农科院水稻专家论文答辩题目

水稻种植防病稻瘟增产分析农科论文

一、试验的设计

水稻在本田的生育过程,分为营养生长期(包括返青、分粟)及生殖生长期,或简称“长苗期”及“长穗期”。一般把“幼穗形成期”作为上述两个生长期的分界。施肥是为了“促苗”或“促穗”。我们便称促一苗的肥料为“苗肥”,促穗的肥料为“穗肥”。选主秆叶片数为15的“云粳九号”品种供试。设计将营养生长期的苗棵长相控制在既不徒长(叶色浓绿,叶片披软)又不脱肥(下部叶片枯黄)的范围内,并分为三个级别。第一级的苗色最绿,生长旺盛,分粟较多,到分孽末期封行,不见田水,幼穗形成期要求轻微褪色。第二级苗色绿,叶片较挺,分集中等,全株似水仙花状,分簸末期苗色褪黄。第三级苗色浅绿,分孽中常,生长平稳,叶片挺直,不封行,但无缺氮而枯叶的现象。每级苗棵分设两区。一级苗的两个区中,以一个区在剑叶从第二叶鞘露出叶尖时(叶龄为14.1)表层追穗肥;另一区不施穗肥。二级苗棵的两个区中,以一个区在幼穗形成期(叶龄为10一11)表层追穗肥;另一区不施穗肥,称为标准区,作为全试验的对照。三级苗棵的两个区,都在幼穗形成期(叶龄10一n)深层追肥,但施肥量不相同。行距5一6寸,株距2一3寸。在中等肥力稻田内进行,不施底肥。施用不同用量的氮化肥,达到上述三种苗棵长相。各处理的要点(表略)

二、栽培管理情况

1.秧苗情况:一九七五年三月二十五日播种,一般水秧育苗。曾喷药杀叶蝉预防普通矮缩病。秧苗质量基本达到无病壮秧的标准。五月十三、十四日移栽。秧龄53一54天,秧苗叶龄为6。(即多数有6片叶)。2.各区施肥情况:按设计要求的三种苗棵级别调节苗肥的用量。一级苗用纯氮量14?8一17?7斤/亩,二级苗用11.1斤/亩,三级苗用6.4斤/亩。按“早施氮肥”的原则,于裁秧前作水皮肥或栽后第四天施用一次,栽后约两周(五月三十日)分孽开始时再施一次。都是表层撒施。除第1区的水皮肥用硝按外,其余均用尿素。穗肥的施用法有两种,一为表层追肥,一为深层追肥。深层追肥是将规定数量的尿素加三倍重量的红土,混和均匀,搓成粒肥,塞入泥土中3厘米深处。每隔一行塞肥,每两个粒肥之间的距离为6寸左右。施肥期及施肥量(表略)。4.田水管理:为了达到设计中苗棵褪色的要求,在栽后第四周末,(分栗盛期后),一、二级苗均已较繁茂,而一级苗已接近封林时,于六月一l-一日在田内开沟排干二级苗(第3、4区)田水,次日田边开缺排去一级苗(第1、2区)田水。三级苗的两区,始终保持干干湿湿状态,不排水晒田。六月二十四日,水稻进入幼穗形成期,全部复水,保持水层。5.其他管理措施:用化学除草剂除草,未中耕,在整个生育期中无草害。五月二十七日用杀虫脉防治螟虫一次,以后未见有枯心和白穗。唯未警惕稻秆潜蝇,以后造成了相当损失。6.栽种稻瘟病秧:六月二十五日,移栽已有稻瘟病的“373”秧苗于保护区内,繁殖病菌。

三、观察的结果

1.稻株生长及成穗情况按前述施肥管理的结果,各区的苗棵在营养生长期的长相,基本上符合设计的要求。各区的苗棵,均在栽后的第二周末开始发生分孽,与1974年保山的观察结果是一致的。因“苗肥”的用量不同,三种级别的苗棵颜色,繁茂程度,叶片的挺直程度等,有显着的差别。第三级苗棵在营养生长期间的叶色淡绿,分巢正常,直至孕穗期都未封行,但无缺氮枯黄的现象,到六月末,株高约为55厘米。深层追肥后约一周,叶色逐渐转绿,但绿而不浓,一直保持到抽穗以后。二级苗于六月十一日排水晒田后约一周,苗色开始褪黄,到六月二十四日复水时,见脚叶尖部有枯黄现象,复水后,叶色稍微转绿;以?后,表层追肥区的叶色,比不追穗肥区的较绿些。一级苗棵的生长,始终最旺盛,与一般认为丰产的苗棵近似。六月末,株高达到65厘米左右,无论6寸或5寸的行距,都已封行。在晒田期间,只是轻微褪色。六月三十日调查每丛分孽数代表最高分粟数,成熟后调查每丛穗数、株高及剑叶长。2.稻瘟病发生情况调查在营养生长期间,试验区基本上没有叶瘟。本所其他试验田及种子繁殖田的叶瘟亦轻。出穗后,部分其他试验田内,发生不同程度的穗瘟,而本试验区穗瘟极轻,基本上控制了稻瘟的为害,调查了试验区及本所其他稻田内“云粳九号”的穗瘟发生情况(表略)3.实产及考种结果九月二十五日收割。脱粒、晒干、扬净称重。收割前,每区取有代表性稻株10丛考种。结果(,见三级苗于幼穗形成期深层追肥的处理,获得较好的收成。比标准区(二级苗不施穗肥)增产27一35%。千粒重有显着的增加,实粒数也有增多。

四、讨论

在水稻营养生长的前期施用不同数量的氮肥,结合田水管理,使苗棵的长相在既不徒长,又不脱氮的范围内表现出三种不同的繁茂程度,然后分别施用穗肥,观察各种处理对防病增产的效果。结果,都基本上控制了稻瘟的为害。且在营养生长期的长相为“苗色淡绿,生长平稳,叶片挺直,分粟中常而不封行”的三级苗棵上于幼穗形成期进行深层追肥的处理,获得了较好的收成。与标准区相比,增产27一35%。在这种处理下,其成穗率有所提高,空桃率显着下降,千粒重明显地增加。在“早施氮肥”的基础上,为水稻防病增产的施肥技术,增添了新的`内容。增加有效穗是提高产量的重要途径。用增施肥料来增加有效穗,一般有两种方法。一种是促进分集的大量发生以求得穗多(例如本试验的第2区)结果是总穗数虽多,无效分孽也多,成穗率下降。另一种是只要求适当数量的分栗,即保证略多于所希望的穗数,在这个基础上施用穗肥来促进已有的大部分分栗长成有效穗,其成穗率便高(如本试验的第5区)。这两种方法,都可获得较多的有效穗,为增产打下有利的基础,但在其他方面,却有明显的差异。今年,保山县农科所植保组与沈官大队试验站研究施肥与穗瘟的关系,见单株最高分孽数与穗瘟有一定的相关,即随单株最高分草数的增加,后期的穗瘟亦有加重的趋势按此推论,采用促使多发分莫来获得多穗,很易造成穗瘟的加重。相反,适当抑制分粟的过多发生,则有利于对穗瘟的控制。在上述的试验中,还可看出营养生长期的苗裸长相不同,千粒重也有差异。即苗棵愈旺盛,千粒重亦有愈低的趋势。另外苗棵长相为三级,而采取深层追肥促穗,实粒数显着增多,而空批率下降。由此看来,采用增施肥料以促分靡数的增加,苗棵旺盛,获得多穗而增产,往往易使稻瘟加重,千粒重和结实率降低,不利于防病增产。在前期适当控制其分孽和繁茂程度以防病,在这个基础上于幼穗形成期深层追肥促使穗多、粒多、粒重以增产,对于防病增产都可兼顾,从而可望获得稳产高产的效果。

水稻微生物组动态变化揭示核心垂直传播的种子内生微生物期刊：MicrobiomeIF：16.837发表时间：2022.12.9第一作者：张晓霞，马毅楠通讯作者：魏海雷通讯作者单位：中国农科院农业资源与农业区划研究所DOI号：10.1186/s40168-022-01422-9实验设计实验设计图：本研究基于两代水稻、6个品种(RBQ、L31、M63、P64、Dular和Kasalath)、4个种植区(三亚、廊坊、南昌和西双版纳)、5个取样部位(散土、根际土、根内、茎内、种子内)的481份样品进行了高通量微生物组深度解析。 结果1.水稻微生物群落多样性及其驱动因素 作者利用Chao1和Shannon指数描述样品的α-多样性后发现，同一水稻品种的根际、根、茎和种子内生微生物在不同地区的α-多样性没有显著差异。此外，6个水稻品种的根际、根内、茎内和种子内样品的α-多样性指数在4个种植地点没有显著差异，说明水稻基因型对微生物多样性没有影响。此外，根际和散土微生物群落的α-多样性在4个种植地点具有明显的差异，然而，内生微生物(茎、根和种子)多样性在4个地点具有不同的分布，表明外界环境对水稻内部的微生物多样性影响不大。重要的是，作者还发现水稻微生物的α-多样性不受品种和种植地区的影响，始终呈现从根际、根、茎到种子内降低的规律。 图1 水稻相关微生物群落的α-多样性。d和g, 6个水稻品种不同取样部位的4个种植地区合集的Chao1和Shannon指数。e和h, 4个种植地区6个水稻品种不同微生境微生物区系的Chao1和Shannon指数。f和I, 不同取样部位的所有水稻品种和种植地区合集的Chao1和Shannon指数。通过基于Bray-Curtis相异性的PCoA分析，结果显示取样部位是微生物组变异的最主要影响因素(R2 = 0.314, p < 0.001)，而受种植地区(R2= 0.0967, p < 0.001)和水稻品种(R2 = 0.0106, p = 0.478)的影响较小。可见，取样部位是水稻微生物组组成的主要驱动力。这些数据表明，水稻微生物群落的多样性从根部远处到近处、从外部到内部、从地下到地上呈稳步下降趋势。图2 基于Bray-Curtis相异性的水稻取样部位、种植地区和品种的PCoA分析。 2.水稻微生物的群落组成及动态变化 为了调查水稻微生物的群落组成及动态变化，作者分析了在不同条件下的水稻微生物群落富集和组成情况。对于散土样品，三亚种植区的β-变形菌纲(Betaproteobacteria)的占比最高(57.9%)，而其他细菌菌纲占比均小于10%。相比之下，放线菌纲(Actinobacteria)广泛分布在廊坊和西双版纳种植区，而疣微菌门(Verrucomicrobia subdivision 3)在南昌种植区显著富集。根际土样品细菌群落组成与散土样品十分相似，但少数类群在这两种取样部位间变化明显，例如β-变形菌纲(Betaproteobacteria)。γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)是唯一一个在散土、根际、根、茎和种子中逐渐富集的菌纲，而放线菌纲、α-变形菌纲和β-变形菌纲逐渐减少，说明水稻内部生态位更加有利于γ-变形菌纲的生存。因此，来自于γ-变形菌纲的泛菌属(Pantoea)和黄单胞菌属(Xanthomonas)比来自α-变形菌纲的鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)和β-变形菌纲的食酸菌属(Acidovorax)在研究水稻内生方面更加具有优势。此外，在不同取样部位中丰度最高的前五个菌纲和菌属呈现动态变化，在子代种子样品中，γ-变形菌纲和泛菌属最为优势。图3 水稻取样部位微生物群落组成。a,纲水平散土、根际土、根内、茎内、子代种子和亲代种子内生微生物组成柱状图。b, 纲水平各取样部位前五汇总图。c, 属水平散土、根际土、根内、茎内、子代种子和亲代种子内生微生物组成柱状图。d, 属水平各取样部位前五汇总图。3.细菌共现性网络和关键类群 通过构建不同取样部位的细菌共现性网络，作者进一步解析了细菌类群和取样部位间复杂相互作用对水稻微生物群落组成的影响。总体而言，网络的复杂性从根际、根内、茎内到种子内逐步降低。根据模块化指数可以观察到地下部分(散土、根际土和根内)比地上部分(茎内和种子内)具有更明显的模块化趋势。子代种子内样品的网络节点数、边数和平均聚类系数均为最低，网络组成最为简单。由此可见，取样部位对微生物网络的构建具有显著影响。作者根据网络节点解析微生物群落中的关键微生物。网络节点中变形菌门数量最多，且在茎内和种子内生样品中所有的节点微生物都来自变形菌门，说明该菌门在水稻内生微生物组中的重要地位。图4 基于SparCC构建的微生物网络及网络参数。a, 水稻微生物组不同取样部位间的共现性网络。每个节点代表一个细菌ASV，青色标记代表网络节点，边的颜色代表作用类型，红色代表正相关，蓝色代表负相关。b, 各取样部位间微生物网络的主要拓扑结构特征。4.水稻核心内生菌群 为了挖掘能够在水稻中垂直传播的核心内生微生物类群，作者首先以大于70%的阈值在不同地点、水稻品种和微生境中提取核心ASV，最终在根、茎和子代种子内生样品中分别发现了438个、94个和27个ASV，其中三者共有的ASV为14个，分布在两个菌门，6个菌目。因此，作者推测水稻核心内生菌群的组成并不完全随机，而是受到了细菌特征、宿主环境和代谢特点的影响。图5 水稻核心内生微生物和垂直传播类群。a, 韦恩图显示高频率出现在水稻内生取样部位(根内、茎内和种子内)的ASV。b, 韦恩图展示10个潜在的从亲本种子垂直传播到子代种子的ASV。c, 在不同取样部位的潜在垂直传播ASV的绝对丰度。5.种子内生菌垂直传播的证据 为了鉴定潜在的垂直传播细菌类群，作者分析了核心内生菌和亲代种子内生样品之间的重叠ASV，发现在14个共有内生ASV中，10个均来自亲代种子内生样品。同时ASV_2 (Pantoea)、ASV_26 (Pseudomonas)、ASV_48(Xanthomonas)和ASV_238(o_Enterobacterales)在根内、茎内、亲代种子和子代种子样品中的绝对丰度和出现频率均显著高于散土和根际土样品，表明这4种ASV最有可能是垂直传播的类群。 为进一步获得垂直传播的细菌类群，作者对种子内生细菌进行了高通量地分离、培养、纯化和鉴定，从4个种植地区和2个水稻品种(P64和Dular)的亲子代种子中分离获得了957株细菌。其中泛菌和黄单胞菌是数量最多的两个细菌菌属，分别占分离菌株的39.39%和27.69%。21株泛菌和27株黄单胞菌的部分16S rRNA基因序列分别与ASV_2和ASV_48序列完全相同。其中，9株泛菌和17株黄单胞菌来源于子代种子样品，其余均来自亲代种子样品。作者对这些菌株进行了基因组草图测序并进行了系统发育分析，发现分离获得的泛菌菌株分别属于P. ananatis、P. dispersa和 P. stewartia三个种，黄单胞菌均为X. sacchari种。通过比对亲代和子代的ANI值和核心基因组的相似性，发现来源于子代种子的8株泛菌与来源于亲代种子的9株泛菌具有极高的相似性；来自子代种子样品的4株黄单胞菌与来自亲代的4株菌株黄单胞菌具有极高相似性。以上结果表明种子内生菌在株系水平上存在垂直传播。图6 可培养的垂直传播水稻种子内生菌鉴定。a, 四个水稻种植区、两个水稻品种的亲代种子和子代种子中分离获得的可培养细菌菌株数量。b,圈图展示a中菌株属水平相关关系。c, 亲代种子和子代种子样品中分离的泛菌菌株ANI热图。d, 亲代种子和子代种子样品中分离的泛菌菌株串联核心基因组一致性热图。e, 亲代种子和子代种子样品中分离的黄单胞菌菌株ANI热图。f, 亲代种子和子代种子样品中分离的黄单胞菌菌株串联核心基因组一致性热图。6.可垂直传播的种子内生菌群基因组挖掘和功能特征 为了进一步阐明水稻中可垂直传播类群的潜在功能，作者对所有已测序的内生泛菌和黄单胞菌菌株进行基因组挖掘分析。作者计算了泛菌和黄单胞菌的泛基因和核心基因数量，并利用COG和KEGG数据库对核心基因进行了功能注释。在COG注释中，核心基因组显著富集在E(氨基酸转运和代谢)和G(碳水化合物转运和代谢)两个功能类别中，且KEGG注释中同样存在高度相关的 “碳水化合物代谢”和“氨基酸代谢” 通路。随后，作者重点关注了级代谢产物、蛋白质分泌系统和酶三大功能类别，分析中发现所有泛菌菌株都含有促进植物生长相关的1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)脱氨酶和吲哚乙酰胺水解酶(iaaH)。此外，所有泛菌基因组中都具有编码多种消化酶的基因，如右旋糖酶、β-半乳糖苷酶、果胶酶、纤维素酶和淀粉酶基因。并且均具有T1SS、T5aSS和T6SS，而只有少数菌株具有T2SS、T3SS、T4SS、T5bSS和T5cSS。黄单胞菌基因组中也具有iaaH基因和丰富的消化酶编码基因如β-半乳糖苷酶、淀粉酶和果胶酶基因。然而，分离出的黄单胞菌菌株基因组中仅含有T1SS、T4SS和T5SS，而不含致病性T3SS和T6SS。随后作者对部分泛菌和黄单胞菌进行了一些促生功能特征的检测并发现所有菌株都具有纤维素酶活性，并能够产生吲哚-3-乙酸(IAA)，这与基因组挖掘的结果相对应。图7 水稻种子垂直传播内生菌的系统发育分析。a, 基于1258个单拷贝同源基因的串联多序列比对建立的21株泛菌菌株与20株模式菌株的最大似然发系统发育关系。b, 基于892个单拷贝同源基因的串联多序列比对建立的27株泛菌菌株与22株模式菌株的最大似然发系统发育关系。SM，次生代谢产物；PSS，蛋白质分泌系统；ENZ，消化酶。总结本研究建立了水稻内生微生物资源库，并通过多尺度微生物组学分析，阐明了种子内生微生物组中核心类群的垂直传播与功能特征，对未来开发种子内生菌并提高植物适应性奠定了理论基础。对进一步理解微生物-植物共进化理论提供了新的证据。水稻内生微生物资源在营养转化与吸收、抗病抗逆、耐胁迫等方面表现出的巨大潜力，也为微生物肥料、微生物农药、微生物种衣剂、微生物防腐剂的研发开辟了新的思路。中国农科院农业资源与农业区划研究所张晓霞研究员和马毅楠博士后为该论文的共同第一作者，魏海雷研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程等项目资助。