唐湘如教授团队在Science of the Total Environment等期刊发表系列研究成果

来源单位及审核人:农学院 林轩东 编辑:李彦华审核发布:陈芃辰 发布时间:2023-06-12浏览次数:1716

  近日,农学院唐湘如教授团队在稻田耕作管理对土壤植物残体和微生物残体碳垂直分布的影响,弱光结合高氮提高产量、促进香气2-AP生物合成,香气2-AP生物合成在农业管理、环境及功能基因组学的研究等方面取得了若干重要进展,相关研究论文发表在Science of the Total Environment(中科院一区Top,影响因子 10.753)、Field Crops Research(中科院一区Top,影响因子 6.145)和Journal of Agricultural and Food Chemistry(中科院一区Top,影响因子 5.895)等国际著名期刊上。

  在稻田耕作管理对土壤植物残体和微生物残体碳垂直分布的影响方面,植物残体碳缺少矿物质的保护,因此被较多研究认为不如微生物残体碳稳定。但是有研究认为植物残体碳可以在土壤中持久存在,特别是在厌氧条件下。旱地土壤固碳以微生物残体碳的积累为主,而稻田土壤由于长期处于厌氧条件下,降低了微生物分解,因此能够富集大量的植物残体碳。本研究结果与此观点并不完全一致。通过分析不同耕作方式对微生物残体碳和植物残体碳垂直分布的影响,在0-10厘米土壤层中,免耕处理下(秸秆覆盖),稻田表层保留量较高的水稻残茬。然而,与传统的旋耕相比,免耕处理下显著降低了0-10厘米土层植物残体碳。因此,即使稻田在水稻种植期间主要处于涝水状态,其在冬季会处于干燥状态(或非浸泡状态),此时,免耕处理下土壤表层的植物残体碳可能向微生物残体碳转化。这可能解释了为什么免耕处理下植物残体碳较低,而微生物残体碳呈增加趋势。

  团队在环境科学领域国际著名期刊Science of the Total Environment发表了题为“Effects of contrasting tillage management with straw retention on the vertical distribution of plant- and microbial-derived carbon in rice paddy”的研究论文(论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969723029698?via%3Dihub),揭示了不同耕作方式对微生物残体和植物残体碳垂直分布的影响。文章第一作者为祁剑英副教授,通讯作者为唐湘如教授。该研究得到华南农业大学双一流学科促进项目(2021B10564001)、广州市科技计划项目(202103000075和202102100008)的资助。

  氮肥和光照对香稻产量及2-AP生物合成的影响。香稻是稻中珍品,因其具有浓郁香味而深受青睐,稻米香气是衡量品质性状的重要指标之一,2-乙酰-1-吡咯啉(2-AP)是香气的重要特征物质。相关研究证实,光和氮管理影响香米中2-乙酰-1-吡咯林(2-AP)的积累。而氮素及光处理对香稻产量和2-AP的协同影响尚未确定。研究探讨了遮荫条件下施氮量对水稻产量和2-AP积累的影响。研究结果表明,灌浆期遮阴会有大幅度减产,2-AP含量显著提高,而在遮阴条件下增施氮肥可提高2-AP含量和产量。可以推测,通过优化施氮模式,改善水稻冠层和氮的分布,并进一步提高遮荫条件下氮对水稻产量的促进作用。

  团队在农林科学与农艺学领域国际著名期刊Field Crops Research发表了题为“Higher nitrogen application during rice growth increased yield and the biosynthesis of 2-acetyl-1-pyrroline under low light conditions”的研究论文(论文链接:https://doi.org/10.1016/j.fcr.2023.108846),揭示了氮肥和光照对香稻产量及2-AP生物合成的影响。文章第一作者为姜硕琛(合作单位2020级博士生),通讯作者为唐湘如教授和杜斌讲师。该研究得到国家自然科学基金(3197843)的资助。

  香气2-AP生物合成在农业管理、环境因素及功能基因组学上的研究。大米是世界上一半以上人口的主食,而大米香气是消费者关注的关键品质之一,国内外市场对香米需求量持续增加。水稻香气中约有200种挥发性化合物,但2-乙酰-1-吡咯啉(2-AP)被认为是香稻香气的主要调节因子。近年来,农艺技术(机械化、耕作和灌溉、养分管理等)的进步,RNA沉默(RNAi)和现代基因组编辑(GE)技术(TALENS/CRISPRCas9)以精确和可预测的方式编辑植物基因组,在香稻育种中也显示出了重要的潜力。在这篇综述中,总结了2-AP生物合成途径在农业管理实践(微/常量营养素、栽培实践、氨基酸前体和生长调节剂)、环境因素(干旱、盐度、光和温度)下的响应以及调控作用,并强调了成功转换香米使用的现代基因编辑工具,如RNAi、TALENS和CRISPR-Cas9。本文还讨论了农业管理实践、环境因素和基因组编辑工具,特别是CRISPR-Cas9在改良香气香米开发中的应用、局限性和未来的发展方向。最后对未来香稻香气研究作出了展望。

  团队在食品科学领域国际著名期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry发表了题为“Biosynthesis of 2-Acetyl-1-pyrroline in fragrant rice: recent insights into agro-management, environmental factors, and functional genomics”的研究论文(论文链接:https://doi.org/10.1021/acs.jafc.2c07934),综述了香气2-AP生物合成在农业管理、环境因素及功能基因组学上的研究进展。文章第一作者为农学院博士后Muhammad Imran,通讯作者为唐湘如教授。该研究得到国家自然科学基金(32150410377、31770652、32071737)、广东省自然科学基金(8151064201000017)和广东省农业研究项目(2011AO20202001)的资助。  


文图/ 农学院 陆键

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