干旱胁迫下喷施外源植物激素对甘薯生理特性和产量的影响

为探讨不同时期干旱胁迫下喷施外源植物激素对甘薯生理特性和产量的影响,明确喷施外源植物激素的最佳时期,在人工控水条件下研究了移栽后20(前期)、60(中期)和100 d(后期)干旱胁迫下喷施6-苄氨基嘌呤(6-BA)、α-萘乙酸(NAA)和脱落酸(ABA)对甘薯内源激素含量、光合荧光特性和产量的影响。结果表明: 与喷清水相比,喷施外源植物激素均能显著提高甘薯产量,以6-BA增幅最大,其次是NAA和ABA;前期喷施效果好于中期和后期。不同时期干旱胁迫下,喷施外源植物激素可显著提高甘薯叶片的光合和叶绿素荧光参数,缓解因干旱引起的玉米素核糖核苷(ZR)和生长素(IAA)含量下降的现象。逐步回归分析表明,内源激素和光合特性是影响甘薯产量的关键指标。通径分析表明,前期干旱胁迫下喷施外源植物激素主要通过影响净光合速率(P_n)、IAA、ZR、最大光化学效率和光化学性能指数来影响甘薯产量。生长前期喷施6-BA可调控甘薯内源激素含量,提高光合特性,有效缓解干旱造成的产量损失。     

水分胁迫和接种菌根真菌对青冈栎根系形态的影响

以石漠化地区造林树种青冈栎幼苗为试验材料,在盆栽条件下,分别用内生菌根真菌摩西球囊霉(Glomus mosseae,Gm)、根内球囊霉(Glomus intraradices,Gi)、外生菌根真菌彩色豆马勃(Pisolithus tinctorius,Pt)和3种菌根真菌混合菌剂进行接种,利用根系扫描仪Epson Perfection V700和根系分析软件WinRhizo,研究了正常水分、中度干旱和重度干旱条件下菌根真菌对青冈栎幼苗根系形态的影响。结果表明:在土壤干旱条件下,接种菌根真菌使青冈栎根系生物量、总根长、根表面积和根体积显著增加,使根平均直径减小;在土壤中度干旱胁迫下,Pt处理根表面积显著高于Gm和Gi处理,而根平均直径显著小于Gm和Gi;在重度干旱胁迫下,Pt处理根生物量和根体积显著小于Gm和Gi,根平均直径显著大于Gm和Gi;相关性分析表明,菌根侵染率与根生物量和总根长呈极显著正相关。本研究表明,在干旱条件下,菌根真菌可改变青冈栎幼苗根系形态,促进碳水化合物向根系积累和分配。     

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.     

干旱条件下接种AM真菌对小马鞍羊蹄甲幼苗根系的影响

为了探讨岷江干旱河谷丛枝菌根真菌(AMF)对寄主植物幼苗根系的影响,通过接种购买的AMF摩西球囊霉菌(Funneliformis mosseae)到优势乡土灌木小马鞍羊蹄甲(Bauhinia faberi var.microphylla)幼苗,在重度、中度和轻度干旱条件下培养3个月,研究不同干旱条件下AMF对幼苗根系形态特征、结构特征、功能性状的影响。方差分析结果表明:(1)3种干旱胁迫条件下,接菌均显著增加了幼苗的根总长、根表面积、根分枝数、根尖数(P0.001),在中度胁迫和轻度胁迫下,接菌显著促进根鲜重、根体积的增加(P0.001),轻度胁迫条件下接菌幼苗的根鲜重、根总长、根表面积、根体积、根尖数最高并显著高于其它处理,但接菌与未接菌的根平均直径之间没有显著差异;(2)接菌幼苗根系趋向于叉状分支结构,在重度胁迫时,叉状分支趋势更显著(P0.001);(3)接菌幼苗的根比例都显著小于未接菌的,但幼苗比根长不存在显著差异。相关分析结果表明:菌根侵染率与根鲜重、根总长、根表面积、根体积、根分枝数、根尖数呈极显著正相关(P0.001),与拓扑指数、根比例呈极显著负相关(P0.001)。研究表明,在干旱条件下,AMF虽然没有提高生长初期的根系的吸收效率,但接种AMF显著影响幼苗根系形态特征和结构特征,更利于植物适应干旱环境,并且AMF对幼苗根系的促生作用随着干旱胁迫程度减轻而提高。     

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。     

内生型解淀粉芽孢杆菌YTB1407对甘薯根系的促生作用及其调控机理

本实验室从西洋参根中分离筛选获得兼具生防和促生效果的内生型解淀粉芽孢杆菌YTB1407.为调查其应用潜力,以甘薯为材料,以无菌水灌根处理(CK)为对照,采用不同浓度YTB1407菌悬液灌根盆栽甘薯植株,通过对甘薯生长前期3个主要生育时间点YTB1407在植株内的内生定殖检测和根系表型效应比较,筛选菌悬液灌根的最适处理浓度.对根系内源生长素吲哚乙酸(IAA)、细胞分裂素玉米素核苷(ZR)、反式玉米素核糖核苷(t-ZR)的含量和吲哚乙酸氧化酶类中的吲哚乙酸氧化酶(IAAO)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)的活性进行分析.结果表明: YTB1407促进了甘薯生长前期根系统的定殖、不定根幼根的伸长生长及侧根的发生,提高了根系活力;在甘薯生长后期形成了更大的吸收根系生物量和更低的地上部和总根系生物量比.其中OD₆₀₀值为0.50的菌悬液处理(T_0.50)促生效应显著,在甘薯茎叶封垄期的单株块根鲜质量和有效薯块数量最高.YTB1407通过提高ZR、t-ZR含量,降低IAAO活性、提高PPO活性和IAA含量以及(t-ZR+ZR)/IAA,促进块根分化建成初期甘薯不定根幼根向块根的分化;通过降低IAAO、PPO活性和提高IAA含量,降低(t-ZR+ZR)/IAA,促进块根分化建成后期甘薯分化根向块根的建成.     

干旱对杉木幼苗根系构型及非结构性碳水化合物的影响

通过比较不同时期不同强度干旱胁迫下杉木1年生盆栽苗地上部分生长、根系构型以及根系中非结构性碳水化合物含量（TNC）的变化,并分析各指标之间的相关性,探究杉木根系在干旱胁迫下的适应性策略以及抗旱生理机制,以期为杉木造林生产和水分管理提供科学依据和技术指导。结果表明：随着干旱程度的加强,杉木幼苗地上部分干重（SDW）、根干重（RDW）、根长（RL）、根表面积（SA）、根体积（RV）、根尖数（RT）、根系分支角度（Angle）、分形维数（FD）逐渐减小,根冠比（R/T）逐渐增大,根系拓扑指数（TI）、根系平均直径（RD）先增大后减小,比根长（SRL）先减小后增大。而根系连接长度（LL）、TNC、糖淀比在不同时期表现出不同的趋势。连接长度随着干旱胁迫的加强在30 d和60 d时表现出逐渐增加趋势而在90 d时则表现出先减小后增大的趋势。TNC在30 d和60 d时先增大后减小,但90 d时,呈逐渐下降的趋势。糖淀比随着干旱胁迫的加强在30 d和60 d时表现出先增加后减小趋势,90 d时,表现为先减小后增大。干旱胁迫显著影响根系在不同径级的分布长度,且随着胁迫时间的延长不断变化。杉木地上部分生长与根系生长指标（RL、SA、RV、RT、RDW）以及根系构型指标（Angle、FD）之间存在显著的正相关（P < 0.01）,根系平均直径与TNC存在显著的正相关（P < 0.05）。总之,杉木通过增加根系光合产物的积累、提高根系建成成本,增加有限成本下根系的复杂程度和延伸范围,降低根系分支角度,使根系"更陡更深"来适应不同强度的干旱胁迫。     

干旱胁迫对小麦幼苗根系生长和叶片光合作用的影响

采用水培试验方法,以2个耐旱性不同的小麦品种(敏感型望水白和耐旱型洛旱7号)为材料,研究了干旱胁迫对小麦幼苗根系形态、生理特性以及叶片光合作用的影响,以期揭示小麦幼苗对干旱胁迫的适应机制.结果表明： 干旱胁迫下,2个小麦品种幼苗的根系活力显著增大,而根数和根系表面积受到抑制;干旱胁迫降低了望水白的叶片相对含水量,提高了束缚水/自由水,而对洛旱7号无显著影响;干旱胁迫降低了2个小麦品种叶片的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度,但随胁迫时间的延长,洛旱7号的叶绿素含量和净光合速率与对照差异不显著;干旱胁迫降低了2个小麦品种幼苗的单株叶面积,以及望水白的根系、地上部和植株生物量,而对洛旱7号无显著影响.水分胁迫下,耐旱型品种可以通过提高根系活力、保持较高的根系生长量来补偿根系吸收面积的下降,保持较高的根系吸水能力,进而维持较高的光合面积和光合速率,缓解干旱对生长的抑制.     

干旱胁迫对小麦幼苗根系生长和叶片光合作用的影响

采用水培试验方法,以2个耐旱性不同的小麦品种(敏感型望水白和耐旱型洛旱7号)为材料,研究了干旱胁迫对小麦幼苗根系形态、生理特性以及叶片光合作用的影响,以期揭示小麦幼苗对干旱胁迫的适应机制.结果表明： 干旱胁迫下,2个小麦品种幼苗的根系活力显著增大,而根数和根系表面积受到抑制;干旱胁迫降低了望水白的叶片相对含水量,提高了束缚水/自由水,而对洛旱7号无显著影响;干旱胁迫降低了2个小麦品种叶片的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度,但随胁迫时间的延长,洛旱7号的叶绿素含量和净光合速率与对照差异不显著;干旱胁迫降低了2个小麦品种幼苗的单株叶面积,以及望水白的根系、地上部和植株生物量,而对洛旱7号无显著影响.水分胁迫下,耐旱型品种可以通过提高根系活力、保持较高的根系生长量来补偿根系吸收面积的下降,保持较高的根系吸水能力,进而维持较高的光合面积和光合速率,缓解干旱对生长的抑制.     

干旱胁迫对东方百合根叶生理功能及花粉育性的影响

以东方百合‘Sorbonne’为材料,在持续干旱4、8、12、16、20、24d及干旱24d后复水4d时分别取样,检测叶片叶绿素荧光参数、光合生理指标、抗氧化酶活性和丙二醛含量,并观测其茎生根发育情况以及调查植株在干旱胁迫期、复水期、开花期的花粉育性,明确干旱胁迫对百合根、叶生理功能及花粉育性的影响,探讨百合的抗旱生理机制。结果表明:(1)与对照相比,干旱处理组百合植株的叶绿素含量随着干旱时间延长而逐渐降低,处理4d后百合开始明显受到干旱胁迫;胁迫4~8d内,光合作用受到的胁迫主要是气孔因素所致;胁迫8~12d期间,叶片荧光叶绿素指标开始急剧变化,光合作用受到的胁迫已开始从气孔因素转变为非气孔因素;胁迫12d后,叶片丙二醛含量增加,膜质开始受到氧化;胁迫16d时,叶片抗氧化酶系统活性达到峰值,随后开始降低,丙二醛累积随之增加,膜脂过氧化作用加剧;胁迫24d时,叶片光合指标略有所恢复。(2)解除干旱胁迫复水4d后,百合叶片光合生理指标均有所恢复,但未恢复到胁迫前水平。(3)与正常对照相比,经历干旱胁迫的百合根系随着干旱胁迫时间的延长先缩短变粗、数量减少,然后逐渐褐化并趋近萎缩,且根系干鲜重显著降低,但花粉育性在胁迫期、复水期及开花期没有显著变化。研究发现:持续24d的干旱胁迫会对东方百合叶片的光合功能和抗氧化酶系统以及根系产生破坏性的伤害,但对花粉的育性没有影响。     

不同时期干旱胁迫对甘薯光合效率和耗水特性的影响

在2014-2015年遮雨棚下种植甘薯品种‘济薯21’,以全生育期正常灌水(WW)为对照,研究了全生育期(DS)、发根分枝期(DS₁)、蔓薯并长期(DS₂)和快速膨大期(DS₃)干旱胁迫对甘薯光合作用、产量和耗水特性的影响.结果表明: DS、DS₁、DS₂和DS₃的生物产量分别比WW降低31.3%、21.2%、19.6%和7.7%,收获指数分别降低19.9%、14.5%、14.1%和6.5%,薯干产量分别降低45.3%、33.1%、31.3%和14.2%.栽后100 d,DS、DS₁、DS₂和DS₃的叶面积系数分别比WW减少77.1%、60.1%、39.2%和17.1%;栽后90 d,叶片光合速率分别比WW降低56.7%、26.6%、18.7%和9.5%.干旱胁迫降低了甘薯垄间的日蒸发量、蒸腾速率、耗水量和日耗水量,降低了土壤水利用效率而提高了灌溉水利用效率.干旱胁迫通过降低叶面积系数和光合速率,减少了生物产量及其向块根的分配,进而导致薯干产量显著降低.干旱胁迫时间越早、持续时间越长,对叶面积系数和光合速率,以及生物产量和收获指数的不利影响越大、导致减产幅度越大,水分利用效率越低.在有限的灌水条件下,甘薯生产中应尽可能减少前期干旱.     

Identification of drought tolerance determinants by genetic analysis of root response to drought stress and abscisic Acid

Drought stress is a common adverse environmental condition that seriously affects crop productivity worldwide. Due to the complexity of drought as a stress signal, deciphering drought tolerance mechanisms has remained a major challenge to plant biologists. To develop new approaches to study plant drought tolerance, we searched for phenotypes conferred by drought stress and identified the inhibition of lateral root development by drought stress as an adaptive response to the stress. This drought response is partly mediated by the phytohormone abscisic acid. Genetic screens using Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) were devised, and drought inhibition of lateral root growth (dig) mutants with altered responses to drought or abscisic acid in lateral root development were isolated. Characterization of these dig mutants revealed that they also exhibit altered drought stress tolerance, indicating that this root response to drought stress is intimately linked to drought adaptation of the entire plant and can be used as a trait to access the elusive drought tolerance machinery. Our study also revealed that multiple mechanisms coexist and together contribute to whole-plant drought tolerance.     

微生物帮助烟草抗旱的机理及其应用

干旱是中国烟草种植业面临的较为严重的非生物胁迫.很多与植物共生或联合的根际微生物能帮助植物避旱和耐旱.微生物能通过菌丝吸水并转运到植物,通过产生植物激素或改变植物内源激素的平衡来促进根发育和伸长,或诱导叶片关闭气孔,促进根吸水和减少叶片散失水分来避旱.微生物能通过调整不同激素介导的信号通路,诱导植物产生系统抗逆性,促进植物细胞产生渗透保护剂、抗氧化物和活性氧清除剂而耐旱.微生物还能帮助植物吸收营养,以支持植物在干旱胁迫下的代谢和生长.本文关注丛枝菌根真菌、模式内生真菌印度梨形孢和根际促植物生长细菌帮助烟草和番茄等植物抗旱的机理,探讨如何在烟草育苗和栽培中应用有益微生物来帮助烟草抗旱.     

施钾对甘薯氮素转移分配及氮代谢酶活性的影响

利用¹⁵N示踪技术,研究了施钾对甘薯发根结薯期、薯块膨大期地上和地下部氮素转移分配、光合特性及氮代谢酶活性的影响.结果表明: 在发根结薯期,施钾显著提高¹⁵N向地上部的转移分配,其中K₃(K₂O, 300 mg·kg^-1)处理与对照相比¹⁵N向叶片转移速率提高了76.2%,¹⁵N积累量提高了92.1%.在薯块膨大期,随施钾量增加地上部叶片¹⁵N总分配率由33.7%降低至24.4%,块根¹⁵N分配率由5.8%升高至17%,其中K₃处理块根¹⁵N积累量是对照的3倍.两个关键生长期硝酸还原酶、谷氨酸脱氢酶、谷氨酰胺合酶、谷氨酸合酶和净光合速率(P_n)均随施钾量的增加而提高.逐步回归分析表明,氮代谢酶活性和P_n是影响甘薯¹⁵N转移和分配的主要因素(R分别为0.965和0.942),通径分析表明,在发根结薯期主要通过促进硝酸还原酶和谷氨酸脱氢酶介导的氮素催化能力促进氮素向地上部分配;在薯块膨大期主要通过提高谷氨酰胺合酶/谷氨酸合酶循环介导的氮素同化能力促进氮素向地下部分配.     

Comparative Analysis of Endogenous Hormones in Leaves and Roots of Two Contrasting Malus Species in Response to Hypoxia Stress

Plant hormones play important roles in regulating developmental processes and signaling networks involved in plant responses to biotic and abiotic stresses. We comparatively studied the growth and endogenous hormonal levels in leaves and roots in two Malus species (M. sieversii and M. hupehensis) differing in hypoxia tolerance under normoxic and hypoxia stress. The results showed that hypoxia stress inhibited growth of seedlings of both Malus species, but with significant differences in intensity. Exposure to hypoxia altered the levels of endogenous hormones in leaves and roots in both Malus seedlings. Leaf and root abscisic acid (ABA) contents increased in response to hypoxia stress in both genotypes despite different extents. Compared with M. hupehensis, M. sieversii was more responsive to hypoxia stress, resulting in larger increases in leaf and root ABA contents. The changes in leaf and root ABA contents correlating with the different tolerance levels of the genotypes confirm the involvement of this hormone in plant responses to hypoxia stress. Gibberellins (GAs; GA₁ + GA₄) continuously increased in leaves and roots during the whole period of stress, whereas indole-3-acetic acid (IAA) showed a sharp increase at the early stage in both Malus seedlings. In addition, zeatin riboside (ZR), dihydrozeatin riboside (DHZR), and isopentenyl adenine (IPA) differed in their pattern of changes in both Malus seedlings under hypoxia stress. Based on variations in endogenous hormonal levels in both Malus species that differ in their ability to tolerate hypoxia, we conclude that not a single hormone but multiple hormones and their interplay are responsible for hypoxia tolerance.     

干旱胁迫下拟南芥中H_2S与ABA信号关系研究

以野生型拟南芥(WT)、硫化氢(H_2S)合成酶缺失型突变体lcd、脱落酸(ABA)合成缺失型突变体aba1实生苗为材料,以0.3 mol·L^-1甘露醇模拟干旱胁迫,研究干旱胁迫对ABA含量、H_2S含量的影响,及其在拟南芥抵抗干旱胁迫中的作用及信号关系。结果显示:干旱胁迫显著提高LCD和ABA1基因相对表达以及H_2S含量,ABA含量;干旱胁迫显著抑制突变体lcd、aba1的种子萌发;干旱胁迫下,外施NaHS促进干旱胁迫下WT、lcd和aba1中內源H_2S的产生及上调LCD、ABA1基因相对表达,而外施ABA提高干旱胁迫下WT、aba1中H_2S含量及LCD、ABA1基因相对表达,但是对lcd中H_2S含量及LCD基因相对表达没有显著影响。研究结果表明,信号分子H_2S和ABA在拟南芥的干旱胁迫响应中发挥一定的作用,且H_2S位于ABA的下游参与调控拟南芥的信号过程。     

Biochar and Arbuscular mycorrhizal fungi mediated enhanced drought tolerance in Okra (Abelmoschus esculentus) plant growth,root morphological traits and physiological properties

Drought is a major abiotic factor limiting plant growth and crop production. There is limited information on effect of interaction between biochar and Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) on okra growth, root morphological traits and soil enzyme activities under drought stress. We studied the influence of biochar and AMF on the growth of Okra (Abelmoschus esculentus) in pot experiments in a net house under drought condition. The results showed that the biochar treatment significantly increased plant growth (the plant height by 14.2%, root dry weight by 30.0%) and root morphological traits (projected area by 22.3% and root diameter by 22.7%) under drought stress. In drought stress, biochar treatment significantly enhanced the chlorophyll ‘a’ content by 32.7%, the AMF spore number by 22.8% and the microbial biomass as compared to the control. Plant growth parameters such as plant height, shoot and root dry weights significantly increased by AMF alone, by 16.6%, 21.0% and 40.0% respectively under drought condition. Other plant biometrics viz: the total root length, the root volume, the projected area and root diameter improved significantly with the application of AMF alone by 38.3%, 60.0%,16.8% and 15.9% respectively as compared with control. Compared to the control, AMF treatment alone significantly enhanced the total chlorophyll content by 36.6%, the AMF spore number by 39.0% and the microbial biomass by 29.0% under drought condition. However, the highest values of plant growth parameters (plant height, shoot dry weight, root dry weight) and root morphological traits (the total root length, root volume, projected area, root surface area) were observed in the combined treatment of biochar and AMF treatment viz: 31.9%, 34.2%, 60.0% and 68.6%, 66.6%, 45.5%, 41.8%, respectively compared to the control under drought stress. The nitrogen content, total chlorophyll content and microbial biomass increased over un-inoculated control. The soil enzymes; alkaline phosphatase, dehydrogenase and fluorescein diacetate enzyme activities significantly increased in the combined treatment by 55.8%, 68.7% and 69.5%, respectively as compared to the control under drought stress. We conclude that biochar and AMF together is potentially beneficial for cultivation of okra in drought stress conditions.