大豆（Glycine max (L) Merr.）生理生态特性及其与产量的关系

本论文由三部分组成: 1) 大豆高产品种黑农40与低产品种黑农37不同发育时期叶片光合生理生态特性的研究;以不同产量水平的东北大豆黑农40和对照品种黑农37为试验材料，研究了从幼苗期到衰老期五个不同发育时期叶片光合作用特性的变化。尤其是系统的研究了光合作用、蒸腾作用和水分利用效率的变化之间的联系，以及气孔导度和胞间CO2浓度的相随变化。发现净光合速率和产量之间存在明显的正相关关系，各个光合生理生态参数之间也有密切的关系。 2) 在大豆生长过程的重要时期结荚期，对大豆品种黑农37和黑农40的光合和水分特性的日变化研究;测定结荚期黑农37和黑农40的光合作用、蒸腾作用、气孔导度和水分特征(水分利用效率和水势)的日变化以及它们之间可能存在的联系，并分析了光抑制的现象,研究表明在晴朗的一天中，光合速率的日变化呈双峰曲线，在整个日变化中，黑农40的净光合速率都比黑农37的要高。黑农40和黑农37相比，在水分亏缺的情况下黑农40能维持较高的水势和水分利用效率，特别是在中午的时候，差别更加明显。 3) 比较研究了1970s 、1980s 和1990s 期间不同大豆 (Glycine max (L) Merr.)品种的生理生态特性：光合作用、蒸腾作用、水分利用效率和叶片水势，分析了各生理生态特性之间以及与产量的关系。研究表明光合速率和产量之间存在显著的相关关系，大豆叶片水势和净光合速率之间也存在明显正相关关系，高产大豆在水分亏缺的情况下仍能维持较高的的水分利用效率和水势。

大豆（Glycine max (L)Merr.）叶片和非叶器官光合特性探讨

本论文由三部分组成，一、大豆高产品种黑农40与低产品种黑农37不同发育时期叶片光合功能的比较研究。二、大豆非叶器官豆荚的光合特性。三、不同大豆品种叶片和非叶器官光合特性的比较分析。 一、 黑农40和黑农37不同发育时期叶片的光合特性。 以不同产量水平的东北大豆黑农40和对照品种黑农37为试验材料，研究了从幼苗期到衰老期五个不同发育时期叶片光合作用特性的变化。尤其是比较系统地研究了C4途径的表达，并通过相关分析，发现C4途径酶的活性与大豆的光合效率及其产量密切相关。主要研究结果如下： 1．测定不同发育时期大豆叶片净光合速率、DCIP光还原活力和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(RuBPcase)活力，结果表明，黑农40和黑农37叶片净光合速率均在初荚期达到最高值，而且不同发育时期的黑农40叶片光合能力均强于黑农37。 2．随着大豆叶片的发育和衰老，其叶绿素、类胡萝卜素的含量及Chla/b比值有一个逐渐升高，而后降低的过程。在同一发育时期，高产高光效品种黑农40光合色素含量均高于黑农37，有助于黑农40捕获更多的光能供光合作用所利用。 3．叶绿体吸收光谱及四阶导数光谱表明在整个生育期内以初荚期叶片对光能的吸收能力最强;而每一个发育时期黑农40叶片对光能吸收的能力均比黑农37高。荧光动力学参数表明，高产大豆黑农40叶片PSII活性(Fv/Fo)，光化学猝灭系数(qP)及PSII总的光化学量子产量也均高于对照品种黑农37的相应值：而黑农40的非光化学猝灭系数(qN)低于黑农37。说明高产大豆叶片具有与产量潜力相关的较高光能吸收和原初转化能力。通过对叶片及其叶绿体低温(77K)荧光发射光谱特性的分析表明，黑农40叶绿体对两个光系统之间激发能的调节能力优于黑农37。总之，黑农40对光能的吸收、传递和转化能力高于黑农37，从而能为碳同化提供更多能量。 4．通过研究苗期、开花期、初荚期、鼓粒期和衰老期等发育阶段的黑农40和黑农37叶片中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)、NADP-苹果酸脱氢酶(NADP-MDH)、NADP-苹果酸酶(NADP-ME)、丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)等C4途径的关键酶的活性变化，结合同位素14CO2喂饲试验，证明两种大豆叶片均含有C4途径四种关键酶，其原初产物含有有限的有机酸，说明有C4循环存在;而从PEPCase/RuBPcase的比值看，C4途径的酶在黑农40叶片中表达较高。通过相关分析，我们发现Pn与PSII光化学活性，RuBPCase及C4酶活性密切相关。这些结果还暗示有可能通过检测C4途径酶的表达水平及比例，筛选出具有高产潜力的大豆种质。 二、大豆非叶器官豆荚的光合特性。 通过对大豆非叶器官豆荚光合特性的研究，结果表明大豆豆荚的光合能力在鼓粒期达到最高值。通过叶绿体吸收光谱、荧光动力学和低温荧光等测定技术，我们发现鼓粒期的豆荚对光能的吸收、传递和转化有更高的能力;在鼓粒期不同品种的豆荚色素的含量也较高，从而有利于捕获更多的光能，供光合作用利用。DCIP光还原活力的测定结果表明鼓粒期豆荚也具有较高光合能力。 通过对大豆的初荚期、鼓粒期和衰老期豆荚RuBPCase和四种C4途径酶活性的研究，不仅证明非叶器官中有高活性的C4途径酶和存在有限的C4途径，而且鼓粒期豆荚有较高的碳同化效率。 三、不同大豆叶片和非叶器官光合特性的比较分析。 对三种大豆叶片、豆荚、种皮和子叶的色素含量和Chla/b进行测定，利用光谱技术、荧光技术及RuBPCase活性的测定，分析了大豆不同器官的光合特性。试验结果证明，非叶器官具有与叶器官相似的光合性能。与叶片比较，表明在非叶器官中具有非常高的C4酶活性。有利于补偿叶片开始衰老光合作用衰退的不足，因此非叶器官的这些光合特性有助于增加大豆光合产物的积累。

根瘤菌、铵态氮、光照强度对大豆固氮和光合作用影响的研究

生物固氮和植物光合作用作为全球生态系统的两个基本生物学过程, 在碳氮循环、自然生态系统的维持和演替，以及农业生产中起了重要作用。尽管过去关于共生固氮与光合作用的研究取得了巨大成就，但是，很少将两者直接联系起来。本研究通过比较低光效和高光效大豆接种高效固氮根瘤菌后固氮与光合作用的差异，比较接种根瘤菌和施用铵态氮肥对大豆光合生理的影响或光照强度对大豆光合固氮的影响，以及C4基因转化C3 豆科植物—苜蓿的研究，试图将两者偶联起来。研究获得以下结果： 1．用nifA和dct工程根瘤菌接种低光效和高光效大豆后，与出发菌株比，均提高了大豆的固氮和光合作用。两者相比，nifA工程菌对低光效大豆黑农37号发挥了比较好的作用，大豆的光合作用参数，固氮活性和植物株高、株重等产量参数比dct工程菌好;dct工程菌接种高光效大豆黑农40号后，尽管固氮酶活性与nifA工程菌相比没有明显差异，但是大豆光合作用和产量参数有了比较明显的提高。 2．光照培养条件下，对大豆进行了接种根瘤菌（108细菌/ mL���、低氮（5 mmol/L (NH4)2SO4）和高氮（30 mmol/L (NH4)2SO4）处理。测定的大豆生长状况和光合作用系列参数结果表明：低氮处理的最好，接种根瘤菌的次之，高氮处理的最差。由此说明单纯接种根瘤菌满足不了大豆发育过程中的氮营养要求，其光合作用和生长受到不利影响。但是，高氮处理也并没有提高大豆的光合作用，其生长发育甚至受到抑制。该结果为生产实践中合理施肥提供了光合生理方面的参考。 3．接根瘤菌和不接根瘤菌的大豆在正常光强（150μmol photons m-2s-1）下生长三周后进行遮光（15μmol photons m-2s-1，7天）和复光（正常光强，7天）处理，大豆的光合作用有下降和回复。测定的一系列光合参数、叶绿素荧光参数，以及植物的生长生理参数结果表明：接根瘤菌大豆与不接根瘤菌的大豆对遮光的响应有不同。正常光照下，接种根瘤菌能促进大豆生长与光合作用;遮光处理后，根瘤菌对大豆的促进作用不显著。 4．获得了不同苜蓿品种的愈伤组织及其诱导的再生植株。并作了用小米、甘蔗的PEPC基因转化苜蓿的研究。由于在实验过程中，考虑转基因植物的安全性，着重于用甘露糖筛选转化体系的研究工作，忽略了用抗生素筛选转化体。用PCR法从苜蓿中扩增出甘露糖异构酶基因（pmi），表明苜蓿体内含有自己的甘露糖异构酶基因，使得甘露糖筛选没有成功。

硅在大豆低钾胁迫中的作用

钾是作物生长发育的必需矿质元素，缺钾对大豆产量和营养品质影响显著。硅是植物的有益元素，在低钾胁迫条件下，硅对大豆生长是否有改善作用还未见相关报道，本研究以对低钾敏感的不同基因型大豆品种（铁丰35和铁丰31）为试验材料，在低钾条件下（1 mmol L-1)，施加Na2SiO3，通过大豆生物量、根系形态学、生理学和抗氧化物酶活性等参数的变化，研究硅在大豆缺钾胁迫生长中的作用。主要研究结果如下： 1低钾胁迫对大豆生长发育和生理指标形状的影响 与正常钾生长条件（5 mmol L-1）相比，对低钾敏感的基因型大豆品种铁丰35，低钾胁迫使铁丰35品种主根、侧根，过氧化氢 (H2O2)和丙二醛含量(MDA)，根系和叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性和光合特性指标等发生显著变化，同样地，铁丰31品种根系的SOD、CAT、POD活性和MDA含量也发生显著变化。相反，铁丰31品种的其它形态学和生理学指标参数受低钾胁迫影响差异不显著。 2 Si和Na+对大豆生长发育和生理过程中低钾胁迫的减缓作用 为探明Si对大豆生长发育和生理过程中低钾胁迫的减缓作用，我们将Na2SiO3分别设立3个浓度处理水平(0.1, 2.0, 5.0 mmol L-1)，对照CK0：5.0 mmol/L KNO3+0.0 mmol/L Na2SiO3，副对照CK1：1.0 mmol/L KNO3+4.0mmol/L NaCl���其中以Si2处理是2个品种减缓低钾胁迫效应最好的，对大豆生长发育和促进大豆根、茎和叶内钾浓度含量，低钾胁迫使SOD、POD、CAT活性，H2O2和MDA含量，以及光合特性(Pn, WUE)等指标参数得以显著地改善，但Na2SiO3对低钾敏感品种铁丰35的减缓作用远大于对低钾不敏感的品种铁丰31。为排除Na2SiO3中Na+对低钾大豆的生长作用，用等浓度NaCl���行检验，结果表明，Na+可以部分地减缓低钾胁迫，并且这减缓作用远小于等浓度的Si。本试验结果说明Si通过改变几个关键的生理过程，进而提高低钾胁迫条件下，大豆生长发育的表达活力，以有效地改善低钾对大豆生长的胁迫。 3 Si通过提高抗氧化胁迫进而减缓大豆生长发育中低钾胁迫 低钾胁迫使大豆地上和地下生物产量与对照CK0相比显著减少，增施Na2SiO3前后大豆其根冠比、过氧化氢积累、钾含量、膜质过氧化产物和抗氧化物酶活性变化显著。另外，Na2SiO3显著减缓了低钾胁迫使大豆根冠比、提高了低钾大豆根、茎、叶内钾浓度，Si还减缓了过氧化氢 (H2O2)和丙二醛含量(MDA)，这说明Si抑制了低钾的过氧化胁迫，显著地抑制了因低钾胁迫而使超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)等活性的升高，这些酶活性提高效应被施加的Na2SiO3消除，这些结果表明，Si通过提高抗氧化胁迫能力，进而减缓大豆生长发育的低钾胁迫，对低钾胁迫有非常重要的减缓调控作用。

植物油脂积累机理和品质改良—利用RNAi改良大豆油脂品质—四合木茎积累三脂酰甘油特征

利用RNAi改良大豆油脂品质 大豆[Glycine max (L.) Merr.]起源于中国，栽培历史悠久，是重要的粮食作物， 同时也是植物油和蛋白的重要来源。随着经济的发展和生活水平的提高，人们不但对大豆的需求量大大增加，同时对大豆的品质也提出了更高的要求。近年来，我国大豆进口量逐年攀升，已远远超过本国生产量。国外转抗除草剂转基因大豆大面积种植大大降低了生产成本，直接影响了我国大豆生产。因此，提高产量和改良品质是当前中国大豆生产所面临的重要课题。基因工程是大豆品种改良更为有效和快速的方法，但是由于历史原因我国的大豆转基因育种与发达国家尚存在一定差距，对我国的大豆生产贡献十分有限。因此，建立高效的大豆转化体系，加强大豆基因工程研究和育种是解决大豆面临困境的关键。 本研究的目的是以我国主要栽培大豆品种（黑农、合丰和东农等）为材料，利用GUS（β-glucuronidase）报告基因和RNAi技术，建立高效的大豆基因转化体系和基因功能研究体系。为大豆产量和品质基因工程改良提供技术手段和理论基础。结果如下： 以大豆下胚轴为外植体，对分生组织产生不定芽的频率进行了研究。培养基中添加高浓度BAP（6-benzylaminopurine）可以诱导外植体分生组织增殖产生不定芽的发生率;在培养基中添加银离子可以明显地促进大豆单个外植体多芽的产生，使得诱导不定芽总数目显著增加;不同基因型大豆再生不定芽能力有着较大区别，黑农44，黑农37，合丰35，合丰39等品种再生能力强;相对于大豆子叶节等再生系统，大豆下胚轴体系具有高效高频的再生特点（总的再生频率高于80%），且重复性好，容易操作。 以大豆下胚轴为外植体，用含有GUS报告基因的根癌农杆菌对其进行遗传转化，并重点对农杆菌菌液浓度、农杆菌侵染时间、乙酰丁香酮（AS）和抗氧化剂浓度等因素对农杆菌大豆转化效率的影响进行了研究。组织化学染色结果显示GUS基因在外植体顶端表达强烈，表达位置主要位于初生芽基部周围的分生组织。 农杆菌浸染时间以 4h 为最佳，此时的GUS瞬时表达频率可达73.0%;培养基中添加浓度为200μmol/L���乙酰丁香酮，可以显著增加GUS瞬时表达频率。抗氧化剂可以显著降低共培养阶段外植体的褐化和坏死率，进而显著提高农杆菌转化效率。用根癌农杆菌转化大豆下胚轴的方法得到了表达GUS基因转基因大豆株系。 利用大豆油酸去饱和酶基因(FAD2-1;Genbank, L43920)在第315-852碱基之间的基因片断构建了反向重复的RNAi表达载体，以农杆菌介导大豆下胚轴转化方法进行转化，并且获得转基因植株。经过PCR，Southern杂交和转基因后代的脂肪酸分析，表明沉默结构已经成功整合到大豆基因组中，并成功抑制了内源基因的表达。与栽培大豆品种相比较，转基因大豆种子的脂肪酸组成发生显著变化，油酸含量由栽培大豆的18.1％增加到71.5％¬-81.9％;亚油酸含量从栽培大豆的46.4％降到了约3.4％。 栽培大豆种子中油酸去饱和比率（ODP, oleic desaturation proportion）为0.76 到 0.84，转基因大豆种子的油酸去饱和比率降为0.06-0.26，表明Δ12-去饱和酶活性降低了74%-94%。上述结果表明，我们构建的RNAi反向重复序列沉默结构高效地抑制了大豆种子FAD2-1基因。 在本研究中，我们通过外源GUS基因的表达和内源FAD2基因的抑制，成功地建立了以大豆下胚轴为外植体的高效农杆菌介导大豆转化体系，并获得了相应的转基因株系。本研究对我国大豆品种基因工程改良以及进一步大豆功能基因组研究有重要参考价值。 四合木茎积累三脂酰甘油特征 四合木(Tetraena mongotica Maxim)是蒺藜科(Zygophyllaceac)四合木属唯一的种，是地球上最具代表性的古老残遗濒危珍稀植物。由于四合木极易燃烧，当地居民称其为“油柴”。 通过对四合木内可能存在的“油”成分进行了分析，我们发现其茎组织含有大量的三脂酰甘油（Triacylglycerols），含量达到46 mg/g DM。在韧皮部中更高，达到90 mg/g DM。我们通过半薄切片对四合木中三脂酰甘油在不同组织的分布和存在形式进行了研究，发现三脂酰甘油主要以油体形式存在于木质部和韧皮部的薄壁组织中。在韧皮部中，几乎所有的薄壁细胞都含有大量的油体。 三脂酰甘油在植物的生长发育中起着非常重要的作用。作为植物生长发育所需的碳源和能量，三脂酰甘油一般储存在植物的种子和果实中。虽然也有关于其在茎和叶中发现的报道，但是含量很少。四合木茎组织含有大量的三脂酰甘油，这种现象可能与四合木茎中存在茎特异油脂合成酶系统有关。因此，克隆相关基因并在作物中表达，将对能源植物的开发具有重要意义。

大豆种子低温吸胀相关基因的分离与蛋白变化的研究

大豆 (Glycine max (L.) Meer.)是人们日常生活中不可缺少的食品，也是一种非常重要的油质、蛋白资源。目前根据大豆种子吸胀阶段对低温敏感性的不同，可将其划分成3种生态型：低温非敏感型、低温敏感型及中间型。对于低温非敏感型的种子来讲，4℃下吸胀24小时对其发芽率影响很小，而敏感型种子萌发率不超过5%。我国属于温带大陆性气候，大豆播种后由于温度波动而造成一部分种子不能萌发，最终导致减产甚至绝产的现象普遍存在。高产是育种工作的主要目标，提高逆境胁迫的适应能力是高产的前提和基础，所以从分子角度研究种子吸胀非常必要，一方面能够挖掘新的基因资源，另一方面为今后育种工作提供必要的理论依据。 本试验以此为立足点，低温吸胀非敏感型大豆品种 (Z22)为材料，利用cDNA-AFLP方法及蛋白质技术分离与低温吸胀相关的基因及蛋白，得到结果如下： 第一，本试验成功的分离出4个受低温诱导的基因，半定量RT-PCR方法进一步验证了这4个基因在种子吸胀24小时内受低温诱导。 第二，利用RACE方法成功的得到2个完整的全长基因，在NCBI数据库中查找后发现其中1个基因为新基因，命名为SCHI基因 (SCHI：Soybean chilling-induced gene)。SCHI全长为390bp，编码分子量大约为14.2KD的蛋白；另外一个基因是已知基因，其同源序列已经在其他的物种中得到分离。由于此基因与核糖体蛋白L34高度同源，所以把把这个基因命名为SOL34 (Soybean L34)。 第三，利用半定量RT-PCR方法对基因表达模型进行分析，结果表明：SCHI在种子低温吸胀18～24小时期间诱导表达量最高，而当种子低温吸胀24小时后转入常温下，其表达量在常温下18小时左右迅速下降；ABA (100μM)、PEG (30%，10000)及NaCl (250mM)能够诱导SCHI的表达，在诱导表达量上，ABA和PEG诱导效果最明显，而NaCl���够微弱的诱导此基因表达；对不同生态型的大豆品种而言，低温吸胀过程中，SCHI在非敏感型种子中的表达量高于敏感型种子，但非敏感型和中间型之间没有差别；另外，SCHI在大豆胚轴中是诱导型表达，在叶片和根尖中则是组成型表达。SOL34的表达在萌发前24小时内被低温诱导，但在不同生态型之间没有差别。SOL34在胚轴和根尖中受低温诱导，在叶片中是组成型表达。 第四，SCHI能够在原核生物中表达出相应蛋白，诱导表达蛋白的分子量在26-29KD，大约为理论值的2倍，说明在大肠杆菌中被表达的蛋白以2聚体形式存在。另外低温试验结果表明SCHI能够提高菌落忍耐短时间-20℃低温的能力。 第五，利用双元表达载体把SCHI转入拟南芥植株，经过低温、干旱和盐胁迫后，转基因植株的成活率均高于野生型植株。超表达SOL34的拟南芥植株降低了对低温的耐性；而抑制拟南芥中L34的表达反而提高了植株对低温的抗性。 第六，本试验利用蛋白质等有关试验检测了大豆种子低温吸胀时蛋白质发生的变化。从吸胀 (4℃和22℃下24h)后的大豆胚轴中成功鉴定出上调蛋白点25个，下调蛋白点15个。其中有参与能量代谢反应 (占10%，例如柠檬酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶等)、细胞生长与分裂相关反应 (20%，例如LEA蛋白和种子成熟蛋白PM26)、胁迫反应 (10%，如乙醇脱氢酶)、种子宿命和贮藏蛋白 (20%，大豆球蛋白)等蛋白在此过程中发生了变化，暗示种子萌发前期低温吸胀过程中多种代谢发生变化。细胞生长变缓、能量代谢增强、胁迫代谢蛋白的高表达以及贮藏蛋白降解速度减慢等变化都有利于种子在吸胀过程中度过低温环境，为以后的生长作好准备。

低温吸胀对大豆种子呼吸代谢影响的研究

大豆是重要的油料和蛋白植物。在生产实践中，在播种后达到早苗和齐苗是大豆丰收的前提。种子的吸胀冷害是农业生产的严重问题。吸胀冷害发生在种子开始吸水萌动的萌发初始阶段。吸胀冷害不仅发生在高寒地带和低温冷湿地区，尤其在我国东北地区，造成我国乃至全球大豆不同程度的减产。吸胀冷害的原初作用位点在生物膜上，本实验从呼吸代谢的角度研究吸胀冷害对种子活力的影响，探讨吸胀冷害的机制。 本实验选用由黑龙江省黑河农业科学院提供的对低温中度敏感的黑河13 号大豆种子为材料，分别经22°C、10°C 和4°C 恒温培养箱24 h 后，测定其生理指标，通过透射电镜观察细胞超微结构，利用蛋白质组技术研究低温吸胀与种子呼吸代谢的关系，得到的结果如下： 低温吸胀阻碍胚轴膜系统的修复。通过电解质渗漏率测定发现，4°C 到22°C 温度范围内，提高吸胀温度有助于保持细胞膜的完整性，显著降低吸胀后胚轴电解质渗漏。在低温下吸胀，胚轴活性氧清除酶的活性受到抑制，活性氧含量增加，增强了膜脂过氧化作用，进而导致种子活力下降。 通过透射电子显微镜观察，大豆种子在22°C 吸胀24 h 后，胚轴细胞液泡明显变大，在细胞中所占比例很高，并且细胞内膜系统比较发达，能清晰观察到细胞核，线粒体，质膜，内质网整齐有序的形状。胚轴的细胞含有其它结构正常的细胞器，包括细胞壁，胞间连丝，淀粉粒和油体等。线粒体的外膜、内膜、嵴发育较完善。10°C 和4°C 的吸胀严重损伤了胚轴中细胞器的修复，细胞膜不规则，没有发现内质网和胞间连丝，线粒体的体积较小以及膜系统不发达，尤其是4°C 吸胀的胚轴中细胞器的损伤更加严重，细胞膜系统紊乱。 低温吸胀抑制了线粒体从轻线粒体向重线粒体的修复，以及线粒体的耗氧能力。22°C 吸胀的线粒体的总体耗氧能力较高，电子传递主要是利用复合体I 的电子传递途径。10°C 吸胀的线粒体总体耗氧呼吸较低，且其线粒体的电子传递主要以复合体II 的途径。4°C 吸胀的线粒体的耗氧能力则更低。 将分离得到的线粒体进行的蛋白质组分析，共分离400 多个蛋白点，其中有20 个点有表达差异。经ESI-Q-TOF-MS/MS 鉴定，六个下调的蛋白质分别为ATP 合成酶的亚基 (线粒体的氧化磷酸化)，线粒体延长因子Tu（线粒体基因组转录）， 苹果酸脱氢酶（三羧酸循环），精氨酸酶（尿素循环）和2 个线粒体chaperonin-60 （热稳定蛋白）。这些蛋白在低温吸胀时下调表达，影响了线粒体的正常生理代谢，说明它们在维持线粒体正常代谢中起到了重要的作用。 综上所述，低温吸胀影响了线粒体的结构和生理功能的修复，减少了能量和中间物质供应给种子萌发，造成了种子活力的下降。

黄土丘陵区免耕条件下两种土壤酶活性变化

为了确定合理环保的耕作制度,2007~2008安塞田间定位试验黄土丘陵旱作农区大豆(Glycine maxL)、玉米(Zea maysL)、红小豆(Semen Phaseoli)、马铃薯(Solanum tuberosumLinn.)在翻耕化肥(CF)、翻耕有机肥(CM)、翻耕无肥(CN)、免耕化肥(NF)、免耕有机肥(NM)、免耕无肥(NN)等水平下的农田土壤脲酶、蔗糖酶活性。结果表明:在作物花期,大豆、玉米土壤脲酶活性较高,蔗糖酶活性较低,而红小豆、马铃薯则与之相反,差异极显著。到作物收获后,玉米土壤脲酶、蔗糖酶活性增高,增幅在83%以上,而马铃薯、红小豆、大豆三种作物土壤脲酶活性降低,降幅在10%以上,蔗糖酶活性增强,增幅在40%以上。从花期到收获后,免耕降低了土壤脲酶活性,提高了土壤蔗糖酶活性,在黄土丘陵沟壑旱作农区两种土壤酶活性表现较优的作物为大豆、玉米,较优的处理为NM玉米、NF大豆,其田间环保效应为:作物生长期间两种酶活性比较高,收获后两种酶活性则降低,有利于提高作物生长期土壤肥效利用率,减少作物收获后温室气体的排放。

不同类型作物对干湿交替环境的反应

通过对干湿交替环境下春小麦、马铃薯、大豆和玉米等作物的产量、水分利用效率及光合作用、蒸腾作用、气孔导度等生理变化的研究表明 :( 1 )春小麦和马铃薯在干湿交替环境下可获得与充分供水相当的产量而它们的水分利用效率却显著提高 ,大豆减产幅度较大 ,玉米减产严重 ,其水分利用效率显著低于全湿处理 ;( 2 )浇水后各作物的光合速率、蒸腾速率和气孔导度都有所增加 ,但不同作物增加的幅度不同 ,就是同一作物各指标的增幅也不同 ;( 3)干湿交替环境下同化物的运输模式有利于春小麦籽粒的充实和马铃薯块茎的膨大 ,而不利于玉米产量的形成 ;( 4 )产量不仅决定于营养生长阶段 ,更主要决定于生殖生长阶段。此外 ,还就干湿交替过程中若干生理变化和经济产量形成机制作了初步探讨。

快生型大豆根瘤菌（Rhizobium fredii）与野大豆（Glycine soja）相互作用的研究

快生型大豆根瘤菌（Rhizobium fredii）能浸染野大豆（Glycine soja）和栽培大豆（Glycine max）根部并形成固氮的根瘤。本文研究了R.fredii对野大豆的识别和侵染。通过研究R.fredii与大豆植物凝集素（SBL���结合和根毛吸附，R. fredii的EPS缺失突变株结瘤能力分析。结瘤；能力下降的突变株表面多糖分析等。发现了R.fredii与野大豆识别和侵染过程的特殊性。研究表明，（1）发现R.fredii与B.Jiaponicum和宿主的识别有不同的方式， 这在世界上是首次证明同一豆科宿主对不同的共生根瘤菌有不同的识别机制。这对认识宿主牧民性控制，研究扩大结瘤固氮范围等有重要意义；（2）第一个进行了R.fredii的Exo~-突变型的分离和鉴定。发现R. fredii的EPS产量和组成的严重发迹并不影响识别和侵染。说明在其他一些根瘤菌中发现的EPS作为宿主防御机制的保护层的作用。在R.fredii-野大豆和栽培大豆的共生结瘤中并不着急丰富了对根瘤菌EPS功能的新认识。并提出EPS作为保护层的作用与宿主植物类型有关的假设；（3）首次获得了LPS发生变化的R. fredii突变株Exol���并研究了其结瘤能力下降的现象与侵染能力和表面多糖变化的关系。提出R. fredii SG2的LPS可能在野大豆根毛郑曲和根瘤菌侵染过程中起重要作用。

植物根系、根区微生物对大气CO2浓度倍增的反应及其生态学意

预测下世纪中叶，大气CO_2浓度将高到目前的两倍（即达到700μ1•1~(-1)）。CO_2倍增对植物地上部的影响已经有了较多的研究，胆是由于方法学上的困难，至今关于倍增CO_2对植物根及根区微生物的研究仍是非常匮乏。本文应用国际上最新的根研究方法，以根系为中心，研究开顶式CO_2C熏蒸培养室中，CO_2倍增条件下根系与地上部，根系与根区微生物[共生的泡囊－丛枝菌根（VAM）真菌，非共生的土壤微生物]的关系。 1. CO_2倍增对根系的影响目前CO_2倍增对根系影响的研究多集中在根生物量的测定，或根／冠比值的测定，而善于其它参数如根长度则很少涉及，而根表面的反应目前还未见文献报道。本实验以幼苗期小麦“青323”（Triticum aestivum）、水稻“中作 29”(Oryza sativa)、大豆“科农4号”（Glycine max）、玉米“农大3138”（Zea mays）、甜高粱“M－81E”（Sorghum saccharatum）为材料，研究CO_2倍增对植物生物量的影响，发现CO_2倍增使C_3植物水稻、大豆的地上部、根系干重均显著增加，使小麦的根系干重显著增加，地上部无显著差异;C_4植物玉米和甜高粱的地上部和根系均没有显著反应。植物干重反应资料表明在光合产物的分配方面，C_3和C_4植物之间存在巨大的差异。 为了解根系获取土壤资源的能力的变化，我们对根系总长度和总表面积进行了分析。用样格交叉法研究根系长度的变化，结果显示，幼苗期的小麦、大豆的根系长度均被显著促进，尤其值得注意的是，尽管玉米根系干重没有显著改变，但是根长度已发生显著变化。同时应用研究根系表面积的最新方法－Na NO_2吸附法，研究发现幼苗期小麦、水稻和大豆的根系表面积在CO_2倍增条件下均显著增加，C_4植物玉米的根表面积亦有显著增加，但甜高粱的根表面积却没有显著反应，这说明即使在C_4植物类型中，根系表面积的反应在不同物种间仍存在很大差异。由于根长度和根表面积增幅大于根干重的增幅，所以推断在CO_2倍增条件下，植物根系细根比例增加，这有利于植物获取更多的养分。由于不同植物之间根系的反应不同，这将改变群落中原有的根系竞争关系，从而影响群落中物种的组成。 2. CO_2倍增对VAM真菌侵染强度和活力的影响本文应用NBT染色法，并结合浸染强度等级和活力等级标准，首次对CO_2倍增条件下，植物VAM真菌的侵染强度和活力的变化进行了检测。对比常规的酸性品红乳酸甘油法和NBT法，发现两者在显示侵染强度时元显著差异，但后者能同时用于侵染活力等级的研究。对幼苗期大豆以及不同生长期的小麦和玉米根系VAM真菌的侵染强度和活力进行观测，结果显示，倍增CO_2对大豆的侵染强度和活力均没有显著效应;使幼苗期玉米的侵染强度显著增加，但侵染活力无显著差异，但随生长期的推移，侵染强度所受的CO_2倍增效应逐渐减小，与14天苗龄（DAP）和35DAP相比，侵染活力在22DAP时所受效应最大;使10DAP小麦的VAM侵染强度和活力均显著增加，而且这种效应在30DAP小麦中的表现与10DAP小麦的相同。说明C_3、C_4植物中，菌根真菌对CO_2倍增反应不同，这也许是C_3、C_4植物对CO_2倍增反应不同的原因之一。倍增CO_2改善了VAM真菌的发育，所以较之于非菌根侵染植物，菌根侵染植物将因为CO_2倍增而获益更多，另一方面不同种植物中，VAM真菌的发育反应不同，这将使植物群落中，根系获取无机营养的竞争能力发生变化，最终影响植物群落的物种丰度和生物多样性以及群落的演替。 3. CO_2倍增对非共生土壤微生物的影响CO_2倍增使生长70天的小麦、垂柳（Salix babylonica）、藜(Chenopodium album)、繁穗苋（Amaranthus cruentus）品种“红苋K112”的地上部和根系的生物量增加。以这些植物所在土壤为材料，用氯仿熏蒸直接提取法研究土壤微生物生物量C（C_(mic)）和生物量N（N_(mic)）的变化，发现CO_2倍增尽管使各类型植物的C_4植物）土壤中C_(mic)的变化趋势不完全相同（小麦和藜所在土壤的C_(mic)下降，垂柳中C_(mic)升高，而在繁穗苋中无显著差异），但N_(mic)在各物种所在土壤中均有不同程度的上升，在繁穗苋中增幅最大。C_(mic):N_(mic)比值在4个物种所在土壤中均明显下降，这意味着CO_2倍增后在植物生长后期，土壤微生物活性提高，分解植物凋落物和土壤中其它有机质的能力加强，从而改善贫瘠土壤中有机质质量。 4.CO_2倍增对植物呼吸和光合作用及C素积累的影响 1）CO_2倍增对植物暗呼吸的影响：以杜仲（Eucommia ulmoides）、紫花苜蓿(Medicago sativa)和玉米等10种植物的离体成熟叶片或整株为材料，研究不同测定温度（15～35 ℃）下，CO_2倍增对植物暗呼吸的影响。结果表明：在较低温度（15 ℃、20 ℃）下，CO_2倍增对植物暗呼吸没有显著效应;在较高温度（30 ℃、35 ℃）时，多数被测植物的暗呼吸显著增强。由于植物在不同温度时它们的暗咱吸受CO_2倍增的促进幅度不同，这将导致不同地区（环境温度不同）的植物暗呼吸反应有差异，而且由于不同物种的暗呼吸增幅不同，综合光合效应，它们的生物量的反应也会不同。 2）CO_2倍增对整株植物的CO_2气体交换及植物C素积累的影响：利用自行设计的一套CO_2气体测定装置，首次尝试同步测定CO_2倍增条件下幼苗期小麦地下部和地上部的气体交换在昼夜24小时内的变化及C素的积累。发现CO_2倍增不仅使小麦地上部C素的积累增加，也使地下部释放的C素增加，但整株植物的C素收入仍高于对照两倍多，这从植物与环境的CO_2气体交换角度为CO_2倍增促进植物生物量的增加提供了依据。并首次提出：植物的整体性及植物所在的环境条件（主要是温度和光照强度）决定着植物暗呼吸对CO_2倍增的响应方式：被抑制或无效应。

Effect of several feeding stimulants on diet preference by juvenile gibel carp (Carassius auratus gibelio), fed diets with or without partial replacement of fish meal by meat and bone meal

The objectives of this work were to study the effects of several feeding stimulants on gibel carp fed diets with or without replacement of fish meal by meat and bone meal (MBM). The feeding stimulants tested were betaine, glycine, L-lysine, L-methionine, L-phenylalanine, and a commercial squid extract. Three inclusion levels were tested for each stimulant (0.18, 0.5%, and 1% for betaine and 0.1, 0.25 and 0.5% for the other stimulants). Two basal diets (40% crude protein) were used. one with 26% fish meal (FM), and the other with 21% fish meal and 6% MBM, Betaine at 0.1% in the fish meal group and at 0.5% in the meat and bone meal group was used in all experiments for comparison among stimulants. In the experiment on each stimulant, six tanks of fish were equally divided into two groups, one fed the FM diet, and the other fed the MBM diet. After 7 days' adaptation to the basal diet, in which the fish were fed to satiation twice a day, the fish were fed for another 7 days an equal mixture of diets containing varying levels of stimulants. Each diet contained a unique rare earth oxide as inert marker (Y2O3, Yb2O3, La2O3, Sm2O3 or Nd2O3). During the last 3 days of the experiment, faeces from each tank were collected. Preference for each diet was estimated based on the relative concentration of each marker in the faeces. Gibel carp fed the FM diet had higher intake than those fed the MBM diet, but the difference was significant only in the experiments on betaine, glycine and L-methionine. None of the feeding stimulants tested showed feeding enhancing effects in FM diets. All feeding stimulants showed feeding enhancing effects in MBM diets. and the optimum inclusion level was 0.5% for betaine, 0.1% for glycine, 0.25% for L-lysine, 0.1% for L-methionine. 0.25% For L-phenylalanine. and 0.1% for squid extract. The squid extract had the strongest stimulating effect among all the stimulants tested. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.