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2023年 第2期 第12卷
刊出日期： 2023-06-01
2023, 12(2): 117-129.
doi: 10.11689/sc.2022091301
摘要:
植物类病变是指植物在无显著非生物胁迫、物理机械损伤或者外部致病因素的作用下，其叶片、叶鞘或整株上自发地出现坏死斑点的现象。这种局部细胞死亡的现象类似于某些致病菌感染的结果，其症状与植物超敏反应（Hypersensitive response, HR）的表征极为相似，是一种程序性细胞死亡（Programmed cell death, PCD）。许多类病变突变体组成性表达病程相关基因，并增强对某种或多种病原微生物的抗性，因而类病变突变体可作为研究植物防御反应和PCD的理想材料。本文对植物类病变突变体的来源、命名、类型、遗传方式、抗性特点、基因克隆、形成机制以及信号传导途径进行了总结，并展望了植物类病变突变体未来的研究方向，以期为进一步探索PCD调控机制和防御反应作用机理提供理论依据。
植物类病变是指植物在无显著非生物胁迫、物理机械损伤或者外部致病因素的作用下，其叶片、叶鞘或整株上自发地出现坏死斑点的现象。这种局部细胞死亡的现象类似于某些致病菌感染的结果，其症状与植物超敏反应（Hypersensitive response, HR）的表征极为相似，是一种程序性细胞死亡（Programmed cell death, PCD）。许多类病变突变体组成性表达病程相关基因，并增强对某种或多种病原微生物的抗性，因而类病变突变体可作为研究植物防御反应和PCD的理想材料。本文对植物类病变突变体的来源、命名、类型、遗传方式、抗性特点、基因克隆、形成机制以及信号传导途径进行了总结，并展望了植物类病变突变体未来的研究方向，以期为进一步探索PCD调控机制和防御反应作用机理提供理论依据。
2023, 12(2): 130-140.
doi: 10.11689/sc.2022060601
摘要:
秸秆覆盖度（Crop residue cover, CRC）的遥感估算可以在短时间内获取大范围耕地秸秆覆盖度数据，对于政府部门监测保护性耕作的实施情况有重要的现实意义。本研究基于Sentinel-2 MSI和Landsat 8 OLI数据，分别计算了多种光谱指数，并与野外实测的秸秆覆盖度数据进行相关性分析，挑选出极显著性相关的光谱指数。在此基础上，构建其与秸秆覆盖度之间的相关模型，并通过决定系数（R2）和均方根误差（RMSE）所表征模型的精度比较Sentinel-2 MSI和Landsat 8 OLI数据由于光谱和空间尺度的差异对秸秆覆盖度反演模型的影响。结果表明：6种光谱指数与CRC的相关性系数均大于0.4，相关性较高的是Sentinel-2 MSI 20 m分辨率数据获取的NDTI和STI，相关系数分别为0.878、0.894，相关性最低的为Sentinel-2 MSI 10 m分辨率数据获取的NDSVI，相关系数为0.476；利用一元线性回归法构建模型时，Sentinel-2 MSI 20 m分辨率数据构建的光谱指数STI和NDTI，模型精度最高，R2分别为0.810和 0.800，RMSE分别为6.84%和7.01%，而30 m重采样数据的R2分别为0.770和0.771，RMSE分别为7.52%和7.50%，随着空间分辨率的降低呈现出下降趋势；Sentinel-2 MSI 30 m重采样数据获取的光谱指数构建的所有模型精度均略大于Landsat 8 OLI数据构建的模型。因此，Sentinel-2 MSI 数据获取NDTI和STI这两个光谱指数更加适合本研究区域秸秆覆盖度的估算。
秸秆覆盖度（Crop residue cover, CRC）的遥感估算可以在短时间内获取大范围耕地秸秆覆盖度数据，对于政府部门监测保护性耕作的实施情况有重要的现实意义。本研究基于Sentinel-2 MSI和Landsat 8 OLI数据，分别计算了多种光谱指数，并与野外实测的秸秆覆盖度数据进行相关性分析，挑选出极显著性相关的光谱指数。在此基础上，构建其与秸秆覆盖度之间的相关模型，并通过决定系数（R2）和均方根误差（RMSE）所表征模型的精度比较Sentinel-2 MSI和Landsat 8 OLI数据由于光谱和空间尺度的差异对秸秆覆盖度反演模型的影响。结果表明：6种光谱指数与CRC的相关性系数均大于0.4，相关性较高的是Sentinel-2 MSI 20 m分辨率数据获取的NDTI和STI，相关系数分别为0.878、0.894，相关性最低的为Sentinel-2 MSI 10 m分辨率数据获取的NDSVI，相关系数为0.476；利用一元线性回归法构建模型时，Sentinel-2 MSI 20 m分辨率数据构建的光谱指数STI和NDTI，模型精度最高，R2分别为0.810和 0.800，RMSE分别为6.84%和7.01%，而30 m重采样数据的R2分别为0.770和0.771，RMSE分别为7.52%和7.50%，随着空间分辨率的降低呈现出下降趋势；Sentinel-2 MSI 30 m重采样数据获取的光谱指数构建的所有模型精度均略大于Landsat 8 OLI数据构建的模型。因此，Sentinel-2 MSI 数据获取NDTI和STI这两个光谱指数更加适合本研究区域秸秆覆盖度的估算。
2023, 12(2): 141-152.
doi: 10.11689/sc.2022081801
摘要:
微塑料作为一种新兴环境污染物，广泛分布于全球各生态系统中，备受国内外学者的关注。为了解微塑料在挠力河自然保护区分布、组成特征及生态风险，本研究以保护区内旱田地、水田地、林地和沼泽四种类型土地为研究对象，利用改进的浮选分离法对不同样品中微塑料进行分离，使用体式显微镜和傅里叶变换红外光谱仪（μ-FITR）对0.02 ~ 5 mm粒径范围的微塑料进行检测，观察并鉴定微塑料形状、颜色，分析其丰度和成分，同时采用风险指数（R）和污染负荷指数（PLI）对微塑料生态风险进行评估。结果表明：（1）微塑料形状有纤维状、碎片状、薄膜状和颗粒状四种，纤维状和薄膜状分别占比31.5%、37.0%，其中薄膜状微塑料在旱田地和沼泽两种类型土地中含量差异显著（P<0.05）；微塑料颜色包括白色、黑色、红色、蓝色和透明色五种，各颜色微塑料组分在四种类型土地中差异不显著；微塑料成分包括聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚乙烯（PE）三种，分别占54.5%、27.3%和18.2%，且各组分间无相关性。（2）微塑料丰度范围为3.33 ~ 30.0 n·kg−1，平均丰度为14.3 n·kg−1，且旱田地微塑料平均丰度显著大于林地和沼泽两种类型土地（P<0.05）；微塑料平均丰度在空间上呈现旱田地（21.1 n·kg−1）> 水田地（12.2 n·kg−1）> 沼泽（10.7 n·kg−1） > 林地（8.89 n·kg−1）的分布趋势。（3）尺寸小于1 mm的微塑料占总检出微塑料的87.7%，且主要集中在0.2 ~ 0.5 mm和0.5 ~ 1 mm粒径范围内，分别占30.1%和34.2%。（4）保护区四种土地利用类型平均风险指数为3.64，总体污染负荷指数为2.31×10−2，分析可得保护区总体生态风险水平较低。数据显示，挠力河自然保护区四种类型土地中均存在不同丰度的微塑料，并且具有独特的赋存形态及分布特征，这为保护区微塑料污染防控和迁移转化研究提供了基础数据支持。
微塑料作为一种新兴环境污染物，广泛分布于全球各生态系统中，备受国内外学者的关注。为了解微塑料在挠力河自然保护区分布、组成特征及生态风险，本研究以保护区内旱田地、水田地、林地和沼泽四种类型土地为研究对象，利用改进的浮选分离法对不同样品中微塑料进行分离，使用体式显微镜和傅里叶变换红外光谱仪（μ-FITR）对0.02 ~ 5 mm粒径范围的微塑料进行检测，观察并鉴定微塑料形状、颜色，分析其丰度和成分，同时采用风险指数（R）和污染负荷指数（PLI）对微塑料生态风险进行评估。结果表明：（1）微塑料形状有纤维状、碎片状、薄膜状和颗粒状四种，纤维状和薄膜状分别占比31.5%、37.0%，其中薄膜状微塑料在旱田地和沼泽两种类型土地中含量差异显著（P<0.05）；微塑料颜色包括白色、黑色、红色、蓝色和透明色五种，各颜色微塑料组分在四种类型土地中差异不显著；微塑料成分包括聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚乙烯（PE）三种，分别占54.5%、27.3%和18.2%，且各组分间无相关性。（2）微塑料丰度范围为3.33 ~ 30.0 n·kg−1，平均丰度为14.3 n·kg−1，且旱田地微塑料平均丰度显著大于林地和沼泽两种类型土地（P<0.05）；微塑料平均丰度在空间上呈现旱田地（21.1 n·kg−1）> 水田地（12.2 n·kg−1）> 沼泽（10.7 n·kg−1） > 林地（8.89 n·kg−1）的分布趋势。（3）尺寸小于1 mm的微塑料占总检出微塑料的87.7%，且主要集中在0.2 ~ 0.5 mm和0.5 ~ 1 mm粒径范围内，分别占30.1%和34.2%。（4）保护区四种土地利用类型平均风险指数为3.64，总体污染负荷指数为2.31×10−2，分析可得保护区总体生态风险水平较低。数据显示，挠力河自然保护区四种类型土地中均存在不同丰度的微塑料，并且具有独特的赋存形态及分布特征，这为保护区微塑料污染防控和迁移转化研究提供了基础数据支持。
2023, 12(2): 153-160.
doi: 10.11689/sc.2022102001
摘要:
利用微生物处理作物秸秆是秸秆饲料化利用的重要途径，对于实现秸秆饲料资源的高效安全利用、促进草食家畜生产具有重要意义。本研究以玉米、水稻和小麦秸秆为研究对象，利用枯草芽孢杆菌和贝莱斯芽孢杆菌及其组合对这三种作物秸秆进行45天发酵试验，以期评价两种芽孢杆菌对不同秸秆纤维降解和微贮效果的影响。结果表明，贝莱斯芽孢杆菌处理对三种秸秆纤维降解有显著影响，与对照组相比，贝莱斯芽孢杆菌使玉米秸秆中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）和酸性洗涤木质素（ADL）分别降低了7.31%、12.0%和21.4%，水稻秸秆分别降低了9.25%、16.0%和43.0%，小麦秸秆ADF下降6.52%；枯草芽孢杆菌处理使玉米秸秆NDF、ADF和ADL分别下降7.19%、13.1%和24.8%；小麦秸秆ADF下降6.96%，但其对水稻秸秆无显著影响，两种芽孢杆菌混合处理没有单菌处理效果显著。两种芽孢杆菌处理秸秆发酵产物中挥发性脂肪酸（VFAs）以乙酸和丁酸为主，未检测到乳酸。贝莱斯芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌均能显著降低玉米和小麦秸秆NDF和ADF含量，但由于发酵产物丁酸的存在降低了发酵品质，因此，为了改善微贮质量，未来需探讨两种芽孢杆菌与其它菌种复合效果。
利用微生物处理作物秸秆是秸秆饲料化利用的重要途径，对于实现秸秆饲料资源的高效安全利用、促进草食家畜生产具有重要意义。本研究以玉米、水稻和小麦秸秆为研究对象，利用枯草芽孢杆菌和贝莱斯芽孢杆菌及其组合对这三种作物秸秆进行45天发酵试验，以期评价两种芽孢杆菌对不同秸秆纤维降解和微贮效果的影响。结果表明，贝莱斯芽孢杆菌处理对三种秸秆纤维降解有显著影响，与对照组相比，贝莱斯芽孢杆菌使玉米秸秆中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）和酸性洗涤木质素（ADL）分别降低了7.31%、12.0%和21.4%，水稻秸秆分别降低了9.25%、16.0%和43.0%，小麦秸秆ADF下降6.52%；枯草芽孢杆菌处理使玉米秸秆NDF、ADF和ADL分别下降7.19%、13.1%和24.8%；小麦秸秆ADF下降6.96%，但其对水稻秸秆无显著影响，两种芽孢杆菌混合处理没有单菌处理效果显著。两种芽孢杆菌处理秸秆发酵产物中挥发性脂肪酸（VFAs）以乙酸和丁酸为主，未检测到乳酸。贝莱斯芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌均能显著降低玉米和小麦秸秆NDF和ADF含量，但由于发酵产物丁酸的存在降低了发酵品质，因此，为了改善微贮质量，未来需探讨两种芽孢杆菌与其它菌种复合效果。
2023, 12(2): 161-169.
doi: 10.11689/sc.2022062002
摘要:
为了调查山东省临沂地区中草药根结线虫（ Meloidogyne spp.）的种类，对临沂地区的蒙阴县和平邑县7个发病丹参田采集丹参样品，并分离线虫，利用根结线虫的通用引物（rDNA-ITS 区域194/195）和常见根结线虫种的特异性引物对二龄幼虫进行分子鉴定，对PCR产物及其序列比较分析进而确定线虫种类，同时确定这些线虫能否在番茄上繁殖，然后对确定线虫种类的二龄幼虫形态学和雌虫会阴花纹的特征进行了鉴定。结果表明，rDNA-ITS区域194/195通用引物对所有7个样品都扩增出750 bp产物，证明是根结线虫，序列之间的相似度范围是99.4% ~ 100%；序列特异性引物扩增表明蒙阴县4个样品是花生根结线虫（M. arenaria），2个样品是南方根结线虫（M. incognita），平邑县1个样品是南方根结线虫。序列分别与已报道的花生根结线虫和南方根结线虫100%同源，通用引物扩增产物序列也分别与基因库中这两种线虫序列达到98.3% ~ 100%相似性。所有样品线虫都能在番茄上繁殖，二龄幼虫的形态学特征和雌虫会阴花纹的特征与已鉴定的南方根结线虫和花生根结线虫的特征相同。
为了调查山东省临沂地区中草药根结线虫（ Meloidogyne spp.）的种类，对临沂地区的蒙阴县和平邑县7个发病丹参田采集丹参样品，并分离线虫，利用根结线虫的通用引物（rDNA-ITS 区域194/195）和常见根结线虫种的特异性引物对二龄幼虫进行分子鉴定，对PCR产物及其序列比较分析进而确定线虫种类，同时确定这些线虫能否在番茄上繁殖，然后对确定线虫种类的二龄幼虫形态学和雌虫会阴花纹的特征进行了鉴定。结果表明，rDNA-ITS区域194/195通用引物对所有7个样品都扩增出750 bp产物，证明是根结线虫，序列之间的相似度范围是99.4% ~ 100%；序列特异性引物扩增表明蒙阴县4个样品是花生根结线虫（M. arenaria），2个样品是南方根结线虫（M. incognita），平邑县1个样品是南方根结线虫。序列分别与已报道的花生根结线虫和南方根结线虫100%同源，通用引物扩增产物序列也分别与基因库中这两种线虫序列达到98.3% ~ 100%相似性。所有样品线虫都能在番茄上繁殖，二龄幼虫的形态学特征和雌虫会阴花纹的特征与已鉴定的南方根结线虫和花生根结线虫的特征相同。
2023, 12(2): 170-178.
doi: 10.11689/sc.2022062401
摘要:
团聚体作为土壤基本单元，其孔隙结构影响着土壤中的水、肥、气、热，进而影响着土壤生产力。为探究秸秆还田对黑土团聚体的影响，依托中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站9年秸秆还田试验，设置了6 000 kg·hm−2（S1）、9 000 kg·hm−2（S2）、12 000 kg·hm−2（S3）和15 000 kg·hm−2（S4）4个玉米秸秆还田处理，以无秸秆还田为对照（CK），采用湿筛法和显微CT扫描研究水稳性团聚体分布情况和3 ~ 5 mm团聚体孔隙结构特征。结果表明，S4、S3、S2、S1水稳性大团聚体（>0.25 mm）含量与CK相比分别增加120%、92.1%、73.2%、40.4%。S2、S3、S4与CK、S1相比，平均重量直径（MWD）增加13.0% ~ 29.6%（P<0.05）。S4几何平均直径（GMD）相较于CK、S1和S2分别增加35.1%、25.0%和8.70%（P<0.05），通气孔隙（ED>100 μm）相较于S1、S2分别提高了272%和137%（P<0.05）。S3分形维数与CK、S1相比增加了22.1%和7.97%，S4分形维数与CK、S1、S2相比增加了26.1%、11.6%和6.06%（P<0.05）。与秸秆未还田（CK）处理相比，秸秆还田（S1、S2、S3、S4）处理连通性明显较好，但S3与S4之间分形维数和连通性差异不显著。因此，玉米秸秆还田不仅能提升团聚体稳定性，还能改善团聚体孔隙结构，提高孔隙复杂性和连通性，是一项提升土壤肥力、改善土壤结构和保育黑土的有效技术措施，在东北黑土区具有较好的应用前景。
团聚体作为土壤基本单元，其孔隙结构影响着土壤中的水、肥、气、热，进而影响着土壤生产力。为探究秸秆还田对黑土团聚体的影响，依托中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站9年秸秆还田试验，设置了6 000 kg·hm−2（S1）、9 000 kg·hm−2（S2）、12 000 kg·hm−2（S3）和15 000 kg·hm−2（S4）4个玉米秸秆还田处理，以无秸秆还田为对照（CK），采用湿筛法和显微CT扫描研究水稳性团聚体分布情况和3 ~ 5 mm团聚体孔隙结构特征。结果表明，S4、S3、S2、S1水稳性大团聚体（>0.25 mm）含量与CK相比分别增加120%、92.1%、73.2%、40.4%。S2、S3、S4与CK、S1相比，平均重量直径（MWD）增加13.0% ~ 29.6%（P<0.05）。S4几何平均直径（GMD）相较于CK、S1和S2分别增加35.1%、25.0%和8.70%（P<0.05），通气孔隙（ED>100 μm）相较于S1、S2分别提高了272%和137%（P<0.05）。S3分形维数与CK、S1相比增加了22.1%和7.97%，S4分形维数与CK、S1、S2相比增加了26.1%、11.6%和6.06%（P<0.05）。与秸秆未还田（CK）处理相比，秸秆还田（S1、S2、S3、S4）处理连通性明显较好，但S3与S4之间分形维数和连通性差异不显著。因此，玉米秸秆还田不仅能提升团聚体稳定性，还能改善团聚体孔隙结构，提高孔隙复杂性和连通性，是一项提升土壤肥力、改善土壤结构和保育黑土的有效技术措施，在东北黑土区具有较好的应用前景。
2023, 12(2): 179-195.
doi: 10.11689/sc.2022100201
摘要:
微生物肥料因其具有促进养分转化、增强作物抗性、改善土壤结构、降低环境污染等特性，在推进减肥增效、养分资源高效利用与农业绿色发展进程中发挥着重要的作用。然而，有关微生物肥料的研究大多聚焦在经济作物上，粮食作物尤其旱田作物方面还很欠缺，且微生物肥料功效是否适用于所有作物尚不明确。而且，微生物肥料种类繁多、功能各异、效果多样形成的认知与使用方法误区阻碍了其更大范围的应用。探明微生物肥料对粮食作物生长发育影响作用机制有助于推进农业生产提质增效，对促进东北黑土地资源利用与保护具有重要的科学意义。本文通过梳理微生物肥料分类与功效，阐明了微生物肥料影响粮食作物生长发育的作用机制，在此基础上阐述了黑土旱田作物应用微生物肥料效果及其制约因素，提出了存在问题与研究展望，以期为微生物肥料在黑土旱田作物上的大面积推广应用提供科学依据。
微生物肥料因其具有促进养分转化、增强作物抗性、改善土壤结构、降低环境污染等特性，在推进减肥增效、养分资源高效利用与农业绿色发展进程中发挥着重要的作用。然而，有关微生物肥料的研究大多聚焦在经济作物上，粮食作物尤其旱田作物方面还很欠缺，且微生物肥料功效是否适用于所有作物尚不明确。而且，微生物肥料种类繁多、功能各异、效果多样形成的认知与使用方法误区阻碍了其更大范围的应用。探明微生物肥料对粮食作物生长发育影响作用机制有助于推进农业生产提质增效，对促进东北黑土地资源利用与保护具有重要的科学意义。本文通过梳理微生物肥料分类与功效，阐明了微生物肥料影响粮食作物生长发育的作用机制，在此基础上阐述了黑土旱田作物应用微生物肥料效果及其制约因素，提出了存在问题与研究展望，以期为微生物肥料在黑土旱田作物上的大面积推广应用提供科学依据。
