾区域,据回归分析结果,本次暴雨可能造成的玉米产量损失多达22万t,且92%的产量损失是由作物绝产所致。本研究为遥感手段估算极端降雨导致的粮食减产提供了一个快速且可靠的计算框架,同时强调了极端降雨对粮食安全的巨大威胁。

关键词：洪涝灾害粮食安全华北平原极端降雨 “杜苏芮”和“卡奴”台风 NDVI

冠层活性相关性状全基因组关联分析及其对产量性状遗传效应的解析

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中国农业科学 2024年第4期57卷 627-637页

作者：李法计程敦公余晓丛闻伟锷刘金栋翟胜男刘爱峰郭军曹新有刘成宋健民刘建军李豪圣山东省农业科学院作物研究所/小麦玉米国家工程研究中心/农业农村部黄淮北部小麦生物学与遗传育种重点实验室/山东省小麦技术创新中心/济南市小麦遗传改良重点实验室菏泽学院农业与生物工程学院(牡丹学院) 遵义医科大学细胞生物学教研室中国农业科学院作物科学研究所

【目的】冠层活性是反映作物生长发育的重要指标，发掘小麦冠层活性相关基因并分析其与产量性状的关系，为解析产量遗传结构和辅助育种提供理论支撑。【方法】以166份国内外小麦品种为材料，将其种植于河南安阳和安徽濉溪，结合已构建... 详细信息

【目的】冠层活性是反映作物生长发育的重要指标，发掘小麦冠层活性相关基因并分析其与产量性状的关系，为解析产量遗传结构和辅助育种提供理论支撑。【方法】以166份国内外小麦品种为材料，将其种植于河南安阳和安徽濉溪，结合已构建的包含326 570个来源于小麦90K和660K SNP芯片标记的高密度整合物理图谱，对苗期和花后10 d归一化植被指数(NDVI-S和NDVI-10)及花后10 d旗叶叶绿素含量(Chl-10)进行关联分析，并与前期利用相同材料得到的产量相关性状结果进行比较。【结果】NDVI-S、NDVI-10和Chl-10在基因型、环境及基因型×环境互作间变异方差均达极显著(P<0.01)差异，广义遗传力(hb2)分别为0.81、0.81和0.91。分别检测到13、12和15个与NDVI-S、NDVI-10和Chl-10显著相关的位点，其中，有12、11和12个为新位点，5个位点与2个以上性状有关。166份小麦品种含有NDVI-S、NDVI-10和Chl-10优异等位基因数变幅分别为4-11、3-11和4-12，且随着优异等位基因数目增加其对应表型值呈递增趋势。NDVI-S与千粒重、粒长和粒宽显著正相关(P<0.01);Chl-10与产量和旗叶宽显著正相关(P<0.01)，与单位面积穗数、株高和穗下节长显著负相关(P<0.01)。检测到7个同时与产量和冠层活性相关的多效性位点。【结论】NDVI-S可用于品种产量性状的选择，检测到的稳定位点和多效性位点可在开发标记后用于育种材料的检测。

关键词：小麦冠层活性产量归一化植被指数叶绿素含量关联分析

不同灌水条件下分层施肥对土壤养分垂直分布与小麦根系生长和功能的影响

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中国农业科学 2024年第11期57卷 2125-2142页

作者：卜明娜杨习文滕政凯胡乃月张烁王春艳杨键梁文宪马文奇贺德先周苏玫河南农业大学农学院/国家小麦工程技术研究中心/省部共建小麦玉米作物学国家重点实验室/河南粮食作物协同创新中心

【目的】探究施肥方式对土壤养分和小麦根系生长的影响，塑造良好的根系构型，为麦田的科学施肥和高产高效生产提供理论依据。【方法】试验于2021—2023年在河南农业大学原阳科教示范园区进行，采用池栽定位试验，设置3个施肥处理（F0... 详细信息

【目的】探究施肥方式对土壤养分和小麦根系生长的影响，塑造良好的根系构型，为麦田的科学施肥和高产高效生产提供理论依据。【方法】试验于2021—2023年在河南农业大学原阳科教示范园区进行，采用池栽定位试验，设置3个施肥处理（F0：不施肥；F1:N、P、K肥浅施；F2:N、P、K肥1/3浅施+2/3深施）和3个灌水处理（W1：底墒水；W2：底墒水+拔节水；W3：底墒水+拔节水+扬花水），共计9个组合处理，测定0—100 cm不同层次的土壤养分和根系性状。【结果】在不同灌水频次下，土壤耕层养分含量较高，随着土层加深，有效养分减少，0—60 cm土层养分含量表现出F2>F1>F0。分层施肥（F2）明显增加了20—40 cm土层肥力，较浅层施肥（F1）相比，不同灌水频次下开花期至成熟期的土壤硝态氮、铵态氮、有效磷、速效钾含量分别平均提高了16.03%、7.67%、8.82%、6.32%。80—100 cm土层硝态氮和全氮含量上升，灌水增大了富集效应；0—100 cm土层速效钾含量呈“S”分布，且成熟期含量升高，出现钾素外排现象。小麦根系主要集中在0—40 cm土层中，分层施肥（F2）显著提高了根系在20—40 cm土层根系的形态分布和功能，根长密度、根表面积密度、根体积比、根干重密度、根系活力和根系生理势两年均值比浅层施肥分别提高38.42%、16.93%、25.65%、43.07%、33.12%、31.10%。相关分析表明，0—20 cm土层各养分指标与根系形态指标呈极显著的正相关关系（P<0.01）,0—60 cm土层根系生理势在与土壤硝态氮、铵态氮、有效磷、速效钾均呈极显著正相关关系。【结论】分层施肥结合3次关键水实现了根系分布与土壤氮磷钾分布的高度协调，增强了根系在20—40 cm土层的分布比例，有利于土壤氮磷钾的协同吸收和产量提高。

关键词：小麦分层施肥灌水频次土壤养分分布根系生长根系功能

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不同生长时期玉米茎秆强度的无损检测研究

光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1703-1709页

作者：张天亮张东兴崔涛杨丽解春季杜兆辉肖天璞中国农业大学工学院北京100083 农业部土壤-机器-植物系统技术重点实验室北京100083 河北省科学院应用数学研究所河北石家庄050081 河北省信息安全认证技术创新中心河北石家庄050081

针对传统玉米茎秆强度破坏式检测方法费时费力的问题,采用高光谱成像数据结合统计学习方法对灌浆期和蜡熟期的19个玉米品种的茎秆穿刺强度和折断力进行检测,给出适于进行玉米茎秆强度检测的特征提取和建模方法。试验在5000株·亩^(-1)... 详细信息

针对传统玉米茎秆强度破坏式检测方法费时费力的问题,采用高光谱成像数据结合统计学习方法对灌浆期和蜡熟期的19个玉米品种的茎秆穿刺强度和折断力进行检测,给出适于进行玉米茎秆强度检测的特征提取和建模方法。试验在5000株·亩^(-1)种植密度下种植了19个玉米品种,采集灌浆期和蜡熟期茎秆基部的高光谱图像,使用目标区域分割的方式自动进行光谱图像反射率校正和目标光谱曲线提取。对采集的样本数据使用主成分分析法(PCA)和包裹式特征提取法提取光谱特征,并分别建立了主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLSR)的茎秆强度预测模型。通过对各特征提取方法和各模型交叉验证预测结果的对比,找到适于进行玉米茎秆强度检测的特征提取和建模方法。试验结果表明:PCA方法提取光谱特征具有明显的降维效果,但用PCA方法提取特征建立的PCR模型对玉米茎秆强度的预测效果一般,用包裹式特征提取方法建立的PLSR模型在灌浆期和蜡熟期的模型预测效果均优于PCR模型,模型的剩余预测残差(RPD)在2.90~3.93之间,可以用于定量分析预测茎秆强度。

关键词：穿刺强度折断力高光谱成像主成分回归偏最小二乘回归

TNC基因敲除对绵羊子宫内膜上皮细胞迁移的影响

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中国畜牧杂志 2024年第1期60卷 143-152页

作者：汪林丽朱亚宁艾越张效生韩红兵禽畜遗传改良北京市重点实验室中国农业大学动物科学技术学院北京100193 农业与农村部动物遗传育种与繁育重点实验室中国农业大学动物科学技术学院北京100193 天津市畜禽分子育种与生物技术重点实验室天津300381

本研究旨在探究TNC(Tenascin-C)基因敲除对绵羊子宫内膜上皮细胞(Endometrial Epithelial Cells,EECs)迁移功能的影响及其内在信号通路,为研究胚胎附植及改善子宫内膜容受性提供借鉴。在TNC外显子3和5设计和筛选高活性sgRNA,转染绵羊EEC... 详细信息

本研究旨在探究TNC(Tenascin-C)基因敲除对绵羊子宫内膜上皮细胞(Endometrial Epithelial Cells,EECs)迁移功能的影响及其内在信号通路,为研究胚胎附植及改善子宫内膜容受性提供借鉴。在TNC外显子3和5设计和筛选高活性sgRNA,转染绵羊EECs后,通过PCR和RT-PCR鉴定出TNC 6.1 kb片段缺失的绵羊EECs,即plate 1-G3和plate 2-B5。通过划痕实验检测plate 1-G3和plate 2-B5迁移功能变化,并通过RNA-seq和生物信息学分析筛选共差异表达基因(co-Differentially Expressed Genes,co-DEGs),进行GO分析、KEGG分析以及PPI分析。结果表明,TNC基因敲除促进了绵羊EECs的迁移,通过RNAseq和生物信息学分析筛选出2326个co-DEGs,包括1304个上调co-DEGs和1022个下调co-DEGs。GO分析显示,co-DEGs富集到细胞迁移、粘附、细胞-底物连接等。KEGG分析显示,co-DEGs富集在PI3KAkt信号通路、ECM-受体相互作用、Rap1信号通路、EGFR酪氨酸激酶抑制剂耐药性等。GO条目中225个迁移相关co-DEGs的KEGG分析也富集到类似信号通路。迁移相关DEGs的PPI分析显示,中心枢纽基因有PIK3R3、FN1、FGFR1、ITGB3、PDGFRA等。TNC基因敲除导致绵羊EECs的迁移功能增强并揭示了其相关通路和关键基因,为研究胚胎附植及改善子宫内膜容受性提供了新思路。

关键词： TNC 子宫内膜上皮细胞 RNA-seq 细胞迁移功能富集分析

长期施用生物炭对棕壤养分及腐殖质组分的影响

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中国农业科学 2024年第13期57卷 2612-2622页

作者：王庆阳曹殿云王迪詹增意贺婉莹孙强陈温福兰宇沈阳农业大学农学院/农业农村部生物炭与土壤改良重点实验室/辽宁省生物炭专业技术创新中心/辽宁省生物炭技术工程实验室

【目的】研究长期施用生物炭对棕壤养分含量及腐殖质组分含量的影响，为评价生物炭在提高土壤肥力水平和调控土壤腐殖质组成及稳定性方面的长效作用提供科学依据。【方法】以生物炭田间定位试验为基础，采用随机区组设计，设置4个施炭... 详细信息

【目的】研究长期施用生物炭对棕壤养分含量及腐殖质组分含量的影响，为评价生物炭在提高土壤肥力水平和调控土壤腐殖质组成及稳定性方面的长效作用提供科学依据。【方法】以生物炭田间定位试验为基础，采用随机区组设计，设置4个施炭量处理：0（CK）、15.75 t·hm-2（BC1）、31.50 t·hm-2（BC2）和47.25 t·hm-2（BC3），分别测定生物炭施用4年和8年后土壤有机碳（SOC）、氮磷钾速效养分、氮磷钾全量养分以及土壤富里酸（FA）、胡敏酸（HA）和胡敏素（HM）含量。【结果】施用生物炭可提高SOC含量，BC1、BC2、BC3处理SOC含量较CK处理提高了37.35%—72.97%。施用生物炭显著提高了土壤速效钾（AK）含量，与CK处理相比，BC1、BC2和BC3处理土壤AK含量较CK处理分别提高了11.67—14.00、19.33—22.33和12.33—35.33 mg·kg-1。施用生物炭对土壤全氮（TN）、碱解氮（AN）、全磷（TP）、速效磷（AP）和全钾（TK）含量影响不大（除个别处理）。施用生物炭显著提高了土壤HA、可溶性腐殖质（HE）和HM含量。与CK处理相比，BC1、BC2和BC3处理土壤HA含量分别提高了39.68%—40.91%、30.91%—50.79%和34.55%—57.14%。BC1、BC2和BC3处理土壤HE含量较CK处理分别提高18.02%—29.74%、16.81%—30.48%和15.92%—24.91%。与CK处理相比，BC1、BC2和BC3处理土壤HM含量分别提高了48.39%—58.94%、13.57%—89.23%和82.36%—105.82%。施用生物炭4年后对土壤FA含量无显著影响，但施用生物炭8年后显著提高了土壤FA含量，BC1、BC2和BC3处理较CK处理分别提高了22.01%、30.19%和18.24%。在2016年，各施炭处理提高了土壤HA/HE和HA/FA，但降低了HE/HM，但在2020年，仅BC1处理显著提高了土壤HA/FA,BC3处理显著降低了HE/HM。通过冗余和相关分析表明，SOC、TK、AK、TP和AP与腐殖质组分含量存在显著的正相关关系；SOC和TK与土壤腐殖质的稳定性呈显著正相关关系，但土壤SOC、AK、TP和AP与土壤腐殖质的活性呈显著负相关关系。【结论】长期施用生物炭可改善土壤养分状况，主要表现在提高SOC和AK含量；长期施用生物炭可提高土壤腐殖质组分的含量，主要表现在提高土壤HA和HM含量，但对土壤腐殖质稳定性的影响会随时间推移被减弱；土壤养分含量与土壤腐殖质组分含量及稳定性存在显著正相关关系。

关键词：生物炭棕壤富里酸胡敏酸胡敏素土壤养分

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糜子SBP基因家族全基因组鉴定及表达分析

植物学报 2024年第2期59卷 231-244页

作者：段政勇丁敏王宇卓丁艺冰陈凌王瑞云乔治军山西农业大学农学院太谷030801 山西农业大学玉米研究所忻州034000 山西农业大学农业基因资源研究中心/农业农村部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室/杂粮种质资源发掘与遗传改良山西省重点实验室太原030031

SBP(squamosapromoterbindingprotein)家族广泛参与植物生长发育、信号转导及多种生理生化过程。从糜子(Panicum miliaceum)全基因组中筛选并鉴定到25个SBP基因。系统发育分析表明,PmSBP家族成员分为6个亚家族。同一亚家族成员具有相似... 详细信息

SBP(squamosapromoterbindingprotein)家族广泛参与植物生长发育、信号转导及多种生理生化过程。从糜子(Panicum miliaceum)全基因组中筛选并鉴定到25个SBP基因。系统发育分析表明,PmSBP家族成员分为6个亚家族。同一亚家族成员具有相似的基因结构和保守基序。共线性分析表明,PmSBP与拟南芥(Arabidopsisthaliana)AtSBP和水稻(Oryzasativa)OsSBP分别形成7对和31对直系同源基因。顺式作用元件分析表明,PmSBP启动子区富含逆境胁迫、光反应及激素信号响应元件。基因表达模式分析表明,PmSBP基因表达具有明显的组织特异性、品种特异性及发育阶段特异性,表明SBP基因在糜子生长发育中发挥重要作用。研究结果为揭示SBP基因在糜子生长发育中的生物学功能奠定了基础,也为其它作物SBP基因研究提供了借鉴参考。

关键词：糜子 SBP基因全基因组鉴定基因表达分析

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植物VIGS载体构建策略研究与应用进展

园艺学报 2024年第7期51卷 1455-1473页

作者：任恒泽李丹莹余亚婷吕务云郝心愿王新超王玉春浙江农林大学茶学与茶文化学院杭州311300 中国农业科学院茶叶研究所国家茶树改良中心农业农村部特种经济动植物生物学与遗传育种重点实验室杭州310008

病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)是一种基于植物抗病毒机制开发的用于基因功能研究的反向遗传学技术。该技术不依赖植物遗传转化体系,具有周期短、操作简单高效、高通量的特点,被广泛应用于植物生长发育、信号... 详细信息

病毒诱导的基因沉默(virus-induced gene silencing,VIGS)是一种基于植物抗病毒机制开发的用于基因功能研究的反向遗传学技术。该技术不依赖植物遗传转化体系,具有周期短、操作简单高效、高通量的特点,被广泛应用于植物生长发育、信号转导、代谢途径和抗逆机制等方面的研究。本文中综述了植物VIGS作用机理、应用和存在的问题,重点讨论了载体构建策略和影响因素等方面的内容,旨在为该技术的进一步发展和应用提供参考。

关键词：病毒诱导的基因沉默基因功能病毒载体沉默载体构建策略