科研产出
利用CRISPR/Cas9技术创制镉低积累香型水稻
《杂交水稻 》 2021 北大核心 CSCD
摘要：尝试利用CRISPR/Cas9基因编辑技术对镉吸收转运基因OsNramp5和香味基因OsBadh2同时进行编辑,培育出后代性状稳定的优质低镉水稻品种。选用华南地区推广面积较大的常规稻华航31为受体材料,通过CRISPR/Cas9技术创制OsNramp5和OsBadh2双基因敲除植株,在镉污染土壤中种植并测定野生型和双基因敲除植株糙米的镉、锰、铁元素含量以及香味物质2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）的含量,并考察野生型与双基因敲除植株的农艺性状。成功获得了5种类型的华航31双基因敲除植株。与野生型华航31相比,大部分双基因敲除植株的镉和锰含量显著下降,铁含量有一定程度的升高;所有双基因敲除植株中的香味物质2-AP含量均显著提高;大部分双基因敲除植株的株高、每穗实粒数显著下降;全部双基因敲除植株的单株有效穗数、每穗总粒数、结实率均无显著变化。通过CRISPR/Cas9技术可快速创制具有镉低积累和香味的水稻种质,有利于加快优质、安全水稻品种的育种进程。
关键词： 水稻 镉 香味 基因编辑 CRISPR/Cas9技术 育种
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早熟辣椒水旱轮作有机栽培技术
《蔬菜 》 2021
摘要：为了探索、完善长江中下游地区有机辣椒的栽培技术,克服前人在有机辣椒栽培过程中缺乏轮作机制或轮作周期过短、轮作品种单一的缺陷,经多年研究探索出早熟辣椒、水稻、荸荠轮作有机栽培方法,通过合理的选择轮作作物、采用科学的轮作顺序、选用紫云英进行轮作套种以培肥与改良土壤、选择适合有机栽培的各作物品种以及各种配套的栽培技术措施等,解决了辣椒忌连作而有机栽培又必须在有机种植基地上进行这一难以调和的技术难题,在每个轮作周期内、在同一栽培基地中成功进行有机早熟辣椒、水稻和荸荠的生产,确保了经多周期轮作后早熟辣椒、水稻和荸荠有机栽培的高产、稳产。
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应急性镉砷低积累水稻品种筛选
《湖南生态科学学报 》 2021
摘要：【目的】为重金属污染耕地镉、砷低积累水稻品种的选择及建立镉、砷低积累水稻品种筛选鉴定方法提供依据。【方法】采用田间小区试验方法,分析18个水稻品种的镉、砷吸收积累差异。【结果】18个品种的平均产量为5.62±0.22 t/hm2,其中有较大减产风险的水稻品种有5个,其产量比平均产量减产超过5%。18个水稻品种的平均稻米镉含量为0.25±0.06 mg/kg,变异系数为0.44;平均稻米砷含量为0.13±0.04 mg/kg,变异系数为0.28,且稻米镉、砷含量与茎叶镉、砷含量呈极显著正相关。基于稻米镉砷含量的聚类分析结果表明,镉高积累水稻品种有P15、P16、P18,不宜在镉污染稻田种植;镉低积累水稻品种有P1、P6,适于轻中度镉污染稻田的安全利用。【结论】稻米镉、砷含量可直接反映水稻对镉、砷的吸收积累特征。
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不同水稻品种对镉、砷的吸收累积特征
《湖南农业科学 》 2020
摘要：采用田间试验方法,对污染稻田内15个水稻品种的镉、砷吸收累积特征进行了研究.结果表明:15个供试品种的稻米镉含量范围为0.04~0.06 mg/kg,均未超过食品安全国家标准;砷含量范围为0.15~0.28 mg/kg,其中C两优386、晶两优1212、泰优390和深两优475的稻米砷含量超过食品安全国家标准.镉的转运效率以深两优475最高,五优308最低,砷的转运效率以深优9595最高,Y两优9918最低.15个品种稻米镉、砷富集系数均低于1.0,说明该土壤上稻米对镉、砷的富集能力较弱.
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3种有机物料对土壤镉有效性及水稻镉吸收转运的影响
《农业环境科学学报 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：种植绿肥、秸秆还田和施用有机肥是稻田土壤有机质提升的主要途径,明确其对土壤镉(Cd)有效性及水稻吸收积累Cd的影响,对于我国南方Cd污染稻田的安全利用具有重要指导意义.采用田间小区试验,设置等量(2250 kg·hm-2,干质量)紫云英、油菜秆和有机肥施用处理,通过测定二乙烯三胺五乙酸提取态Cd(DTPA-Cd)、根表铁膜Cd含量和水稻各部位Cd含量,结合土壤理化指标和酶活性变化,对比分析3种有机物料对Cd在土壤-水稻系统迁移转运的影响并探讨其机理.结果表明:3种有机物料提高了土壤溶解性有机碳(DOC)、有机质含量和水稻产量,增强了土壤过氧化氢酶和纤维素酶活性,在一定程度上增加了根表铁膜量及其Cd吸附量.与CK相比,紫云英、油菜秆和有机肥处理水稻根对Cd的吸收分别增加4.22%、16.99%和38.27%(P<0.05),Cd由水稻根向稻谷的转运系数和叶向稻谷的转运系数均明显提高,水稻稻谷Cd含量分别显著增加32.67%、39.60%和54.46%(P<0.05).在Cd污染土壤上施用有机物料虽能提升土壤肥力,但会促进水稻根系对Cd的吸收和向稻谷的转运.因此在南方Cd污染稻田应谨慎施用有机物料,防止由此导致的稻米Cd积累风险.
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数字植物：科学内涵、瓶颈及发展策略
《合成生物学 》 2020
摘要：当前,各类组学技术、基因组编辑技术及超性能计算能力的飞速发展正使得植物科学从描述性、定性研究向精细定量研究乃至理性设计的转变。在这个过程中,数字植物的研究应运而生。数字植物通过对植物生长发育过程多尺度、多生理生化现象的系统定量模拟,以实现植物整个生命周期的"数字化"。数字植物将为定量植物科学研究、植物设计及改造提供理论工具。数字植物的发展将支持新代谢通路、基因调控网络的设计,乃至植物理想基因系统的设计,从而为以提升作物产量和优化作物品质为目标的植物合成生物学提供设计工具。本文在分析当前构建数字植物遇到的瓶颈的基础上,提出发展数字植物所需要的关键措施,即:构建植物生长发育基本模型;获得同化物在各器官间分配的代谢数据;创建模块模型耦联方法;建立数字植物研究公共平台;发展表型数据与机理模型相结合的方法;以水稻为模式植物,开展数字植物指导的分子设计育种;建立支持数字植物的人才培养及储备策略。利用数字植物定量模拟和设计植物是未来植物合成生物学发展的趋势,数字植物指导下的作物栽培和育种也是精准农业和智慧农业的必然要求。
关键词： 数字植物 合成生物学 产量潜力 理想株型 水稻 系统模型
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有机肥施用对田面水氮磷流失风险的影响
《环境科学研究 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：为探明化肥配施有机肥对田面水氮、磷流失及水稻系统养分吸收的影响,采用田间小区试验,设置常规施肥处理(FN)、常规施肥减氮磷量20%处理(F0)、减氮磷20%+有机肥处理(F1～F4处理有机肥施用量分别为1 500、3 000、4 500和6 000 kg/hm~2)共6个处理,探索化肥减量20%配施有机肥的最优组合.结果表明:不同施肥处理下,田面水中ρ(TN)、ρ(NH_4~+-N)均于施肥后第1天达到峰值,随后迅速下降,于第7天后逐渐趋于稳定,ρ(TN)和ρ(NH_4~+-N)分别维持在各自峰值的5. 1%～10. 9%与4. 8%～9. 6%,田面水中ρ(TP)的变化趋势与ρ(TN)相似; F0与F1处理均能有效降低田面水中ρ(TN)和ρ(TP).与FN处理相比,F1处理下ρ(TN)、ρ(NH_4~+-N)与ρ(TP)平均值分别降低了6. 5%、9. 1%和3. 1%,该处理能够有效地降低氮、磷养分流失风险,且增施有机肥可使水稻增产0. 2%～19. 8%,地上部分氮、磷累积量随有机肥施用量的增加而显著增加(P<0. 05).综合水稻产量、养分吸收和田面水养分动态等指标发现,F1处理不仅能提高区域双季稻产量,还能有效控制田面水氮、磷养分浓度,降低氮、磷地表径流产生的农田面源污染风险,是针对南方双季稻田的一项"控源节流"优化施肥模式.
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水稻对镉和砷的吸收转运规律研究
《杂交水稻 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：通过盆栽模拟试验,测定水稻关键生育期各器官镉(Cd)、砷(As)含量,探明水稻对Cd、As的吸收转运特征及变化规律.结果 表明,Cd在水稻各器官中的含量分布规律为:根>茎>籽粒>叶;As在水稻各器官中的含量分布规律为:根>茎>叶>籽粒.水稻各器官对Cd、As的吸收转运规律差异明显,水稻根、茎和叶Cd含量皆随水稻的生长而逐渐升高,而根、茎和叶As含量皆随水稻生长而逐渐降低.水稻根、茎、叶中Cd、As积累量及积累总量均随着生育时期的推移呈先升后降趋势,但Cd、As积累总量的最大积累峰值不同,Cd在乳熟期,As在分蘖盛期.水稻根系向茎转运Cd的能力高于As,而茎向叶转运Cd的能力小于As.对于镉砷复合污染,采取有效措施控制分蘖盛期之前水稻根系对As的吸收、孕穗期至成熟期水稻根系对Cd的吸收以及分蘖盛期至成熟期水稻各器官间Cd、As的转运分配可同步实现水稻Cd、As含量的有效控制.
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不同耕作模式对双季稻田生态系统净碳汇效应及收益的影响
《生态环境学报 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：耕作措施是影响稻田生态系统净碳汇效应和经济收益的关键因素。为探明南方双季稻区不同耕作模式下稻田耕层土壤(0—20 cm)固碳速率和土壤碳密度、年碳汇平衡和经济收益的变化特征,开展紫云英(Astragalus sinicus L.)-双季稻大田定位试验,设双季水稻翻耕+秸秆还田(CT)、双季水稻旋耕+秸秆还田(RT)、双季水稻免耕+秸秆还田(NT)、双季水稻旋耕+秸秆不还田(RTO,对照)4种耕作处理,系统分析了不同耕作方式对稻田耕层土壤固碳速率和土壤碳密度、年碳汇平衡和经济收益的影响。研究结果表明,各处理稻田耕层土壤的固碳速率变化范围为2.98—3.43 t·hm~(-2)·a~(-1),耕层土壤碳密度为29.77—34.33 t·hm~(-2),其大小顺序均表现为CT>RT>NT>RTO。不同耕作处理稻田生态系统作物的净碳固定变化范围为5.27—7.43 t·hm~(-2)·a~(-1),其大小顺序表现为CT>RT>NT>RTO;CT和RT处理土壤的净碳汇量分别比NT处理增加40.26%和3.90%。不同处理稻田生态系统物质投入的碳成本为0.03—0.85 t·hm~(-2)·a~(-1),年经济收益为7.11—8.81×10~3 CNY·hm~(-2)·a~(-1),稻田生态系统经济效益大小顺序表现为CT>RT>NT>RTO。总之,翻耕、旋耕结合秸秆还田处理均有利于提高双季稻田耕层土壤的固碳速率、碳汇效应和经济收益,是增加耕层土壤有机碳库贮量的有效措施。
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稻油不同轮作模式对农田甲烷和氧化亚氮排放的影响
《环境科学 》 2020 北大核心 CSCD
摘要：以南方稻区不同轮作模式为研究对象,采用静态箱-气相色谱法研究水稻-油菜轮作处理的甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放特征,并估算稻田增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI).结果表明,双季稻田、一季中(晚)稻田、油菜地和休闲地CH4平均排放量分别为135.25, 55.64、 5.05和1.89 kg·hm-2,稻季CH4排放占不同轮作周年CH4排放的91.8%~98.5%,稻田土壤水溶性有机碳与CH4排放呈显著正相关,常规晚稻稻田CH4排放比杂交晚稻高18.7%(P<0.05);双季稻田、一季中(晚)稻田、油菜地和休闲地N2O平均排放量分别为0.94、 0.64、 1.38和0.24 kg·hm-2,油菜地的N2O排放占周年排放的57.2%~70.2%,双季稻和一季稻处理的冬闲农田N2O排放占周年排放的17.8%和30.6%,杂交稻和常规稻稻田N2O排放无显著性差异;双季稻-冬闲和双季稻-油菜的GWP处理高于稻-油和稻-冬闲处理,稻季排放CH4的GWP占轮作周年GWP排放的71.2%~90.9%; GHGI以稻-稻-油菜最高,稻-油和稻-冬闲处理较低,综合环境效益和经济效益,建议南方稻区选择杂交晚稻-油菜的种植模式,有利于南方多熟制稻田的温室气体减排.
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