近日，農(nóng)學(xué)院唐湘如教授團隊在稻田耕作管理對土壤植物殘體和微生物殘體碳垂直分布的影響，弱光結(jié)合高氮提高產(chǎn)量、促進香氣2-AP生物合成，香氣2-AP生物合成在農(nóng)業(yè)管理、環(huán)境及功能基因組學(xué)的研究等方面取得了若干重要進展，相關(guān)研究論文發(fā)表在Science of the Total Environment（中科院一區(qū)Top，影響因子 10.753）、Field Crops Research（中科院一區(qū)Top，影響因子 6.145）和Journal of Agricultural and Food Chemistry（中科院一區(qū)Top，影響因子 5.895）等國際著名期刊上。
在稻田耕作管理對土壤植物殘體和微生物殘體碳垂直分布的影響方面，植物殘體碳缺少礦物質(zhì)的保護，因此被較多研究認為不如微生物殘體碳穩(wěn)定。但是有研究認為植物殘體碳可以在土壤中持久存在，特別是在厭氧條件下。旱地土壤固碳以微生物殘體碳的積累為主，而稻田土壤由于長期處于厭氧條件下，降低了微生物分解，因此能夠富集大量的植物殘體碳。本研究結(jié)果與此觀點并不完全一致。通過分析不同耕作方式對微生物殘體碳和植物殘體碳垂直分布的影響，在0-10厘米土壤層中，免耕處理下（秸稈覆蓋），稻田表層保留量較高的水稻殘茬。然而，與傳統(tǒng)的旋耕相比，免耕處理下顯著降低了0-10厘米土層植物殘體碳。因此，即使稻田在水稻種植期間主要處于澇水狀態(tài)，其在冬季會處于干燥狀態(tài)（或非浸泡狀態(tài)），此時，免耕處理下土壤表層的植物殘體碳可能向微生物殘體碳轉(zhuǎn)化。這可能解釋了為什么免耕處理下植物殘體碳較低，而微生物殘體碳呈增加趨勢。
團隊在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域國際著名期刊Science of the Total Environment發(fā)表了題為“Effects of contrasting tillage management with straw retention on the vertical distribution of plant- and microbial-derived carbon in rice paddy”的研究論文（論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969723029698?via%3Dihub），揭示了不同耕作方式對微生物殘體和植物殘體碳垂直分布的影響。文章第一作者為祁劍英副教授，通訊作者為唐湘如教授。該研究得到華南農(nóng)業(yè)大學(xué)雙一流學(xué)科促進項目（2021B10564001）、廣州市科技計劃項目（202103000075和202102100008）的資助。
氮肥和光照對香稻產(chǎn)量及2-AP生物合成的影響。香稻是稻中珍品，因其具有濃郁香味而深受青睞，稻米香氣是衡量品質(zhì)性狀的重要指標之一，2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）是香氣的重要特征物質(zhì)。相關(guān)研究證實，光和氮管理影響香米中2-乙酰-1-吡咯林（2－AP）的積累。而氮素及光處理對香稻產(chǎn)量和2-AP的協(xié)同影響尚未確定。研究探討了遮蔭條件下施氮量對水稻產(chǎn)量和2-AP積累的影響。研究結(jié)果表明，灌漿期遮陰會有大幅度減產(chǎn)，2-AP含量顯著提高，而在遮陰條件下增施氮肥可提高2-AP含量和產(chǎn)量。可以推測，通過優(yōu)化施氮模式，改善水稻冠層和氮的分布，并進一步提高遮蔭條件下氮對水稻產(chǎn)量的促進作用。
團隊在農(nóng)林科學(xué)與農(nóng)藝學(xué)領(lǐng)域國際著名期刊Field Crops Research發(fā)表了題為“Higher nitrogen application during rice growth increased yield and the biosynthesis of 2-acetyl-1-pyrroline under low light conditions”的研究論文（論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.fcr.2023.108846），揭示了氮肥和光照對香稻產(chǎn)量及2-AP生物合成的影響。文章第一作者為姜碩琛（合作單位2020級博士生），通訊作者為唐湘如教授和杜斌講師。該研究得到國家自然科學(xué)基金（3197843）的資助。
香氣2-AP生物合成在農(nóng)業(yè)管理、環(huán)境因素及功能基因組學(xué)上的研究。大米是世界上一半以上人口的主食，而大米香氣是消費者關(guān)注的關(guān)鍵品質(zhì)之一，國內(nèi)外市場對香米需求量持續(xù)增加。水稻香氣中約有200種揮發(fā)性化合物，但2-乙酰-1-吡咯啉（2-AP）被認為是香稻香氣的主要調(diào)節(jié)因子。近年來，農(nóng)藝技術(shù)（機械化、耕作和灌溉、養(yǎng)分管理等）的進步，RNA沉默（RNAi）和現(xiàn)代基因組編輯（GE）技術(shù)（TALENS/CRISPRCas9）以精確和可預(yù)測的方式編輯植物基因組，在香稻育種中也顯示出了重要的潛力。在這篇綜述中，總結(jié)了2-AP生物合成途徑在農(nóng)業(yè)管理實踐（微/常量營養(yǎng)素、栽培實踐、氨基酸前體和生長調(diào)節(jié)劑）、環(huán)境因素（干旱、鹽度、光和溫度）下的響應(yīng)以及調(diào)控作用，并強調(diào)了成功轉(zhuǎn)換香米使用的現(xiàn)代基因編輯工具，如RNAi、TALENS和CRISPR-Cas9。本文還討論了農(nóng)業(yè)管理實踐、環(huán)境因素和基因組編輯工具，特別是CRISPR-Cas9在改良香氣香米開發(fā)中的應(yīng)用、局限性和未來的發(fā)展方向。最后對未來香稻香氣研究作出了展望。
團隊在食品科學(xué)領(lǐng)域國際著名期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry發(fā)表了題為“Biosynthesis of 2-Acetyl-1-pyrroline in fragrant rice: recent insights into agro-management, environmental factors, and functional genomics”的研究論文（論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.2c07934），綜述了香氣2-AP生物合成在農(nóng)業(yè)管理、環(huán)境因素及功能基因組學(xué)上的研究進展。文章第一作者為農(nóng)學(xué)院博士后Muhammad Imran，通訊作者為唐湘如教授。該研究得到國家自然科學(xué)基金（32150410377、31770652、32071737）、廣東省自然科學(xué)基金（8151064201000017）和廣東省農(nóng)業(yè)研究項目（2011AO20202001）的資助。
文圖/ 農(nóng)學(xué)院 陸鍵
