为探究气候变化背景下，小麦-大豆轮作体系中小麦季施用硝化抑制剂对大豆土壤无机氮、N2O排放及相关酶活性的后效作用，在控制气室内设置了不同的大气CO2浓度(400和600 μmol/mol)和气温(环境温度T和T+2℃)，在此基础上测定了小麦季添加硝化抑制剂时大豆土壤的硝态氮和铵态氮的含量、土壤硝化-反硝化相关酶活性以及N2O排放量。结果表明，小麦季添加硝化抑制剂配合麦秸还田，使大豆土壤的硝态氮和铵态氮均有所增加，但是对土壤硝化-反硝化酶的活性影响较小。升温(ET)使大豆土壤硝态氮含量显著增加，而铵态氮含量显著降低; 大气CO2浓度增加(EC)或同时升高气温和CO2浓度(ECT)，土壤硝态氮和铵态氮的含量均有所增加，但与环境高温和CO2浓度(CK)下的无机氮含量差异不显著。不同环境条件下的土壤硝化-反硝化酶的活性没有明显规律。在ET和ECT条件下，大豆生长季N2O排放总量均显著高于CK处理，且添加硝化抑制剂使N2O排放量降低。EC与CK条件下的N2O排放量差异较小，但在CK条件下，硝化抑制剂处理的N2O排放量显著高于普通尿素处理。综上所述，在气温和CO2浓度升高背景下，硝化抑制剂的合理施用有利于大豆土壤有效氮的增加，但是温度升高(ET和ECT)使N2O排放量增加，在此条件下添加硝化抑制剂可以减少N2O的排放，单独升高CO2浓度(EC)时，N2O排放的变化不明显。本研究可为未来气候变化背景下的小麦-大豆轮作施肥管理及农田N2O减排提供理论支持。

农田土壤温室气体排放对气候变化的响应是农业响应气候变化的热点问题。本试验开展了CO2浓度和温度升高对冬小麦土壤温室气体排放影响的研究，测定CO2浓度(600 μmol/mol)和温度升高(环境温度+2℃)条件下冬小麦土壤中硝态氮和铵态氮的含量，以及温室气体排放通量和生长季排放总量，结合冬小麦的产量计算该生长季的综合温室效应(GWP)和温室气体排放强度(GHGI)。结果表明: 拔节期CO2浓度和温度升高条件下，冬小麦土壤硝态氮含量显著增加; 三个时期CO2浓度和温度升高条件下，冬小麦土壤铵态氮含量均以不同程度增加; 升温(T1C0)、CO2浓度升高(T0C1)及复合(T1C1)条件下，CO2生长季总排放量较对照(T0C0)分别增加了20.73%、22.18%和23.28%; 而N2O生长季排放总量只有在T0C1中会显著增加，T1C0及T1C1中N2O生长季总排放量较T0C0分别减少了26.35%、18.41%; T1C0中CH4生长季总吸收量较T0C0显著减少了93.56%，T0C1及T1C1对其无显著影响; T1C0中冬小麦产量较T0C0显著减少了19.93%，而T0C1和T1C1中分别增加了15.36%、9.88%。T1C0、T0C1和T1C1中GWP与T0C0相比均显著增加，而GHGI在T1C0中较T0C0显著增加，T0C1和T1C1中GHGI与T0C0相比有所减少，但不显著。综上所述，在CO2浓度升高和温度升高的条件下，CO2和N2O生长季总排放量均有不同程度的增加，CH4生长季总排放量在升温处理下会显著减少。麦田三种温室气体预估GWP对环境不利。本研究对CO2浓度和温度升高条件下的北方麦田温室气体进行了估算，可为未来农业减排措施的制定提供理论支持。

为探讨旋耕秸秆还田和免耕秸秆覆盖对旱地小麦生长及产量的影响, 在临汾市尧都区长期保护性耕作试验区进行大田试验, 以‘晋麦102号’为试验材料, 研究旋耕秸秆还田、免耕秸秆覆盖两种耕作模式对麦田土壤含水量、小麦叶片抗旱生理指标、渗透调节指标、光合作用、生物量、叶面积指数、小麦产量的影响。结果表明: 1)在旱地小麦关键生育期, 免耕秸秆覆盖较旋耕秸秆还田可明显提高0～50 cm、120～200 cm土层的含水量, 增加小麦可利用的水分; 2)免耕秸秆覆盖较旋耕秸秆还田减少抗氧化酶活性失衡, 减少膜质受损, 缓解体内细胞渗透失衡, 维持小麦正常生长需要的水分, 延缓叶片衰老; 3)免耕秸秆覆盖可提高小麦叶片叶绿素含量, 缓解叶绿素a的降解, 促进小麦的光合作用和营养积累; 4)免耕秸秆覆盖可提高小麦叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率; 5)免耕秸秆覆盖增加叶面积指数, 促进籽粒灌浆, 增加小麦分蘖数和每平方米穗数, 从而提高旱地小麦产量。本研究可为旱作小麦合理耕作提供科学依据。

为明确大气CO2浓度升高对大豆糖代谢和脂肪代谢的影响, 本研究以高油大豆品种“晋大70”为材料, 利用控制气室设置CK(CO2浓度为400?μmol/mol)和EC(CO2浓度为600 μmol/mol)两个处理, 大豆整个生育期均在控制气室内, 在大豆鼓粒期利用便携式气体交换系统LI-6400测定光合参数, 测定叶绿素含量、糖代谢和脂肪代谢相关指标, 并在收获期测定产量指标。结果表明: CO2浓度升高显著提高叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量, 使大豆净光合速率和水分利用效率显著提高59.7%和63.2%; 叶片中的蔗糖磷酸合成酶和异柠檬酸裂解酶活性在高CO2浓度下显著升高28.8%和215.0%, 琥珀酸脱氢酶活性、乙酰辅酶A羧化酶和二酰基甘油酰基转移酶活性显著降低; CO2浓度升高使籽粒中可溶性糖含量、蔗糖含量、蔗糖合成酶和异柠檬酸裂解酶活性显著下降, 但显著增加异柠檬酸脱氢酶(248.2%)、琥珀酸脱氢酶(75.0%)、乙酰辅酶A羧化酶活性(15.8%); 大豆的单株粒重、单株荚数和百粒重在CO2浓度升高条件下显著升高25.6%、23.4%和21.1%。研究表明, 在高CO2浓度下, 大豆鼓粒期叶片蔗糖代谢和磷酸戊糖途径代谢加强, 三羧酸循环和脂肪代谢减弱, 籽粒中蔗糖代谢减弱, 磷酸戊糖途径、三羧酸循环和脂肪代谢加强。本研究结果将有助于了解CO2浓度升高条件下对大豆糖代谢和脂代谢的影响, 为未来气候变化背景下大豆生产与管理提供理论依据。

C4糜子(Panicum miliaceum L.)具有较强的抗旱性, 在干旱和半干旱地区被广泛种植。不同糜子品种产量形成与其光合作用以及源库关系密切相关。目前关于糜子光合作用和源库关系与其产量变异之间关系的研究仍然缺乏。本研究通过田间试验测定了半干旱地区9个糜子品种的气体交换参数、叶绿素荧光动力学参数、单株叶面积(LA)、干物质量、收获指数(HI)、产量及产量构成因素, 研究了不同糜子品种光合作用和源库关系对产量形成的影响。结果表明, 高光利用能力(Pmax较大)的糜子表现出明显的遗传变异, 而弱光利用能力(α较小)的糜子则没有。不同品种糜子水分利用效率(WUE和iWUE)与产量表现出显著的正相关性, 而单叶净光合速率(Pn)与产量则没有这种相关性, 这能够作为糜子品种选育的目标性状。糜子源库关系遗传变异显著, 供试品种根据源库关系的差异可以分成源大库小型、源小库大型和源库关系平衡型。具体表现为: 源小库大型品种叶光合速率和单株叶面积较低, 源限明显, 产量较低(如内蒙古红糜子), 但光合潜力较大; 源大库小型品种虽然叶光合速率和单株叶面积较大, 干物质量较大, 但HI显著较低, 库限明显(如白黍子), 产量较低; 源库平衡型品种叶光合速率、单株叶面积和HI都较高, 具有较好的源库关系, 产量明显较高, 如靖远中集青糜、宁糜14, 而且该类型品种的蒸腾速率和水分利用效率显著高于其他糜子品种。该研究结果将有利于辅助糜子的育种工作。

为探究野生稷山矮牡丹(Paeonia jishanensis)花青素等抗氧化活性物质生物合成的遗传基础, 本文采用高通量测序技术Illumina NextSeqTM500对其幼嫩叶片、嫩茎和花芽混合池样本进行转录组测序分析。共获得39 450个unigene, 其中3 563个 unigene中有4 106个SSR位点。在Swiss Prot数据库中注释到29 420个unigene, 其中11个与花青素生物合成过程相关, 22个与类黄酮生物合成过程相关, 15个与异黄酮生物合成过程相关; NR数据库中注释高达100%, 有12个与类黄酮生物合成相关, 7个与花青素生物合成相关; GO数据库中注释到24 291个unigene, 分为生物学过程、细胞组分及分子功能等三大类53个功能组, 有21个unigene与黄酮、黄酮醇及异黄酮生物合成有关, 4个unigene与花青素合成有关; eggNOG数据库中注释到38 238个unigene, 涉及植物生长发育过程绝大多数生命活动过程; KEGG数据库注释到5 709个unigene, 分别定位到6大类别42个代谢途径, 其中25个unigene与花青素生物合成相关。研究表明, 在稷山矮牡丹转录组序列中, 共鉴定和发掘出多个涉及类黄酮化合物生物合成、花青素生物合成过程的相关基因序列及SSR位点, 为下一步开展相关代谢合成途径研究奠定了基础。

为探明磷肥在旱地小麦生产上的作用, 寻求旱地小麦最佳施磷方式, 在山西省闻喜县进行了低磷（75 kg·hm-2）、中磷（112.5 kg·hm-2）、高磷（150 kg·hm-2）3个施磷量条件下20 cm、40 cm 2个深度施磷的田间试验, 研究其对旱地麦田土壤水分及植株氮素吸收、利用的影响。结果表明: 增加施磷量, 越冬期-孕穗期0~100 cm土层土壤蓄水量提高, 且深层施磷效果较好, 尤其有利于返青期土壤蓄水量提高。增加施磷量, 各生育时期植株含氮率提高, 各生育时期植株氮素积累量显著提高, 且深层施磷效果较好, 尤其开花期含氮率。增加施磷量, 花前各器官氮素运转量显著提高, 深层施磷叶片氮素运转量对籽粒的贡献率提高, 成熟期叶片氮素积累量及其所占比例显著降低。40 cm深度施磷150 kg·hm-2花后氮素积累量最高。此外, 越冬-孕穗期0~100 cm土层土壤蓄水量与花前氮素运转量关系密切, 尤其与叶片氮素运转量关系密切, 开花期土壤水分与花后氮素积累量关系系数最大。总之, 增加施磷量, 有利于提高花前1 m内土壤水分, 有利于促进植株氮素积累、运转, 且深层施磷效果显著, 尤其可促进叶片氮素转移到籽粒, 有利于开花期含氮率提高, 有利于花后氮素积累。最终, 40 cm深度施磷150 kg·hm-2可显著提高旱地小麦氮肥吸收效率、氮肥生产效率、氮素收获指数。

为了通过研究不同长相穗型小麦穗部特性,以达到提高产量和挖掘穗部潜力的目的。本文对长方型、棍棒型、椭圆型和纺锤型四种不同长相穗型小麦品种的穗部性状特性进行了分析。结果表明不同穗型小麦在小花数、穗粒数、粒重等方面均表现出先升后降的二次曲线趋势,但不同穗型小麦表现趋势不同,长方型和椭圆型小麦在穗粒数、穗重、各粒位粒重等方面均优于棍棒型和纺锤型小麦,棍棒型小麦由于其特殊的穗型结构,在小穗密度、粒重等方面表现独特,纺锤型小麦在各方面表现均较差。结果表明,在小麦生产用种和品种选育上,穗型的选择至关重要。长方型小麦有提高小麦产量的潜力。

为探索旱地小麦休闲期覆盖保水配施磷肥高产、优质的技术途径，在山西农业大学闻喜试验基地采用大田试验研究了休闲期覆盖或不覆盖条件下低（75 kg/hm2）、中（112.5 kg/hm2）、高（150 kg/hm2）施磷水平对土壤水分、籽粒蛋白质形成的影响及其生理机制。结果表明：休闲期覆盖后，播种期0-100 cm土壤蓄水量显著提高，达39-42 mm，而开花期60-100 cm土层降低。覆盖后，花后旗叶和籽粒GS和GOGAT活性提高，籽粒游离氨基酸和灌浆后期GMP含量提高，籽粒蛋白质及其组分含量、谷/醇均提高。增加施磷量，开花期20-60 cm、80-100 cm土层蓄水量降低，而花后旗叶和籽粒GS活性提高，且覆盖条件下花后0-15 d、20 d旗叶GOGAT活性，花后5 d、15 d、25-30 d籽粒GOGAT活性，籽粒游离氨基酸含量、籽粒GMP含量提高，籽粒蛋白质及其组分含量、谷/醇、蛋白质产量显著提高，产量提高940-1452 kg/hm2。此外，休闲期覆盖配施磷肥条件下，开花期深层土壤水分与旗叶GS和GOGAT活性密切相关，旗叶和籽粒GS和GOGAT活性均与游离氨基酸含量、谷/醇、蛋白质产量关系密切。总之，旱地小麦休闲期覆盖有利于提高底墒，且配合施磷量150 kg/hm2可促进根系吸收深层土壤水分，提高产量的同时也提高了籽粒蛋白质含量、GMP含量和谷/醇。