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高温干旱跨代效应对小麦芽期耐旱性和耐盐性的影响

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干旱地区农业研究 2024年第2期42卷 163-176页

作者：李刚王博涵张学智李诚李春艳石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832003

选用生长于新疆吐鲁番地区高温胁迫(HT)、石河子地区花后干旱胁迫(DT)以及正常灌溉(NW)环境下收获的‘SDWW-7’、‘津农6号’和‘金石农1号’小麦种子,分别用不同浓度的PEG-6000和NaCl溶液模拟干旱胁迫和盐胁迫,研究来自3种环境条件下... 详细信息

选用生长于新疆吐鲁番地区高温胁迫(HT)、石河子地区花后干旱胁迫(DT)以及正常灌溉(NW)环境下收获的‘SDWW-7’、‘津农6号’和‘金石农1号’小麦种子,分别用不同浓度的PEG-6000和NaCl溶液模拟干旱胁迫和盐胁迫,研究来自3种环境条件下收获种子的耐旱性和耐盐性。结果表明:(1)高温干旱胁迫导致父代小麦籽粒千粒重降低,下降幅度为23.55%~46.15%;高温干旱胁迫对‘SDWW-7’和‘金石农1号’的淀粉含量影响存在显著差异(P‘津农6号’>‘金石农1号’。(4)子代小麦抗旱性综合评价表明在15%PEG-6000(D1)、20%PEG-6000(D2)干旱胁迫处理下,均为DT环境收获的‘津农6号’、‘金石农1号’子代材料耐旱性最好,位次分别为第1和第7。(5)子代小麦抗盐性综合评价表明在50 mmol·L^(-1)(S1)、100 mmol·L^(-1)(S2)、200 mmol·L^(-1)(S3)盐胁迫处理下,均为HT环境收获的‘SDWW-7’、‘津农6号’、‘SDWW-7’子代小麦耐盐性最好,位次分别为第1、5、11。综上所述,父代经过高温和干旱胁迫锻炼,子代小麦在遭受逆境胁迫时具有更大的发芽优势,表现为父代进行干旱胁迫锻炼可增强子代抗旱性,进行高温胁迫锻炼可增强子代耐盐性,说明该效应能够传递给下一代并且可以增强子代小麦对逆境胁迫的抗性。

关键词：小麦逆境锻炼跨代效应耐旱性耐盐性

长期咸水滴灌对棉田土壤磷循环微生物群落结构及功能基因的影响

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环境科学 2024年

作者：叶扬郭晓雯杨茂琪闵伟郭慧娟石河子大学农学院新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室

干旱地区淡水资源匮乏，合理利用咸水资源可以缓解当地淡水短缺的问题，但长期咸水滴灌会增加土壤盐渍化风险，继而影响土壤养分的转化和微生物多样性。土壤的磷素供应对作物的生长至关重要，然而长期咸水滴灌如何影响土壤磷转化的过程... 详细信息

干旱地区淡水资源匮乏，合理利用咸水资源可以缓解当地淡水短缺的问题，但长期咸水滴灌会增加土壤盐渍化风险，继而影响土壤养分的转化和微生物多样性。土壤的磷素供应对作物的生长至关重要，然而长期咸水滴灌如何影响土壤磷转化的过程还不清晰。因此，为探究长期咸水滴灌对棉田土壤磷转化微生物及其功能基因的影响，试验设置淡水(0.35 dS·m-1，FW)和咸水(8.04 dS·m-1，SW)两种灌溉水盐度。结果表明，长期咸水滴灌显著降低棉花干物质重、磷素吸收、产量以及土壤pH、Ca2-P和Ca10-P含量，但显著增加棉花含磷率和土壤含水量、电导率、速效磷、Ca8-P、Al-P、Fe-P和O-P含量。各处理在门水平上优势物种为变形菌门、放线菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门和绿弯菌门；在纲水平上优势物种为α-变形菌纲、放线菌纲、β-变形菌纲、嗜热油菌纲和γ‐变形菌纲。长期咸水滴灌显著降低放线菌门、酸杆菌门和硝化螺旋菌门的相对丰度，但显著增加变形菌门、芽单胞菌门和拟杆菌门的相对丰度；显著降低有机磷矿化基因phnA、转运基因pit以及多聚磷酸盐合成基因ppaC的表达量，但显著增加多聚磷酸盐降解基因HDDC3，有机磷矿化基因phnG、phoA、phnH、phnL、phnM、phnN、phnP和phnW，转运基因phnK、phnE、phnC和phnD以及调控基因phoB的表达量。相关性分析表明土壤磷循环微生物和功能基因与土壤理化性质以及土壤无机磷组分含量紧密相关。因此，长期咸水滴灌通过影响土壤理化性质和无机磷组分含量来改变土壤中磷循环微生物群落组成，进而驱动磷循环相关功能基因进行表达来调控和适应盐胁迫。

关键词：咸水滴灌宏基因组学棉田土壤磷循环微生物

盐渍土施用有机物料对作物生长及土壤盐碱指标的影响

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环境科学 2024年

作者：杨晓娟何浩程李洋常相杰李帅余梦梦王彬全李俊华石河子大学农学院新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室

为盐渍化土壤科学施用有机物料并促进土壤质量提升提供理论依据，并探究有机物料-盐渍土-植物系统的响应表型，以新疆地区盐渍化土壤为研究对象，以棉花、油菜和油葵为应试作物，设置对照组、微生物菌剂、腐植酸、有机肥、生物炭及秸秆... 详细信息

为盐渍化土壤科学施用有机物料并促进土壤质量提升提供理论依据，并探究有机物料-盐渍土-植物系统的响应表型，以新疆地区盐渍化土壤为研究对象，以棉花、油菜和油葵为应试作物，设置对照组、微生物菌剂、腐植酸、有机肥、生物炭及秸秆这6个处理进行室内培养试验，分析中度盐渍化土壤条件下不同有机物料对棉花、油葵和油菜这3种作物生长状况及土壤盐碱指标的影响，筛选出有一定改良效果的组合，为有机物料在新疆的应用和推广提供一定试验依据。结果表明，与对照处理相比，微生物菌剂、有机肥和生物炭施入对作物生长的促进效果显著，出苗60 d时，微生物菌剂、有机肥和生物炭施入后棉花干重分别增加了41%、43%和25%；油葵干重分别增加了5%、13%和27%；油菜干重分别增加了113%、104%和83%。有机肥和生物炭施入后棉花出苗率分别提升了14.3%和10.2%，油菜出苗率分别提升了26.50%和20.82%。综合3种作物，以出苗60 d时土壤盐碱指标分析结果为例，微生物菌剂和秸秆施入对土壤的水溶性盐总量无显著影响，腐植酸、有机肥和生物炭施入会使土壤水溶性盐总量升高；微生物菌剂、秸秆的施入可以降低土壤pH，腐植酸和生物炭施入会使土壤pH升高；各有机物料施入土壤电导率均有所升高，其中腐植酸处理升高最显著；微生物菌剂和秸秆处理土壤碱化度降低效果最好，其余处理差异不显著；秸秆可以降低土壤钠吸附比，腐植酸和有机肥的施入会使土壤钠吸附比升高。综合来看，以促进作物生长为目的的盐渍土推荐施入微生物菌剂、有机肥和生物炭；以培肥改善土壤质量为目的的盐渍土推荐施入微生物菌剂和秸秆。

关键词：有机物料微生物菌剂腐植酸有机肥生物炭秸秆

减氮及有机替代对新疆棉田土壤氮素有效性和利用效率的影响

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植物营养与肥料学报 2024年第2期30卷 289-306页

作者：罗雪梅陈明媛王宁宁郭睿刘建国石河子大学/新疆兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832003

【目的】“连作+棉秆全量还田+高氮肥投入”是新疆绿洲棉花生产的主要技术措施之一。研究该体系下减少化肥用量对棉田土壤氮素转化和有效性的影响,以及等量有机肥替代化肥的效果,为优化施肥方案,提高氮肥利用率提供依据。【方法】于2021... 详细信息

【目的】“连作+棉秆全量还田+高氮肥投入”是新疆绿洲棉花生产的主要技术措施之一。研究该体系下减少化肥用量对棉田土壤氮素转化和有效性的影响,以及等量有机肥替代化肥的效果,为优化施肥方案,提高氮肥利用率提供依据。【方法】于2021和2022年在新疆石河子市二连农试场开展棉花连续定位施肥试验,设置常规施氮量(CF),减施常规氮量的8%(CF-8%)、16%(CF-16%)和24%(CF-24%),在常规氮量下以有机肥替代其中8%(8%OF)、16%(16%OF)和24%(24%OF)的化肥,以及不施氮肥对照(CK),共8个处理。分析不同土层p H、电导率(EC)值、有机质、无机氮和活性有机氮含量、氮转化相关酶活性变化,计算氮肥利用率,并测定棉花产量。【结果】2021和2022年在CF处理基础上减少化肥施氮量,0—20、20—40 cm土层颗粒有机氮(PON)、轻组有机氮(LFON)含量无明显变化,而CF-16%处理可溶性有机氮(DON)和微生物量氮(MBN)占全氮(TN)的比例较CF处理分别提升14.79%和19.88%,0—20 cm土层土壤蛋白酶活性也得到显著增强。CF-24%处理0—20 cm土层微生物量氮(MBN)含量、土壤硝酸还原酶、亚硝酸还原酶活性较CF处理分别下降了10.78%、16.88%、6.25%。随着化肥施用量的减少,深层土壤中累积的NH_(4)^(+)-N与NO_(3)^(-)-N含量降低,减氮处理中CF-16%处理较CF处理的增产率最高,达6.59%。与CF处理相比,16%OF、24%OF处理显著提高了20—40 cm土层土壤p H,0—20和20—40 cm土层有机质含量分别提升了23.44%和12.99%、31.74%和20.14%,土壤EC值分别下降了7.74%和4.72%、5.64%和7.02%,能够改善棉田土壤环境。16%OF处理0—40 cm各土层颗粒有机氮和可溶性有机氮含量两年平均较CF处理分别增加了24.01%和29.15%、18.95%和55.32%,颗粒有机氮和可溶性有机氮在全氮中的占比分别增加了16.32%和32.42%,而24%OF处理的轻组有机氮含量、LFON/TN、MBN/TN、C/N在3个有机替代处理中均为最高。16%OF处理的氮肥农学利用率、氮肥偏生产力、氮肥贡献率、单铃重与产量均高于8%OF和24%OF处理,增产率达17.16%。【结论】适量减施无机氮肥能够减少土壤中无机氮的累积,提升棉花氮肥利用率和产量,以CF-16%处理表现较佳。有机肥替代部分化肥能够增加土壤中活性有机氮的含量和土壤氮转化酶活性,提高土壤供氮潜力,改善棉田土壤微环境,并通过降低20—60 cm深层土壤中的NO_(3)^(-)-N含量提升棉花氮肥利用率,增加棉花单铃重与籽棉产量,其中16%OF处理为本试验最优处理,棉花增产17.16%。

关键词：棉花氮肥减施有机肥替代活性有机氮组分无机氮氮肥利用率

小麦转录因子TaDL1生物信息学、亚细胞定位与表达分析

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麦类作物学报 2024年

作者：沈益庭刘怡辰韩俊杰李卫华石河子大学农学院/新疆绿洲生态农业兵团重点实验室

YABBY转录因子家族是一类植物特有的转录因子,在植物叶片生长和花器官建成方面发挥重要作用,其N端具有C2C2型锌指结构域,C端有螺旋-环-螺旋YABBY结构域。本研究以春小麦品种新春9号为材料,克隆到一个YABBY家族的Ta DL1基因,编码区全长60... 详细信息

YABBY转录因子家族是一类植物特有的转录因子,在植物叶片生长和花器官建成方面发挥重要作用,其N端具有C2C2型锌指结构域,C端有螺旋-环-螺旋YABBY结构域。本研究以春小麦品种新春9号为材料,克隆到一个YABBY家族的Ta DL1基因,编码区全长603bp,编码201个氨基酸。经生物信息分析,Ta DL1蛋白分子量为22765.21Da,等电点为8.85,为不稳定亲水性蛋白。通过系统进化树和保守结构域分析,该基因属于YABBY家族的CRC亚家族成员,与水稻Os DL基因亲缘关系较近。经转化烟草进行瞬时表达分析,Ta DL1蛋白定位在细胞核上。实时荧光定量分析发现,Ta DL1基因在小麦幼穗和叶片中特异性表达,其中在叶片中表达量最高,幼穗中次之。该基因对盐和热胁迫响应,其中对盐胁迫响应最为明显且在胁迫后2～24h内有持续较高的表达量,推测该基因可能参与盐胁迫应答相关的信号途径。

关键词：小麦 TaDL1基因生物信息学亚细胞定位表达分析

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长期棉秆还田对土壤有机碳化学结构的影响

北方园艺 2024年第10期 78-84页

作者：康博张军唐鹏飞张凤华石河子大学新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832061

以棉花秸秆为试材,采用傅里叶红外光谱(FTIR)分析方法,用盐碱化荒地作为对照(0年),设置棉花秸秆还田5、10、15、20年棉田4个处理,研究棉秆还田条件下土壤有机碳(SOC)化学结构的变化趋势,以期为研究外源有机物添加下土壤有机碳固持提供... 详细信息

以棉花秸秆为试材,采用傅里叶红外光谱(FTIR)分析方法,用盐碱化荒地作为对照(0年),设置棉花秸秆还田5、10、15、20年棉田4个处理,研究棉秆还田条件下土壤有机碳(SOC)化学结构的变化趋势,以期为研究外源有机物添加下土壤有机碳固持提供参考依据。结果表明:长期棉秆还田显著提升了土壤有机碳含量和20~40 cm土层土壤含水率,降低了土壤电导率。随棉秆还田年限的延长,土壤有机碳脂族性呈现出先升高后降低的趋势,还田15年最高。还田20年土壤有机碳芳香性升高,有机碳结构由简单变为复杂。总体来看,长期棉秆还田使土壤有机碳化学结构简单化。

关键词：棉秆还田土壤有机碳红外光谱官能团稳定性

中性和碱性盐复合胁迫对2个小麦品种种子萌发和幼苗生长的影响

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干旱地区农业研究 2024年第4期42卷 29-41页

作者：李刚付凯勇王焱栋李超魏加练李春艳李诚石河子大学农学院新疆生产建设兵团绿洲生态农业兵团重点实验室新疆石河子832003

为了解不同浓度的中性盐及碱性盐复合胁迫对2个小麦品种‘新冬26号’和‘金石农1号’种子萌发及幼苗生长的影响,分别设置0、50、100、200、300 mmol·L^(-1)的中性盐(NaCl)及碱性盐复合(Na 2 CO 3+NaHCO 3,摩尔比1∶1)胁迫浓度,测定小... 详细信息

为了解不同浓度的中性盐及碱性盐复合胁迫对2个小麦品种‘新冬26号’和‘金石农1号’种子萌发及幼苗生长的影响,分别设置0、50、100、200、300 mmol·L^(-1)的中性盐(NaCl)及碱性盐复合(Na 2 CO 3+NaHCO 3,摩尔比1∶1)胁迫浓度,测定小麦种子萌发过程中淀粉粒形态变化、α-淀粉酶活性、可溶性糖含量、质膜相对透性、发芽及生长相关指标的变化。结果表明:(1)中性盐胁迫下,‘新冬26号’萌发3 d后淀粉粒降解程度高于‘金石农1号’,而碱性盐复合胁迫下则相反。(2)随盐胁迫浓度的增加,与对照相比,‘新冬26号’小麦在中性盐胁迫下发芽势、发芽率下降幅度分别为3.37%~78.65%、2.25%~42.70%,在碱性盐复合胁迫下相应下降幅度分别为19.10%~100.00%、17.98%~100.00%;‘金石农1号’在中性盐胁迫下发芽势、发芽率下降幅度分别为4.50%~96.63%、3.37%~95.51%,在碱性盐复合胁迫下两指标下降幅度均为2.62%~100.00%。(3)中性盐胁迫下,与‘新冬26号’相比,‘金石农1号’籽粒的α-淀粉酶活性和可溶性糖含量变化范围分别为-25.59%~3.69%和-69.00%~184.01%;在碱性盐复合胁迫下,与‘新冬26号’相比,‘金石农1号’籽粒的α-淀粉酶活性和可溶性糖含量变化范围分别为-21.54%~40.48%和-15.51%~134.67%。(4)‘新冬26号’耐盐等级在中性盐胁迫200 mmol·L^(-1)和300 mmol·L^(-1)时均高于‘金石农1号’,‘金石农1号’耐碱等级在碱性盐复合胁迫200 mmol·L^(-1)时高于‘新冬26号’。(5)盐敏感指标的回归方程表明中性盐胁迫下小麦种子的平均耐盐临界值和平均致死极限浓度分别为258.24 mmol·L^(-1)和514.62 mmol·L^(-1),碱性盐复合胁迫下分别为109.47 mmol·L^(-1)和280.05 mmol·L^(-1)。

关键词：小麦中性盐胁迫碱性盐复合胁迫种子萌发幼苗生长

咸水灌溉下生物炭对棉田土壤代谢标志物的影响

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西南农业学报 2024年第6期37卷 1141-1149页

作者：叶扬向贵琴闵伟郭慧娟石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832003

【目的】为进一步明确长期咸水灌溉下施加生物炭后土壤的代谢机理,探索施加生物炭土壤代谢标志物的组成差异。【方法】设置淡水(FW)和咸水(SW)灌溉两种灌溉方式,每种灌溉方式下分别施加生物炭,用FWBC和SWBC表示。采用气相色谱-飞行时间... 详细信息

【目的】为进一步明确长期咸水灌溉下施加生物炭后土壤的代谢机理,探索施加生物炭土壤代谢标志物的组成差异。【方法】设置淡水(FW)和咸水(SW)灌溉两种灌溉方式,每种灌溉方式下分别施加生物炭,用FWBC和SWBC表示。采用气相色谱-飞行时间质谱联用技术(GC-TOF-MS)的代谢组学方法对棉田土壤代谢产物组成进行研究。【结果】淡水灌溉条件下,施加生物炭处理的土壤含水量、电导率、pH、全碳、速效钾和速效磷的含量较未施加生物炭处理显著增加30.4%、14.3%、1.4%、22.8%、39.9%和18.7%;咸水灌溉条件下,施加生物炭处理的土壤全碳、全氮、速效钾和速效磷的含量较未施加生物炭处理显著增加9.8%、4.8%、33.7%和48.7%,但土壤电导率显著降低14.5%。淡水灌溉条件下施加生物炭共筛选出5个具有显著差异(P<0.05,下同)的代谢产物,全部表现为下调;咸水灌溉条件下施加生物炭共筛选出22个具有显著差异的代谢产物,全部表现为上调。土壤代谢物分类主要包括脂质和类脂分子类、有机酸及其衍生物、有机氧化合物、苯环型化合物、有机杂环化合物和苯丙烷类和聚酮代谢物,其中在咸水灌溉条件下筛选到的糠酸和烟酸属于有机杂环化合物类,乳果糖和2-氨基苯酚属于有机氧化合物类,3-羟基-2-氨基苯甲酸属于苯环型化合物类。【结论】施用生物炭可以改善土壤理化性质,提高咸水灌溉土壤中代谢产物的类别和丰度,从而有效缓解长期咸水灌溉带来的危害,为干旱地区咸水资源的合理开发和利用提供一定的思路。

关键词：咸水灌溉生物炭土壤代谢组学代谢产物

基因组修饰提高油菜非生物胁迫耐受性及应对气候变化

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浙江大学学报（农业与生命科学版） 2024年第2期50卷 280-294页

作者：黄倩 Muhammad Ahsan FAROOQ 张康妮 Ahsan AYYAZ 万光龙斯燕琼 Fakhir HANNAN 周伟军浙江大学农业与生物技术学院浙江杭州310058 农业农村部光谱检测重点实验室浙江杭州310058 诸暨市东白缘生态农业科技有限公司浙江绍兴311800

当前农业面临多重挑战,其中迫切需要提升产量以满足不断增长的人口需求。盐碱、干旱和极端温度等非生物胁迫是影响植物生长发育和产量的关键因素。油菜作为全球主要的油料作物,是食用植物油、生物柴油和动物饲料的重要来源,研究其遗传... 详细信息

当前农业面临多重挑战,其中迫切需要提升产量以满足不断增长的人口需求。盐碱、干旱和极端温度等非生物胁迫是影响植物生长发育和产量的关键因素。油菜作为全球主要的油料作物,是食用植物油、生物柴油和动物饲料的重要来源,研究其遗传变异与生物学特性对于培育能够适应不同环境条件的新品种(基因型)至关重要。本文对近年来国内外油菜抗逆基因的相关研究进展进行了综述,重点总结了新兴分子育种工具和技术,包括全基因组关联分析、基因编辑等在油菜抗逆基因研究中应用的技术,以期为油菜高产抗逆基因的挖掘以及分子育种提供研究基础与技术支撑。

关键词：油菜遗传变异非生物胁迫株型结构基因组改良