科研产出
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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稻谷人工老化后种胚异构天冬氨酸动态监测与总蛋白差异表达分析
《科学通报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：蛋白质中天冬氨酸和天冬酰胺自发形成的异构天冬氨酸残基是组织细胞中常见的蛋白质共价损伤.在前人的研究中, PIMT1介导的种子寿命提高,很可能是由于修复了种胚中因老化处理而过量累积的含异构天冬氨酸(isoaspartyl, isoAsp)蛋白,维持了种胚的活性.然而,异构天冬氨酸蛋白甲基转移酶(protein L-isoaspartyl methyltransferase, PIMT)对于水稻种子活力的作用机制,仍然不甚明确.本研究利用RNAi干扰技术获得了稳定的OsPIMT1的低表达株系.种子经人工老化后,结果表明OsPIMT1的低表达影响种子发芽活力.随后对种胚中含异构天冬氨酸的蛋白进行动态检测,结果显示在未吸胀和吸胀过后的种子中,种胚中的OsPIMT1的表达都能降低isoAsp的累积.而RNAi株系中OsPIMT1的低表达导致isoAsp的过度积累,进而影响种子活力.同时利用老化5 d后的水稻种胚蛋白进行双向电泳,分析RNAi干扰种子老化过程中异构天冬氨酸过度积累对于种胚蛋白的影响,鉴定到与种子老化相关的氧化胁迫相关蛋白、糖酵解以及热激蛋白分子伴侣等蛋白.为进一步研究OsPIMT1表达对于种子老化后细胞各代谢途径的影响奠定了基础.
关键词： 水稻 异构天冬氨酸蛋白甲基转移酶 双向电泳 种子活力 差异表达
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长效多元复合肥在水稻上的施用效果研究
《湖南农业科学 》 2020
摘要：为了明确长效多元复合肥在水稻生产中的施用效果和作用机理,于2017—2019年进行了大田小区对比和大田示范试验.结果表明:大田小区对比试验中,施用高浓度复合肥的对照田水稻平均产量为490.43 kg/667m2,施用长效多元复合肥的处理3 a平均水稻产量为566.43kg/667m2,增产76kg/667m2,平均增产率为15.50%,差异达极显著水平;大田示范对比试验中,对照田水稻平均产量为563.88kg/667m2,处理田水稻平均产量为644.42kg/667m2,增产80.54kg/667m2,增产率为14.28%.总的来看,长效多元复合肥氮、磷、钾养分配比合理,且富含中微量元素,适宜在水稻生产中推广应用.
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基于不完全双列杂交设计的水稻农艺性状配合力基因组预测
《中国水稻科学 》 2019 北大核心 CSCD
摘要：【目的】在亲本一般配合力的基础上优选特殊配合力高的杂交种,是水稻杂种育种的关键。基因组选择基于覆盖全基因组的分子标记和样本的表型数据建立预测模型,实现对品种更加可靠的选择。【方法】本研究利用一组基于不完全双列杂交(NCII设计)的水稻数据集,考查其多个农艺性状配合力的基因组预测能力。并比较了不同训练群体构建方法对杂交种表型预测能力的影响。【结果】8个农艺性状一般配合力的预测能力由其遗传率主导,从0.3888到0.7367。杂交种特殊配合力的预测能力较低,但是直接预测杂交种的表型可以获得较高的预测能力。【结论】基因组预测水稻亲本一般配合力是有效的,能够帮助育种家实现对亲本的科学选择。如果要选配杂交种,直接预测杂交种表型是最有效的手段。此时让更多的亲本均衡地参与杂交种训练集的组配,有利于获得更高的预测能力。
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神农架特色稻品种冷水红的农艺性状及营养成分
《中国稻米 》 2019
摘要：为准确了解特色稻品种冷水红的农艺性状,对冷水红的株高、分蘖、叶片数、每穗粒数、粒形、千粒重等生物学性状进行了调查,并对其糙米营养成分(蛋白质、脂肪、直链淀粉、氨基酸)进行了测定。结果表明,冷水红的株高168.5 cm,分蘖数为4.2个,叶片数为13.1片,每穗粒数120粒,粒长8 mm,粒宽3.4 mm,粒厚2.2 mm,千粒重30.4g;脂肪含量、蛋白质含量、直链淀粉含量比对照丰两优4号分别高22%、42%、45%,存在显著差异;其氨基酸总含量比对照丰两优4号高49%。说明冷水红的营养成分丰富,价值高,很有开发利用前景。
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湖南省稻区种植结构调整研究Ⅲ -水稻改旱作
《湖南农业科学 》 2019
摘要：为了解湖南省稻区种植结构调整中水田改旱作的发展现状,对湖南省14个州市的29个县区进行了抽样问卷调查,同时重点对醴陵市进行了座谈调查.调查结果显示:2018年湖南省稻田水改旱种植结构调整比率为8.42%,比2017年稍有增加,且2019年预计仍将增加;调整推进速度主要受政府引导、水稻生产效益和改制作物市场预期的影响.稻田种植结构调整后以经济作物种植为主,其次为粮食作物,此外果蔬、中药材和园艺观赏类作物也占有一定比例;影响稻改作物选择的主要因素有种植效益、产品市场和种植技术难易度.此外,综合考虑稻改旱粮模式的种植成本、效益和机械化、产业化发展潜力可以发现,稻改大豆和红薯具有相对较高的发展潜力.针对目前的发展现状及出现的问题,提出了湖南省稻区种植结构调整水田改旱作的发展建议.
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