干旱胁迫对花生根系生长发育和生理特性的影响

以花育17号和唐科8号两个花生品种为试验材料,在防雨棚栽培池内进行土柱栽培试验,研究了中度干旱胁迫和正常供水处理下花生生育后期根系形态发育特征和生理特性.结果表明: 唐科8号具有较发达的根系及较高的产量和抗旱系数,花育17号根系对干旱胁迫的适应性小于唐科8号.两品种根长密度、根系生物量均主要分布于0～40 cm土层中,但同一土层内两品种根系性状存在差异.与正常供水处理相比,干旱胁迫处理使花育17号各生育期总根长、根系总表面积和总体积均降低,而唐科8号除花针期显著降低外,其余生育期均明显升高;干旱胁迫增加了两品种20～40 cm土层内根系生物量、根系表面积和体积,而降低了40 cm以下土层内各根系性状;干旱胁迫处理使两品种饱果期40 cm以下土层内根系活力降低,且花育17号降低幅度高于唐科8号.干旱胁迫下两品种生育后期根系发育和生理特性的差异表明其根系在干旱胁迫下对水分吸收和利用存在差异.     

水分胁迫和氮肥对花生根系形态发育及叶片生理活性的影响

以"花育22号"花生为试验材料,在中度干旱胁迫和充足灌水两个水分条件下,分别设置不施氮肥(N0)、中氮(N1,90 kg·hm-2)、高氮(N2,180 kg·hm-2)3个施氮水平,研究不同土壤水分和氮肥条件对花生叶片生理活性及根系形态发育特征的影响.结果表明:与不施氮肥处理相比,两个水分条件下中氮处理均显著增加花生产量,但对收获指数无显著影响.干旱胁迫条件下,中氮处理对总根系生物量和总根长无显著影响,但显著增加花生总根系表面积;中氮和高氮处理均显著增加20~40 cm土层内根长和根系表面积,且高氮处理显著增加40 cm以下土层内根系生物量和根系表面积;施用氮肥显著提高叶片过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性,而丙二醛(MDA)含量随施氮量的增加而降低.正常供水条件下,施用氮肥显著降低了花生根系表面积和40 cm以下土层内根系生物量、根长和根系表面积,中氮处理可提高叶片保护酶活性.相关性分析表明,20~40 cm土层内根长和叶片超氧化物歧化酶(SOD)、CAT、POD活性与产量呈显著相关.     

不同耐盐品种棉花根系主要指标对盐分胁迫的响应

以盐敏感品种‘中棉所45’(CCRI45)、弱耐盐品种‘新陆早17号’(XLZ17)、中等耐盐品种‘新陆早13号’(XLZ13)和耐盐品种‘中棉所35’(CCRI35)为试验材料,利用根系分析系统研究盐分胁迫下棉花根系形态特征及其与棉株耐盐性的关系.结果表明:盐分胁迫显著降低棉花根和叶的干质量以及K^+/Na^+,其中耐盐品种CCRI35和中等耐盐品种XLZ13的根干质量、叶干质量以及根中K^+/Na^+分别比盐敏感品种CCRI45提高了69.3%~104.4%、24.8%~45.3%和25.0%~45.8%;盐分胁迫显著抑制棉花根系生长发育,其中CCRI 35和XLZ13的总根长、根系总表面积、根系总体积以及0~10 cm土层中直径为0~1.2 mm内的根长、根表面积和根体积均显著高于CCRI45,分别增加了15.2%~85.8%、12.0%~68.5%、31.7%~217.8%、27.2%~73.9%、39.6%~74.3%和99.0%~309.7%.主成分分析表明,比根长、浅层根长比例和细根比例受基因型差异的影响较为明显,是区分不同耐盐品种棉花根系形态差异的主要指标.逐步回归分析显示,比根长、0~10 cm土层的粗根根长、细根根表面积、粗根根表面积、粗根体积、中根比例,以及10~20 cm粗根根长、粗根表面积、粗根体积等根系参数对盐分响应敏感.耐盐棉花品种可通过维持表层根长比例、细根比例和比根长的增加来适应盐分胁迫.     

花生抗旱性鉴定指标的筛选与评价

为确定鉴定花生(Arachis hypogaea)品种(系)抗旱性指标体系, 综合评价花生品种(系)的抗旱性, 在人工控水条件下, 通过盆栽试验, 测定了29个花生品种(系)苗期和花针期的株高、分枝数、生物累积量、叶片含水量和光合色素含量等与抗旱性有关的13个表观形态性状和生理性状的指标, 采用抗旱系数法和隶属函数值法, 对各指标性状进行了水分胁迫下的抗性评价和鉴定。结果表明, 29个花生品种(系)可划分为抗旱性较强、中等、较弱和不抗旱4类, 其中‘唐科8号’、‘冀花2号’、‘大唐油’、‘花育25号’、‘花育17号’、‘鲁花14号’、‘丰花1号’ 7个品种(系)具有较强的抗旱能力; 苗期同一品种(系)的主茎高、分枝数和生物累积量等形态指标和光合色素等生理指标的隶属函数值均有较大差别, 苗期各指标隶属函数值与品种(系)抗旱性无显著相关关系, 苗期单一形态指标不能作为鉴定品种(系)抗旱性的指标; 但苗期抗旱性综合评价值(D)与抗旱系数间存在显著相关关系, D的大小可作为抗旱性的鉴定指标。花针期形态指标和生理指标D值间, 以及各类指标D值与抗旱系数间均存在显著或极显著的相关关系, 此期植株形态指标、生理指标隶属函数值以及综合D值均可作为鉴定品种(系)抗旱性的指标。     

小豆种质资源苗期抗旱性评价及抗旱资源筛选

为了探讨小豆苗期抗旱性特点,建立抗旱性鉴定指标评价体系,筛选抗旱基因型材料,本研究以苗期盆栽控水方式,对不同来源的235份小豆种质资源进行了干旱胁迫试验。在测定其根系形态、株高、生物量和冠层萎蔫等15项指标的基础上,利用隶属函数值法、主成分分析和聚类分析对抗旱性进行了综合评价。结果表明,干旱胁迫条件下主根长、侧根长、总根长和根冠比值均比对照组高;主根表面积、侧根表面积、总根表面积、主根体积、侧根体积、总根体积、地上部干重、地下部干重、整株干重和株高值均低于对照组。各性状隶属函数值相关性分析表明隶属函数值平均值与总根表面积相关性最大。主成分分析将15个性状归纳成3个主成分(累积贡献率为82.8%),其中第Ⅰ主成分的载荷主要是根表面积,第Ⅱ主成分的载荷主要是干重,第Ⅲ主成分的载荷主要是主根长。聚类分析将235份小豆种质资源聚成抗旱型、中间型和敏感型3类,分别占供试材料的8%、63%、29%。根据隶属函数值法和主成分分析法结合不同类型根系形态,可将总根表面积作为小豆苗期抗旱性评价的主要指标。初步筛选出15份小豆耐旱资源材料,为进一步开展小豆抗旱育种和挖掘抗旱基因提供了基础材料。     

不同抗旱性冬小麦根系时空分布与产量的关系

为明确不同抗旱性冬小麦品种(Triticum aestivum L.)根系时空分布及其与产量的关系,以抗旱性品种长武134、长旱58和干旱敏感性品种小偃22、西农979为材料,采用根箱试验研究干旱胁迫和充分供水条件下4个品种在拔节期、开花期和成熟期根系总生物量、总根长密度、根系在表层(0—20 cm)和深层(20 cm以下)土壤中的垂直分布、动态变化及其对产量的影响。结果表明,干旱胁迫下抗旱性品种产量显著高于干旱敏感性品种,其中长旱58产量最高,西农979最低;充分供水条件下,西农979产量最高,长武134最低,长旱58与小偃22之间没有差异。相关分析表明,产量与各生育时期根系性状均有显著关系。多元逐步回归分析的结果显示,干旱胁迫和充分供水条件下,拔节期深层根生物量对产量有正效应,而成熟期总根长密度对产量表现为负效应。通径分析表明,干旱胁迫下,根系性状对产量的直接贡献大小为开花期总根长密度(|0.54|)拔节期深层根生物量(|0.36|)成熟期总根长密度(|-0.31|);充分供水时,成熟期总根长密度(|-1.56|)拔节期深层根生物量(|0.83|)。研究表明,减少成熟期总根长密度,增加拔节期深层根生物量对抗旱性及干旱敏感性冬小麦品种产量均有显著的正效应,增加开花期根长密度有利于提高抗旱性冬小麦产量。     

小麦幼苗根系形态与反复干旱存活率的关系

以35个不同栽培类型的小麦品种（系）作为试验材料,根据其6叶幼苗的根系形态性状进行聚类分析,供试材料的根系类型分为3种：大根系、小根系和中间型根系。具有中间型根系的材料反复干旱存活率最高,这些材料的根系特点是单株根数7－8．5条,最大根长20-22cm,根总干重44－48mg,其中10cm以下根干重占36％－45％,根冠比范围在0.22-0.24。一些水地栽培的育成品种苗期抗旱性较强,旱地栽培的育成品种苗期抗旱性差异较大,个别旱地栽培的地方品种在土壤水分胁迫条件下反而比在正常水分条件下的根系发育更好,可能是长期适用干旱条件的结果。     

综合隶属函数法评价花生品种抗旱性与AhNCED1基因表达的关系

利用综合隶属函数法评价不同产地8个花生品种幼苗的抗旱能力, 同时分析各品种花生在模拟干旱处理2小时和12小时后叶片AhNCED1基因表达量的变化, 探讨花生品种抗旱性与叶片AhNCED1基因表达的关系, 建立花生(Arachis hypogaea)幼苗时期通过AhNCED1基因表达变化检测花生抗旱性等级的方法。结果显示, 干旱处理2小时, 各品种叶片AhNCED1基因表达量迅速增加, 与处理前相比差异极显著; 干旱处理12小时, 各品种花生叶片AhNCED1基因表达量均降低, 但仍均高于处理前水平。综合隶属函数值定量反映各品种抗旱性强弱顺序为: 花育24号>福花13号>粤油7号>中花15号>中花16号>航花2号>福花9号>北海1号。干旱处理2小时各品种花生叶片AhNCED1表达量变化大小依次为: 福花13号>花育24号>中花16号>中花15号>航花2号>粤油7号>北海1号>福花9号。其中, 抗旱性强的品种为花育24号和福花13号, 抗旱性弱的品种为福花9号和北海1号, 其余4个品种为中等抗旱。该抗旱性评价结果与这些品种在生产上的表现一致, 干旱胁迫2小时花生品种叶片AhNCED1基因的表达量变化与其抗旱性一致。因此, AhNCED1基因表达量可作为苗期花生品种抗旱性等级的量化指标之一。     

PEG胁迫及复水对不同抗旱性小麦幼苗脯氨酸代谢关键酶活性的影响

以两种不同抗旱性小麦品种幼苗为试验材料,采用PEG模拟干旱胁迫处理,探究干旱胁迫及复水对小麦幼苗叶片与根系脯氨酸累积及关键酶活性的影响。结果显示:(1)PEG胁迫下抗旱品种‘普冰143’根长和根干重下降不大,而水敏感品种‘郑引1号’根长和根干重下降显著;且于胁迫处理36h时‘普冰143’根系脯氨酸含量增加(75.0%)显著大于‘郑引1号’(37.7%),复水24h后均恢复至对照水平。(2)PEG胁迫下‘普冰143’叶片中谷氨酸合成途径关键酶P5CS和鸟氨酸合成途径关键酶δ-OAT活性均显著增加,且‘普冰143’叶片脯氨酸两条合成途径关键酶活性均得以加强;PEG胁迫处理36h时,‘郑引1号’叶片中P5CS活性增加显著,δ-OAT活性变化较小,且‘郑引1号’叶片脯氨酸合成可能以谷氨酸途径为主;但在PEG胁迫下两个不同抗旱性品种的根中P5CS、δ-OAT活性均变化较小。(3)PEG胁迫处理36h时‘普冰143’叶片脯氨酸降解酶PDH活性显著下降,而‘郑引1号’叶片PDH活性显著增加,复水后抗旱品种叶片该酶活性显著增加,水敏感品种恢复至对照水平;但PEG胁迫处理下两个不同抗旱性品种的根中PDH活性均显著下降。研究表明,PEG胁迫下小麦叶片是合成脯氨酸的主要部位,抗旱品种‘普冰143’根系脯氨酸持续积累与叶片中高的脯氨酸合成关键酶活性及脯氨酸转运有关。     

干旱胁迫对不同根型苜蓿根系构型的影响

采用盆栽试验,比较播种当年及生长第2年对照、中度、重度干旱胁迫下根茎型、直根型、根蘖型苜蓿根系平面、立体几何构型和分形特征差异,以探究不同根型苜蓿对干旱的适应策略。结果表明：随干旱胁迫增加,各根型苜蓿根系总长度、总表面积、总体积和平均直径均减小;各根型苜蓿的根系拓扑指数较小,根系分支模式为叉状分支结构;各根型苜蓿的根系具有较好的分形特征,其分形维数较小,而分形丰度和平均连接长度均较大,表明其根系分支相对简单,但空间拓展能力强,有利于对营养空间的占有;各根型苜蓿的总分支较小、逐级分支率较大,有助于资源的快速获取和促进主根的向下生长。对根系构型参数进行主成分分析,根系总表面积、分形丰度、根长、根体积、分形维数和比根长6个根系构型参数能较好反映不同根型苜蓿根系构型特征。重度胁迫下,根茎型、根蘖型苜蓿的根系总长度、总表面积、总体积、比根长、比表面积、平均连接长度均大于直根型苜蓿,表明根茎型、根蘖型苜蓿适应干旱环境的能力强于直根型苜蓿。     

干旱胁迫及复水对不同黍稷品种根系生理特性的影响

以2种抗旱性不同的黍稷品种(‘陇糜4号’和‘晋黍7号’)为试验材料,采用盆栽试验研究了苗期中度和重度干旱胁迫后拔节期复水对其根系生理特性的影响。结果显示:(1)干旱胁迫引起2个黍稷品种根系活力明显下降,根系SOD、POD活性以及MDA、脯氨酸含量明显升高,而且重度干旱胁迫处理变化幅度显著大于中度干旱胁迫。(2)复水后,2个黍稷品种根系的各项生理指标均有不同程度的恢复,且中度胁迫处理较易恢复,重度胁迫下恢复能力很弱。(3)2个黍稷品种根系各项生理指标在干旱胁迫及复水条件下变化幅度不同,干旱胁迫下抗旱性强的‘陇糜4号’根系活力下降幅度明显低于抗旱性弱的‘晋黍7号’,根系SOD活性、POD活性、MDA含量和脯氨酸含量的上升幅度明显高于‘晋黍7号’,而复水后‘陇糜4号’根系的各项生理指标的恢复能力明显强于‘晋黍7号’。研究表明,干旱胁迫及复水条件下‘陇糜4号’均表现出较高的根系活力、保护酶活性和脯氨酸含量,且MDA含量较低,从而表现出较强的抗旱性。     

两个不同耐旱性棉花品种根系生理特性对干旱的响应

为探明不同抗旱性棉花品种的根系生理特性对干旱的响应及其与生物量的关系,以不耐旱性品种‘新陆早17号'(L17)和耐旱性品种‘新陆早22号'(L22)为试材,在土柱栽培条件下设常规灌溉(CK)、轻度干旱(W₁)和中度干旱(W₂)处理,研究干旱胁迫对不同耐旱性棉花品种根系活力、保护酶活性及解剖结构(导管直径、数量)和生物量的影响。结果表明:干旱胁迫下两棉花品种根系可溶性蛋白(SP)含量、根系活力(RV)、木栓层数、根茎导管数量、导管直径显著降低,根系丙二醛(MDA)含量及保护性酶活性显著增加,进而导致地上部干物质量显著降低。与L17相比,L22的SP含量、0～40 cm和80～120 cm土层RV、木栓层数、根茎导管数量、导管直径以及地上部干物质量均显著增加,尤其W₂条件下L22的RV降幅比L17低26.2%,过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性和皮层厚度分别比L17高43.6%、6.9%、25.4%、19.9%,且差异均达到显著水平。干物质量与RV、SOD、POD、木栓层数、导管直径和个数之间均呈显著正相关。因此,耐旱性强的棉花品种在干旱条件下通过保持较高的根系活性、木栓层数、导管直径和数量,进而促进地上部生物量积累,是其具有较高耐旱性的生理机制。     

Superoxide dismutase and peroxidase activities in drought sensitive and resistant barley (Hordeum vulgare L.) varieties

The effects of water deficit on relative water content (RWC), on the activity superoxide dismutase (SOD) and peroxidase (POX) from leaves of two drought-resistant barley strains (Hordeum vulgare L.) varieties (TOKAK-157/37 and 56000/MISC-233) and one sensitive (ERGINEL-90) were studied. In 21 day old seedlings, drought stress was initiated by withholding water and lasted for 12 days. Activity of SOD increased by the effect of drought treatments in the leaves of drought-resistant varieties TOKAK-157/37 and 56000/MISC-233 as compared to sensitive variety ERGINEL-90. The drought treatment resulted in a 418 % and 59 % increase in SOD activity in resistant varieties at the end of the 12^th day of experimental period. However, an increase in activity of SOD was not accompanied by an increase in activity of POX in drought-resistant TOKAK-157/37 and 56000/MISC-233 except on the 6^th day of drought treatment in 56000/MISC-233. In drought-sensitive variety, ERGINEL-90, POX activity did not change throughout drought period.     

干旱条件下大豆叶片H_2O_2代谢变化及其同抗旱性的关系

干旱条件下大豆叶片H_2O_2含量增加,AsA POD与 GR活性均表现“先上升后下降”的趋势。叶片AsA与GSH含量均随干旱时间的延长而逐渐下降,而PPOD活性则持续增加。抗旱性较强的小粒大豆品种7605在干旱条件下能维持较强的 H_2O_2清除能力,H_2O_2累积较少。     

干旱胁迫对不同根型苜蓿根系生长及根际土壤细菌的影响

为明确干旱胁迫对根茎型清水紫花苜蓿、直根型陇东紫花苜蓿、根蘖型公农4号杂花苜蓿根系生长及根际土壤细菌群落的影响,采用盆栽试验,运用16S rRNA基因测序技术,研究了幼苗期干旱胁迫下各根型苜蓿根系生长及根际土壤细菌群落结构的变化。结果表明：干旱胁迫下各根型苜蓿的Chao1和ACE丰富度指数均在中度胁迫下最大,Simpson和Shannon-wiener多样性指数各处理间差异不显著;根际土壤细菌群落均以变形菌门、绿弯菌门、类杆菌门、放线菌门和厚壁菌门为主,干旱胁迫均显著增加了变形菌门和厚壁菌门的相对丰度,显著降低了绿弯菌门的相对丰度,但类杆菌门和放线菌门先提高后下降。统计学分析显示,幼苗期干旱胁迫显著影响各根型苜蓿生长发育,随胁迫程度增加,其株高、地上生物量、地下生物量、根系活力、根体积、根系总长均显著降低,根冠比先增加后下降且在中度胁迫时达到最大值。重度胁迫下,清水苜蓿的株高、根系活力显著大于其他品种,而根冠比、根系干重显著小于其他品种;陇东苜蓿的根长、根尖数均显著大于其他品种;根系平均直径、根系总表面积各根型苜蓿间差异不显著。研究结果为植物的抗干旱胁迫以及提高各根型苜蓿在干旱胁迫下的水分利用提供参考。     

干旱胁迫对小麦幼苗抗氰呼吸和活性氧代谢的影响

研究了干旱胁迫对抗旱性强弱不同的两种小麦幼苗的抗氰呼吸和活性氧代谢的影响。干旱胁迫导致了两种小麦抗氰呼吸活性及基因转录水平的下降,但抗旱品种在轻度干旱胁迫下表现出一定的适应能力,其抗氰呼吸活性及基因转录水平均高于不抗旱品种。干旱胁迫下,对干旱敏感的小麦幼苗叶片中活性氧含量高于抗旱小麦;3种抗氧化酶的活性低于抗旱小麦的3种抗氧化酶的活性。据此认为,严重的干旱胁迫引起活性氧含量的增加扰动了活性氧与抗氰呼吸之间的应答平衡,但抗氰呼吸可能通过清除活性氧等机制而起了抗旱的作用。     

不同生育期花生渗透调节物质含量和抗氧化酶活性对土壤水分的响应

通过防雨棚池栽试验,以不同花生品种为试材,研究了不同生育时期非充分灌溉对花生品种各生育期叶片膜脂过氧化、渗透调节物质含量和抗氧化酶活性的影响.结果表明,苗期和花针期灌水,叶片抗氧化酶活性、渗透调节物质和丙二醛(MDA)含量均有不同程度的降低.随生育期推进和土壤水分降低,其活性升高,但升幅因品种、抗氧化酶和渗透调节物质类型有异,两品种叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白质(Pr)、游离氨基酸(AA)和脯氨酸(Pro)含量均以对水分最为敏感的花针期升幅较大,且花育27号的SOD、CAT、Pr和AA的升幅大于花育20号;结荚期灌水后,各抗氧化酶和渗透调节物质未表现降低.两品种全生育期灌水处理与苗期灌水处理间的抗氧化酶活性、渗透调节物质和MDA含量差异均不显著.水分胁迫初期,抗氧化酶活性升高,但随胁迫时间延长其活性明显降低;而渗透调节物质和MDA含量显著高于各生育期灌水处理.POD活性变化对灌水处理响应较弱,SOD和CAT是花生适应土壤水逆境的主要保护酶.灌水处理对花生叶片抗氧化及渗透调节能力表现为花针期＞结荚期＞苗期,各渗透物质调节能力依次表现为脯氨酸、可溶性蛋白质＞可溶性糖＞游离氨基酸.