水分胁迫对2种科尔沁沙地植物光合和水分利用特性的影响

选用内蒙古科尔沁沙地1年生植物狗尾草(Setaria viridis)和沙米(Agriophyllum squarrosum)为材料,采用盆栽方法研究了它们在不同土壤水分处理下的光合参数和水分利用效率的日变化特征及其与环境因子的相关关系。结果表明,狗尾草和沙米的净光合速率日变化曲线在充分供水条件下均呈单峰型,在轻度干旱胁迫下均呈双峰型,而在重度干旱胁迫下分别呈双峰型和左偏单峰型。狗尾草和沙米的蒸腾速率在不同水分处理下都近似呈双峰型曲线,然而变化程度却不相同。重度干旱胁迫下,狗尾草日平均净光合速率(11.52μmol.m-2.s-1)和蒸腾速率(3.62 mmol.m-2.s-1)分别比相应充分供水处理增加7%和43%,而沙米的日平均净光合速率(7.07μmol.m-2.s-1)和蒸腾速率(5.56 mmol.m-2.s-1)则分别较相应充分供水处理降低13%和36%。重度干旱胁迫下,狗尾草水分利用效率(2.84 mmol.mol-1)比相应充分供水处理降低3.1%,而沙米水分利用效率(1.14mmol.mol-1)则较充分供水处理提高了34%。光合速率下降在充分供水条件下主要是由气孔调节,但在轻度干旱胁迫和重度干旱胁迫处理下非气孔因素调节却起到十分重要的作用。在重度干旱胁迫下,狗尾草仍具有显著高于沙米的的净光合速率和水分利用效率,这可能是其仍然能够在固定沙地分布的原因之一。     

植物感应干旱信号的机制

干旱导致渗透胁迫，是造成作物减产的主要自然灾害。自达尔文时代，科学家开始探索植物感知和应答干旱胁迫的机制。现已阐明胁迫激素脱落酸信号途径，并逐步获得植物感知干旱和渗透胁迫的一些线索。本文总结了近年来干旱和渗透信号在植物中感知和传导的研究进展，对干旱胁迫可能的输入信号以及植物潜在的感知方式进行阐述，并提出了干旱胁迫信号研究中尚需解决的核心科学问题，期望为解析植物干旱信号感知和作物抗逆遗传改良提供线索。     

第二十五讲 植物对水分胁迫的响应

一、引言干旱是农业生产中经常存在的重要问题。世界上有近1/3的地区被划为干旱地区。在干旱地区植物的生长总是受到水分供应不足的限制;如象我国广大的西北地区就是这样。而在其他的许多地方。植物的生长和产量也常常会因周期性或难以预期的干旱而减低。     

灌浆—成熟期间土壤干旱对小麦籽粒充实和物质运转的影响

在干旱的影响下,较年轻的上端器官,如穗、上茎、旗叶鞘、旗叶能够较久地保持稍好的水分供应,以维持其生理功能。干旱通过水分胁迫的直接影响和促进早衰而减低植物的光合能力,并因同化产物供应不足,使粒重降低导致减产。灌浆前半期经受于旱的处理,因光合产物损失多、减产较多。但在同化产物供应不足的情况下,被利用于充实籽粒的贮存物质的数量则有所增多。中度到近于严重的水分胁迫并不妨碍筛管中物质运输。相反,却因为促进早衰而使叶、茎中所含的氮、磷和糖加速运出。运入每穗籽粒中的氮素和对照近似,磷则明显减少。 讨论了小麦对花后土壤干旱的保护性适应。     

转基因植物中基因表达的化学调节

化学调控“开启”开关固定到某一基因上进行作物遗传转化就可使该基因在需要时于转基因植物里表达,由此可以避免因不必要的蛋白合成浪费能量而导致的作物减产。化学调控基因表达也可防治由于转移基因的恒定表达引起的其它不良影响,例如,昆虫面对稳定表达高浓度杀虫剂苏云金芽孢杆菌δ-内毒素的转基因作物而毒素抗性增加。Ciba-Geigy 科学家 S.Williams,J.Ryuls 及同事开发了一个通过把化学反应性启动子连接到苏     

植物细胞液汁浓度与生长的关系

许多研究者在不同生长地进行细胞液汁浓度的观察,一致得出结论说:在干旱条件下,供水困难,细胞液汁浓度常比湿润条件下的为高。植物细胞液     

干旱与复水对小麦光合和产量的影响

通过不同生育期变水处理,研究干旱胁迫和复水处理分别对不同基因型小麦光合和产量影响。结果表明：拔节期为亏缺敏感期,该期胁迫引起产量显著降低,相比充分供水处理普通小麦减产25．93％,同时光合速率、水分利用效率、收获指数均下降,蒸腾增强;灌浆期为复水高效期,对比胁迫处理普通小麦增产38．78％,光合增强,水分利用效率和收获指数增加,蒸腾减弱。     

抗旱作物上岗记

一边是水资源的严重短缺,一边是干旱导致的农业减产,无疑使世界粮食危机雪上加霜。水资源正成为世界多数国家制约农业发展的重要因素,培育“不怕渴”农作物品种成为摆在世界育种学家面前的共同难题,也是节水农业中最有效的技术手段。     

抗旱作物上岗记

一边是水资源的严重短缺，一边是干旱导致的农业减产，无疑使世界粮食危机雪上加霜。水资源正成为世界多数国家制约农业发展的重要因素，培育“不怕渴”农作物品种成为摆在世界育种学家面前的共同难题，也是节水农业中最有效的技术手段。     

基于同化数据的标准化土壤湿度指数监测农业干旱的适宜性研究

农业干旱是导致作物减产的主要灾害之一,及时、准确地监测农业干旱状况有助于制定区域减灾策略,降低灾害损失。标准化土壤湿度指数(SSMI)是基于历史土壤湿度时间序列构建的一种农业干旱指数,目前分析该指数监测农业干旱的适宜性研究十分缺乏。本文以黄淮海平原为研究区,利用数据同化的根区土壤湿度数据构建SSMI,并通过与标准化降水蒸散指数(SPEI)、农业干旱灾害记录数据的对比以及与冬小麦产量的关系分析,综合评价SSMI监测农业干旱的适宜性。结果表明,SSMI与SPEI具有良好的一致性,二者之间具有极显著相关关系(P0.001);利用SSMI识别的农业干旱与农气站点干旱灾害记录是基本一致的,SSMI能够有效反映干旱发生、发展直至减轻的演变过程;冬小麦生长季SSMI与减产率显著相关,利用SSMI识别的农业干旱发生区域与基于统计数据计算的减产区域基本相符,SSMI能够对农业干旱引起的冬小麦减产起到一定的指示作用。综上所述,基于同化数据构建的SSMI能够反映黄淮海平原的农业干旱状况,利用SSMI监测区域农业干旱状况是适宜的。研究可为基于土壤湿度的农业干旱监测业务化运行提供依据,为黄淮海平原的抗旱减灾提供科学参考。     

基于WOFOST作物生长模型的冬小麦干旱影响评估技术

为了反映作物与干旱的相互关系,人为再现干旱灾害对作物产量的影响程度,选择华北地区冬小麦干旱灾害为研究对象,对作物生长模型WOFOST在区域上进行适应性进行分析、检验的基础上,然后利用区域作物模型实现干旱灾害对作物影响定量分析和动态评估。以减产率和气象条件作为灾害严重程度划分的标准,利用数值模拟试验,确定导致减产的主要气象因子及其量值,对研究区干旱灾害进行影响评估,包括典型灾害年份影响评估和年代际灾害影响评估,并给出了评估结果。     

不同灌溉方式对水稻生物学特性与水分利用效率的影响

以杂交水稻两优培九为试验材料,利用测坑栽培条件,比较了4种灌溉方式下的水稻生物学特性与水分利用效率.结果表明,与淹水灌溉相比,间歇灌溉叶面积指数大,叶片光合速率高,蒸腾速率较低,叶片水分利用效率高;半干旱栽培叶片水分利用效率相对较高;干旱栽培叶面积指数小,叶片净光合速率和水分利用效率降低,且后期叶片早衰.间歇灌溉、半干旱栽培和干旱栽培比淹水灌溉分别节水8.75%、17.96%和29.69%;产量分别增产24.02%、减产5.07%和减产38.93%;水分利用效率以间歇灌溉最高,半干旱栽培次之,淹水灌溉和干旱栽培较低.间歇灌溉下稻粒的整精米率、精米率、粒长均高于其它处理,但垩白粒率和垩白度低于其它处理;随着稻田耗水量的减少,水稻的直链淀粉含量降低,而胶稠度和蛋白质含量提高.试验结果表明间歇灌溉为南方稻区较适宜的灌溉方式.     

干旱胁迫对3种不同光合类型荒漠植物叶绿体和线粒体超微结构的影响

以荒漠木本C_3植物天山猪毛菜、C_3-C_4中间型植物松叶猪毛菜、C_4植物木本猪毛菜为研究对象,采用盆栽控水试验,设置正常供水和轻度、中度和重度干旱处理(土壤含水量分别为田间持水量的80%、60%、45%和35%),研究不同程度干旱胁迫对3种不同光合类型荒漠植物叶片超微结构的影响。结果表明:(1)正常水分条件下,叶肉细胞中各细胞器结构完整。(2)轻度干旱胁迫下,3种植物叶片超微结构未受损伤,无明显变化。(3)中度干旱胁迫下,天山猪毛菜和松叶猪毛菜叶肉细胞壁界限不清晰,类囊体片层扩张且排列不紧密,不同之处在于,天山猪毛菜线粒体最先出现降解,内含物流失,而松叶猪毛菜线粒体外膜轮廓变形,嵴减少;木本猪毛菜线粒体无明显变化,叶绿体轻微扩张。(4)重度干旱胁迫下,天山猪毛菜和松叶猪毛菜叶绿体受损且结构混乱,线粒体出现降解;木本猪毛菜叶绿体出现膨胀,线粒体外膜轮廓模糊,嵴减少且结构模糊不清楚。研究认为,不同程度干旱胁迫下木本猪毛菜叶绿体和线粒体的受损程度都最低;干旱胁迫下天山猪毛菜和松叶猪毛菜叶绿体的受损程度大致相似;松叶猪毛菜和木本猪毛菜线粒体对干旱胁迫的耐受力要比叶绿体强。     

植物水分利用效率和半干旱地区农业用水

干旱是一个全球性问题,人类面临的第一个生态问题就是水分不足。减少农业生产中水的需求量成为一个国际目标,我国的情况尤为严峻。我国水资源总量虽居世界第六位[1],但人均占有量仅为2400m3,相当于世界平均数的1／4,且时空分布不均。长江以北地区耕地面积占全国的64％．而水资源不足18％。我国的灌溉面积已达7.2亿亩,居世界首位,但灌溉水浪费严重,其利用系数只有0．5,致使整个农业用水量占到总用水量的85％,而一些发达国家仅占到50％左右。由于水资源短缺和生态环境恶化,1959年以来全国平均每年受旱面积呈增大趋势,在占国土面积…     

植物体内干旱信号的传递与基因表达

干旱是严重影响植物生长发育的重要环境胁迫因子之一。干旱能影响植物的水分状态,使植物缺水遭受伤害。近年来,相继从拟南芥等植物中克隆出了一些受干旱诱导的基因,如蛋白激酶基因、光合基因、渗透调节基因、功能蛋白基因（如LEA基因）等。干旱等胁迫信号经历一系列的传递过程,最后诱导这些特定基因的表达。在植物体中,可能存在依赖ABA型和不依赖ABA型两条干旱信号的传递途径。近年来从高等植物中分离出一系列调控干旱相关基因表达的转录因子,通过转录因子之间以及与其它相关蛋白之间的相互作用,激活或抑制干旱等胁迫因子诱导的基因表达。     

干旱胁迫对2种光合类型C4荒漠植物叶片光合特征酶和抗氧化酶活性的影响

以荒漠C₄草本植物蔷薇猪毛菜(NADP苹果酸酶型,NADP-ME）和粗枝猪毛菜（NAD苹果酸酶型,NAD-ME）为研究对象,采用盆栽控水试验设置正常供水和轻度、中度、重度干旱处理（土壤含水量分别为田间持水量80%、60%、45%和35%）,通过测定不同程度干旱胁迫下叶片含水量、C₄光合特征酶和抗氧化酶活性等指标,探讨不同类型C₄荒漠植物光合特征酶和抗氧化系统对干旱逆境的适应机制。结果显示：（1）2种植物叶片含水量均随干旱胁迫的加剧不同程度降低。（2）叶片磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）活性在中度干旱胁迫下显著增加而在重度干旱胁迫下急剧下降;蔷薇猪毛菜NAD-ME活性和粗枝猪毛菜NADP-ME活性都很低,且它们基本不受干旱胁迫的影响;随干旱胁迫的加剧,蔷薇猪毛菜NADP-ME活性呈下降趋势,而粗枝猪毛菜NAD-ME活性先显著增加而在重度干旱胁迫下显著降低。（3）随着干旱胁迫的加剧,叶片超氧化物歧化酶（SOD）活性呈下降趋势,过氧化物酶（POD）活性在不同程度干旱胁迫下均有不同程度增加;过氧化氢酶（CAT）活性在中度干旱胁迫下均有不同程度的增加,但在重度干旱胁迫下蔷薇猪毛菜CAT活性降低,而粗枝猪毛菜CAT活性显著增加;丙二醛（MDA）含量随干旱胁迫的加剧均有不同程度的增加。研究认为,一定程度干旱胁迫下,2种荒漠植物的PEPC活性均有增加;不同光合类型C₄植物叶片脱羧酶（NADP-ME和NAD-ME）对干旱胁迫的响应有明显的差异。POD和CAT是这两种C₄植物适应干旱胁迫的主要抗氧化酶,但蔷薇猪毛菜CAT在重度干旱胁迫下没有起到积极保护作用。     

建立良好的新疆大农业生态体系

一、新疆生态系统的特征和现状(一)新疆荒漠生态系统新疆地处中纬度欧亚大陆中心,总面积约165万平方公里,占全国国土的六分之一,是我国最干旱的地区,南疆则为全世界少数极端干旱地区之一。与世界其它干旱地区相比新疆有两个显著特点。一是世界上广大荒漠区都处于亚热带,而新疆处于温带,广大平原和低山在气候上是处于温带荒漠气候带,太阳辐射很强,年总辐射为125～155千卡/平方厘米,居全国第二位。     

施氮和供水对混播和单播白羊草叶片叶绿素荧光特性的影响

为明确干旱条件下混播和施氮对白羊草〔Bothriochloa ischaemum(Linn.)Keng〕叶片叶绿素荧光参数的影响,采用盆栽法并设置不同混播比例〔白羊草与柳枝稷(Panicum virgatum Linn.)混播比例分别为8:0、6:2、4:4和2:6〕、施氮水平(即不施氮和1kg干土施01g纯氮)和供水条件(即正常供水和干旱胁迫6d后复水),对白羊草叶片叶绿素荧光参数的变化进行比较分析;在此基础上,采用一般线性模型分析这3个因素及其交互作用对白羊草叶绿素荧光参数的影响效应.结果显示:正常供水条件下,各处理组白羊草的最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、表观光合电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(qP)和非光化学淬灭系数(NPQ)均无明显变化.干旱及复水条件下,不施氮处理组白羊草的Fv/Fm值在干旱胁迫6 d(即土壤相对含水量最低)时降至最低值,并在复水2 d后恢复至与正常供水条件下相近的水平,而施氮处理组的Fv/Fm值则一直保持与正常供水条件下相近的水平;不论施氮与否,各处理组白羊草的ΦPSⅡ、ETR、qP和NPQ值基本上均表现为在干旱胁迫6 d时达到最高值,并在复水2 d后恢复至正常供水条件下各参数值的90%以上.总体上看,混播白羊草的qP和ETR值均高于单播白羊草,而其NPQ值则低于后者.统计分析结果表明:混播比例、施氮水平和供水条件3个因素间的交互作用对白羊草的ΦPSⅡ、qP和ETR值无显著影响,施氮水平对NPQ值的单独作用、施氮水平和混播比例的交互作用对Fv/Fm值以及施氮水平和供水条件的交互作用对ETR值也无显著影响,但这3个因素的单独作用及两两因素间的交互作用对白羊草其余叶绿素荧光参数均有显著或极显著影响.研究结果表明:一定程度的干旱胁迫有利于提高白羊草叶片PSⅡ反应中心的开放程度、光合电子传递速率和热耗散过剩光能的能力;在干旱胁迫条件下,施氮有助于白羊草叶片维持PSⅡ反应中心的活性和光化学效率;并且,与柳枝稷适度混播可改善白羊草叶片的光合性能,提高其种间竞争适应性.     

植物硅营养的研究进展

阐述了植物吸收硅的机理、硅与其它营养元素的关系及其对非胁迫和胁迫条件下植物生长发育的有益作用。植物吸收硅的机制目前尚不是很清楚,不同植物吸收硅的方式不同。硅可影响植物中其它营养元素的含量。在非胁迫条件下,硅可促进植物的生长;硅也参与了植物抗病、抗虫等生物胁迫,以及抗金属毒害、盐害、温度胁迫、干旱、抗倒伏等非生物胁迫的反应。目前,应从多种植物上深入研究硅的吸收方式与机理;同时,应该改变硅在细胞壁的沉积仅仅起增强组织机械强度作用的观点．而应从生理代谢调控的角度进行硅作用机制的研究,为生产实践中硅肥的应用奠定理论基础。     

谷子旱后的补偿效应研究

通过对谷子旱后的生理表现、干物质积累速率、水分利用效率、经济系数的研究,认为谷子存在旱后补偿效应这一适应性生理生态现象。实验结果表明,前期曾受旱的处理表现出超速生长的趋势,相对日均干物质增长速率显着高于一直处于同一供水水平的处理,经过加速生长能部分甚至全部补偿前期干旱所造成的干物质上的损失。前期干旱对谷子的生理影响具有延续性,后期增加供水水平后,同等供水水平的处理中曾经历干旱的表现出较高光合速率和叶绿素含量。谷子的旱后补偿效应还表现在能高效地利用有限的水和干物质以形成种子。在我国西部半干旱区,相对夏季作物而言,秋季作物谷子的旱后加速生长这一生长特性更适应半干旱区自然降雨特征.