高温胁迫对华北地区冬小麦灌浆及产量的影响

冬小麦灌浆期高温是制约我国北方冬小麦产量的一个重要气候因素,随着全球气候变暖,日趋频繁的极端温度事件可能引起该地区冬小麦产量的大幅波动。为了明确冬小麦灌浆期异常高温对冬小麦产量的影响程度,在河北固城生态与农业气象试验站自然大田条件下,采用自由空气红外辐射增温技术,开展了冬小麦灌浆中后期短期高温处理模拟试验。结果表明,灌浆中后期短期高温胁迫致使冬小麦灌浆速率下降及灌浆持续时间缩短从而使粒重降低,在消除了影响粒重的其它因素的作用后,短期高温处理期间的午间平均冠层气温与粒重之间存在显著的负线性相关关系。高温对冬小麦产量的威胁程度由高温强度及其持续时间两个因素决定。结合了高温强度及其持续时间综合作用的高温有效度时被证明是一个能全面反映灌浆中后期高温胁迫影响的特征量。     

高温胁迫下不同茄子品种幼苗耐热性研究

以14个茄子品种为材料,研究了高温对茄子幼苗的热害指数、恢复指数、电解质渗透率、脯氨酸、可溶性糖含量的影响。结果表明,43／38℃(昼／夜)高温处理下,茄子幼苗热害指数升高,电解质渗透率和脯氨酸含量增加,可溶性糖含量下降。其中。热害指数、恢复指数、电解质渗透率、脯氨酸含量可作为不同茄子品种耐热性的筛选指标。而可溶性糖含量不宜作为耐热筛选指标。高温胁迫条件下,N1(农友茄)表现出极强的耐热性。C2(刺红茄)、F3(丰研二号)、F4(伏龙茄)、Y5(圆杂二号)、X6(西安绿茄)、B7(北京六叶)、Y8(野茄2号)、N9(粘毛茄)、B11(北京五叶)耐热性中等,K11(快圆茄)、R12(二苠茄)、C13(赤茄)、G14(刚果红茄)耐热性极差。     

The important but weakening maize yield benefit of grain filling prolongation in the US Midwest

A better understanding of recent crop yield trends is necessary for improving the yield and maintaining food security. Several possible mechanisms have been investigated recently in order to explain the steady growth in maize yield over the US Corn‐Belt, but a substantial fraction of the increasing trend remains elusive. In this study, trends in grain filling period (GFP) were identified and their relations with maize yield increase were further analyzed. Using satellite data from 2000 to 2015, an average lengthening of GFP of 0.37 days per year was found over the region, which probably results from variety renewal. Statistical analysis suggests that longer GFP accounted for roughly one‐quarter (23%) of the yield increase trend by promoting kernel dry matter accumulation, yet had less yield benefit in hotter counties. Both official survey data and crop model simulations estimated a similar contribution of GFP trend to yield. If growing degree days that determines the GFP continues to prolong at the current rate for the next 50 years, yield reduction will be lessened with 25% and 18% longer GFP under Representative Concentration Pathway 2.6 (RCP 2.6) and RCP 6.0, respectively. However, this level of progress is insufficient to offset yield losses in future climates, because drought and heat stress during the GFP will become more prevalent and severe. This study highlights the need to devise multiple effective adaptation strategies to withstand the upcoming challenges in food security.     

双孢蘑菇对高温胁迫的响应及耐热机理

本研究以双孢蘑菇Agaricus bisporus工厂化菌株A15和筛选得到的耐高温菌株A15-TH为研究对象,比较了高温胁迫对两个菌株菌丝生长的影响,并从氧化损伤修复及基础碳代谢-糖酵解途径两个角度探索双孢蘑菇对高温胁迫的响应及耐热机理.高温胁迫下,对照菌株A15的菌丝生长速度降低,菌丝分叉增加;而耐高温菌株A15-...     

基于转录组分析高温抑制广东虫草原基形成的调控网络

在大型真菌原基形成和子实体发育的过程中,温度是一个极其关键的因素,高温显著影响多种食用菌原基的形成和子实体的品质。广东虫草是中国华南地区特有的虫草类新食品原料,其子实体富含多种活性成分和营养成分,且能够进行较大规模人工栽培。然而,温度对广东虫草原基形成的影响及调控机制尚不清楚。本研究通过不同温度处理不同时间段,发现29℃处理3d抑制了广东虫草原基的形成;对29℃处理3d处理前后的菌丝阶段（CK）和原基阶段（CK-P和HT-P）样品进行转录组测序分析,高温处理后原基阶段的两个组中发现1 682个差异表达基因,其中1 015个上调表达和667个下调表达。在碳水化合物代谢途径中,多个糖酵解和三羧酸循环及葡聚糖和海藻糖合成相关基因在高温处理后呈现下调表达;在原基样品中,多个热激蛋白基因（Hsp10、Hsp23、DnaJ、Hsp70、Hsp90和Hsp98）和转录因子C2H2转录水平显著上调表达。本研究结果基于分子水平揭示了高温影响原基形成过程中能量代谢和相关基因的差异表达,为后续利用广东虫草抗逆相关基因资源培育新品种奠定了重要的基础。     

耐热水稻品种“Nagina 22”高温胁迫下的生理响应

为研究耐热水稻品种Nagina 22(N22)开花结实期高温胁迫下的主要生理响应,采用温室盆栽试验,在各供试材料的开花期,利用人工气候室进行高温胁迫处理。研究结果表明:N22在高温胁迫下不改变开花期但表现出日开花量的转峰;与N22相比,水稻感热品种Moroberekan花药开裂显著受阻,柱头上萌发的花粉数显著减少;花粉萌发数与花药开裂状况呈极显著的相关关系,进而表现出主穗结实率与柱头上花粉萌发数呈显著的相关关系;主穗日结实率在高温下呈递减趋势,且Moroberekan较N22的下降速率显著加快,表明耐热品种与高温胁迫对结实率存在累积效应,而且高温胁迫效应发生在开花授粉之前。     

3种北美红枫对持续高温干旱胁迫的生理响应机制

对3种北美红枫幼苗进行持续高温干旱处理,通过测定幼苗渗透调节物质含量、保护酶活性、细胞质膜差别透性、丙二醛含量及叶绿素相对含量等生理生化指标和形态特征的变化,揭示了3种北美红枫幼苗对持续高温干旱胁迫的生理适应机制。研究发现,持续高温干旱处理2 d,植物叶片中的叶绿素、可溶性蛋白含量及超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性均有显著下降,十月光辉和秋火焰叶片开始受到热伤害,而酒红仍然生长良好。处理4—6 d时,叶片中仅可溶性蛋白含量变化不显著,其余生理指标均有显著变化:脯氨酸含量和电导率均持续显著上升,丙二醛含量呈下降趋势,此时植物体自身的生理调节机制开始发挥作用。处理6 d后,秋火焰整株叶片枯黄,十月光辉和酒红叶片的受害指数约为70%。处理10 d时,叶片中丙二醛、脯氨酸含量和电导率均达到最大值,3种北美红枫均整株枯死。3种北美红枫对持续高温干旱环境的耐受性具有一定差异,利用隶属函数的方法对试验测定的9个生理指标进行综合评价,发现秋火焰的耐受性最差,十月光辉次之,酒红的耐受性最强,这与其受害指数的变化情况是一致的。     

氮、硫肥与灌浆后期高温胁迫对小麦籽粒产量和品质的影响

灌浆期高温胁迫通常导致小麦籽粒产量降低、品质变差.为了探索有效缓解高温胁迫不利影响的有效措施,在大田条件下,以济麦20为试验材料,运用后期高温棚增温的方法,研究了氮、硫肥与灌浆后期高温对小麦籽粒产量和品质的影响.结果表明:高温处理后小麦千粒质量、籽粒产量显著降低(19.7%～28.3%),蛋白质含量升高,蛋白质组分中不溶性谷蛋白含量下降,可溶性谷蛋白含量上升,面团形成时间和稳定时间缩短;氮肥追施比例由50%增加到70%,非高温处理的籽粒产量无显著变化,不溶性谷蛋白质含量和谷蛋白聚合指数(不溶性谷蛋白含量/可溶性谷蛋白含量)升高,面团形成时间和稳定时间延长;高温处理的千粒质量和籽粒产量因氮肥追施比例提高而提高(2.07%～3.58%),面团形成时间和稳定时间缩短;不论高温处理还是非高温处理,与追施硫肥相比,硫肥基施提高籽粒产量、谷蛋白聚合指数,延长面团形成时间和稳定时间;为了有效缓解灌浆后期高温对小麦籽粒产量和品质的不利影响,硫肥基施、氮肥施用基追比50%:50%是较为适宜的施肥模式.     

植物应答低温胁迫机制的研究进展

低温是植物生长过程中遇到的主要环境胁迫因子之一,而植物响应低温胁迫是一个多因素协同作用的过程,涉及到复杂的基因表达调控网络。尤其是低温下植物体内生理生化、细胞骨架结构及基因表达调控等方面的改变及相关机制,一直受到研究者的普遍关注。该文主要从细胞学及分子生物学等角度入手,将低温胁迫下植物对低温的响应及可能机制进行综述,着重对植物通过细胞内部细胞器结构与功能的改变来抵御或适应低温,尤其对细胞骨架,以及低温信号转导受体及中间体、下游胁迫相关基因的表达及其在细胞内部的调控及应答机制等方面的作用进行探讨,为耐低温植物新品种的培育及农业生产实践提供理论指导。     

灌浆期高温和水分逆境对冬小麦籽粒蛋白质和淀粉含量的影响

灌浆期高温和水分逆境是影响小麦籽粒产量和品质的关键气候因子。以扬麦9号、徐州26和豫麦34三个小麦品种为材料,利用人工气候室模拟灌浆期高温和水分胁迫环境,研究了花后高温及温度和水分互作对小麦籽粒蛋白质和淀粉形成的影响。结果表明,高温显著提高了小麦籽粒蛋白质含量及清蛋白、球蛋白和醇溶蛋白含量,但降低了谷蛋白含量,导致麦谷蛋白／醇溶蛋白比值降低。高温显著降低了籽粒总淀粉和支链淀粉含量及支／直比。籽粒蛋白质和淀粉及其组分形成所需的适宜昼夜温差随小麦品质类型而异,但温度水平对籽粒蛋白质和淀粉的影响较温差大。在高温和水分逆境下,温度对籽粒蛋白质和淀粉含量的影响较水分逆境大,且存在显著的互作效应。小麦籽粒蛋白质含量均表现为干旱〉对照〉渍水,以高温干旱最高,适温渍水最低;淀粉含量为对照〉干旱〉渍水,以适温对照最高,而高温渍水最低。高温和水分逆境显著提高了籽粒醇溶蛋白含量而降低了谷蛋白含量及支链淀粉含量,使蛋白质谷／醇比和淀粉支／直比降低,以高温渍水对籽粒蛋白质和淀粉组分的影响最为显著。不同品种之间,高蛋白小麦籽粒蛋白质和组分的形成受高温和水分逆境的影响更大,而低蛋白品种籽粒淀粉形成显著受温度和水分逆境的调节。分析表明,在高温和水分逆境下籽粒蛋白质含量与清蛋白和醇溶蛋白显著正相关,籽粒淀粉含量与谷蛋白、支链淀粉含量及支／直比显著正相关。     

DNA endoreduplication in maize endosperm cells: the effect of exposure to short-term high temperature

DNA endoreduplication in Zea mays L. (cv. A619 × W64A) endosperm peaks between 16 and 18 d after pollination (DAP). The physiological function of DNA endoreduplication is not known but it is believed to be important in maize kernel development. In the present study, we investigated how 2, 4 or 6 d of high temperature (35 °C) affected DNA endoreduplication and maize kernel development in comparison with control kernels grown at 25 °C. Data were collected on fresh weight (FW), nuclei number, mitotic index, and DNA endoreduplication. Maize endosperm FW and nuclei number were reduced by exposure to 4 or 6 d of high temperature. At 18 DAP, the 2 d high temperature treatment (HTT) caused a reduction in FW and nuclei number, but had no effect on DNA endoreduplication and average DNA content per endosperm. However, when the exposure to high temperature was increased to 4 or 6 d, FW, nuclei number and the magnitude of DNA endoreduplication were progressively reduced, and the peak mitotic index was delayed compared with the control endosperm. At 18 DAP, the 4 d treatment showed 54·7% of the cells were 3 or 6 C, whereas only 41·2% were 12 C or higher. Six days of high temperature also resulted in a reduction in endosperm FW, nuclei number and a delay in the peak of mitotic index. DNA endoreduplication occurred in the kernels exposed to this treatment, although the magnitude was severely reduced compared with the control kernels. Nuclear DNA content was highly correlated (r = 0·93) with kernel FW, suggesting an important role of DNA endoreduplication in determining endosperm FW. The data suggest that high temperature during endosperm cell division exerted negative effects on DNA endoreduplication by dramatically reducing the nuclei number, leaving fewer nuclei available for DNA endoreduplication. However, the data also suggest that prolonged exposure to high temperature restricts entry of mitotic cells into the endoreduplication phase of the cell cycle.     

作物干旱指标对西北半干旱区春小麦缺水特征的反映

针对作物水分胁迫较为严重的西北半干旱区,应用CI301-PS光合作用仪对春小麦开花到乳熟期间的生理特征和环境因子进行了近1个月的观测, 并研究分析了3种作物干旱指标叶水势、作物水分胁迫指数以及气孔导度随时间变化和对气象因子的响应.发现干旱胁迫增加时,叶片水分减少,作物水分胁迫指数增大,叶水势降低,气孔导度有所减小.因此,气孔下腔的CO2浓度降低,作物净光合速率有所减小,不利于半干旱区小麦生物量的累积;三者相比,叶水势是反应西北半干旱区作物干旱最敏感的指标;受半干旱区逆湿现象的影响,9:00或之后一段时间观测叶水势和气孔导度对小麦等作物缺水状况反映得更客观.     

寒地不同熟性品种水稻产量对CO2浓度和温度升高响应的模拟

选择黑龙江省作为研究区域,根据主栽水稻生育期内所需积温选取3个代表性品种,重点分析增温和大气CO₂肥效作用对不同熟性品种水稻产量的影响.采用2013年的逐日气象资料及开顶式气室(OTC)(3个CO₂浓度:390、450和550 μmol·mol^-1)试验资料对品种的遗传参数进行调试;然后采用经验证的CERES-Rice作物模型分别模拟了3个CO₂浓度水平下,伴随温度升高1、2、3和4 ℃时早、中、晚熟品种水稻产量.结果表明: 随CO₂浓度升高,不同品种水稻产量均上升;随温度升高,早熟品种产量持续下降,中、晚熟品种产量先上升再下降.若不考虑CO₂肥效作用,除了中熟和晚熟品种在增温1 ℃时会有3.1%和0.27%的小幅增产外,其余均表现为减产,其中早熟品种减产幅度最大,增温4 ℃时减产高达57.7%,而中熟和晚熟品种减产10%左右.若考虑CO₂肥效作用,450 μmol·mol^-1 CO₂浓度下,中熟和晚熟品种在增温2 ℃时仍增产0.75%和3.2%;550 μmol·mol^-1 CO₂浓度下,中熟品种在增温3 ℃时仍增产4.5%,晚熟品种在增温4 ℃时仍增产0.39%.而无论是否考虑CO₂肥效作用,早熟品种在增温作用下均表现大幅度减产.与不考虑CO₂肥效相比,大气CO₂肥效作用有效提高了水稻产量,但CO₂肥效对增产的贡献率在不同品种间差异不明显,且贡献率均小于10%.     

Growth,development and yield of pawpaw (Carica papaya L.) ‘Homestead selection’ in response to soil moisture stress

Summary The effects of four soil water potential regimes under greenhouse conditions on growth, development, and yield of ‘Homestead selection’ pawpaw were investigated. The objectives were to determine the critical soil water potential regime and the moisture sensitive stages of growth of pawpaw. Repeated cycles of stress to −6.0 bar soil water potential imposed as from vegetative phase prevented fruit formation by constantly causing flower abscission. The stressed plants were stunted in size. The −2.0 bar soil water potential value was considered the critical level for normal growth and reproductive development of pawpaw. The mid-vegetative, flowering and fruit enlargement phases were moisture sensitive.     

高温胁迫下两种藓类植物过氧化物酶活性的变化

在不同的高温胁迫条件下 ,对湿地匍灯藓 (Plagiomnium acutum)和大羽藓 (Thuidium cymbifolium)过氧化物酶 (POD)活性及其与处理时间和处理温度的关系进行了初步研究。结果表明 ,在一定的温度范围内 ,随着温度的升高 ,POD活性增加 ,二者成线形关系。在一定温度条件下 ,一般随着处理时间的延长 ,POD活性增加。但是当超过一定的温度 (4 5～ 5 0°C)以及一定的处理时间 (4～ 6h) ,POD活性有所下降。结果还表明 ,湿地匍灯藓的POD活性显著高于大羽藓。而且在高温胁迫下 ,湿地匍灯藓 POD活性变化比大羽藓活跃 ,其变化幅度也比大羽藓大。     

高温胁迫影响红掌生长发育的研究进展

红掌原产于南美洲热带雨林,其具有色彩艳丽的佛焰苞,在适宜的条件下可周年开花,是一种具有极高观赏价值的盆花和切花植物.夏季高温严重影响红掌的生长和观赏价值,增加了红掌的种植成本.对高温胁迫影响红掌外观形态、光合作用、细胞膜热稳定性、渗透调节物质、保护酶活性进行了讨论分析,对高温褪色机理及其应对措施进行了归纳总结,以期为进...     

西伯利亚蝗气门结构及呼吸代谢对高温胁迫的响应

【目的】掌握西伯利亚蝗Gomphocerus sibiricus的气门结构和呼吸代谢应对高温胁迫的响应策略。【方法】运用扫描电镜观察西伯利亚蝗气门超显微结构,多通道昆虫呼吸仪测定18~42℃处理下西伯利亚蝗的O_2吸收率、CO_2释放率、代谢率和呼吸商。【结果】西伯利亚蝗共有10对气门,胸部2对,腹部8对,呈圆形或椭圆形,内侧着生有筛板,呈刺凸状,分布密集。18~42℃范围内,随温度升高,西伯利亚蝗呼吸代谢呈先上升后下降的趋势。18℃时西伯利亚蝗雌雄成虫的O_2吸收率、CO_2释放率和代谢率值显著小于其他温度下的相应值(P<0.05),雌虫分别为0.0022 m L/min、0.0019 m L/min和0.0210 m L/(g·min),雄虫分别为0.0016 m L/min、0.0016 m L/min和0.0236 m L/(g·min);21~27℃范围内,西伯利亚蝗雌雄成虫的呼吸代谢变化平稳,超过30℃呼吸代谢各指标值迅速上升,至36℃时雌雄成虫的O_2吸收率和代谢率值均显著大于其他温度下的相应值(P<0.05);雌虫分别为0.0071 m L/min和0.0592 m L/(g·min),雄虫分别为0.0089 m L/min和0.1108 m L/(g·min),39℃时CO_2释放率显著大于其他温度下的相应值(P<0.05),雌雄成虫分别为0.0074 m L/min和0.0067 m L/min。【结论】依据西伯利亚蝗呼吸代谢随温度变化特征可以判断,随气候持续变暖,西伯利亚蝗仍将是新疆高山、亚高山草原的重要致灾类群。     

棉纤维发育响应高温胁迫的关键时间窗口

以温度弱敏感性棉花品种(科棉1号)和温度敏感性棉花品种(苏棉15)为材料,在人工气候室模拟自然温周期设置高温(34 ℃\[38/30 ℃\],HT)和对照(26 ℃\[30/22 ℃\],CK)2个温度处理,研究了花铃期不同时段进行高温胁迫后纤维发育重要相关物质的变化及其与纤维品质的关系.结果表明： 在花后不同时间开始高温胁迫持续处理5 d,苏棉15纤维长度、纤维比强度、马克隆值响应高温胁迫的关键时间窗口分别为花后0～18.3 d,花后10.9～26.1 d和花后10.5～34.0 d.因此,花后11～18 d左右是棉花综合纤维品质形成响应高温胁迫的关键时间窗口.在关键时间窗口对棉花进行高温处理5 d后,苏棉15纤维中的蔗糖含量相对常温条件下呈先降低后增加的变化趋势,胼胝质含量上升,纤维素含量下降4.2%,纤维长度变短(最大变幅为23.3%),纤维比强度上升(最大变幅为4.3%),马克隆值下降(最大变幅为10.5%)并偏离最适范围,纤维品质变差.科棉1号的上述纤维发育主要相关物质含量及纤维品质与苏棉15变化趋势一致、最敏感时间相近,仅变化幅度相对较小.     

高温胁迫对筛豆龟蝽成虫抗氧化能力的影响

为探索筛豆龟蝽Megacopta cribraria (Fabricius)对高温的耐受性及其体内抗氧化系统对极端高温胁迫的响应机制.以25℃为对照温度,经高温37℃、40℃、43℃和46℃胁迫处理4h后,测定筛豆龟蝽成虫存活率及其体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)的活性以及总抗氧化(T-AOC)能力和丙二醛(MDA)含量的变化.在37℃～46℃高温胁迫下,筛豆龟蝽成虫存活率与对照无显著差异,其体内SOD和CAT活性较对照组均显著增加,其中,SOD活性在37℃最高,随着温度进一步升高,其活性有所下降,但仍显著高于对照.CAT一直保持较高活性,随着处理温度的升高CAT活性呈逐渐升高趋势,在极端高温46℃时其活性最高.POD活性在37℃～ 40℃显著高于对照,43℃和46℃处理与对照无显著差异.T-AOC活性在各处理温度下均显著高于对照,且随着处理温度的升高T-AOC活性呈先升高后降低趋势.各处理MDA含量与对照无显著差异.筛豆龟蝽体内3种抗氧化酶的活力、总抗氧化能力和MDA在适应高温胁迫过程中发挥了重要作用.     

不同抗旱性玉米幼苗根系抗氧化系统对水分胁迫的反应

以抗旱性不同的2个玉米品种为材料,研究不同程度水分胁迫下玉米根系活性氧清除系统的变化及膜脂过氧化水平。明确了轻度水分胁迫下玉米根系POD、CAT、APX等保护酶活性明显提高;中、重度胁迫下其活性急剧下降,但几种酶对水分胁迫的敏感程度不同。SOD对水分胁迫表现最不敏感,在中度水分胁迫下仍保持上升趋势;抗氧化剂GSH含量变化趋势与保护酶相似;而AsA含量在不同程度水分胁迫下持续下降;MDA含量随水分胁迫程度加剧而增加。其中抗旱性强的鲁玉14与抗旱性弱的掖单13相比具有较高的保护酶活性和抗氧化剂含量,膜脂过氧化程度较轻,除POD外,品种间抗氧化酶活性（抗氧化剂含量）呈极显著差异,说明抗氧化能力强是抗旱性品种具有较强抗旱性的重要原因之一。