高浓度臭氧对大豆生长发育及产量的影响

采用开顶式同化箱(open-top chambers,OTCs)装置,设置活性碳过滤大气(CF,［O₃］<10 μg·kg^-1)和高臭氧(O₃)浓度(HO,约为80 μg·kg^-1)两个处理,研究开花后高浓度O₃对大豆农艺性状、叶面积、叶绿素、抗氧化系统与产量的影响.结果表明： 与对照(CF)同期相比,HO处理植株的叶面积和叶绿素含量显著降低(P<0.05);过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性极显著增强(P<0.01),但随着处理时间的延长,其活性逐渐降低;HO处理下植株叶片中可溶性蛋白质和抗坏血酸(AsA)含量降低,丙二醛含量显著升高,表明膜脂过氧化进程加快;大豆的单株干物质量、有效结荚数、籽粒数、百粒重和产量都有所降低,其中产量降低了47%,差异达极显著水平(P<0.01).     

臭氧对水稻根系活力、可溶性蛋白含量与抗氧化系统的影响

采用旋转布气法开顶式气室 (Open top chambers, OTCs) 装置, 研究4种臭氧 (O3) 浓度水平 (过滤大气, O3浓度20nl·L-1;环境大气, O3浓度40nl·L-1;中等O3浓度处理, O3浓度为75nl·L-1;高浓度处理, O3浓度为150nl·L-1) 下水稻 (Oryzasativa) 根系中根系活力、可溶性蛋白含量、膜脂过氧化程度与抗氧化系统的变化差异。主要结果表明与过滤大气处理相比, O3浓度升高 (75和150nl·L-1) 使植株根系活力显著降低, 根系大幅度、过早地衰退;根系可溶性蛋白质含量显著下降;根系MDA含量显著升高, 膜脂过氧化程度加剧;SOD活性呈先升高后下降的变化趋势根系中H2O2含量大幅度显著上升, 并随着O3处理浓度升高和暴露时间延长变化幅度增大;CAT与POD活性则表现出升高趋势, 但处理后期升高幅度略微降低;整个处理期间根系ASA含量无显著变化。环境大气处理与过滤大气处理植株各个指标变化趋势基本一致并略微下降, 随着处理时间延长根系活力与蛋白质含量出现显著下降, 其他指标无显著差异。试验结果表明O3浓度升高会对植物地下部分根系产生影响;随着O3胁迫时间的延长, 植物将面临着缺乏强有力的根系生理代谢活力支持。     

臭氧胁迫对大豆叶片抗坏血酸-谷胱甘肽循环的影响

由于城市化的加剧导致近地面臭氧（O3）浓度日益增加,对植物生长和生态系统的功能产生了显著影响,因此准确评估近地层O3浓度升高对植物的影响具有重要意义。本文利用开顶式气室（OTCs）,系统探讨了模拟O3胁迫下大豆抗氧化系统抗坏血酸（AsA）-谷胱甘肽（GSH）循环清除活性氧（ROS）的机制及其对植株生长发育的影响。结果表明,在整个生育期内,与对照相比, 80?10 nL?L-1和110?10 nL?L-1 O3可以使大豆叶片丙二醛（MDA）含量、相对电导率增大,超氧阴离子（O2 ）产生速率、过氧化氢（H2O2）含量升高,超氧化物歧化酶（SOD）活性减弱; AsA-GSH循环中的AsA、GSH含量减少,脱氢抗坏血酸（DHA）、氧化型谷胱甘肽（GSSG）含量增加,过氧化物酶（APX）、单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）、谷胱甘肽还原酶（GR）活性呈现出前期增强后期减弱趋势,而脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）活性呈现出增强-减弱-增强的趋势。以上结果说明,O3浓度升高促进了大豆叶片ROS的代谢速率,降低了AsA-GSH循环效率,表明抗氧化系统不能长时间忍受高浓度O3带来的氧化伤害,从而使膜脂过氧化程度加重,对大豆表现为伤害效应。     

NaCl胁迫对菜用大豆种子膨大过程中抗氧化系统及渗透调节物质的影响

采用蛭石栽培试验,在100mmol.L-1 NaCl胁迫下,对耐盐性不同的两个菜用大豆品种种子膨大、抗氧化系统及渗透调节物质进行了研究。结果显示:(1)耐盐品种‘绿领特早’种子干质量及大小的增加在NaCl胁迫15d时未受显著影响,而盐敏感品种‘理想高产95-1’种子的膨大受到了显著抑制。(2)NaCl胁迫导致菜用大豆种子超氧阴离子(O2.-)、过氧化氢(H2O2)及丙二醛(MDA)的过量积累,但‘绿领特早’种子的相对积累量均低于‘理想高产95-1’。(3)与‘理想高产95-1’相比,‘绿领特早’在NaCl胁迫期间维持了相对较高的超氧化物歧化酶(SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)及谷胱甘肽还原酶(GR)活性,以及较高的抗坏血酸(AsA)、可溶性蛋白和可溶性糖含量;胁迫中期维持了相对较高的过氧化物酶(POD)活性,胁迫后期维持了相对较高的过氧化氢酶(CAT)活性;胁迫前中期维持了相对较高的谷胱甘肽(GSH)含量。研究发现,‘绿领特早’种子在NaCl胁迫期间能够保持较高且协调平衡的保护酶SOD、POD、CAT活性和较高的AsA-GSH循环效率,同时维持了较强的渗透调节能力,有效抑制了O2.-和H2O2的过量积累,进而有效降低了细胞膜质过氧化程度,这可能是其耐盐性较强的重要原因之一。     

臭氧对原位条件下冬小麦叶片光合色素、脂质过氧化的影响

运用开顶式气室(OTC-1)研究了O3胁迫对原位条件下冬小麦叶片的光合色素、脂质过氧化和抗氧化系统的影响.结果表明:随着O3浓度的升高,各个生育期小麦叶片中叶绿素含量下降,叶绿素组成发生改变,且在灌浆期变化明显;叶片相对电导率(REC)增大,丙二醛(M DA)含量增加;过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性和类胡萝卜素(C ar)含量降低,超氧化物歧化酶(SOD)活性在O3浓度低于1×10-7(φO3)时逐渐升高,而后急剧降低.可见O3促进了小麦叶片老化,加剧了膜脂过氧化,破坏了抗氧化系统功能,影响了叶片的正常生理代谢.     

不同秧苗素质和移栽密度条件下臭氧胁迫对水稻光合作用、物质生产和产量的影响

近地层臭氧浓度升高使水稻生长受抑进而使产量下降,但这种影响是否因不同栽培条件而异尚不清楚。2011年依托先进的稻田臭氧FACE(Free Air gas Concentration Enrichment)技术平台,以汕优63为供试材料,臭氧设置大气臭氧浓度(Ambient)和高臭氧浓度(比Ambient高50%),秧苗素质设置弱苗(移栽时无分蘖)和壮苗(移栽时带两个分蘖),移栽密度设置低密度(16穴/m2)、中密度(24穴/m2)和高密度(32穴/m2),研究不同秧苗素质和移栽密度条件下臭氧胁迫对水稻生长和产量的影响。结果表明:高浓度臭氧使水稻结实期叶片SPAD值、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率明显下降,但胞间CO2浓度和叶温无显著变化。高浓度臭氧对水稻拔节前物质生产量没有影响,但使拔节至抽穗期、抽穗至成熟期物质生产量平均分别降低13%和29%,进而使成熟期生物产量和籽粒产量均显著下降。方差分析表明,臭氧与秧苗素质间没有互作效应,但臭氧与移栽密度的互作对最终产量的影响达显著水平。以上结果表明,臭氧胁迫使水稻生长后期光合受阻,导致物质生产和产量显著下降;适当增加移栽密度可能会减少臭氧胁迫下水稻产量的损失。     

外源α-萘乙酸对花期长期干旱大豆叶片抗氧化系统的影响

以不同耐旱型品种‘南农99-6’和‘科丰1号’大豆为材料,2012年在南京农业大学牌楼试验站进行为期110 d的盆栽试验,研究大豆花期叶面喷施α-萘乙酸(NAA)对长期干旱条件下大豆植株抗氧化系统的影响.结果表明:干旱胁迫显著降低了大豆地上部干物质量,叶片中丙二醛(MDA)含量及活性氧(ROS)水平显著升高,同时,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、谷胱甘肽还原酶(GR)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活性,还原型抗坏血酸(AsA)、还原型谷胱甘肽(GSH)含量及AsA/DHA(双脱氢抗坏血酸)和GSH/GSSG(氧化型谷胱甘肽)比值显著升高,其中‘科丰1号’大豆的抗氧化能力更高,从而维持较低的ROS水平和MDA含量.NAA可显著提高叶片中的APX、POD、CAT、MDHAR活性及AsA/DHA、GSH/GSSG比值,其中‘科丰1号’大豆叶片的脱氢抗坏血栓还原酶(DHAR)活性和AsA含量极显著增加.     

14-羟芸·噻苯隆对盐胁迫下水稻光合特性、抗氧化系统及产量的影响

为探讨不同生育时期喷施能百旺2.0(0.16%14-羟芸·噻苯隆+聚谷氨酸)对盐胁迫下水稻生长及产量的缓解效应,以杂交稻湘两优900和常规稻黄华占为试材,研究连续喷施2次(分蘖期和抽穗期)或3次(分蘖期、抽穗期和灌浆期)能百旺对0.3%盐胁迫下水稻光合特性、抗氧化代谢、渗透调节和产量的影响。结果表明：盐胁迫抑制两品种水稻生长,显著降低净光合速率(P_n),使湘两优900和黄华占的产量分别降低33.7%和43.2%。叶面喷施能百旺可缓解盐胁迫对水稻生长的抑制,喷施2次显著增加湘两优900和黄华占的有效分蘖,喷施3次显著增加黄华占的株高、茎粗、总叶片数、剑叶长和倒二叶长;喷施2或3次能百旺均能显著提高两品种水稻叶片的P_n、气孔导度(G_s)和叶绿素含量,增强抗氧化酶(SOD、CAT、POD和APX)活性,上调非抗氧化剂(AsA和GSH)水平,促进脯氨酸积累,降低过氧化氢(H₂O₂)和丙二醛(MDA)含量,湘两优900和黄华占的产量在喷施2次能百旺后分别止损20.0%和14.3%,在喷施...     

臭氧暴露对大豆叶片群体光合作用及产量的影响

臭氧（O₃）已经成为我国许多大中城市夏季的首要污染物,其具有较强的植物毒性,严重威胁农业安全。O₃污染常发生于高温晴天,具有间歇性和累积性的特点,但现有研究多集中于在叶片尺度上探究长期O₃暴露对植物生理过程的影响,而间歇性暴露对植物整株生长和光合生理特性的影响鲜有报道。以大豆为实验对象,依托开顶式气室（OTC）进行间歇性臭氧暴露,探究大豆叶片群体光合作用及产量对间歇性O₃暴露的响应。结果发现（1）间歇性O₃暴露具有累积性和恢复性,在低O₃暴露剂量（AOT40≤2.47μL L^-1 h^-1）处理下,大豆植株的净光合速率降低,但与对照组无显著差异。当AOT40较高时（AOT40≤5.35μL L^-1 h^-1）,大豆植株的净光合速率显著降低,而随着O₃胁迫的消失,大豆植株的净光合速率逐渐回升,并最终恢复。（2）不同的光合参数对间歇性臭氧暴露敏感性不同,其中最大净光合速率最为敏感。在低AOT40下最大净光合速率显著降低,且恢复时间更长。（3） O₃二次暴露后,净光合速率降低幅度较低,且恢复更快,说明间歇性O₃暴露可能会提高大豆的耐受阈值。（4）当AOT40低于5.35μL L^-1 h^-1时,对大豆产量无显著影响,说明间歇性臭氧暴露条件下,大豆减产阈值更高。     

外源α-萘乙酸对花期长期干旱大豆叶片抗氧化系统的影响

以不同耐旱型品种‘南农99-6’和‘科丰1号’大豆为材料,2012年在南京农业大学牌楼试验站进行为期110 d的盆栽试验,研究大豆花期叶面喷施α-萘乙酸(NAA)对长期干旱条件下大豆植株抗氧化系统的影响.结果表明: 干旱胁迫显著降低了大豆地上部干物质量,叶片中丙二醛(MDA)含量及活性氧(ROS)水平显著升高,同时,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR）、谷胱甘肽还原酶(GR)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活性,还原型抗坏血酸(AsA)、还原型谷胱甘肽(GSH)含量及AsA/DHA(双脱氢抗坏血酸)和GSH/GSSG(氧化型谷胱甘肽)比值显著升高,其中‘科丰1号’大豆的抗氧化能力更高,从而维持较低的ROS水平和MDA含量.NAA可显著提高叶片中的APX、POD、CAT、MDHAR活性及AsA/DHA、GSH/GSSG比值,其中‘科丰1号’大豆叶片的脱氢抗坏血栓还原酶（DHAR）活性和AsA含量极显著增加.     

UV-B辐射增强和O3浓度升高对大豆叶片内源激素和抗氧化能力的影响

揭示大豆叶片内源激素对UV-B和臭氧胁迫的代谢机制和响应方式,为从分子水平研究植物内源激素对UV-B(Ultraviolet-B)和O3(Ozone)胁迫的适应机制奠定基础。以大豆(Glycine max.)为试验材料,利用开顶式气室研究UV-B(0.32W/m2)和O3((110±10)nmol/mol)复合胁迫对大豆叶片内源激素含量及活性氧代谢系统的影响。结果表明:在大豆整个生育期内,与对照相比,UV-B胁迫使大豆叶片ABA(Abscisic acid)含量、ZR(Zeatin riboside)含量和IAA(Indoleacetic acid)含量显著降低,IAA/ABA、ZR/ABA、(IAA+ZR)/ABA比值升高,O·-2(Superoxide anion free radical,O·-2)产生速率和MDA(Malonaldehyde)含量升高,SOD(Superoxide dismutase)、CAT(Catalase)和POD(Peroxidase)活性显著降低;高浓度O3胁迫下,大豆叶片ABA和IAA含量显著下降、ZR含量显著增加,IAA/ABA、ZR/ABA、(IAA+ZR)/ABA值显著升高,O·-2产生速率和MDA含量增加,SOD、CAT和POD活性显著降低;UV-B和O3复合胁迫下,大豆叶片ABA含量、ZR含量和IAA含量降低,ZR/ABA、(IAA+ZR)/ABA值下降,而IAA/ABA值升高,O·-2产生速率和MDA含量显著增加,SOD、CAT和POD活性显著降低。UV-B辐射增强和O3浓度升高单一及复合作用使大豆叶片内源激素间平衡改变,进而影响大豆叶片的代谢水平。持续胁迫下,植株抗氧化能力下降,对大豆表现为伤害效应。UV-B和O3复合胁迫比单独胁迫时的影响有所加深,但是小于两者单独作用时影响的简单累加。     

自由空气中臭氧浓度升高对大豆的影响

人类活动导致的大气和气候变化将极大地改变作物未来的生长环境,其中一个显著的变化就是近地层空气污染物臭氧浓度的迅速上升:从工业革命前低于10nL/L上升到现在的50nL/L(夏季每天8h平均),最新预测这一浓度将在2015-2050年增加20%-25%,本世纪末将增加40%-60%。目前大气背景臭氧浓度已经超过敏感植物的伤害阀值(即40nL/L),广泛地造成农作物减产,而未来臭氧浓度增加将使这种影响变得更为严重。与封闭式和开顶式试验相比,FACE(free-air gas concentration enrichment)研究使用标准的作物管理技术,在完全开放的农田条件下运行,代表了人类对未来大气环境的最好模拟。作为人类食物蛋白的重要来源,大豆是世界上种植面积最大的双子叶植物,也是1年生C3作物的模式作物,同时也被认为对臭氧污染最为敏感的作物之一。美国伊利诺伊大学的大豆FACE(SoyFACE)是世界上第1个利用FACE技术开展农作物对高浓度臭氧(模拟本世纪中叶近地层臭氧浓度)响应和适应的多学科合作研究。在阐述气室研究的局限性和介绍SoyFACE运行特点的基础上,首次综述了FACE情形下高浓度臭氧对大豆光合特性、冠层结构、物质生产与分配、产量及其构成因素以及虫害等方面的影响,并比较了FACE与气室研究结果的异同点。SoyFACE研究清楚地表明臭氧对未来粮食安全的影响必须作为一个重要的全球变化因子来加以考虑。利用FACE技术深入开展臭氧及其与其它全球变化因子的互作对世界主要粮食作物的影响、机制和调控的系统研究,是该领域未来优先考虑的方向。     

调亏灌溉和生物炭对大豆生长、产量及水分利用效率的影响

为了解生物炭及调亏灌溉对大豆的影响,以大豆"开育12号"为试验材料,采用随机区组试验设计,利用盆栽栽培条件,研究不同生物炭添加量B₀(0 t·hm^-2)、B₁(6t·hm^-2)、B₂(12 t·hm^-2)和不同程度调亏灌溉W₁(充分灌溉,70%田间持水量)、W₂(轻度调亏,55%～60%田间持水量)、W₃(重度调亏,45%～50%田间持水量)对大豆生长、产量及水分利用的影响。结果表明:轻度调亏灌溉不会影响大豆叶面积指数及地下部分干物质累积量,而大豆叶面积指数和地下部分干物质累积量随着生物炭使用量的增加而增加;地上部分干物质累积量随着调亏程度的加重而降低,而生物炭施用量为12 t·hm-2时,才会提高地上部分干物质累积量。调亏灌溉和生物炭均能影响大豆的耗水量,其中耗水量随着调亏程度的加剧而减少,而添加6 t·hm^-2生物炭耗水量最高,但有利于产量的形成。与充分灌溉不施用生...     

Tolerance of a field grown soybean cultivar to elevated ozone level is concurrent with higher leaflet ascorbic acid level, higher ascorbate-dehydroascorbate redox status, and long term photosynthetic productivity

We examined the characteristics of ascorbic acid (ASC) level, dehydroascorbate (DHA) level, and the ASC–DHA redox status in the leaflets of two soybean cultivars grown in a field environment and exposed to elevated ozone (O₃) levels. These two cultivars, one that preliminary evidence indicated to be O₃-tolerant (cv Essex), and one that was indicated to be O₃-sensitive (cv Forrest), were grown in open-top chambers during the summer of 1997. The plants were exposed daily to a controlled, moderately high O₃ level (≈58 nl l⁻¹ air) in the light, beginning at the seedling stage and continuing to bean maturity. Concurrently, control plants were exposed to carbon-filtered, ambient air containing a relatively low O₃ level (≈24 nl l⁻¹ air) during the same period. Elevated O₃ did not affect biomass per plant, mature leaf area accretion, or bean yield per plant of cv Essex. In contrast, elevated O₃ level decreased the biomass and bean yield per plant of cv Forrest by approximately 20%. Daily leaflet photosynthesis rate and stomatal conductance per unit area did not decrease in either cultivar as a result of prolonged O₃ exposure. A 10% lower mature leaflet area in O₃-treated cv Forrest plants contributed to an ultimate limitation in long-term photosynthetic productivity (vegetative and bean yield). Possible factors causing cv Essex to be more O₃ tolerant than cv Forrest were: 1) mature leaflets of control and O₃-treated cv Essex plants consistently maintained a higher daily ASC level than leaflets of cv Forrest plants, and 2) mature leaflets of cv Essex plants maintained a higher daily ASC–DHA redox status than leaflets of cv Forrest plants. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

群体分布对夏大豆产量和水分利用效率的影响

在田间试验条件下研究了群体不同分布对夏大豆产量构成和水分利用的影响.夏大豆‘鲁豆4号'(Glycine max cv. Ludou 4)在同一群体密度(3.09×10~5株/hm~2)下设5种分布方式,即行距×株距分别为A:18 cm×18 cm,B:27 cm×12 cm,C:36 cm×9 cm,D:45 cm×7.2 cm,E:54 cm×6cm.结果表明,群体分布影响夏大豆的产量、叶片水分特征和水分利用效率(WUE).A、B处理的产量显著高于D、E处理(P<0.05),其他处理间均无显著差异;随着行距加大,单株有效荚数、粒数及百粒重呈下降趋势;叶片相对含水量(RWC)、水势(Ψw)和渗透势(Ψs)随生育进程的推进呈整体下降趋势,其中,A、B处理RWC、Ψw 和Ψs的平均值均显著高于D、E处理,E处理的Ψw在日变化的正午阶段明显低于其他处理;WUE与行距呈负相关(R=-0.935~*),与产量呈正相关(R=0.997~(**)),其中,A、B处理的WUE显著高于其他处理(P<0.05),D、E处理极显著低于B处理(P<0.01).夏大豆植株相对均匀分布的处理可改善产量构成因素及叶片水分状况,进而形成较高的产量,提高水分利用效率.     

甘蔗/大豆间作减量施氮对甘蔗产量、品质及经济效益的影响

在大田栽培条件下,研究了减量施氮对广州地区不同甘蔗/大豆间作模式下甘蔗产量、品质、生物量动态变化及甘蔗群体经济效益的影响.结果表明:氮肥和种植模式对甘蔗产量、品质均无显著影响,各处理甘蔗产量、品质均无显著差异.不同施氮水平的甘蔗/大豆间作系统较单作甘蔗提高了土地利用率,其土地当量比(LER)为1.36～2.12.各处理甘蔗总生物量的动态积累随生育期的推进均符合"S"型生长曲线,低氮水平下问作甘蔗的生物量动态积累特征参数最协调,高氮水平下,甘蔗生长高峰期提前,快速生长最大持续期缩短,甘蔗产量下降,因此,可以通过调整氮素的投入量来改善生物量的增长参数,从而获得高产.低氮处理甘蔗/大豆间作系统经济效益比高氮处理高3.2%～26.3%,说明减量施氮可有效提高群体经济效益.甘蔗/大豆1∶2间作模式的经济效益最好.