植物生长调节剂5-羟色胺(5-HT,5-hydroxy-tryptamine)已应用于农业生产,以提升作物抗旱性,然而其转录水平的分子机制尚不清楚.本研究通过转录组测序、内源激素水平和抗氧化酶活性的综合评价,探讨模拟干旱胁迫下蜡杨梅幼苗响应外源5-羟色胺的生理和分子影响机制.结果表明,50μmol/L的5-HT处理显著提高了蜡杨梅根系中脱落酸和茉莉酸含量,而100 μmol/L的5-HT处理的结果则刚好相反.50 μmol/L的5-HT处理诱导丙二醛含量和超氧化物歧化酶活性显著升高,而过氧化氢含量则显著降低.基于上述两种浓度水平的5-羟色胺处理基因集富集分析结果表明,差异表达基因集主要包括抗氧化酶活性、氧化还原酶活性、生长素和赤霉素介导信号传导、细胞壁生物合成、木聚糖生物合成、果胶代谢、次生代谢物生物合成、苯丙烷和半乳糖醛酸代谢等.与抗氧化酶活性及激素代谢相关的差异表达基因主要为PER、LAC、DHAR和PIN等.通过加权基因共表达网络分析发现8个共表达基因模块与5-羟色胺及干旱胁迫显著相关,其中枢纽基因KAB1218346.1(LOX3)、KAB1219593.1(WRKY53)和KAB1217691.1(CZF1)主要参与激素代谢和转录调控,上述关键基因及其分子调控机制将是今后研究的重要对象.

为探究我国半干旱区三叶草(Trifolium)活覆盖适宜种植模式,本研究采用完全随机设计,以无覆盖种植玉米(Zea mays)或大豆(Glycine max)为对照,研究三叶草活覆盖种植玉米+三叶草或大豆+三叶草对土壤水分、杂草密度和生物量、捕食性节肢动物密度、饲草及作物籽粒产量的影响.结果表明:与无覆盖种植玉米相比,三叶草活覆盖种植玉米的土壤贮水量、杂草密度和生物量分别降低6.6％～10.0％、2.6％～65.6％和26.8％～89.2％,捕食性节肢动物密度、饲草产量和玉米籽粒产量分别提高22.2％～100.0％、11.1％和5.7％;与无覆盖种植大豆相比,三叶草活覆盖种植大豆的土壤贮水量、杂草密度、生物量和大豆籽粒产量分别降低6.9％～21.9％、36.2％～65.2％、29.9％～62.4％和0.8％,捕食性节肢动物密度和饲草产量分别提高25.0％～250.0％和259.0％.三叶草活覆盖种植玉米或大豆显著降低土壤贮水量、杂草密度和生物量,显著提高田间捕食性节肢动物密度,对饲草产量和作物籽粒产量影响不显著.三叶草与大豆之间竞争高于三叶草与玉米之间竞争.三叶草活覆盖种植玉米更有益于维持农田生态系统多样性和保持作物产量,可作为我国半干旱地区可持续农业一种有效的活覆盖种植模式.

植物小分子信号肽(small signaling peptides,SSPs)是一类蛋白长度小于 120 个氨基酸的小肽,作为新型信号分子在植物应答非生物逆境胁迫中发挥重要的作用.植物中含有千余种SSPs,多种多样的结构特点、修饰过程与不同受体的结合发挥其特异的功能,参与植物与环境之间的互作.挖掘鉴定植物SSPs功能基因,解析它们应答非生物逆境胁迫的调控机制,对增强植物抗性、改善植物生长具有重要的理论与实践意义.植物SSPs主要包括胞外非分泌型小肽、胞内非分泌型小肽、胞外翻译后修饰分泌型小肽和胞外富含半胱氨酸分泌型小肽四大类.介绍了四类植物SSPs的结构、特征;阐述了它们以SSP配体结合LRR-RLK受体激酶完成信号转导过程,以激活下游抗性基因表达为模式的调控机制;重点综述了它们在干旱、高温、盐渍、营养等非生物逆境胁迫应答中的生物学功能及调控机制.最后讨论了植物SSPs未来研究的方向和有待解决的问题,还对SSPs类生长调节剂的开发前景进行了展望,旨在为提高植物应对环境胁迫和实现农业可持续发展提供新的思路和路径.

我国人口占世界人口 17％,耕地面积约占世界耕地面积的 7.8％.根据国家统计局 2021 年数据,全国 19.18 亿亩耕地面积中旱地占 50.33％,水浇地占 25.12％,水田占 24.55％;其中约 10％的耕地已受到土壤盐渍化的影响.2020 年 12 月,习近平总书记在中央经济工作会议上深刻指出:"我国耕地总量少,质量总体不高,后备资源不足,我对这个问题一直高度重视、反复强调".干旱、盐害、低温、酸碱、重金属等非生物逆境严重影响作物产量和品质,是影响我国粮食安全的主要自然因素.另一方面,微生物在食品、农业、工业和能源生产中有着越来越多的应用,也是合成生物学改造的重要底盘.微生物生长也需要克服多种不利环境,包括高浓度底物产生的高渗透压、高浓度产物的毒性、高温、低pH和重金属等,胁迫耐受性提高的微生物可以在多种逆境条件下更好的生长和代谢.因此,解析生物对环境胁迫的响应机理,具有重要的基础研究意义,选育抗逆菌株和作物品系,具有广泛的应用价值.

骤发干旱是一个迅速加剧的缺水过程,其主要特点为发生突然、发展迅速、强度大、破坏性强.干旱发生速度是区分传统干旱和骤发干旱的一个明显特征.骤发干旱作为一种"新常态"干旱类型,全球呈现普遍多发、影响严重态势.明晰骤发干旱对农业生产过程的影响,实现骤发干旱对农作物影响量化评估,有利于全面认知干旱灾害对作物的影响,对我国乃至世界粮食稳产高产有重要的科学和现实意义.本文总结了目前国内外关于骤发干旱特征、定义和驱动机制的研究进展,归纳了近10年来发展起来的骤发干旱识别的主要方法,重点阐述了骤发干旱对农作物生长过程的影响评估方法、农作物发育期遭受骤发干旱影响的敏感性、骤发干旱影响农作物生长发育的生理机制和骤发干旱对农作物产量的影响等方面进展.分析了骤发干旱对农作物的影响机制和损失评估技术方面存在的问题,包括传统农业干旱和骤发农业干旱事件分离技术尚未成熟、骤发干旱对农作物生长过程和产量的影响机制不明晰、骤发干旱对农作物生长过程的影响模拟和定量评估能力不足等方面的问题.未来的研究应重点关注:建立适合不同区域、不同作物甚至不同发育期的骤发农业干旱识别方法;阐明传统干旱和骤发干旱对农作物生长过程影响机制的差异性;实现作物生长发育过程对骤发干旱的响应行为数值模拟,全面揭示骤发干旱对农作物生长发育及产量的影响过程.

为了探究城市不同土壤分类对城市土壤质量的影响,选取辽宁省阜新市8种不同类别的土壤,分别为公园绿地重塑土(Ⅰ)、校园林下重塑土(Ⅱ)、居住区绿地重塑土(Ⅲ)、河道水域冲刷土(Ⅳ)、近郊农地重塑土(Ⅴ)、工业用地重塑土(Ⅵ)、郊区林下原生土(Ⅶ)、交通绿化带重塑土(Ⅷ)为研究对象,对其0-30 cm 土层进行土壤质量综合评价.结果表明:(1)阜新市土壤容重在1.23-1.44 g·cm-3 之间,公园绿地重塑土的土壤容重最小;土壤毛管孔隙度表现为Ⅰ(42.39％)＞Ⅷ(42.05％)＞Ⅲ(41.32％)＞Ⅱ(39.04％)＞Ⅵ(37.93％)＞Ⅴ(37.15％)＞Ⅳ(37.05％)＞Ⅶ(33.77％);土壤含水率在 9.20％-17.28％之间.(2)不同类型城市土壤有机质含量为:Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅳ＞Ⅷ＞Ⅶ＞Ⅴ＞Ⅵ.全氮含量在3.73-11.23 g·kg-1之间;有效磷含量在0.29-2.24 mg·kg-1之间;速效钾含量在2.41-15.88 mg·kg-1之间.(3)筛选10个指标评价辽西半干旱区典型城市土壤质量,土壤综合质量表现为:Ⅰ＞Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅷ、Ⅳ＞Ⅶ＞Ⅴ＞Ⅵ,公园绿地重塑土土壤综合质量最佳.研究结果可为土地的持续利用和区域农业发展提供依据.

土壤水库是旱作农业区粮食稳产和可持续发展的基础.本文结合长期田间定位试验,通过对黄土高原南部长武旱塬2012-2015年冬小麦土壤水分变化的研究,分析了土壤水库的年际与年内变化特征和动态规律.结果表明:研究区冬小麦田间平均土壤含水量垂直分布曲线均呈“双峰双谷”形,第1处峰点在10～20 cm土层,第1处谷点在50 cm左右,第2处峰点在100 cm左右,第2处谷点在280 cm左右.无论何种降水年型下,土壤水库对降水的响应滞后且滞后的程度一致.降水年型对土壤水库的年际与年内动态变化影响较大.与丰水年相比,枯水年、平水年土壤水库对大气干旱的调节能力降低,表现为主要供水层上移;枯水年、平水年降水量虽少,但对土壤水分的补充作用较丰水年明显;丰水年土壤水库有较大盈余(84.2 mm),水分平衡出现正补偿,枯水年土壤水库稍有亏缺(1.5 mm),水分平衡出现负补偿,平水年土壤水库稍有盈余(9.5 mm),水分平衡出现正补偿.长武旱塬冬小麦田间土壤水分动态可分为4个时期:苗期耗水期、缓慢消耗期、大量消耗期、收获期,整体蒸散耗水大小顺序为:大量消耗期＞苗期耗水期＞收获期＞缓慢消耗期.

盐胁迫是干旱、半干旱地区以及灌溉土地主要的非生物胁迫,是影响农业生产的主要不利环境因子之一.随集约化灌溉农业的发展、水资源的缺乏、气候干旱带来的蒸发量的增加,土壤及地下水盐渍化程度不断增加.自然界中,土壤盐分在时空上呈不均匀分布.关于植物对均匀盐胁迫的响应研究报到较多,然而植物对不均匀盐胁迫的响应研究报道较少.分析了国内外植物适应不均匀盐胁迫的研究案例,从植物地上部分生长、地下部分生长、水分调节、光合作用以及离子调控等方面阐述植物适应盐分不均匀分布的生理机制,并提出展望.

若羌县、且末县地处塔克拉玛千沙漠南缘,是新疆干旱半干旱生态区的典型代表,境内生态类型多样,气候干旱少雨、土壤次生盐渍化重,至今仍存在有一定规模的传统农业耕作模式,保留着丰富多样的抗逆农作物种质资源.本研究在农作物种质资源普查基础上,分析了两县的社会经济发展、农业生产及种植结构调整的演变规律;调查收集抗逆种质资源121份,隶属11科28属34种,分析评价了部分作物种质资源的抗逆性,以及与当地的生态条件、农业生产模式和百姓生活习惯的内在联系,探讨了主要农作物品种演替的阶段性变化,讨论了新疆干旱区抗逆农作物种质资源的收集、保护和利用问题.

针对磷肥施用量大且利用率不高的问题,通过2011-2013年在甘肃省农业科学院张掖绿洲灌区农业生态环境重点野外台站进行定位试验,研究了不同施磷量对露地大白菜产量、磷肥利用率以及磷素平衡的影响.结果表明:大白菜产量随施磷量的增加先增加后呈下降的趋势.在施磷量为112.52 kg· hm-2时产量达到最高(5489.1 kg·hm-2),且显著高于其他处理,与不施磷处理相比,增产13.3％～23.8％,此时磷肥利用率为14.2％.土壤中土壤有效磷(Olsen-P)和可溶性总磷(CaCl2-P)呈现较好的正相关性,土壤Olsen-P含量为24.22 mg·kg-1时对应的施磷量为111.1 kg·hm-2,表明当土壤中Olsen-P含量小于24.22 mg·kg-1时,土壤中的磷素不发生盈余,对环境不造成污染.当施磷量为60.17 kg·hm-2时,磷输入与输出达到平衡,即此施磷量水平能满足作物的需求.结合研究区的土壤肥力状况,综合产量、磷肥利用率及土壤有效磷含量,干旱绿洲灌区磷肥投入阈值在60.17～112.52 kg·hm-2时,能保证露地大白菜高产,并且不会造成环境污染.