花后干旱或渍水下氮素供应对小麦光合和籽粒淀粉积累的影响

防雨池栽条件下,设置渍水、干旱和对照3个土壤水分处理,每水分处理下再设置两个施氮水平,研究了花后渍水和干旱逆境下氮素水平对两个蛋白质含量不同的小麦品种光合特性和籽粒淀粉积累的影响.结果表明,与对照相比,花后渍水和干旱处理显著降低小麦旗叶净光合速率和SPAD值,干物质积累量下降.干旱处理下,增施氮肥提高旗叶光合速率和SPAD值,渍水处理下则相反.水分逆境明显降低籽粒可溶性总糖含量,且渍水处理下增施氮肥降低小麦叶片和籽粒可溶性总糖含量,干旱状态下规律相反.渍水处理下增施氮肥降低淀粉积累速率.水分逆境明显降低小麦粒重、产量和淀粉产量,且干旱处理下增施氮肥有利于籽粒重、产量和淀粉产量的提高,而渍水下增施氮肥使粒重和产量进一步降低.试验结果表明,花后渍水和干旱逆境下施用氮肥对小麦旗叶光合速率和籽粒淀粉积累有明显的调节效应.     

渍水对四川小麦生理性状及产量的影响

采用二因素裂区设计,连续2年（2011-2012和2012-2013年）以川麦104和内麦836为对象,在小麦苗期、拔节期、孕穗期、开花期分别进行35 d的渍水处理,研究渍水对四川小麦生长和产量形成的影响.结果表明： 苗期渍水减产最大,减产10%～15%,随渍水时期的后移,对产量的影响减小.苗期渍水降低了第3～6叶SPAD值、单株分蘖力和单株成穗数,降低了有效穗数、花后干物质积累量和成熟期干物质量.拔节期渍水降低了第4～7叶SPAD值,孕穗期渍水降低了倒4、倒3、倒2叶SPAD值,拔节期和孕穗期渍水导致花后旗叶SPAD值下降,渐增期灌浆速率（R₁）和平均灌浆速率（R_mean）下降,千粒重下降.开花期渍水对产量影响较小.表明苗期渍水是四川稻茬小麦渍害临界期.     

除草剂对冬小麦光合特性、籽粒产量及品质的调控效应

通过田间试验研究了4种除草剂(2,4-D丁酯、‘巨星’、‘世玛’和‘骠马’)对2个小麦品种(‘临优145’和‘临汾138’)光合特性、籽粒产量和品质的影响。结果表明:2,4-D丁酯使小麦灌浆期间旗叶的叶绿素相对含量(SPAD值)和净光合速率(Pn)一直较低,千粒重和籽粒产量显著低于对照;‘巨星’使灌浆前期的SPAD值和Pn较高而中后期快速下降,灌浆持续时间缩短,产量与对照相近;‘世玛’使灌浆前中期SPAD值和Pn较低但后期下降缓慢,灌浆持续时间延长,千粒重和籽粒产量显著高于对照和其它处理;‘骠马’对光合特性和产量影响较小。2,4-D丁酯和‘骠马’使籽粒的蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值、吸水率、评价值显著或极显著提高,稳定时间延长,而形成时间与对照相近;‘巨星’和‘世玛’处理的品质指标大多低于或接近对照。研究发现,除草剂通过调控小麦旗叶光合特性和灌浆进程来影响其千粒重和籽粒产量,且除草剂和品种间存在差异;2,4-D丁酯虽能明显改善小麦品质但却显著降低籽粒产量,‘骠马’使小麦品质特性改善的同时也使籽粒产量有所提高,‘世玛’虽能显著提高籽粒产量却使品质特性变差。     

小麦灌水时期与灌水量对花后果聚糖积累与转运及水分利用效率的影响

于2004-2005年和2005-2006年冬小麦生长季,在山东泰安和兖州进行田间试验,研究不同灌水时期和灌水量处理对冬小麦开花后倒二节间果聚糖积累与转运和水分利用效率的影响.结果表明：全生育期不灌水促进了灌浆后期倒二节间贮藏果聚糖向籽粒的转运.在拔节期和开花期各灌水60 mm,可提高开花后旗叶的光合速率和同化物输入籽粒量及其对籽粒的贡献率,拔节期、开花期和灌浆期各灌水60 mm或拔节期和开花期各灌水90 mm,灌浆后期旗叶的光合速率显著降低,营养器官花前贮藏同化物转运量及其对籽粒的贡献率升高,花后同化物输入籽粒量及其对籽粒的贡献率降低,灌浆后期倒二节间的聚合度（DP）≥4、DP=3果聚糖滞留量增加,不利于果聚糖向籽粒的转运.两个生长季中,拔节期和开花期各灌水60mm处理的小麦籽粒产量较高,水分利用效率最高.拔节期、开花期和灌浆期各灌水60 mm或拔节期和开花期各灌水90 mm,小麦籽粒产量无显著变化,水分利用效率降低.     

测墒补灌对小麦光合特性和干物质积累与分配的影响

以高产冬小麦品种济麦22为材料,研究了测墒补灌对小麦光合特性和干物质积累与分配的影响.结果表明:W2(拔节期补灌至相对含水量75％,开花期70％)和DW2(拔节后10 d补灌至相对含水量75％,开花期70％)灌浆后期旗叶光合速率和实际光化学效率分别高于W3(拔节期补灌至相对含水量80％,开花期70％)和DW3(拔节后10 d补灌至相对含水量80％,开花期70％)处理;W2和DW2开花期和成熟期干物质积累量、开花前贮藏干物质向籽粒的转运量和籽粒干物质分配量高于W1(拔节期补灌至相对含水量65％,开花期70％)和DW1(拔节后10d补灌至相对含水量65％,开花期70％)处理,水分利用效率和灌溉水生产效率显著高于W3和DW3处理.相同补灌水平下,DW2和DW3灌浆后期旗叶光合速率和实际光化学效率分别高于W2和W3处理,开花期干物质积累量及其向籽粒的转运量低于W2和W3处理,开花后干物质积累量、籽粒产量、水分利用效率和灌溉水生产效率高于W2和W3处理.DW2是本试验条件下的高产高水分利用效率灌溉方案.     

不同生育时期增铵营养对小麦生长及氮素利用的影响

通过两年的田间试验,研究了不同生育时期增铵营养(EAN)对小麦生长和氮素利用的影响．结果表明,田间增铵营养促进了小麦植株的生长和氮素吸收．其中基肥、分蘖期、拔节期EAN提高了小麦的干物质积累量、地上部氮积累量、有效穗数、叶面积指数、叶片叶绿素含量以及小麦的籽粒产量;孕穗期EAN效果不明显;全生育期EAN在促进生长方面的效果并无明显优势,但可有效降低土壤NO3^--N的淋溶损失．与对照相比,EAN提高了氮流效率和吸收效率,但以拔节前处理最为明显．拔节期EAN主要在于改善后期的叶片光合性能,并促进同化物向籽粒的再分配,而基肥和分蘖期EAN主要在于提高有效分蘖数．     

不同生育时期增铵营养对小麦生长及氮素利用的影响

通过两年的田间试验,研究了不同生育时期增铵营养(EAN)对小麦生长和氮素利用的影响.结果表明,田间增铵营养促进了小麦植株的生长和氮素吸收.其中基肥、分蘖期、拔节期EAN提高了小麦的干物质积累量、地上部氮积累量、有效穗数、叶面积指数、叶片叶绿素含量以及小麦的籽粒产量;孕穗期EAN效果不明显;全生育期EAN在促进生长方面的效果并无明显优势,但可有效降低土壤N₃^--N的淋溶损失.与对照相比,EAN提高了氮流效率和吸收效率,但以拔节前处理最为明显.拔节期EAN主要在于改善后期的叶片光合性能,并促进同化物向籽粒的再分配,而基肥和分蘖期EAN主要在于提高有效分蘖数.     

超高产杂交稻灌浆期光合功能与产量的关系

以杂交水稻协优63为对照, 对亩产800 kg以上的超高产杂交水稻组合协优9308抽穗前、后的物质生产特性及剑叶光合作用与穗部物质积累的关系进行研究. 结果表明: (ⅰ) 与协优63相比, 协优9308抽穗前、后的物质生产能力无论生物量还是日干物质生产量, 均极显著高于协优63, 尤以抽穗后更为明显. (ⅱ) 协优9308剑叶的光合碳同化能力(叶源量)极显著高于协优63, 且能够切合籽粒灌浆需求, 在单株水平上其净同化产物基本满足籽粒灌浆的需求, 而协优63抽穗后20 d左右剑叶光合功能快速衰退, 单株净同化产物不能满足籽粒灌浆的需求. 结果证明, 灌浆后期仍能保持高效光合功能、并且能够切合籽粒灌浆需求是实现水稻超高产的关键环节.     

分期施氮与CO2浓度升高对小麦光合及其物质积累和产量的互作效应

采用开顶式气室和盆栽方法,以冬小麦品种‘小偃22’为材料,探讨了分期施氮与CO2浓度升高对小麦抽穗期和灌浆中期旗叶光合、地上部物质积累和产量的互作效应.结果显示:(1)不施氮条件下CO2浓度升高对小麦旗叶叶绿素含量(SPAD)和可溶性蛋白含量、光合能力、地上部花后干物质和氮素累积量、籽粒产量的影响不明显(P>0.05)或产生显著负效应;在施氮(300mg/kg土)条件下各指标均不同程度增加,且大多数达到显著水平.(2)与氮肥全部基施相比,分期施氮时CO2浓度升高使灌浆期旗叶光合能力、地上部花后干物质和氮素累积以及产量增加的幅度较大,其中以播前、返青期和孕穗期施氮比例为5∶3∶2时最明显.研究表明,适当分期施氮可能更有利于发挥CO2浓度升高对冬小麦的增产作用.     

长期耕作方式对小麦光合特性和产量的影响

以济麦22为供试材料,在大田条件下,9年定位设置旋耕(R)、翻耕(P)、间隔2年深松+条旋耕(SRS)、间隔2年深松+旋耕(RS)4种耕作方式,在2014—2015年和2015—2016年小麦生长季研究不同耕作方式对小麦旗叶光合特性、干物质积累与分配和产量的影响.结果表明: SRS处理小麦旗叶净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)和气孔导度(g_s)在开花后21～35 d均显著高于其他处理.灌浆期SRS处理平均冠层光合有效辐射(PAR)截获率显著高于RS和P处理,R处理最低.成熟期SRS处理干物质积累量、开花后干物质向籽粒的分配量和对籽粒的贡献率最高,均显著高于其他处理.SRS处理小麦籽粒产量和水分利用效率均显著高于其他处理;总耗水量与RS处理无显著差异,显著高于P和R处理.在本试验条件下,间隔2年深松+条旋耕的耕作方式是节水高产高效的最佳耕作处理.     

氮肥后移对抽穗后水分胁迫下冬小麦光合特性及产量的影响

采用子母桶栽土培法模拟冬小麦抽穗后不同的水分胁迫状态,研究了氮肥后移对冬小麦光合特性及产量的影响.设置3个氮肥处理,分别为N₁(基肥∶拔节肥∶开花肥=10∶0∶0)、N₂(6∶4∶0)和N₃(4∶3∶3),模拟冬小麦抽穗后2种水分胁迫(渍水胁迫、干旱胁迫),设正常供水为对照.结果表明：相同供水条件下,N₂和N₃处理较N₁处理显著提高冬小麦灌浆期旗叶的SPAD和光合速率,确保了收获时较高的穗数、穗粒数和地上部分生物量;氮肥后移处理显著提高了冬小麦的耗水量,但其籽粒产量和水分利用效率也显著提高.相同氮肥条件下,干旱胁迫和渍水胁迫处理较正常供水显著降低了冬小麦开花期和灌浆期旗叶的光合速率、千粒重、穗粒数和产量.与正常供水相比,各氮肥条件下干旱胁迫和渍水胁迫处理花后旗叶光合速率及籽粒产量的减小幅度均表现为N₁＞N₂＞N₃.表明氮肥后移通过提高旗叶SPAD、减缓花后旗叶光合速率的下降幅度、增加地上部分干物质积累量,调控产量及其构成要素,以减轻逆境灾害(干旱和渍水胁迫)对产量的影响.     

不同产量水平旱地冬小麦品种干物质累积和转移的差异分析

旱地小麦高产栽培中品种起着重要作用,研究不同产量水平旱地冬小麦品种干物质累积和转移的差异,对黄土高原旱区作物高产稳产有重要意义。以9个旱地冬小麦品种为材料,通过田间试验研究了不同产量水平旱地冬小麦品种的生物量、花前花后干物质累积量、干物质转移量、转移率及转移干物质对籽粒的贡献率、叶面积、SPAD值以及光合速率的差异。结果表明,不同小麦品种的生物量、花前花后干物质累积量、干物质转移量、转移率及转移干物质对籽粒的贡献率均存在明显差异。与不施肥相比,高、中、低3个产量水平小麦品种在低养分投入时,成熟期生物量分别提高29%,22%和6%,高水平时分别提高46%,39%和23%,高产品种的生物量及其对养分投入的敏感程度明显高于低产品种。不同品种的花后干物质累积量随养分投入水平提高而增加,但花前营养器官中储存物质的转移量、转移率和对籽粒的贡献率却明显随之下降。功能叶(旗叶)在灌浆期高、中、低3个产量水平品种的SPAD值在低养分投入条件下分别为20.7、17.5和13.7;高养分投入时,分别为35、26.1和16.8。高产品种西农88的光合速率为6.0μmolCO.2m-.2s-1),中产和低产品种的平均光合速率分别为4.3μmolCO.2m-.2s-1和4.0μmolCO.2m-.2s-1,高产品种功能叶(旗叶)在灌浆期能保持较高的SPAD值和光合速率,因而花后能生产较多的干物质,但其花前干物质转移量、转移率及转移干物质对籽粒的贡献率均没有明显优势。可见,花后较高的叶绿素水平、光合速率和干物质累积是旱地小麦品种高产的重要原因。选择优良品种,采取合理的栽培措施,特别是通过养分调控保持花后具较高的干物质累积量是西北旱地进一步提高冬小麦产量的重要途径。     

施氮量和花后土壤含水量对小麦旗叶衰老及粒重的影响

在防雨池栽培条件下,研究了施氮量和花后土壤含水量对小麦旗叶衰老和粒重的影响.结果表明：各氮肥处理下,小麦旗叶SPAD值、可溶性蛋白质含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性和光合速率（P_n）均表现为：花后土壤含水量60%～70%处理>80%～90%处理>40%～50%处理,小麦旗叶丙二醛（MDA）含量表现为：花后土壤含水量40%～50%处理>80%～90%处理>60%～70%处理,表明花后土壤含水量过高或过低均可导致小麦旗叶早衰,影响籽粒灌浆,降低粒重.在花后相同土壤含水量条件下,旗叶SPAD值、可溶性蛋白质含量、SOD活性、CAT活性和P_n均随施氮量的增加而升高,MDA含量随施氮量的增加而降低,表明增施氮肥可以延缓小麦旗叶衰老,但过量施用氮肥则不利于小麦粒重的提高,尤其是在花后土壤缺水的情况下,施用过多氮肥可导致小麦粒重下降.在小麦生产中可以将施用氮肥和控制花后土壤水分含量相结合,延缓小麦植株衰老,提高粒重.     

Enhancement of photoheterotrophic biohydrogen production at elevated temperatures by the expression of a thermophilic clostridial hydrogenase

The working temperature of a photobioreactor under sunlight can be elevated above the optimal growth temperature of a microorganism. To improve the biohydrogen productivity of photosynthetic bacteria at higher temperatures, a [FeFe]-hydrogenase gene from the thermophile Clostridium thermocellum was expressed in the mesophile Rhodopseudomonas palustris CGA009 (strain CGA-CThydA) using a log-phase expression promoter P( pckA ) to drive the expression of heterogeneous hydrogenase gene. In contrast, a mesophilic Clostridium acetobutylicum [FeFe]-hydrogenase gene was also constructed and expressed in R. palustris (strain CGA-CAhydA). Both transgenic strains were tested for cell growth, in vivo hydrogen production rate, and in vitro hydrogenase activity at elevated temperatures. Although both CGA-CThydA and CGA-CAhydA strains demonstrated enhanced growth over the vector control at temperatures above 38?°C, CGA-CThydA produced more hydrogen than the other strains. The in vitro hydrogenase activity assay, measured at 40?°C, confirmed that the activity of the CGA-CThydA hydrogenase was higher than the CGA-CAhydA hydrogenase. These results showed that the expression of a thermophilic [FeFe]-hydrogenase in R. palustris increased the growth rate and biohydrogen production at elevated temperatures. This transgenic strategy can be applied to a broad range of purple photosynthetic bacteria used to produce biohydrogen under sunlight.     

Enrichment of purple photosynthetic bacteria from earthworms

Abstract Numerous bacteria present in soil during its passage through the alimentary canal of earthworms resist digestive action and the antimicrobial defenses of the worms. Thus, several kinds of non-sulfur purple photosynthetic bacteria (Rhodospirillaceae) can be enriched from 'purees' of washed earthworms (or from intestinal contents of the worms) using a procedure that exploits the capacity to fix N₂ during anaerobic phototrophic growth with organic acid carbon sources. It appears that earthworm enrichments can be designed to provide highly selective methods for isolation of Rhodomicrobium vannielli and Rhodopseudomonas palustris , and perhaps of other purple bacteria. The extensive burrowing activities of earthworms undoubtedly contributes to the widespread dissemination of Rhodospirillaceae in soils.     

产生辅酶Q10的光合细菌菌株的分离及鉴定

对水塘污泥中富集分离的13株光合细菌产生的CoQ10进行定性定量分析,筛出CoQ10含量较高的菌株2c并对其进行系统鉴定。菌株2c为革兰氏阴性菌,细胞杆状,菌体大小0.6μm～0.9μm×1.2μm～2.0μm,单极生鞭毛,片层状光合内膜,位于细胞质膜下并与之平行。光照厌氧或黑暗好氧条件下均可生长,光照下菌体产生红色素,菌体含有细菌叶绿素a和类胡萝卜素。最适生长温度30～35℃,pH7.0～8.0。多种有机化合物均可作为光合作用的电子供体和碳源,蛋白胨和硫酸铵是其生长的较好氮源,酵母膏对其生长有明显刺激作用。16S rDNA序列系统发育分析表明,菌株2c在系统进化树上与GenBank中序列号为AY751758、DQ001155、DQ001158的沼泽红假单胞菌聚为一族。菌株2c至少能稳定传代15次。初步确定菌株2c为沼泽红假单胞菌。     

丛枝菌根真菌对砂培玉米幼苗根系特征、光合生理与镉累积的影响

【背景】丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)是一类重要的土壤微生物,能显著影响植物对镉(cadmium,Cd)的耐性与累积,但其对不同形态Cd胁迫的响应尚不清楚。【目的】探讨不同形态Cd胁迫下接种AMF对玉米(Zea mays L.)生长和Cd累积的影响。【方法】采用30 cm高的培养容器填装石英砂(0.2 mm),开展室内砂培玉米试验,研究溶解态和胶体态Cd (1 mg/kg)胁迫下,接种摩西斗管囊霉(Funneliformis mosseae)对玉米幼苗生长、根系特征、光合生理及Cd累积的影响。【结果】双因素分析表明,AMF和Cd形态均对玉米生长(株高和生物量)、根系特征、光合生理(叶绿素含量和光合速率)与Cd累积量存在显著的影响,但二者之间没有显著交互作用。与未接种处理相比,接种AMF显著降低玉米株高、生物量、叶片叶绿素含量和光合速率,抑制玉米根长、根表面积、根体积和根尖数;同时增加了玉米根系Cd含量,但减少玉米地上部Cd含量以及地上部与根系Cd累积量;与胶体态Cd处理相比,溶解态Cd显著降低玉米的根长、根表面积、平均根系直径、根尖数和地上部Cd累积量,但增加了植株叶片光合速率、根系Cd含量和累积量。相关分析发现,玉米根长、根表面积和根尖数与地上部Cd含量呈显著或极显著正相关,与根系Cd含量呈极显著负相关。【结论】溶解态Cd比胶体态Cd对砂培玉米幼苗的毒害效应严重,而且接种AMF加重溶解态和胶体态Cd对玉米幼苗的损伤,但降低了植株对Cd的累积。     

大气CO2浓度升高对干旱条件下冬小麦叶片光合适应的影响

大气CO₂浓度升高是全球气候变化的主要特征,但大气CO₂浓度长期升高条件下冬小麦叶片发生光合适应的机制尚不十分清楚。本研究以盆栽冬小麦‘郑麦9023’为试验材料,在人工气候控制室内设置2个CO₂浓度(400和600 μmol·mol^-1)、2个水分条件(田间持水量的80%±5%和55%±5%),测定拔节期和抽穗期的光合特征曲线、叶绿素荧光动力学参数、叶氮含量和收获后的籽粒产量等指标,探讨干旱条件下库源关系改变对叶片光合适应的影响。结果表明: 在小麦拔节期,干旱条件下CO₂浓度升高处理的小麦PSⅡ实际光化学效率没有显著增加,但通过提升最大电子传递速率和电子向光化学方向的传递比例,增强了Rubisco的羧化速率,从而提高了最大净光合速率;在抽穗期,功能叶最大电子传递速率和电子向光化学方向的传递比例虽然较高,但PSⅡ实际光化学转换效率降低,Rubisco羧化速率和丙糖磷酸利用效率下降,以致最大净光合速率降低。干旱条件下,CO₂浓度升高增加了小麦单茎生物量、单穗粒数和穗粒重,降低了不孕小穗数,提高了籽粒产量。土壤干旱条件下,CO₂浓度升高对收获期小麦单茎籽粒产量的促进作用可能主要来自于生长前期的光合产物积累。生长后期光合适应发生的主要原因是功能叶PSⅡ实际光化学转换效率和丙糖磷酸利用效率的降低,而不是最大电子传递速率、光化学方向的电子传递比例和新叶库强的变化。