土壤微生物在氮转化过程中具有很重要的作用。本实验的目的是研究根际增氧方式处理后水稻根际土壤氮转化功能基因(硝化、反硝化以及固氮基因)丰度和关键酶(脲酶、蛋白酶、氨氧化酶、硝酸还原酶以及亚硝酸还原酶)活性变化。试验设计三种增氧方式(长淹处理:又称厌氧灌溉,水稻整个生育期保持3-5 cm水层;长淹增氧处理:种植方式同长淹。水稻种植之前,在土培盆中埋入打过孔的PVC管并接到增气泵上。首次通气2小时,此后每天间隔2小时通气10分钟(由计时器控制);干湿交替处理:又称好氧灌溉,自浅水层自然落干到土壤水势达-15 kPa 时,灌水 1~2 cm,再自然落干至土壤水势为-15 kPa,再上浅层水,如此循环),研究水稻主要生育期(分蘖期、齐穗期和成熟期)根际土壤氮转化功能基因丰度和关键酶活性变化,并分析各微生物活性指标间的相关性。结果表明,各处理水稻根际土壤氮转化功能基因丰度和关键酶活性均以齐穗期最高。增氧(长淹增氧和干湿交替处理)后水稻根际土壤硝化功能基因、固氮基因丰度增加、反硝化功能基因丰度降低;脲酶、蛋白酶和氨氧化酶活性提高,硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性降低,干湿交替处理尤其明显。干湿交替处理后水稻整个生育期根际土壤氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)amoA基因以及固氮基因丰度的平均值分别是长淹处理的2.87、5.75和2.97倍,反硝化功能基因nirS, nirK丰度分别比长淹处理减少73.61%和84.41%;脲酶、蛋白酶和氨氧化酶活性分别比长淹处理增加1.13、0.51和0.72倍,硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性分别比长淹处理减少10.30%和36.48%。相关分析结果显示:硝化功能基因和固氮基因丰度与脲酶、蛋白酶和氨氧化酶活性呈极显著正相关;反硝化功能基因丰度与硝酸还原酶活性呈极显著正相关。上述指标和土壤微生物碳、微生物氮含量均呈正相关。综上,水稻根际土壤氮转化相关的微生物活性在齐穗期最高。增氧可以提高大多数氮素转化微生物活性和土壤微生物氮含量,从而促进水稻根际土壤氮素的转化。
土霉素广泛存在于土壤和水体中,可能对农业生态环境构成潜在威胁。含土霉素的粪便作为有机肥施用是土霉素进入土壤和水体的主要途径之一。因此,实现粪便堆肥过程中土霉素的有效去除,并明确土霉素存在下堆肥有机质的转化规律十分重要。本文通过调节不同初始含水率(45%、55%、65%),外源模拟添加土霉素,将鸡粪和小麦秸秆共堆肥,以研究堆肥过程中土霉素降解及有机质变化规律。研究结果表明,堆肥初始含水率对土霉素降解有显著影响,与较低初始含水率相比,初始含水率为65%更有利于土霉素降解(降解率77.4%)和堆肥腐熟,然而,高初始含水率(65%)可能促进堆肥过程的硝化作用,从而增加了氨挥发。此外,增加堆肥初始含水率可以提高堆肥温度。核磁共振结果显示,土霉素的存在可以影响脂肪类物质的内部转化,从而抑制堆肥的腐殖化。55-65%的初始含水率可以缓解粪便堆肥过程中土霉素对腐殖化的影响。
小麦叶锈病是危害小麦最严重的病害之一,该病由小麦叶锈菌(Puccinia recondite f. sp. tritici)引起,侵染小麦叶片,严重影响小麦光合作用从而造成减产,培育和利用小麦抗叶锈病品种是最为经济有效的防治措施。为鉴定国内外普通小麦材料中所携带的抗病基因并了解其组成背景,发掘新的抗叶锈病基因,本研究结合基因推导、分子标记检测等方法对66个来自世界不同国家的普通小麦品种(系)进行了抗叶锈病基因鉴定。在苗期接种17个不同毒力的小麦叶锈菌生理小种,通过与36个含有单个已知抗病基因的载体品种抗性比较进行基因推导。同时,利用12个与已知抗病基因紧密连锁的分子标记对供试品种(系)进行基因标记检测,以验证基因推导结果。在河南周口(2016-2017年度)、河北保定(2017-2018年度)两地对66个供试品种(系)进行小麦叶锈病田间叶锈抗性调查,利用SAS软件对鉴定数据进行分析,以筛选出具有成株慢锈性的品种。结果表明,在66个供试品种(系)中,12个品种(系)含有Lr1,4个品种(系)含有Lr26,3个品种含有Lr10,2个品种含有Lr20,2个品种含有Lr17。通过成株抗病基因分子标记检测发现,14个品种(系)含有Lr34,5个品种含有Lr46,3个品种(系)含有Lr37。结合田间调查结果发现,有17个品种(系)具有成株慢锈性。这些含有已知抗病基因的品种及慢锈性品种将丰富我国现有的小麦种质资源,有利于培育抗病品种,同时为利用基因布局防治小麦叶锈病提供遗传学依据。
草地贪夜蛾又名秋行军虫,严重危害玉米和水稻等农作物,目前已经入侵我国。昆虫病毒作为生物农药,在控制害虫过程中具有重要的作用。昆虫浓核病毒具有环境友好和高效杀虫等优点,是一种潜在的生物杀虫剂。我们采用多种昆虫细胞系和鳞翅目昆虫幼虫从鹿眼蛱蝶浓核病毒全基因组感染性克隆成功拯救了病毒粒子。采用感染性克隆质粒转染的昆虫细胞系的匀浆物饲喂二龄草地贪夜蛾幼虫,具有致死效应。该浓核病毒感染致死的斜纹夜蛾的匀浆物对二龄草地贪夜蛾的半致死剂量是1.76×108 病毒基因组拷贝, 高于斜纹夜蛾(7.39×107 病毒基因组拷贝)和棉铃虫(9.71×107 病毒基因组拷贝)。这种匀浆物对草地贪夜蛾的半致死时间是6.96 d, 高于斜纹夜蛾(6.18)和棉铃虫(5.94 d)。该病毒能够感染棉铃虫的脂肪体,但是不能感染草地贪夜蛾和斜纹夜蛾的脂肪体。虽然这三种昆虫都对该病毒敏感,但是毒力大小具有差异。鹿眼蛱蝶浓核病毒可以作为控制草地贪夜蛾的潜在的生物杀虫剂。