基于Shuttleworth-Wallace模型的科尔沁沙地流动半流动沙丘蒸散发模拟

陆面蒸散发在气候调节和维持区域水量平衡中起关键作用.量化蒸散发及其各组分项,对深刻揭示干旱半干旱地区的生态水文过程具有重要意义.本研究基于科尔沁沙地流动半流动沙丘2017年生长季气象监测系统的原位监测数据,利用Shuttleworth-Wallace(S-W)模型对沙丘蒸散发进行模拟,在此基础上,对蒸散各组分进行拆分,并利用涡度相关对模拟蒸散发值进行验证.结果表明: 整个生长季模型模拟蒸散发值为308 mm,涡度相关实测值为296 mm,偏差较小,证明S-W模型适用于该地区的蒸散发模拟.蒸散发整体呈生长旺盛期>生长后期>生长初期,分别为192、71和45 mm,分别占总量的62.3%、23.1%和14.6%.日尺度上模型模拟值与实测蒸散发值一致性较高,模型模拟精度大体表现为: 晴天>阴天>雨天,且阴雨天模型模拟值较涡度相关实测值偏低.经拆分,土壤蒸发和植被蒸腾分别为176和132 mm,分别占总量的57.1%和42.9%,表明沙地水分利用效率较低.持续干旱和降水后,蒸散发规律明显不同,且土壤蒸发对降水的敏感性强于植被蒸腾.     

PEG模拟干旱条件下木麻黄幼苗的生理变化

以木麻黄Casuarina equisetifolia15个家系品种为材料,利用聚乙二醇6000(PEG-6000)模拟水分胁迫环境,设置三个胁迫强度处理(轻度、中度、重度胁迫),研究受胁迫2月龄木麻黄幼苗丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、脯氨酸含量的变化。结果表明,经干旱胁迫处理后,各家系幼苗叶片MDA含量随胁迫强度增大而增大,但增幅差异较大;不同干旱胁迫水平下,各家系SOD活性存在一定差异;重度胁迫条件下,除粤杂交家系外,其余家系脯氨酸含量与对照相比均为显著增加。采用主成分分析法进行抗旱性综合评价,表明MDA含量是反映水分胁迫最重要的指标。各指标综合分析结果表明,家系701、莆20、抗3、惠2、南山7和东山2抗旱性能力较好;东山短、601、59、A13抗旱能力一般;千头、粤杂交、抗1、龙4和平5抗旱能力较差。     

高粱LEA基因家族的鉴定及表达分析

有研究表明,干旱、低温和盐等环境胁迫能够诱导LEA基因的表达。为了探索LEA基因家族在高粱响应外界刺激过程中起到的作用,本研究通过生物信息学的方法对LEA基因家族在高粱全基因组水平进行鉴定和分析,于高粱全基因组中共鉴定出35个基因家族成员,不均匀地分布于高粱8条染色体上,结合系统进化树和保守结构域分析结果,将高粱LEA基因家族成员分为7组。亲水性分析和结构无序性预测表明高粱LEA蛋白绝大多数为亲水性且结构无序。基因结构分析显示了各分组基因结构上的保守性。高粱LEA基因的启动子分析发现了一些与激素和非生物胁迫响应相关的顺式作用元件。对激素和干旱胁迫下高粱LEA基因的表达分析发现外界胁迫能够诱导部分高粱LEA基因的表达。     

逆境胁迫下向日葵的耐受机制

向日葵作为我国五大油料作物之一,具有极高的食用价值和油用价值。向日葵在我国的种植分布集中在东北、西北和华北地区,时常面临着干旱、盐碱、温度和重金属胁迫的问题。主要综述了近年来向日葵面临的几种主要逆境胁迫的最新研究进展,以及在不同逆境胁迫下向日葵的耐受机制,并根据不同逆境胁迫筛选出了相应的抗逆向日葵品种,同时进行了生理差异和基因信息分析。通过阐明向日葵在逆境胁迫下的耐受机制,以期对向日葵高产育种及耐逆育种提供理论依据和指导方向。     

Panicle Water Potential, a Physiological Trait to Identify Drought Tolerance in Rice

Two upland rice varieties （IRAT109, IAPAR9） and one lowland rice variety （Zhenshan 97B） were planted in summer and treated with both normal （full water） and drought stress in the reproductive stage. Panicle water potential （PWP） and leaf water potential （LWP） were measured every 1.0-1.5 h over 24 h on sunny days. Both PWP and LWP of upland varieties started to decrease later, maintained a higher level and recovered more quickly than that of the lowland variety. The results show that PWP can be used as an indicator of plant water status based on the parallel daily changes, and the high correlation between PWP and LWP. Similar correlations were also observed between PWP, LWP and eight traits related to plant growth and grain yield formation. PWP seemed to be more effective for distinguishing the upland rice varieties with different drought-tolerant ability. Differences in PWP and LWP between upland and lowland rice varieties were also observed at noon even under normal water conditions, implying the incorporation of the drought-tolerant mechanism to improve the photosynthesis and yield of traditional paddy rice.     

cDNA微阵列技术研究干旱胁迫下柽柳基因的表达

运用cDNA微阵列技术研究干旱胁迫下柽柳（Tamarix androssowii）基因的表达。分别将Cy5和Cy3两种荧光染料标记在干旱处理和对照的柽柳cDNA上,并与载有柽柳基因的微阵列进行杂交,通过计算机对芯片进行扫描和分析研究干旱胁迫下基因的表达。共获得了47个下调表达和62个上调表达的基因。Blastx分析表明这些基因按功能可以分为脱水保护、信号传导与调控、活性氧清除、光合作用、代谢、核糖体蛋白、蛋白质的分解与再生等几大类别。同时,发现了一些与干旱胁迫相关的功能未知基因和新基因。从而揭示了柽柳具有活性氧消除、代谢调节、脱水保护、蛋白质降解与再生等抗旱途径,并阐述了干旱胁迫前后柽柳基因的差异表达。     

5种外源物质对干旱胁迫下笔筒树幼苗生长的缓解效应北大核心CSCD

为探究外源物质对干旱胁迫下笔筒树生长的缓解效应和生理机制,对实验室培养的笔筒树幼苗进行了自然干旱胁迫,期间分别叶面喷施1.0 mmol/L水杨酸(SA)、150μmol/L褪黑素(MT)、100 mg/L多效唑(PP_(333))、2.5 mmol/L氯化钙(CaCl_(2))以及0.3 mg/L的2,4-表油菜素内酯(EBR)溶液,测定各处理幼苗的生长和光合作用、抗氧化酶、渗透调解物质等相关生理指标。结果表明:(1)与正常生长对照(CK)相比,干旱胁迫(DCK)显著抑制笔筒树幼苗地上部分的生长,但能够显著促进地下部分的生长;干旱胁迫显著抑制笔筒树叶片抗氧化酶活性,加剧对细胞膜的损害,进而引起幼苗叶片相对电导率和丙二醛含量显著上升,显著增加渗透调节物质的积累;干旱胁迫也使叶片叶绿素含量显著降低,不能正常进行光合作用,其净光合速率、气孔导度和蒸腾速率都显著降低。(2)与DCK处理相比,叶面喷施外源物质可以显著提高笔筒树幼苗叶片抗氧化酶活性,有效清除细胞内过多的活性氧,显著降低相对电导率和丙二醛含量,使细胞膜系统代谢正常,减轻干旱胁迫对笔筒树幼苗造成的伤害,并提高净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和叶绿素含量,有效减轻干旱胁迫对光合作用的抑制。(3)隶属函数法综合评价表明,适宜浓度的水杨酸(SA)和褪黑素(MT)处理对笔筒树幼苗干旱胁迫的缓解效应最好。     

油葵苗期抗旱相关性状的QTL定位及候选基因筛选

干旱是限制向日葵生长发育的重要因素之一。为探究向日葵苗期抗旱性分子机制,该研究以向日葵K55与K58杂交构建的150个F₇重组自交系群体为材料,对其在正常浇水和干旱胁迫两种水分处理条件下的叶片相对电导率、叶绿素含量、叶面积、叶片相对含水量、根长进行表型测定,利用前期建立的SNP、SSR分子标记遗传连锁图谱,通过复合区间作图法对5个抗旱相关的性状进行QTL定位。结果表明：(1)共定位到向日葵QTL位点11个,其中正常浇水条件下5个,干旱胁迫条件下6个,表型贡献率为0.768%~7.547%,且5号连锁群上定位到的QTL位点最多(3个)。(2)QTL置信区间内共筛选到62个与干旱相关的候选基因,包括位于qLA 8 1上的rna23019、rna23004、rna22661、rna22193、rna23294、rna22783和位于qCC 13 1上的rna40140,这些基因可作为后续基因克隆及功能研究的重点候选基因。该研究结果为向日葵抗旱性研究及其遗传改良奠定了基础。     

外源褪黑素对干旱胁迫下黑麦草和苜蓿抗氧化能力及养分吸收的影响

以黑麦草和苜蓿为对象,分别叶面喷施和根施100 μmol·L^-1的褪黑素溶液,在干旱胁迫下测定了生物量、丙二醛(MDA)含量、相对电导率、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性、养分含量(有机碳C、全氮N、全磷P)等指标,研究外源褪黑素对干旱胁迫下植物抗氧化能力及养分吸收的影响。结果表明: 干旱胁迫下,黑麦草和苜蓿的地上、地下生物量显著降低,外施褪黑素能够有效缓解干旱胁迫对黑麦草和苜蓿生长的抑制作用,叶面喷施和根施褪黑素使干旱胁迫下黑麦草的生物量分别增加14.5%和29.6%,苜蓿的生物量分别增加36.6%和49.1%。干旱胁迫下,黑麦草的SOD、POD活性和苜蓿的SOD活性显著降低,外施褪黑素显著提高黑麦草和苜蓿的SOD、POD、CAT活性,减少叶片中MDA的积累,使叶片相对电导率显著下降,抗氧化能力显著提高。干旱和外施褪黑素对黑麦草和苜蓿有机碳含量无显著影响。干旱胁迫下,黑麦草叶片和根中的N、P含量以及苜蓿根中的N含量降低,外施褪黑素提高黑麦草和苜蓿根和叶片中的N、P含量,这表明褪黑素对干旱胁迫下黑麦草和苜蓿的养分吸收有一定的调节作用。施用褪黑素不仅能改善植物的抗氧化能力,还能调节养分吸收以增强植物对干旱胁迫的适应性,而且叶面喷施褪黑素效果好于根施。     

2001—2020年川西北高原归一化植被指数演变特征及其对极端气候的响应

川西北高原是典型的生态气候敏感区,其植被状况与气候变化密切相关。本研究基于2001—2020年MODIS-NDVI数据集和气象数据,采用最大值合成、地理探测器模型、线性趋势分析、相关分析等方法,研究川西北高原生长季归一化植被指数(NDVI)的变化趋势及其对气候因子的响应机制。结果表明: 研究期间,川西北高原植被覆盖度整体状况良好,86.8%的区域植被稳定,12.6%的区域NDVI呈弱持续性上升趋势,0.6%的区域NDVI呈下降趋势,全区生态环境呈稳中向好的发展趋势。研究区植被覆盖度空间差异大,总体呈由西南向东北上升的趋势,并有显著的立体变化。海拔1350 m以下,NDVI随海拔升高而上升;海拔1350～3650 m,NDVI无显著变化;海拔3650～5900 m,NDVI随海拔升高而下降,在4750～5900 m快速下降;海拔5900 m以上,几乎无植被。川西北高原的NDVI受多种自然因子交互作用影响,热量因子(月最高气温极大值、月最低气温极小值、植物生长期、年均温、生长期均温)是主导气候因子,除月最高气温极大值外,其余温度因子对NDVI均以正贡献为主。NDVI对气温指数的响应高于降水指数。在气候变暖背景下,极端气温暖指数对川西北高原植被生长尤其是高海拔地区植被生长及改善以促进作用为主。