科研产出
基于转录组学和代谢组学解析氮调控花生结瘤固氮的机理
《山东农业科学 》 2023 北大核心
摘要：花生是一种重要的豆科作物，能与根瘤菌共生固氮，但该过程受到土壤中氮素的严格调控，施氮量过高时会形成“氮阻遏”效应。目前关于氮素调控花生结瘤固氮机理的研究较少。本研究以花育22号为试验材料，设置90 kg/hm~2氮处理和对照（不施氮）,统计根瘤数、测定固氮酶活性并进行转录组学、代谢组学及双组学联合分析。结果表明，施氮处理显著减少根瘤数，降低根瘤固氮酶活性。经转录组分析，共鉴定出3 123个差异表达基因，富集在生物过程、细胞组成和分子功能三大类；从中筛选出13个与氮调控花生结瘤固氮有关的基因，分别编码生长素应答蛋白和响应因子、鸟氨酸脱羧酶、天冬酰胺合成酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合酶、苹果酸脱氢酶、苹果酸酶等。经液相色谱串联质谱法分析，共鉴定到201种差异代谢物，包括酚酸、黄酮、氨基酸等共12大类物质，其中黄酮类代谢物占比最高，约占19.9%。通过对转录组学和代谢组学的联合分析发现，氮素主要通过植物激素信号转导、次生代谢物生物合成、氮代谢等途径调控花生结瘤固氮。本研究结果可为深入研究氮素调控花生结瘤固氮的分子机理提供信息基础。
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花生穴播器播深自动调节装置设计与试验
《中国农机化学报 》 2022 北大核心
摘要：针对传统花生播种机穴播器工作过程中播种深度调节过程繁琐的问题,设计一种可根据土壤含水率变化做出相应深度调节的播种装置.通过分析调节过程中推杆机构运动轨迹,明确调节深度与转臂角度变化关系,结合花生播深自动控制系统,使穴播器在机具工作过程中可根据土壤含水率变化实现无级调节.选取土壤含水率范围、设置播种深度、机具前进速度为试验因素,播种深度合格率为试验指标进行田间试验,采用Design-expert软件对试验结果进行分析,明确各因素对试验指标影响规律,并得出回归曲线方程.试验结果表明:播种深度控制过程中调节效果良好,土壤含水率范围为14%~17%、设定播种深度为3.5 mm、机具前进速度为4 km/h情况下,播种深度具有很好的一致性.当土壤含水率为15.83%,设定播种深度为3.18 mm,机具前进速度为3.91 km/h时,播种深度合格率为最大值98.19%,符合相关国家标准及花生种植农艺要求,为花生精准播种提供参考.
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不同种植密度对花生茎枝生长及荚果力学特性的影响
《山东农业科学 》 2022 北大核心
摘要：为研究不同种植密度对花生茎枝生长及荚果力学特性的影响,本试验选用黄淮海花生产区种植的21个花生品种为材料,设置112500穴/hm2(D1)、135000穴/hm2(D2)、180000穴/hm2(D3)3个密度处理,研究其对花生茎枝生长特性、荚果产量构成、结实范围、荚果力学特性的影响,并采用主成分分析法对供试品种的耐密植宜机收潜力进行分析.结果表明,21个花生品种的主茎高和侧枝长的变异系数较小,侧枝夹角的变异系数较大.较高的单株荚果数、双仁果数和饱果数是D1密度下较高单株荚果产量的主要因素.3个密度下菏花11号、花育36号、花育25号、菏花26号、花育9303和菏花20号均具有较高的果柄强度.根据主成分综合得分分析,本研究共筛选出3个密度下综合评价值为正值且2个密度下综合评价值排序均位于前10位的品种9个,分别是花育9120、花育965、花育9510、花育36、花育25、花育9511、花育22、花育50和花育917,由此认为这9个品种为宜机收花生品种.
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慢生根瘤菌及其与花生共生机制研究进展
《中国农业科学 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：氮是植物生长发育所必需的大量元素之一,豆科植物通过与根瘤菌的共生固氮获得氮素.这种共生关系的建立包括结瘤和固氮两个过程,涉及复杂的互作调控机理,并受环境因素的显著影响.花生与慢生根瘤菌的共生对花生生产尤为重要,具有较多特异和未知的共生机制.本文综述了慢生根瘤菌及其与花生共生的相关内容,具体包括:(1)花生的慢生根瘤菌多样性和基因组功能;(2)花生与慢生根瘤菌的共生机制,包括慢生根瘤菌的裂隙侵染及与花生的共生信号交流,花生的结瘤固氮和根瘤数调控机制;(3)田间环境因素(土壤氮素、pH、温度、水分)对花生结瘤固氮及产量的影响.本文从慢生根瘤菌、慢生根瘤菌与花生的共生以及在花生田间的应用三方面指出目前研究中存在的问题主要为:针对花生的慢生根瘤菌基因组功能研究较少、慢生根瘤菌与花生互作调节机理细节未知、慢生根瘤菌菌剂田间应用利用率差等.基于此,未来研究重点应该集中在花生慢生根瘤菌基因组及基因功能分析;慢生根瘤菌与花生的信号交流、根瘤数调节和营养交换机制;与根瘤固氮规律相配合的化学氮肥合理施用技术、通过合成生物学手段获得适用于花生种植的新型根瘤菌剂等方面.本文为深入了解豆科植物与根瘤菌的共生机制、提高豆科作物结瘤固氮效率和产量、减少化学氮肥施用和改善农业生态环境等提供理论基础.
关键词： 慢生根瘤菌 花生 共生固氮 结瘤固氮机制 多样性 环境因素
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间作和施氮水平对玉米和花生农艺性状及花生结瘤的影响
《山东农业科学 》 2022 北大核心
摘要：为进一步明确大田环境中间作和施加氮肥对玉米和花生生长发育影响的规律,为间作模式氮肥减施和高产高效提供理论依据,本试验设置玉米花生单作、间作和不同氮肥用量梯度双因素处理,研究其对两种作物生育中期(即玉米灌浆期和花生结荚期)农艺性状和花生结瘤的影响.结果表明:间作玉米的茎叶+雌穗干重比单作提高12.4%;间作花生的全株干重比单作降低43.6%.施加氮肥明显促进植株生长,N1(120 kg/hm2)时施氮效果最优,玉米茎叶+雌穗干重比N0(不施氮)提高14.3%,花生全株干重比N0提高39.9%.施氮后,间作对花生的抑制作用下降:与N0全株干重间作比单作降低48.45%相比,N1和N2(160 kg/hm2)降幅分别为39.17%和38.47%,分别少9.28、9.98个百分点,N3(200 kg/hm2)则与N0无显著差异.间作明显促进花生结瘤,且N1根瘤鲜重最高,比N0、N2、N3分别提高472%、101%和308%,N2、N3比N0分别提高184%和40%.综上所述,间作促进玉米生长,但显著抑制花生生长;适量施氮可以缓解间作对花生的抑制作用;间作有利于花生结瘤.
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聚乙烯微塑料对花生幼苗镉吸收及生理特征的影响
《农业环境科学学报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：为探讨地膜源微塑料和镉(Cd)复合污染对作物生理特性及吸收Cd的影响,以聚乙烯微塑料(PE)和Cd为试验材料,采用液配试验探究PE(50 mg·L-1和200 mg·L-1)和Cd(25μmol·L-1和100μmol·L-1)单一及复合污染条件下花生幼苗丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶活性、根系活力及Cd含量的变化.结果表明,PE单一处理时,50 mg·L-1 PE显著提高了花生生物量,而200 mg·L-1 PE显著提高了花生体内MDA含量,并抑制了花生根系活力,降低了花生生物量.PE和Cd共存时,与不添加PE相比,两种浓度(50 mg·L-1和200 mg·L-1)PE均显著诱导了花生体内MDA的产生,且不同程度提高了花生抗氧化酶活性,抑制了根系活力、显著降低了花生生物量和促进了花生对Cd的吸收,尤其是Cd浓度为100 mg·L-1时,50 mg·L-1和200 mg·L-1PE使得花生根系Cd吸收提高幅度分别为60.9%和78.8%.双因素分析显示,PE和Cd交互对花生幼苗生理特征和Cd吸收有显著影响,说明PE和Cd复合污染对作物的毒性产生协同作用.
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分层减量施肥对花生根系生长的影响
《中国土壤与肥料 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：在田间试验条件下,以'青花7号'花生品种为材料,系统研究了分层减量施肥对花生根系生长的影响.结果表明,分层施肥和分层减量施肥均可增加根系总长度、根系表面积、根平均直径和根体积,促进根系干物质积累,对20~40 cm土层根系生长的促进效果明显优于0~20 cm土层,根系生长最大值时(8月1日)0~20和20~40 cm土层根系总长度、根系表面积和根体积较CK分别增加10.9%~16.6%、9.3%~13.5%、5.4%~15.1%和12.3%~19.6%、17.9%~30.1%、3.7%~20.0%,20~40 cm土层增幅较0~20 cm土层平均分别提高2.5、11.8和2.5个百分点;施肥量相同时,对20~40 cm土层根系生长的促进效果明显优于0~20 cm土层,且三层施肥效果优于二层施肥;施肥层次相同,随施肥量的减少根系各指标下降不明显.研究认为,分二层或三层施肥并减少化肥用量10%~20%可作为减肥增效、壮根健株的有效措施.
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氮肥后移对花生氮代谢相关酶活性、氮素利用效率及产量的影响
《中国油料作物学报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：本研究以农花5号为试材,在施氮肥总量一致的条件下,设3个不同施用时期处理:基施氮肥135 kg·hm-2(T1)、基施氮肥67.5 kg·hm-2+苗期追肥67.5 kg·hm-2(T2)、基施氮肥45 kg·hm-2+苗期和开花下针期分别追肥45 kg·hm-2(T3)、以不施氮肥CK为对照,研究氮肥后移对花生叶片氮代谢相关酶活性、氮素积累量与利用效率、产量及其构成因素的影响.试验结果表明,不同施氮时期处理下,氮代谢相关酶活性和氮素积累量的变化趋势大致相同,但活性和含量的高低因施氮时期的不同发生变化.T3处理能显著提高花生生育后期叶片的硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸脱氢酶的活性;花生生育后期植株总氮素积累量、根系和荚果氮素积累量以T3处理最高,但各施肥处理间差异不显著;氮肥农学利用率和氮肥偏生产力亦以T3处理最高,且差异达到显著水平(P<0.05);T3处理产量最高,为5361.11 kg·hm-2,比CK、T1和T2处理分别增产20.79%、3.27%和5.66%.从产量构成因素分析,T3处理产量的提高主要依赖于花生的单株果重和饱果率的提高.
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施氮对不同结瘤特性花生土壤固氮菌多样性和群落组成的影响
《作物学报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：施氮对豆科作物土壤固氮菌的影响机理尚不明确。深入研究施氮对花生土壤固氮菌的影响,对花生田高效施氮和农业可持续发展具有重要意义。本研究以结瘤（花育22）和不结瘤（BL）花生为材料,设置N0(不施氮,0kg hm–2)、N60 (减量施氮, 60 kg hm–2)、N120 (常量施氮, 120 kg hm–2)和N180 (过量施氮, 180 kg hm–2) 4个施氮水平,探讨不同施氮水平对不同结瘤特性花生土壤固氮菌的影响。采用实时荧光定量PCR和高通量测序技术,以nif H基因为标靶,分析土壤固氮菌丰度、多样性和群落组成。结果表明:（1）施氮显著提高土壤氮组分含量, N120结瘤花生土壤中微生物量氮和可溶性有机氮显著高于不结瘤花生。不结瘤花生荚果产量随施氮水平呈线性增加,而结瘤花生产量不受施氮影响。（2）施氮条件下,不结瘤花生土壤nif H拷贝数显著降低,而结瘤花生土壤nif H拷贝数随施氮水平增加先降低后增加。（3）施氮对不结瘤花生土壤固氮菌多样性先抑制后促进,而施氮对结瘤花生土壤固氮菌多样性呈先促进后抑制的模式,并在N120达到最大值。（4）施氮显著改变不结瘤花生土壤固氮菌群落组成,不同施氮水平优势属分别为nonrank＿Bacteria （N0）、unclassified＿Cyanobacteria （N60）、nonrank＿Bacteria （N120）和Skermanella （N180）,硝态氮是影响处理间土壤固氮菌群落组成差异的唯一显著因素;结瘤花生土壤各施氮水平固氮菌群落组成相似,除N120外,均以unclassified＿Proteobacteria和Skermanella占优。不结瘤与结瘤花生土壤固氮菌对施氮水平截然不同的响应可能是由于二者分别受到不同氮源的影响（肥料氮vs.根瘤固氮）。本研究中120 kg hm–2是对土壤固氮和花生生产最优的施氮水平。
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土壤类型对花生根际土壤细菌群落多样性和产量的影响
《生物技术通报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：为了解不同土壤类型花生根际土壤细菌菌群多样性差异与产量的关系,明确不同土壤类型花生生产特性的区域优势,以6个花生主产区代表性土壤为研究对象,采用盆栽实验利用高通量测序技术研究不同土类花生根际土与非根际土细菌群落结构和变化特征.对6个土壤样品细菌菌群丰富度和多样性分析显示,湖南邵阳红壤细菌丰富度和多样性均较低,河北滦县褐土细菌丰富度和多样性均较高.放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、酸杆菌门(Acidobacteria)及芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)等为共有优势菌门,但在不同土壤类型样本中的菌群丰度存在明显差异,其中湖南邵阳红壤中绿弯菌门优势最明显,其他土壤类型放线菌门和变形菌门优势较明显.根际土与非根际土细菌门丰度间有差异,湖南邵阳红壤根际土与非根际土各细菌门(包括放线菌门、变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门以及厚壁菌门)丰度变化程度较其它地区大.冗余分析表明,土壤酸碱度(pH)、有机质(ORM)、碱解氮(N),速效磷(P)和速效钾(K)等土壤理化因子对细菌菌群组成和物种丰度均有影响,但影响程度和正负相关性因土壤类型而异,河南焦作潮褐土细菌菌群与所有土壤理化因子均为锐角,呈显著正相关;而湖南邵阳红壤细菌菌群与所有因子间均为钝角,呈显著负相关.统计学分析显示,吉林公主岭黑土、新疆石河子棕钙土和山东沂南褐土荚果产量较高,湖南邵阳红壤荚果产量较低.优势菌门变形菌门在吉林公主岭黑土、新疆石河子棕钙土和山东沂南褐土中相对丰度高于湖南邵阳红壤,属水平鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)相对丰度在山东沂南褐土和吉林公主岭黑土也较高,推测变形菌门和鞘氨醇单胞菌属在花生生长发育和荚果产量提高方面是有利的.不同土壤类型花生根际细菌组成虽有一定的相似性,但差异性明显,个别菌群丰度呈现出特有性,其中变形菌门和鞘氨醇单胞菌属可能分别是与花生荚果产量提高相关的有益菌门和菌属.湖南邵阳红壤花生荚果产量最低,其花生生产的土壤禀赋优势较低.
关键词： 花生 根际 花生主产区 土壤类型 细菌菌群多样性 16S rRNA
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