CO2浓度升高对干旱胁迫下谷子细胞结构和抗逆生理的影响

在未来气候进一步变暖的背景下干旱发生的频率也将增加,而CO₂浓度升高和干旱均会对作物生长造成影响。本研究对不同CO₂浓度(环境大气CO₂浓度、环境大气CO₂浓度+200μmol·mol^-1)和水分处理(土壤含水量为45%～55%和70%～80%的田间土壤最大持水量,分别为适宜土壤含水量和轻度干旱)下谷子叶片细胞结构、光合生理、抗氧化酶、渗透调节物质和产量的变化进行分析。结果表明：CO₂浓度升高增加了谷子叶肉细胞叶绿体内淀粉粒个数、单个淀粉粒面积和淀粉粒总面积。与仅轻度干旱处理相比,轻度干旱条件下CO₂浓度升高处理孕穗期谷子叶片净光合速率增加37.9%,但对该时期水分利用效率无显著影响,灌浆期谷子叶片净光合速率和水分利用效率分别增加15.0%和44.2%;孕穗期谷子叶片过氧化物酶(POD)活性和可溶性糖含量分别增加39.3%和8.0%,脯氨酸含量下降31.5%,灌浆期谷子叶片POD活性增加26.5%,丙二醛(MDA)和脯氨酸含量分别下降...     

水分胁迫效应对冬小麦生长发育影响的试验研究

利用大型水分试验场遮雨棚遮档自然降水,采用人工定量补水进水进行冬小麦土壤占田间持量40％－50％、45％－50％、50％－55％、50％－60％、55％－60％、60％－70％持续时间分别为5、10、15d水分胁迫处理的控制试验。试验结果表明：控制结束复水后,50％－60％、55％－70％水分胁迫处理诱发冬小麦根、茎、叶、总生物量显著增长或明显减缓其衰老速率。土壤含水量占田间持水量50％－60％处理,具有明显的增产、节水效率,确定土壤含水量占田间持水量55％为冬小麦拔期水分胁迫应增产节水的水分临界指标。     

水分胁迫对羊草光合产物分配及其气体交换特征的影响

 通过对典型草原优势植物种羊草(Leymus chinensis)的盆栽实验,模拟5个土壤水分梯度（分别为土壤持水量的75%～80%(对照)、60%～65%、50%～55%、35%～40%和25%～30% ）对羊草叶片相对含水量、光合速率、光合产物分配和种群CO2交换速率的影响。结果表明：随着土壤水分胁迫的增加,羊草叶片相对含水量呈先增加而后下降的单峰型变化,且在50%～55%处理下达到最大;叶片光合速率随着水分胁迫的增加而减小,且75%～80%、60%～65%、50%～55%的水分处理与35%～40%、25%～30%的水分处理的叶片光合速度日动态规律不同。羊草总生物量及根、鞘、叶生物量均随着水分胁迫的增加呈下降趋势。干旱促进早期羊草根的分配和根冠比增加, 但到后期却使它们降低, 表明羊草在受到较长期的持续干旱后通过增加根部的比重来提高抗旱性的能力逐渐降低。羊草根茎的生物量和分配随着土壤水分含量降低均呈现出先增加而后下降的趋势,羊草根茎的生物量在50%～55%处理下达最大（1.28 g·株-1）,而羊草根茎的分配在35%～40%处理下达最大（48.5%）。羊草种群CO2的净交换速率随着水分胁迫的增加而减小,其日交换量随着水分胁迫的增加而增加,且在60%～65%处理下达到最高,而后呈下降趋势,并在25%～30% 处理下为负值。研究结果表明,土壤持水量的40%可能是羊草对于水分变化响应的阈值。     

土壤水分条件对温室黄瓜需水规律和水分利用的影响

在日光温室盆栽条件下,以不同生育时期为试验因素,采用正交设计研究了不同土壤水分条件在开花期、初瓜期、盛瓜期和生育后期等生育时期对黄瓜蒸腾量、生物量和水分利用效率的影响,并通过黄瓜的需水规律提出实现高产高效的土壤水分对策。研究结果表明：(1)黄瓜对水分的需求基本上呈现为开花期和初瓜期小、盛瓜期大、后期小的规律。需水高峰出现在盛瓜期,需水强度达到3．977mm／d;(2)开花期蒸腾速率为0．544mm／d。此时保持土壤含水量在80％～90％田间持水量范围内,不仅有利于水分的利用,而且可促进同化产物在根冠之间的合理分配;(3)初瓜期对水分的需求大幅度增加,蒸腾速率达到1．956mm／d。80％～90％田间持水量的含水量更有利于果实的形成和生长;(4)盛瓜期对水分的需求也达到了整个生育时期的顶峰,蒸腾速率达到3．83mm／d。90％～100％田间持水量的土壤水分条件可以获得最高产量,并实现水分利用与产量的高效统一;(5)生长后期保持70％～80％田间持水量的土壤含水量即可满足生长对水分的需求;(6)在开花期控制土壤水分为80％～90％田间持水量、初瓜期保持为80％～90％田间持水量、盛瓜期提高为90％～100％田间持水量和后期降至70％～80％田间持水量的土壤水分处理,不仅可获得最高产量,而且可以达到最大的水分利用效率,实现高产高效的统一。     

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。     

不同土壤水分条件下硅对紫花苜蓿水分利用效率及产量构成要素的影响

硅是地壳中含量仅次于氧的元素,植物不可能在无硅的环境中生长.通过盆栽试验研究了不同土壤水分条件下硅对紫花苜蓿(Medicago sativa)水分利用效率及产量构成要素的影响.结果表明,在土壤含水量为田间最大持水量的35%和80%的条件下,硅对紫花苜蓿水分利用效率和生物量没有显著影响,而在土壤含水量为田间最大持水量的50%和65%的条件下,硅显著提高了紫花苜蓿水分利用效率和生物量(p<0.05),紫花苜蓿水分利用效率的增幅分别为35%和20%,主要途径为降低叶片蒸腾速率;紫花苜蓿生物量增幅分别为41%和14%,主要通过促进分枝和株高生长,而不受单枝生物量的影响.因此硅对紫花苜蓿水分利用效率和生物量的有益作用与其生长环境中的土壤水分条件密切相关.     

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.     

干旱胁迫下腐植酸对燕麦叶片非结构性碳水化合物代谢的影响

以燕麦品种‘燕科2号’为试验材料,采用盆栽方式,分别在正常供水(75%田间持水量)、中度干旱胁迫(60%田间持水量)和重度干旱胁迫(45%田间持水量)3个水分条件下喷施腐植酸(HA)和等量清水(CK),对燕麦叶片中非结构性碳水化合物(NSC)含量及相关酶活性和籽粒产量进行测定,以明确腐植酸在干旱胁迫下对燕麦叶片非结构性碳水化合物代谢变化的影响,探讨HA对燕麦耐旱性的影响及其作用机制。结果表明：(1)随着土壤水分含量的减少,燕麦叶片中蔗糖和淀粉含量逐渐显著降低,蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性显著降低,而酸性转化酶(S AI)和淀粉水解酶(α GC)活性显著提高。(2)燕麦叶片可溶性总糖和还原糖含量随着土壤水分含量的减少表现出先升高后降低的变化趋势,导致籽粒产量显著下降,且干旱胁迫程度越重变化幅度越大。(3)叶面喷施HA能不同程度提升中度和重度干旱胁迫下燕麦叶片中上述非结构性碳水化合物含量,并调节相关酶活性,显著提高籽粒产量,并在重度胁迫下的效果更佳。研究发现,腐植酸可以通过调控燕麦叶片NSC的代谢来响应干旱胁迫,降低叶片细胞渗透势,有效缓解干旱胁迫造成的损伤,增强植株耐旱性。     

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．     

滴灌甜菜叶丛生长期对干旱胁迫的生理响应

在人工控水条件下,于叶丛生长期设置0~40 cm土层含水量为70%田间持水量、50%田间持水量和30%田间持水量3个处理,研究干旱胁迫下甜菜叶片相关生理性状的变化.结果表明:甜菜叶丛生长期中度缺水处理(50%田间持水量)的补偿指数最大,甜菜叶片丙二醛(MDA)含量、相对电导率、过氧化氢酶(CAT)活性及可溶性糖含量均在复水后24 h产生补偿效应,脯氨酸产生的补偿效应在复水后48 h,过氧化物酶(POD)未发生补偿效应.酶促活性氧清除系统以CAT反应最为灵敏.因此,在甜菜叶丛快速生长期,当土壤含水量下降至田间持水量的50%时应及时进行补充灌溉,促使叶片产生补偿效应,从而降低干旱胁迫对甜菜产量和含糖量的影响.     

水分胁迫下春小麦根系吸水功能效率的研究

对水分胁迫下不同根系大小的春小麦籽粒产量与水分利用效率、相对生长速度和根系功能效率之间的关系进行了研究。实验分为3个水分处理和3个根系大小处理,3个水分处理分别是土壤含水量保持在田间持水量的80％-90％(H),50％-60％(M)和30％-40％(L)。根系大小的处理是(1)大根系处理(B),(2)中根系处理(M)和(3)小根系处理(S)。实验结果表明,在中度和重度干旱条件下小根系处理(MS和LS)的作物具有较高的WEUg,WUEdm、相对生长速度、根系功能效率和籽粒产量;在高水分处理中,上述参数的数值在大根系处理中相对较高。根呼吸耗C量在作物的整个生育期中都占有十分重要的地位,尽管根呼吸耗C比例随作物的生长而呈同步增加的趋势,但实际耗C量却呈逐步下降的趋势,同一时期作物的根呼吸速率与土壤含水量之间存在正相关关系,说明适当降低土壤含水量可以有效地减少根呼吸耗C量,有利于提高作物的存活率。在干旱半干旱地区,春小麦的根功能效率尚未达到最高值,作物产量仍有潜力可挖,通过适时补灌和减少同化物向根系分配的比例和根系对同化产物的消耗量来达到提高春小麦籽粒产量的方法是可行的,但不是长久之计。     

温室滴灌条件下土壤水分亏缺对番茄产量及其形成过程的影响

采用小区试验,在温室滴灌条件下研究了不同生育阶段土壤水分状况对番茄果实大小、坐果数、畸形果及产量形成过程的影响,分析了温室滴灌条件下番茄总产量与灌水量的关系.结果表明：番茄苗期适度水分亏缺（田间持水量的50%～55%）可提高坐果率,畸形果形成减少,但果实总体偏小,果实成熟主要集中在采摘后期;开花坐果期过度水分亏缺（田间持水量的65%以下）虽可促进果实成熟,但降低了坐果数,易形成小果和畸形果;采摘期水分过高（田间持水量的80%以上）或过低（田间持水量的65%以下）均可降低番茄产量,水分亏缺（田间持水量的65%以下）则使坐果数降低、畸形果增加.各水分处理对果实成熟时间无明显影响;温室番茄总产量、灌溉水利用效率与全生育期灌水总量之间均呈二次抛物线关系;当番茄土壤水分（占田间持水量的百分比）下限控制在苗期60%～65%、开花坐果期70%～75%、成熟采摘期70%～75%时,番茄畸形果形成量减少,产量及坐果率较高,可作为滴灌条件下温室番茄适宜的土壤水分控制指标.     

Physiological and biomass partitioning shifts to water stress under distinct soil types in Populus deltoides saplings

土壤类型是影响植物分布和生产力的重要环境因素,但有关土壤环境异质性对植物抗逆性效应的研究非常缺乏。本研究以美洲黑杨 (Populus deltoids)为对象,以3种典型土壤类型(红壤、黄壤和黄棕壤)为栽培基质,在控制实验条件下,经过三个月的干旱胁迫(25%田间持水量)处理,测定了不同处理条件下美洲黑杨的气体交换速率、抗氧化能力、氮代谢特征、生物量积累与分配特征。研究结果表明,在红壤和黄壤条件下,与对照(75%田间持水量)相比,干旱胁迫显著降低了美洲黑杨各器官的生物量、光合速率、叶片氮同化酶的活性,显著增 加了叶片中过氧化氢、丙二醛和无机氮的含量。在黄棕壤条件下,干旱对美洲黑杨总生物量、光合速率、氮同化酶以及质膜完整性的负面 影响较小,这与其维持较高的超氧化物歧化酶,过氧化物酶和过氧化氢酶的活性相关,也与其生物量分配模式(如提高根冠比)密切相关。 由此可见,生长在黄棕壤条件下的美洲黑杨表现出较强的抗旱能力,这可能与其土壤母质中较高的土壤养分和良好的通气状况相关。因此,就土壤类型而言,与红壤和黄壤相比,黄棕壤提供的土壤环境条件有利于美洲黑杨的抗逆表现和栽培利用。     

谷子叶片光合速率日变化及水分利用效率

通过降低空气湿度（ 从约３０ ％ 减少到５ ％ ） 、增加ＣＯ２ 浓度（ 从４００ μｌ ＣＯ２／Ｌ增加到７３０ μｌ ＣＯ２／Ｌ） 、烫叶鞘破坏韧皮部等处理对谷子叶片光合速率日变化和水分利用效率（ＷＵＥ） 进行了研究, 发现中午光合速率降低与光合产物积累有关; 虽然低大气相对湿度（５ ％ ） 使光合速率有所降低,但提高了ＷＵＥ。而烫叶鞘使光合物质积累既抑制了光合速率,又降低了ＷＵＥ。     

遮荫对江南油杉幼苗生长和叶绿素荧光参数的影响北大核心CSCD

为探究有利于江南油杉(Keteleeria fortunei var.cyclolepis)幼苗生长发育的最适光照条件,该研究以1.5年生江南油杉幼苗为研究对象,对其进行为期2年不同光照强度(即全光照和遮荫率40%、60%、80%)处理,分析其形态生长、叶绿素含量、叶绿素荧光参数、生物量积累及分配等对不同光环境的适应机制。结果表明：(1)随遮荫程度的增强,江南油杉幼苗的地径生长量、叶片厚度逐渐减小,株高生长量、叶面积和比叶面积逐渐增大,叶片干质量呈先升后降的趋势;(2)遮荫造成叶片的叶绿素含量、初始荧光(Fo)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学量子产量[Y(Ⅱ)]、电子传递速率(ETR)均呈现显著增加的趋势;(3)遮荫处理下幼苗的叶、茎、根生物量和总生物量总体表现出随着光照强度的降低而减小的变化趋势,幼苗根生物量比和根冠比均减小,而叶生物量比、茎生物量比以及光合组织与非光合组织生物量比均增大。研究发现,全光照下江南油杉幼苗生长发育受到了抑制,遮荫显著影响江南油杉苗期生长及叶绿素荧光特性,适度遮荫能提高幼苗叶片的光捕获能力、光能利用效率,增强幼苗光合能力,促进生长;江南油杉幼苗在遮荫率为60%的环境下受光胁迫较小,其生长、叶片表观特征、光合能力以及生物量积累与分配等表现最优。     

干旱-复水处理对杠柳幼苗光合作用及活性氧代谢的影响

采用人工控制土壤水分试验,以80%田间持水量处理为对照,研究了3次干旱-复水处理对2年生杠柳幼苗叶片光合作用,根、茎、叶膜脂过氧化和抗氧化系统的影响.结果表明: 在干旱条件下, 杠柳叶片相对含水量和光合速率(P_n)显著降低,光合色素含量升高. 干旱复水后,叶片相对含水量完全恢复,反映了杠柳较强的旱后修复能力;叶绿素含量和P_n均明显高于对照,表现出补偿效应,适度干旱诱导了杠柳的抗旱适应性.干旱胁迫使P_n下降,以气孔限制为主,但在中午发生了非气孔限制;幼叶、新茎和细根中的超氧阴离子产生速率升高,丙二醛含量则降低,说明这些幼嫩组织未受到氧化伤害.不同器官中SOD、CAT和POD活性及变化趋势不同,以细根的3种保护酶的反应最为灵敏,说明细根是杠柳适应干旱环境的重要器官.器官间的相互合作与协调使杠柳能有效地适应干湿交替的干旱环境.     

干旱胁迫下转基因甘薯块根膨大期水分利用效率和生理代谢特征

以转Cu/Zn-SOD和APX基因及其非转基因甘薯进行盆栽试验,在甘薯块根膨大期进行正常供水(田间最大持水量的80%)、中度缺水(田间最大持水量的60%)和重度缺水(田间最大持水量的40%)3种水分处理,分别测定转基因植株和对照植株在薯块膨大期的第20天和第70天的抗氧化酶系统、可溶性糖含量、光合系统之间的差异,以及在不同水分胁迫处理下产量和水分利用效率之间的差异。以此研究外源基因的超表达是否可以提高甘薯的产量及水分利用效率。结果显示:(1)转基因甘薯(TS)的SOD、APX活性以及可溶性糖含量均高于非转基因对照株(NT),但POD活性低于NT;TS和NT植株的APX活性、可溶性糖含量、净光合速率以及蒸腾速率均随干旱胁迫加重呈递减趋势。(2)干旱胁迫70d时,TS和NT植株光合参数均较胁迫20d时降低,且TS和NT间的净光合速率没有明显差异。(3)TS和NT两株系的块根产量在中度胁迫下最高而在重度胁迫下最低,而TS具有较高的块根产量且在重度胁迫下产量降低幅度较小。(4)TS的气孔导度和蒸腾速率显著低于NT,且TS的水分利用效率较NT更高。研究表明,Cu/Zn-SOD和APX基因可以显著增加干旱胁迫下甘薯块根膨大期的SOD、APX活性和可溶性糖含量,提高其水分利用效率,从而减轻干旱胁迫对产量的影响。     

断根对冬小麦荧光特性和产量的影响

用荧光淬灭分析技术研究了断根对冬小麦荧光特性的影响以及不同水分条件下断根对产量的影响.结果表明,在不同生育期中小麦断根与未断根处理相比其最大量子产量(Fv/Fo)和PSⅡ潜在活性(Fv/Fm)无显著差异.通过对不同生育期荧光特性研究表明,断根初期小麦电子传递速率和有效光量子产量降低,而PSⅡ光合电子传递活性增加,孕穗期随着更多的能量向地上部的运转,此时根系补偿作用使ETR、ΦPSⅡ和qP增加,而且断根并显著降低光系统Ⅱ光化学效率.混播处理ΦPSⅡ和ETR值高于单播处理,认为断根降低了小麦的竞争能力,使总体光合活性增强,促进了能量向地上部运转,与混播处理产量增加相一致.小麦单播湿润处理下,断根降低了小麦穗重和地上部生物量,且籽粒产量降低了19.2%.在干旱处理下,断根降低了根冠比,提高了小麦穗重和籽粒产量.     

谷子叶片光合速率日变化及水分利用效率

通过降低空气湿度（从约３０％减少到５％）、增加ＣＯ２浓度（从４００μｌＣＯ２／Ｌ啬到７３０μｌＣＯ２／Ｌ）、烫叶鞘破坏韧皮部等处理对谷子叶片光合速率日变化和水分利用效率（ＷＵＥ）进行了研究,发现中午光合速率降低与不合冰物积累有关;虽然低大所相对湿度（５％）使光合速率有所降低,但提高ＷＵＥ。而烫叶鞘使光合物质积累既抑制了光合速率,又降低了ＷＵＥ。     

金矮生苹果叶片气体交换参数对土壤水分的响应

 在黄土高原半干旱地区,通过测定10年生金矮生苹果（Malus pumila cv. Goldspur）叶片气体交换参数与土壤水分的定量关系,探讨了土壤水分胁迫对光合作用的影响规律,以确定苹果园节水灌溉适宜的土壤水分调控标准。结果表明：叶片的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、水分利用效率（WUE）、气孔导度（Gs）、细胞间隙CO2浓度（Ci）和气孔限制值（Ls）对土壤水分的变化具有明显不同的阈值反应。土壤含水量（SWC）大约在田间持水量的60%～86%范围内,Pn和Tr均保持较高的水平,小于田间持水量的60%～86%后,两者均随土壤湿度的减少而明显下降。维持较高叶片水分利用效率（WUE）的SWC约在田间持水量的50%～71%左右。当SWC小于田间持水量的48%以后,Gs和Ls明显降低,而Ci急剧增加,水分胁迫条件开始直接作用于叶肉细胞,导致光合速率下降,由气孔限制因素转变为非气孔因素。据此我们认为：在半干旱黄土高原地区,金矮生苹果园节水灌溉适宜的SWC范围大约在田间持水量的50%～71%左右,所允许的土壤水分亏缺程度为田间持水量的48%左右。