地下水埋深对胡杨叶片光合作用及抗氧化物质积累的影响

以塔里木荒漠生态系统建群种—胡杨（Populus euphratica Oliv.）为试材,研究胡杨光合气体交换参数、抗氧化酶活性及渗透调节物质沿地下水埋深（GWD）梯度的变化规律,探讨胡杨适应干旱荒漠环境的生理生态机制。结果表明：（1）不同GWD条件下胡杨净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）的日变化均呈单峰型,而胞间CO₂摩尔分数（C_i）日变化呈“V”型,P_n与G_s变化同步,峰值均出现在12：00,而T_r峰值滞后P_n、G_s 2 h。不同GWD间P_n峰值差异显著（P<0.05）,T_r、G_s峰值和C_i谷值在GWD为5.5 m极显著降低（P<0.01）。胡杨P_n、T_r、G_s、C_i、水分利用效率（WUE）和光能利用效率（LUE）均随GWD增加而降低,其中G_s、LUE日均值在GWD为5.5 m显著降低（P＜0.05）,但不同GWD条件下P_n、T_r、C_i、WUE日均值均无显著差异（P＞0.05）;（2）12：00—16：00胡杨P_n下降主要受气孔因素限制,16：00—20：00 P_n下降主要受非气孔因素限制;（3）通过对不同GWD条件下胡杨P_n、T_r与生理生态因子进行相关、偏相关、逐步回归分析发现,G_s是影响胡杨P_n、T_r的主要因子;不同GWD条件下胡杨调控P_n、T_r的因子不同,GWD增加使胡杨P_n与光合有效辐射（PAR）、T_r与G_s之间的相关性增强,表明GWD直接调控胡杨叶片水汽交换（G_s）过程;（4）胡杨叶片丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性和游离脯氨酸（Pro）含量均随GWD增加而增大,而可溶性蛋白质（SP）含量、可溶性糖（SS）含量则降低,表明随GWD增加,胡杨叶片细胞膜透性和光合碳同化受抑增强,胡杨通过提高保护酶活性（POD、SOD）和渗透调节（Pro）能力协同抵御地下水位降低所带来的干旱胁迫,以维持基本正常的生理活动,这是胡杨适应荒漠区干旱生境的生理生态策略。     

淹水胁迫对青杨雌雄幼苗生理特性和生长的影响

为揭示青杨(Populus cathayana)雌雄幼苗对淹水胁迫的适应性, 在实验地内通过土培盆栽淹水方式从植株生理生态和生长发育方面探讨淹水胁迫对青杨扦插苗的影响。试验分为对照和淹水2个处理, 处理时间为40天。结果显示: (1)淹水胁迫导致青杨幼苗叶片中的丙二醛(MDA)含量和茎部淹水区的不定根数显著升高, 植株的净光合速率(P_n)、叶绿素含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、株高、基径、总叶面积、比叶面积(SLA)、根生物量、叶生物量、茎生物量、总生物量干重和根冠比(R/S)显著降低。(2)与雄株相比, 淹水胁迫显著增加了雌株幼苗的MDA含量, 降低了SOD活性、P_n、类胡萝卜素(Caro)含量、叶绿素a/b、SLA、根生物量和R/S, 并导致雄株在淹水胁迫下具有比雌株更高的气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)、不定根数和株高。可见, 淹水胁迫对青杨雌雄幼苗的形态生长和生理过程均有严重的抑制作用, 但表现出显著的性别间差异。雄株可以通过维持更高的光合作用能力和增加不定根数量来维持植株的生长, 从而表现出比雌株更强的抗逆性。     

干旱胁迫对转PtPIP2;8基因84K杨苗木光合、生长和根系结构的影响

为研究水通道蛋白PtPIP2;8基因功能, 了解其不同表达水平的转基因84K杨(Populus alba × P. glandulossa)应对干旱胁迫的响应, 该文以转PtPIP2;8 84K杨抑制表达株系(抑制表达)、野生型(WT)和转PtPIP2;8 84K杨超表达株系(超表达)为试验材料, 测定PtPIP2;8表达水平、根系导度、光响应曲线、气体交换参数、生长及根系形态指标。结果显示: (1) WT植株PtPIP2;8仅在根系表达; 超表达植株PtPIP2;8除在根部显著表达外, 在茎和叶片中也显著表达; 抑制表达植株PtPIP2;8仅在根部有微量表达, 表达量分别是WT和超表达植株的1/20和1/80。(2)根系结构分析发现, 超表达植株总根长、总根表面积、总根体积、总根尖数显著低于WT和抑制表达植株, 根系导水率显著高于WT和抑制表达植株, 表明PtPIP2;8参与了植物根系水分运输, 提高了水分运输效率。(3)正常水分条件下, 抑制表达植株苗高、叶面积显著低于WT和超表达植株, 根冠比显著高于WT和超表达植株。干旱胁迫后, 抑制表达植株净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)下降幅度小, 仍能维持较高的P_n。气体交换参数显示抑制表达植株P_n、G_s日变化为“单峰”型, 属气孔因素引起的净光合速率下降;WT和超表达植株P_n、G_s日变化为“双峰”型, 干旱胁迫后, 抑制表达植株P_n略微下降, WT和超表达植株P_n均下降, 尤其是13:00、15:00下降显著, 表明WT和超表达植株对干旱胁迫更加敏感, 干旱对其影响更大。(4)干旱胁迫后, 抑制表达植株相对生长速率、总生物量降低的最少, 根冠比最高; 总根表面积、总根体积、总根尖数显著高于WT植株。表明PtPIP2;8直接参与水分运输并提高水分运输效率, 其转化影响了植株根系发育和生长。超表达植株根系发育的下降和叶面积的增大减弱了它的抗旱性, 而抑制表达植株矮小, 降低的叶面积, 增加的根系生长和根冠比提高了它的抗旱能力。从研究结果来看, 水通道蛋白提高了水分跨膜运输效率, 而非水通道蛋白导水机制对干旱有较强的耐受性。     

关键发育期干旱及复水过程对春玉米主要生理参数的影响

为深入了解玉米在关键发育期干旱条件下的耗水特征及致灾机理,对春玉米‘丹玉39’分别从拔节(T₁)和抽雄(T₂)期开始采用持续无补水方式进行干旱及复水试验,基于对叶和根水势、主要光合变量(净光合速率P_n、蒸腾速率T_r、气孔导度g_s、胞间CO₂浓度C_i)以及茎流速率(SF)的动态观测,研究各生理参数对干旱及复水过程的响应特征.结果表明: 叶、根水势均与土壤湿度呈对数关系,不同时期干旱使二者都减小,对根水势的影响比叶水势提前,与拔节期相比,抽雄期叶水势的干旱响应偏早,根水势偏晚;叶水势在T₁处理复水后能得到恢复,但不能恢复到正常水平,T₂处理不能恢复;T₁处理的根水势对复水的响应比叶水势更快,且更接近于正常水平.P_n和T_r对T₂处理的响应快于T₁处理;复水后二者对T₁处理的恢复速度快于T₂处理,T₁和T₂处理P_n分别超过和达到正常水平,而T_r分别能和不能达到正常水平;T_r对T₁处理的响应早于P_n,二者对T₂处理的响应一致;各处理g_s对干旱的响应与P_n一致;T₁处理的C_i与P_n趋势一致,T₂处理相反.各干旱处理SF比对照减小,在晴天比阴天响应明显,SF对T₂处理的响应比T₁处理敏感,在一定干旱水平后响应敏感性减弱;复水后SF比对照明显增大,T₂处理的增幅小于T₁处理.     

施氮肥缓解臭氧对小麦光合作用和产量的影响

以小麦(Triticum aestivum)品种‘扬麦16’为试材, 利用开放式空气臭氧(O₃)浓度升高平台, 研究了增施氮(N)肥对O₃对小麦光合作用和产量影响的缓解作用。结果表明, O₃胁迫下灌浆期小麦的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)、叶绿素a (Chl a)、叶绿素b (Chl b)、类胡萝卜素(Car)、总叶绿素含量(Chl t)和可溶性蛋白的含量显著降低, 降幅分别为28.95%、31.79%、23.17%、58.89%、68.64%、22.89%、60.31%和32.00%; 胞间CO₂浓度(C_i)变化很小; 成熟期生物量和收获时产量也明显下降, 降幅分别为12.23%和12.63%; 而增施N肥可以增加小麦灌浆期的P_n、Chl a、Chl b、可溶性蛋白的含量, 进而增加小麦生物量和产量, 增幅分别为25.66%、83.05%、121.57%、30.33%、14.94%和10.67%, 而对C_i、G_s、T_r、Car含量无明显影响。O₃和N肥对小麦叶片的P_n、Chl t及可溶性蛋白含量有明显的交互作用。因此, 在大气O₃浓度升高条件下增施N肥对小麦O₃损伤有一定的缓解作用。     

苗期干旱及复水条件下不同花生品种的光合特性

为探索不同花生(Arachis hypogaea)品种的旱后恢复能力, 研究花生品种耐旱性与光合特性的关系, 通过盆栽土壤水分控制实验, 测定了12个花生品种苗期对干旱胁迫与复水过程的光合响应特征, 并讨论了所测各性状参数与抗旱性强弱的关系, 包括对水分胁迫伤害的修复能力。结果表明, 根据苗期生物量抗旱系数, ‘山花11号’、‘如皋西洋生’、‘A596’、‘山花9号’、‘农大818’的抗旱性较强, 且复水后植株产生超补偿生长效应, 补偿生长能力与抗旱性呈极显著正相关。叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)随干旱进程逐渐降低, 复水后逐渐增加, 抗旱性强的花生品种变幅较小。干旱7天, 大多数花生品种的光合参数值未有显著性差异。干旱14天, 抗旱性越强的花生品种光合参数值越高, 不同抗旱性花生品种的光合参数值有显著差异。‘山花11号’、‘如皋西洋生’、‘A596’、‘山花9号’的P_n、G_s、Φ_PSII、F_v/F_m、q_P在复水5天时恢复至对照水平, 复水10天时超过对照, ‘79266’、‘ICG6848’、 ‘白沙1016’、‘花17’在复水10天时仍未达到对照水平, 复水过程中抗旱性强的品种的光合参数显著高于抗旱性弱的品种。相关分析表明, 干旱胁迫14天和复水5天后, 花生的P_n、Φ_PSII、F_v/F_m、q_P与品种抗旱性呈极显著正相关。因此, 可在苗期用40%土壤相对含水量胁迫14天及复水5天时花生的P_n、Φ_PSII、F_v/F_m、q_P鉴定品种的干旱伤害程度及修复能力, ‘山花11号’可作为强干旱适应性鉴定的标准品种。     

长白落叶松冠层光合作用的空间异质性

以2014年黑龙江省帽儿山林场14年生人工长白落叶松为研究对象,对比分析了各项光合指标、环境因子及光合生理参数在冠层内的空间差异性,并探讨了净光合速率(P_n)与其他指标的关系.结果表明: 在树冠垂直方向,上层P_n、气孔导度(g_s)和蒸腾速率(T_r)显著高于中层和下层,胞间CO₂浓度(C_i)表现为下层>中层>上层;光合有效辐射(PAR)从上层外部到下层内部呈显著降低趋势,水汽压差(VPD)和叶片温度(T_l)表现为上层显著高于中层和下层,相对湿度(RH)则无显著差异;最大净光合速率(P_{n max})、暗呼吸速率(R_d)、光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)均表现为上层>中层>下层,下层比上层分别降低32.7%、55.8%、80.2%和51.6%,表观量子效率(AQY)表现为下层>中层>上层,下层分别是中层和上层的1.2和1.3倍.水平方向,光合指标和环境因子的差异性主要体现在树冠上层,P_n、g_s、T_r、PAR和VPD表现为树冠外部显著高于树冠内部,而C_i和RH差异不显著;P_{n max}、R_d、LCP和LSP表现为外部>内部,内部比外部分别降低0.4%、37.7%、42.0%和16.4%,而AQY在内部比外部高0.7%.C_i是限制P_n的主要生理因子,PAR是影响P_n的主要环境因子,尤其在弱光区域PAR对P_n的影响十分明显.因此,在模拟和预估树木冠层光合作用时,考虑空间异质性有一定的必要性.     

107杨光合生理与树干液流对外源染液导入的响应

外源染液导入技术是从花纹色泽角度提升杨树木材附加值较为有效的方法。以6年生107杨为试材,采用外源液体导入技术将不同浓度活性红染液(0.2%、0.4%和0.6%)导入树体内,利用Li-6400光合仪和热扩散式TDP茎流计分别测定其光合气体交换参数和树干液流速率,研究外源染液对107杨光合生理与液流特征的影响,并分析各光合参数、液流速率与染料染着量的关系。结果表明: 外源染液导入对107杨树干液流速率抑制作用显著,0.2%染液处理显著低于0.4%和0.6%染液处理;不同浓度染液处理107杨净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)显著低于对照,胞间CO₂浓度(C_i)呈先下降后上升的趋势,0.4%和0.2%染液对各光合参数抑制作用高于0.6%染液;染着量随染液浓度的升高而下降,最大液流速率、P_n、g_s、T_r均与染料染着量呈显著负相关。处理后期107杨叶绿素(a+b)含量、叶绿素a和叶绿素b含量均显著低于对照。染液浓度和染液导入时间决定染料染着量,向树体导入0.4%浓度染液3 d,能在保证适当染着量的基础上减缓对107杨生理活动的抑制作用。     

Effects of drought stress on photosynthesis,growth and root structure of transgenic PtPIP2;8 poplar 84K (Populus alba × P. glandulosa)

为研究水通道蛋白PtPIP2;8基因功能, 了解其不同表达水平的转基因84K杨(Populus alba × P. glandulossa)应对干旱胁迫的响应, 该文以转PtPIP2;8 84K杨抑制表达株系(抑制表达)、野生型(WT)和转PtPIP2;8 84K杨超表达株系(超表达)为试验材料, 测定PtPIP2;8表达水平、根系导度、光响应曲线、气体交换参数、生长及根系形态指标。结果显示: (1) WT植株PtPIP2;8仅在根系表达; 超表达植株PtPIP2;8除在根部显著表达外, 在茎和叶片中也显著表达; 抑制表达植株PtPIP2;8仅在根部有微量表达, 表达量分别是WT和超表达植株的1/20和1/80。(2)根系结构分析发现, 超表达植株总根长、总根表面积、总根体积、总根尖数显著低于WT和抑制表达植株, 根系导水率显著高于WT和抑制表达植株, 表明PtPIP2;8参与了植物根系水分运输, 提高了水分运输效率。(3)正常水分条件下, 抑制表达植株苗高、叶面积显著低于WT和超表达植株, 根冠比显著高于WT和超表达植株。干旱胁迫后, 抑制表达植株净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)下降幅度小, 仍能维持较高的P_n。气体交换参数显示抑制表达植株P_n、G_s日变化为“单峰”型, 属气孔因素引起的净光合速率下降;WT和超表达植株P_n、G_s日变化为“双峰”型, 干旱胁迫后, 抑制表达植株P_n略微下降, WT和超表达植株P_n均下降, 尤其是13:00、15:00下降显著, 表明WT和超表达植株对干旱胁迫更加敏感, 干旱对其影响更大。(4)干旱胁迫后, 抑制表达植株相对生长速率、总生物量降低的最少, 根冠比最高; 总根表面积、总根体积、总根尖数显著高于WT植株。表明PtPIP2;8直接参与水分运输并提高水分运输效率, 其转化影响了植株根系发育和生长。超表达植株根系发育的下降和叶面积的增大减弱了它的抗旱性, 而抑制表达植株矮小, 降低的叶面积, 增加的根系生长和根冠比提高了它的抗旱能力。从研究结果来看, 水通道蛋白提高了水分跨膜运输效率, 而非水通道蛋白导水机制对干旱有较强的耐受性。     

外源褪黑素对高温胁迫下菊花光合和生理特性的影响

以切花菊品种‘神马'为试材,研究外源褪黑素(MT)对菊花抗高温胁迫的影响。将供试菊花叶面喷施200 μmol·L^-1的MT后,进行40 ℃(昼)/35 ℃(夜)高温胁迫,观察菊花叶片叶绿体和内囊体超微结构,测定光合和生理指标。结果表明:与常温对照(CK)相比,高温胁迫下菊花叶片叶绿体和类囊体受损,叶绿素含量和最大荧光(F_m)显著降低,OJIP曲线发生变化,K点和J点荧光升高,净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(g_s)均显著降低,胞间CO₂浓度(C_i)均显著增加;相对电导率(REC)、丙二醛(MDA)、活性氧(ROS)、渗透调节物质含量和抗氧化酶活性显著增加。外源喷施MT可维持高温胁迫下植株叶绿体和类囊体结构的完整性,明显降低OJIP曲线中K点和J点上升的幅度,F_m、P_n、g_s、T_r和光合色素含量显著提高,C_i显著下降,缓解了高温胁迫对菊花光合和荧光作用的抑制。同时,外源喷施MT处理显著降低了高温胁迫下菊花REC、MDA和ROS含量,增强了菊花叶片中渗透调节物质含量和抗氧化酶活性。可见,外源MT可通过保护菊花叶片叶绿体结构的完整性,增强光合作用,抑制高温胁迫下菊花植株体内ROS的过度产生,提高抗氧化酶系统的活性,降低膜质过氧化水平和保护脂膜的完整性,从而提高菊花植株抗高温胁迫能力。     

Effects of drought-rewatering-drought on photosynthesis and growth of maize

Aims Our objective was to investigate the responses of maize photosynthesis and growth to repeated drought.Methods Maize seedlings were exposed to different soil water deficit for three weeks, then rewatering for one week, and again to different water deficit for three weeks, to examine the effects of repeated drought on photosynthesis and growth.Important findings After the first water deficit treatments, under severe drought, plant height, total leaf area of individual plant, shoot and root biomass declined significantly, also transpiration rate (T_r), stomatal conductance (G_s), intercellular CO₂ concentration (C_i), net photosynthetic rate (P_n), maximum net photosynthetic rate (A_max), but light compensation point and dark respiration rate increased significantly. Under medium drought, plant height, leaf area, and shoot biomass decreased significantly, but root biomass did not vary, hence, the ratio of roots to shoots (R/S) increased. Moreover, plants did not show significant differences in photosynthetic parameters. After rewatering, photosynthesis and growth rate of plants previously exposed to water deficit could recover to the levels of well-watered plants, but plant height and leaf area did not recover to the levels of the control. When maize were subjected to recurrent drought, plants pre-exposed to medium drought showed no significant difference in plant height, biomass, and photosynthetic parameters, but a significant decrease in leaf area, compared to plants only exposed to second medium drought. Plants pre-exposed to severe drought had significantly higher T_r, G_s, C_i, P_n, A_max, and, apparent quantum yield but significantly lower plant height, leaf area, and biomass than plants without previous exposure. These results indicated that the first severe drought significantly reduced photosynthetic capacity and maize growth, rewatering could recover photosynthesis and growth rate to the levels of well-watered plants, but could not eliminate the adverse influence of the first drought on growth. The first medium drought could stimulate the growth of maize root system and significantly increased R/S, which can enhance maize drought resistance to subsequent repeated drought, and maintain the total biomass in the control level; the first severe drought could enhance maize drought resistance to subsequent repeated drought in the aspect of photosynthesis, but could not compensate for the adverse effect of early drought on plant growth. Hence, in practice, drought hardening should be limited in the level of medium drought, and avoiding severe drought.     

干旱和复水对文冠果生长及生理生态特性的影响

以文冠果2年生盆栽苗为材料,以21.8%～23.7%土壤含水量为对照,设置轻度干旱(14.3%～16.2%)、中度干旱(10.6%～12.5%)和重度干旱(6.8%～8.7%)3个干旱胁迫,研究干旱和复水对文冠果生长及生理生态特性的影响.结果表明: 随着干旱胁迫的加剧,文冠果单株干质量、株高、基径、叶数和叶面积减小,主根和一级侧根长度增加;文冠果叶片气体交换各参数均逐渐降低,在10:00-14:00,净光合速率(P_n)的大小主要受气孔因素影响,14:00以后影响P_n的主要因素是非气孔因素;中度干旱和重度干旱胁迫下,文冠果对CO₂利用效率显著提高.随着干旱胁迫的加剧,PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)、PSⅡ最大光化学量子产量(F_v/F_m)、光化学猝灭系数(q_P)、表观电子传递效率(ETR)和实际光化学量子产量(Ф_PSⅡ)逐渐减小,非光化学淬灭系数(NPQ)逐渐增大,复水后变化相反.复水后第8天,F_v/F_o、F_v/F_m、q_P、ETR、Ф_PSⅡ显著高于各胁迫处理第30天.随着干旱胁迫的加剧,超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性升高,过氧化氢酶活性降低,丙二醛含量增加,复水后变化相反.复水后各干旱胁迫处理根系活力明显升高.文冠果有极强的适应极度干旱环境的能力,可以作为能源或园林植物在华北园林绿化中广泛应用.     

干旱复水对柑橘幼苗叶片光合、叶绿素荧光和根系构型的影响

干旱严重影响柑橘的生长和发育.为探索柑橘对干旱胁迫的响应机制,本试验以抗旱性不同的三湖红橘和三湖化红为材料,通过盆栽控水进行干旱胁迫和复水处理,研究处理后植株叶片光合、叶绿素荧光和根系构型的变化.结果表明: 干旱显著降低了两种柑橘幼苗的净光合作用速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO₂浓度,而三湖红橘的下降幅度更小;复水后,光合参数均有所恢复,但仍低于对照.三湖红橘水分利用率在干旱15 d后开始显著高于对照,而三湖化红除干旱15 d外的其他处理时间均低于对照.干旱提高了两种幼苗的PSII最大光合效率,但抑制了三湖化红的PSII实际光合效率.干旱到一定程度后,两种幼苗的PSII电子传递速率和光化学淬灭均下降,干旱和复水后非光化学淬灭在三湖红橘中下降,但在三湖化红中上升.根系构型分析表明,干旱导致两种幼苗的根表面积和根体积下降,同时抑制了三湖化红的总根长,但能够提高三湖红橘的总根长和总根尖数.进一步分析不同直径的侧根长度发现,三湖红橘的一类侧根长度在干旱胁迫10 d后开始增加,而三湖化红的一类侧根长度在干旱前期没有变化,干旱20 d时显著下降;除三湖红橘的三类侧根外,两种幼苗其余直径等级侧根的生长均受干旱抑制.除总根尖数外,复水后根系生长各参数均没有恢复.干旱对三湖红橘光合性能的影响小于三湖化红,并且前者能够维持更高的水分和光能利用率.干旱后三湖红橘根尖数和细根长度增加,可能有助于提高其对水分的吸收能力.     

不同光合类型牧草对干旱-复水的光合生理响应及生长适应策略

基于干旱频率增加、强度增大这一全球降水变化背景, 探究干旱-复水条件下不同功能群(C₃和C₄)植物的光合生理响应及生长适应策略有助于预测降水格局变化条件下草地的植被组成和生态系统功能。该研究采用盆栽实验, 以松嫩草地生长的一年生C₃ (4种)和C₄ (3种)牧草为实验材料, 设置了对照、中度干旱和重度干旱3个水分处理水平, 在干旱末期及复水期对植物进行气体交换、生物量和比叶质量的测量。在干旱条件下, 各物种净光合速率和气孔导度均呈下降趋势, 水分利用效率呈上升趋势。干旱对不同植物光合指标的影响存在功能群差异, 随干旱程度的增加C₄植物逐渐丧失光合优势, 重度干旱对C₄植物净光合速率的影响较C₃植物更加明显。由于干旱条件下C₃植物光合固碳主要受气孔限制而C₄植物主要受代谢限制, 因此复水后C₄植物净光合速率恢复速度较C₃植物慢。干旱条件下, 各物种的生物量降低, 根冠比和比叶质量升高, 干旱对C₃植物各生长指标的影响均大于C₄植物; 复水处理后, C₃植物生物量随干旱强度增加呈下降趋势, 而C₄植物的生物量与对照相比无显著差异。     

Photosynthetic responses and acclimation of two castor bean cultivars to repeated drying–wetting cycles

To investigate the responses of castor bean to repeated drying–wetting cycles (RDWC), morpho-physiological parameters of two cultivars (Jiaxiang 2 and Hangbi 8) were determined by a pot experiment under well-watered control and RDWC. RDWC inhibited plant growth and leaf development, decreased water loss rate (WLR), and enhanced leaf mass per area (LMA) and chlorophyll content as indicated by spectral reflectance indices for both cultivars. Photosynthesis was inhibited by progressive drought stress but quickly recovered after rewatering for each cycle. Both cultivars exhibit a similar pattern of acclimation to RDWC: (1) higher LMA and lower WLR, (2) increased photosynthetic capacity under drought stress with increasing cycle numbers, (3) quick recovery and over-compensation for photosynthesis after rewatering, and (4) increased chlorophyll content. Jiaxiang 2 shows a high capacity for water preservation under drought stress and an over-compensation for photosynthesis after rewatering compared with Hangbi 8.     

不同生育期玉米叶片光合特性及水分利用效率对水分胁迫的响应

利用大型移动防雨棚开展了玉米水分胁迫及复水试验,通过分析玉米叶片光合数据,揭示了不同生育期水分胁迫及复水对玉米光合特性及水分利用效率的影响。结果表明:水分胁迫导致玉米叶片整体光合速率、蒸腾速率和气孔导度下降以及光合速率日变化的峰值提前;水分胁迫后的玉米叶片蒸腾速率、光合速率和气孔导度为适应干旱缺水均较对照显著下降,从而提高了水分利用效率,缩小了与水分充足条件下玉米叶片的水分利用效率差值;在中度和重度水分胁迫条件下,玉米叶片的水分利用效率降幅低于光合速率、蒸腾速率和气孔导度的降幅, 有时甚至高于正常供水条件下的水分利用效率;适度的水分胁迫能提高玉米叶片的水分利用效率,从而增强叶片对水分的利用能力,抵御干旱的逆境;水分亏缺对玉米光合速率、蒸腾速率及水分利用效率的影响具有较明显滞后效应,干旱后复水,光合作用受抑制仍然持续;水分胁迫时间越长、胁迫程度越重,叶片的光合作用越呈不可逆性;拔节-吐丝期水分胁迫对玉米叶片光合作用的逆制比三叶-拔节期更难恢复。     

外源脱落酸对干旱胁迫下滇润楠幼苗生长及生理特性的影响

以滇润楠一年生实生苗为试验材料,研究在良好水分条件(土壤含水量为70%～75%田间持水量)、轻度干旱胁迫及重度干旱胁迫处理下(50%～55%和30%～35%田间持水量)进行外源脱落酸(ABA)喷施对其生长及生理特性的影响。结果表明: 干旱胁迫使得滇润楠幼苗叶片的相对含水量、株高和生物量显著下降,净光合速率及叶绿素荧光参数(PSⅡ最大光化学效率,F_v/F_m)有不同程度的下降,而根冠比、膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量显著增加。外源ABA的喷施可提高干旱胁迫下滇润楠幼苗的适应性,尤其是重度干旱下,外源ABA显著提高了叶片相对含水量21.0%,同时增加了植株株高和生物量的累积,提高了根冠比,为良好水分条件的2.1倍;减少了干旱下膜脂过氧化产物MDA的累积,提高了抗氧化酶过氧化氢酶、超氧化物岐化酶的活性,显著增加了脯氨酸的含量,为良好水分条件的7.7倍。外源ABA的喷施显著缓解了干旱胁迫对植株光合器官的不利影响,减少干旱引起的叶片净光合速率及气孔导度的下降,并且减轻了PSⅡ受到干旱的伤害程度,重度干旱下喷施ABA的植株的F_v/F_m显著高于未喷施ABA的植株。外源ABA的喷施可以减轻干旱对滇润楠植株的伤害,提高其抗旱性。     

Contribution of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) to the adaptations exhibited by the deciduous shrub Anthyllis cytisoides L. under water deficit

Anthyllis cytisoides L. is highly colonized by arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and behaves as a drought-avoider species in the field. Our objectives were: (1) to study the response of A. cytisoides when exposed to moderate (acclimation) or severe (peak) drought and subsequent rewatering under nursery conditions; and (2) to verify if AMF improved the adaptation of A. cytisoides to stress. The soil compactness in drought-acclimated treatments increased four times compared with that of well-watered controls, which could reinforce the effects of water deficit on plant physiology. Photosynthetic rates decreased by around 50% and 70% and leaf conductance decreased by 40% and 50% in drought-acclimated non-mycorrhizal and mycorrhizal plants, respectively. Peak drought limited plant growth, accelerated leaf senescence and induced the conversion of starch into soluble sugars in the leaves of stressed plants. The accumulation of sugars could contribute to a decrease in water potential in order to achieve the required tension to let water move from soil to shoot. Mycorrhizal plants showed a two-fold higher chlorotic leaf biomass than non-mycorrhizal plants under severe drought. Moreover, mycorrhizal A. cytisoides showed enhanced epicuticular waxes on the surfaces of the remaining green leaves. Increased leaf senescence, together with wax deposition, could reduce whole plant transpiration, thus allowing mycorrhizal plants to maintain a higher leaf relative water content (50%) than non-mycorrhizal plants (35%). After drought recovery, leaf abscission in stressed mycorrhizal plants was 10 times greater than that in non-mycorrhizal plants. The results suggest that AMF conferred greater responsiveness of A. cytisoides to drought. Enhanced wax deposition and leaf senescence could be an ecological adaptation to cope with severe water deficit.     

干旱胁迫-复水与氮肥耦合对小粒咖啡生长和水氮生产力的影响

以小粒咖啡(卡蒂姆P7963)为材料,研究连续2.5年不同施氮水平下周期性干旱胁迫后复水对小粒咖啡生长、产量、叶片光合特性和水氮生产力的影响.设灌水(周期性干旱胁迫后复水)和施氮2因素,4个灌水模式分别为充分灌水(I_F-F:100%ET₀+100%ET₀,ET₀为参考作物腾发量)、轻度干旱胁迫-复水(I_L-F:80%ET₀+100%ET₀)、中度干旱胁迫-复水(I_M-F:60%ET₀+100%ET₀)和重度干旱胁迫-复水(I_S-F:40%ET₀+100%ET₀),3个施氮水平分别为高氮(N_H:每次750 kg N·hm^-2)、中氮(N_M:每次500 kg N·hm^-2)和低氮(N_L:每次250 kg N·hm^-2),分4次等量施用.结果表明: 小粒咖啡株高、茎粗、产量、水氮生产力受灌水和施氮影响显著,株高和茎粗与日序数呈S型曲线关系,干旱胁迫时小粒咖啡叶片光合作用显著下降,复水后大部分光合作用指标能不同程度恢复.与I_F-F相比,I_L-F干豆产量增加6.9%,而I_M-F和I_S-F干豆产量分别减少15.2%和38.5%;I_L-F和I_M-F水分利用效率分别增加18.8%和6.0%,而I_S-F水分利用效率减少12.1%;I_L-F氮肥偏生产力增加6.1%,而I_M-F和I_S-F氮肥偏生产力分别减少14.0%和36.0%.与N_H相比,N_M干豆产量和水分利用效率分别增加20.9%和19.3%,而N_L分别减少42.4%和41.9%;N_M和N_L氮肥偏生产力分别增加81.4%和72.9%.与I_F-FN_H相比,I_L-FN_M干豆产量、水分利用效率和氮肥偏生产力分别增加37.6%、52.9%和106.4%.回归分析表明,灌水量为318 mm、施氮量为583 kg·hm^-2时,干豆产量(2362 kg·hm^-2)最大;灌水量为295 mm、施氮量为584 kg·hm^-2时,水分利用效率(0.78 kg·m^-3)最大,即产量和水分利用效率同时达到最大值时最接近I_L-FN_M水氮组合.因此,I_L-FN_M为小粒咖啡最佳的水氮组合模式.