深畦栽培对干旱胁迫下葡萄叶幕微气候和光合作用的影响

试验以‘京亚’和‘红地球’葡萄品种2年生苗木为材料,在田间遮雨棚内考察了自然干旱胁迫下深畦栽植和平畦栽植葡萄根际土壤湿度、叶幕微气候因子、光合作用参数变化特征,探讨根际土壤湿度与叶幕气候互作对葡萄光合作用的影响。结果显示:(1)在干旱逆境下,葡萄根际土壤湿度和叶幕微气候因子交互作用能通过影响水分条件来影响葡萄的光合作用;土壤湿度阀值是葡萄进行光合作用时水分利用最有效的土壤湿度点值,土壤湿度阀值存在“阀值漂移”现象,与叶幕空气湿度呈明显负相关关系,维持较高的叶幕空气湿度有利于实现在较低的土壤湿度下达到更高的光合效率。(2)在干旱逆境下,与平畦栽植相比,深畦栽植在改善葡萄根际土壤水分和叶幕微气候方面具有明显的优势,在该模式下葡萄具有更强的保水能力和更高的水分利用效率,从而具有更强的光合效率。(3)采用深畦栽植模式时,根际土壤相对含水量30%~50%是显著影响葡萄光合作用的土壤湿度区间;根际土壤相对含水量分别在43.32%~50.00%和40.19%~50.00%是‘京亚’和‘红地球’光合作用适宜的土壤湿度范围,在43.32%和40.19%时分别为2种葡萄光合作用水分利用效率达到最高的最适土壤湿度。研究发现,干旱逆境条件下,葡萄根际土壤湿度和叶幕微气候因子交互作用能改善葡萄的光合作用效率;深畦栽植葡萄光合作用对土壤湿度的需求较低,在相对较低的土壤湿度即可达到相对较高的光合能力;深畦栽植模式可以协调葡萄光合作用和水分消耗之间的关系,具有较高的水分利用效率和光合能力,是干旱地区进行葡萄抗旱节水生产的理想模式。     

盐胁迫下欧李叶片叶绿体结构及功能与超微弱发光激发的关系

为初步探索叶绿体及其功能与超微弱发光（Ultraweak luminescence,UWL）激发的关系,揭示UWL与植物生长生理的关系及植物中UWL产生的来源,本试验以欧李（Cerasus humilis）为材料,采用室内盆栽试验,设置不同浓度盐胁迫处理,研究盐胁迫下欧李叶片的叶绿体结构和功能（叶绿素代谢、光系统Ⅱ活性、光合性能和能量水平）及UWL的变化规律和相关性。结果表明：（1）盐胁迫降低了欧李叶片的UWL强度,且盐浓度越高,UWL强度下降程度越大;（2）盐胁迫破坏了欧李叶片叶绿体结构,并降低了其功能,具体表现为叶绿素合成主要前体物质（ALA、Mg-ProtoⅨ）含量显著降低,叶绿素降解酶叶绿素酶（Chlase）活性显著升高,导致叶绿素（Chla、Chlb、Car和Chla+b）含量显著降低;同时欧李叶片FV/Fm、FV/FO、PIABS、RC/CSm、φE0和ΨE0快速下降,光系统Ⅱ活性受到严重抑制;进一步Pn、Tr、Gs下降,Ci同时升高,光合性能显著减弱;ATP含量和EC的显著降低,导致能量水平整体下降;（3）欧李叶片UWL强度与其叶绿素代谢物质及叶绿素含量（ALA、Mg-ProtoⅨ、Chla、Chlb、Car和Chla+b）、光系统Ⅱ活性（FV/Fm、FV/FO、PIABS、RC/CSm、φE0、ΨE0）、光合性能（Pn、Tr、Gs）及能量水平（ATP、EC）等参数均呈显著或极显著性正相关关系。（4）盐浓度越高,胁迫时间越长,欧李叶片UWL强度与叶绿体功能各指标变化程度越大,且高浓度处理下的相关性整体高于低浓度处理。可见,在盐胁迫条件下,欧李叶片叶绿体结构被破坏,同时其功能受到损伤活力下降,从而导致UWL强度降低;UWL强度与叶绿体及其功能关系密切,叶绿体可能是UWL的细胞器之一;UWL强度可以用来反映欧李叶片受盐胁迫伤害的程度。     

干旱胁迫下景天植物光合作用与超微弱发光的关系

该试验以德景天幼苗为试材,设计PEG、PEG+H_2O_2、PEG+苯甲酸钠、蒸馏水(CK)4个处理,分析20%PEG模拟干旱胁迫、以及活性氧调控干旱胁迫下超微弱发光(UWL)和光合作用参数的变化特征及其两者的关系,为揭示UWL的产生及其来源提供理论依据。结果表明:(1)在PEG模拟干旱胁迫过程中,CK和PEG处理的德景天叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、气孔导度(Gs)和叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)、叶绿素总量(Chl)以及UWL强度均随处理时间呈下降趋势,但PEG处理的以上所有指标的下降较CK更快、降幅更大。(2)H_2O_2和苯甲酸钠调控PEG干旱胁迫过程中,PEG+H_2O_2、PEG+苯甲酸钠处理的Pn、Tr、Gs、Ci、Chla、Chlb、Chl以及UWL强度的变化趋势与PEG处理基本一致,均随处理时间呈下降趋势,但PEG+H_2O_2处理的上述光合指标和UWL强度均低于PEG处理,PEG+苯甲酸钠处理的光合指标和UWL强度却均高于PEG处理。说明苯甲酸钠处理具有缓解干旱胁迫并提高UWL强度的作用。(3)相关分析显示,干旱胁迫及活性氧调控干旱胁迫下UWL强度均与各光合指标呈显著正相关关系。研究发现,在干旱胁迫和活性氧调控干旱胁迫下德景天光合作用参数较CK均明显下降,UWL强度也随之明显降低;德景天叶片UWL强度随着光合作用效率的下降而降低,说明植物UWL的产生与其光合作用的强弱显著相关,植物UWL强度能够反映植物受到的逆境胁迫的程度。     

不同生长阶段欧李叶片酚类物质含量及其抗氧化性

以4年生‘蒙原’欧李为试验材料,对不同生长阶段欧李叶片中多酚类物质(总酚、总黄酮、原花青素、花青素、黄酮醇)含量及其抗氧化活性(总抗氧化活性、铁离子还原力、DPPH·清除率、·OH清除率)进行了比较分析,为欧李叶片的进一步研究和开发利用提供理论依据。结果表明：(1)欧李叶片各酚类物质含量随着生长期均表现为先增加后降低的变化规律,并均于果实着色膨大期达到最大。(2)各酚类物质的抗氧化活性均表现出与各酚类物质类似的变化规律,除个别有差异外,基本也均于果实着色膨大期达到最高。(3)在果实着色膨大期,欧李叶片各酚类物质含量及其抗氧化活性均表现为总酚最高,总黄酮和原花青素次之,黄酮醇和花青素最低。研究发现,欧李叶片各酚类物质含量与其抗氧化活性存在着明显的协同变化关系,抗氧化活性随着各酚类物质含量的增加或降低而升高或降低;除原花青素和花青素外,着色膨大期是欧李叶片酚类物质含量积累高峰期,同时也是总抗氧化力最高的时期。     

干旱胁迫下景天植物能量水平与超微弱发光的关系

该试验以德景天幼苗为材料,设计PEG、PEG+H_2O_2、PEG+苯甲酸钠、蒸馏水(CK)4个处理,分析PEG模拟干旱胁迫及活性氧调控干旱胁迫下超微弱发光(ultraweak luminescence,UWL)和能量水平的变化及两者的关系,为揭示UWL的产生及其来源提供理论依据。结果表明:(1)在PEG模拟干旱胁迫过程中,CK和PEG处理德景天叶片的ATP含量、能荷和UWL强度均随着胁迫时间延长呈下降趋势,但PEG处理的上述指标的下降较CK更快、降幅更大。(2)进一步采用H_2O_2和苯甲酸钠调控活性氧的PEG干旱胁迫过程中,PEG+H_2O_2、PEG+苯甲酸钠处理的德景天叶片ATP含量、能荷和UWL强度的变化趋势与PEG处理基本一致,均随胁迫时间的延长呈下降趋势;但PEG+H_2O_2处理的上述指标均低于PEG处理,而PEG+苯甲酸钠处理的上述指标却高于PEG处理。(3)相关分析表明,在干旱胁迫及活性氧调控干旱胁迫下,德景天叶片UWL强度均与ATP含量和能荷呈显著正相关。研究发现,在干旱胁迫和活性氧调控干旱胁迫下,德景天叶片ATP含量和能荷较CK均明显下降,UWL强度也随之明显降低;UWL强度随着以ATP为代表的能量水平的下降而降低,说明植物中UWL的产生与其能量水平的高低显著相关。     

干旱胁迫下栽植模式对葡萄根际土壤湿度和光合效率的影响

为了解西北干旱地区深畦栽植模式对葡萄光合效率的影响,试验以鲜食葡萄品种‘京亚’和‘红地球’为材料,以葡萄生产中常用的平畦栽植模式为对照,研究了深畦栽植模式对葡萄根际土壤湿度及光合效率的影响。结果显示:(1)干旱胁迫过程中,2种栽植模式的葡萄根际土壤相对含水量、气孔导度(Gs)、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)均持续下降,但深畦栽植的土壤相对含水量和WUE较平畦栽植下降缓慢,且在胁迫后期严重干旱时两者均明显高于平畦栽植。(2)根据Logistic模型对土壤相对含水量与Pn、Gs、Ci、Tr的关系的曲线拟合结果,发现深畦栽植和平畦栽植下土壤相对含水量区间分别为30%~50%和40%~60%时显著影响葡萄的光合水分效率。(3)以Logistic方程的拐点为根际土壤湿度阀值,发现深畦栽植和平畦栽植葡萄的根际土壤湿度阀值分别为41.76%和52.60%,且此时葡萄光合水分效率最高。研究表明,在干旱逆境下,与平畦栽植相比,深畦栽植下能够有效减缓根际土壤水分散失,保持较高的根际土壤含水量,而且能够在土壤含水量较低的条件下实现更高的光合水分效率,深畦栽植是干旱地区理想的葡萄抗旱节水栽植模式;深畦栽植下,葡萄品种‘京亚’和‘红地球’的根际土壤相对含水量分别在40.19%和43.32%时叶片光合水分效率最高,且两葡萄品种光合作用的适宜土壤相对含水量范围分别是40.19%~50%和43.32%~50%。     

活性氧和能量调控下草莓果实衰老与超微弱发光的关系

该试验以‘红颜’草莓果实为试材,用过氧化氢(H_2O_2)和茶多酚(TP)、呼吸链解偶联剂——2,4-二硝基苯酚(DNP)和三磷酸腺苷(ATP)处理草莓果实,研究促进和清除活性氧以及抑制能量生成和促进能量条件下,草莓果实衰老进程和超微弱发光(UPE)的变化,探讨UPE与草莓果实衰老的关系,为了解UPE与植物成熟衰老的关系提供理论依据。结果表明:(1)在草莓果实采后衰老过程中,果实硬度持续下降,失重率和腐烂率持续上升,同时其UPE强度下降。(2)H_2O_2处理和DNP处理的果实硬度均低于对照,而其失重率和腐烂率均高于对照,同时两种处理果实的UPE强度均低于对照。(3)茶多酚处理和ATP处理的果实硬度均高于对照,而其失重率和腐烂率均低于对照,同时两种处理的UPE强度均高于对照。研究发现,活性氧调控和能量调控均能影响草莓果实的UPE强度和衰老程度,活性氧的增加加剧了果实衰老和UPE强度下降,而清除活性氧则延缓了果实衰老和UPE强度下降;抑制ATP生成加剧了果实衰老进程和UPE强度下降,增加ATP则延缓了果实衰老和UPE强度下降;UPE强度随着草莓果实逐渐衰老而下降,UPE强度与草莓果实衰老有关,反映了草莓果实的衰老进程。     

草莓果实线粒体呼吸代谢与超微弱发光的关系

该试验以草莓(Fragaria ananassa Duch.)品种‘红颜’果实为试材,采用水杨基氧肟酸(SHAM)抑制线粒体交替呼吸途径,使细胞色素途径单独运行,并用电子传递与氧化磷酸化偶联促进剂[二磷酸腺苷(ADP)、琥珀酸钠(C_4H_4Na_2O_4)]和抑制剂[2,4-二硝基苯酚(DNP)、原钒酸钠溶液(NaVO_4)]对线粒体提取液进行处理,对比分析在促进和抑制呼吸代谢情况下,草莓果实线粒体呼吸代谢与超微弱发光(UWL)的变化及二者之间的关系。结果显示:(1)草莓果实线粒体经促进剂处理后,呼吸代谢关键酶琥珀酸脱氢酶(SDH)、细胞色素氧化酶(COX)、ATP合酶(H~+-ATPase)活性以及呼吸速率、三磷酸腺苷(ATP)含量均随着促进剂浓度的增加而增加,UWL强度亦增强,且各浓度下的呼吸代谢指标和UWL强度均高于对照;经抑制剂处理后,以上呼吸代谢各指标及UWL强度的变化与促进剂处理相反,且均低于对照。(2)各促进剂、抑制剂处理条件下,草莓果实线粒体呼吸代谢各指标均与其UWL强度呈正相关。研究表明,草莓果实线粒体UWL强度随着呼吸代谢的变化而变化;促进剂促进了呼吸代谢,导致UWL强度增加,而抑制剂却抑制了呼吸代谢,导致UWL强度减弱;线粒体是UWL产生的细胞器之一,线粒体呼吸代谢过程中激发了UWL。     

欧李果实酚类物质及抗氧化活性特征研究

以内蒙古地区36种欧李优系资源果实为试验材料,分析欧李果实品质性状的9项指标含量差异及变异系数探究其多样性,通过相关性、主成分、聚类分析对其品质性状进行综合评价,筛选酚类品质优异的欧李优系资源,为内蒙古欧李种质资源创新利用提供理论依据。结果表明,(1)9项品质性状指标变异系数为5.91%~31.03%,总黄酮最高,可滴定酸最低。(2)欧李果实3种酚类物质与总还原力、·OH清除率、DPPH·清除率及果肉色泽多表现极显著正相关(P<0.01)。(3)通过主成分分析提取的3个主成分累计贡献率为73.54%,分别为酚类因子、酸度因子和总抗氧化因子;建立欧李种质综合评价数学模型:F=[10×(46.213×F_(1)+15.132×F_(2)+12.197×F_(3))/73.542]+60,综合得分最高为MY37(84.53),综合表现最差为MY9(29.61)。(4)系统聚类评价,将36份优系资源聚为4大类,其中第Ⅰ类群综合表现最优,分别为MY5、MY36、MY37、MY38、MY41、MY47、MY50,为酚类物质积累型,多为红色果肉,酸含量适中,同时这7份优系资源综合得分均在前10位,此类群可作为高酚类品质欧李种质资源。