芦荟蒽醌类物质对灌浆期冬小麦光合作用及产量的影响

UV—B辐射伤害是导致小麦光合效率降低的环境因素之一。于2007年5月2日-6月5日,在河南新乡地区,研究了叶面喷施芦荟蒽醌类物质对冬小麦灌浆期旗叶光合速率、光呼吸速率、叶绿素含量、丙二醛含量和产量等的影响,旨在探索预防UV辐射伤害的新途径。结果表明：在灌浆期用浓度为1和5mg·L^-1的芦荟蒽醌类物质喷施小麦,光合作用速率分别提高了38．03％和39．73％;叶绿素含量分别提高了3．53％和3．83％,丙二醛含量分别降低了11％和23％;蒽醌类物质能够吸收太阳中的紫外线,并将紫外线转换成能促进光合作用的蓝光或黄光;芦荟蒽醌类物质能促进小麦光合作用效率,减轻紫外线对小麦的损伤;喷施合适浓度的芦荟蒽醌类物质能够提高小麦产量。     

未来CO2浓度增加和相应增温对水稻产量影响的模拟——以浙江省为例

采用水稻生育生理生态综合模型ORYZA1,模拟分析了未来15种可能气候变化对浙江省水稻产量的影响结果表明,CO2浓度的增加将使水稻增产,温度增加将导致水稻减产虽然CO2增加和相应增温对各季水稻产量在各地区的影响表现不同,但在不考虑温室效应将同时导致旱涝和病虫害变化条件下．GFDL、GISS和UKMO模型预测的气候变化将使浙江省全年水稻产量分别平均增产9．53％、8．92％和0．04％．     

水稻黄绿叶基因的克隆及应用

进一步提高水稻产量，最大限度满足国家对食物安全的需求是水稻遗传育种的重大任务。水稻干物质产量的90％-95％来自光合作用。目前高产水稻光能利用率也仅1．5％-2．0％。理论上，植物光能利用率可达13．0％-14．0％，水稻理想的光能利用率应达3．0％-5．0％。因此，培育高光效的超高产品种是提高产量的主要途径之一。长期以来，水稻光合作用的相关研究大多停留在生理水平上，同时，传统的杂交育种手段在改良水稻光能利用方面至今尚未取得令人满意的结果，而叶色突变体是开展光合作用研究的理想材料。     

施用硫肥对几种作物与牧草产量和硫素含量的影响

为了研究不同作物的需S状况。对我国北方3种主要农作物(小麦、玉米、油菜)和牧草(苜蓿)进行了5个施硫水平(0、5、10、20和40mg·kg^-1)的盆栽试验．结果表明。增施一定量的硫肥可以提高作物生物量和产量．4种作物生物量增加5％～32％．小麦和油菜籽粒产量增加3％～20％．同时。增施硫肥可以使作物体内S素增加,但不同作物含硫量明显不同,油菜含硫量最高(0．479％～1．228％)。玉米含硫量最低(0．043％～0．091％)．同一作物不同部位含硫量不同。但同一作物不同部位含硫量呈显著的线性正相关．如油菜I、油菜Ⅱ和小麦植株与其种子含硫量的相关性都达极显著水平,R2值分别为0．399、0．654和0．547(n=15)．作物生物量、产量与施硫量相关性除苜蓿外．都达显著或极显著水平;作物生物量、产量与作物体内硫素含量除苜蓿外也显著或极显著相关;作物从土壤中吸收的S开始时随土壤的有效硫增加而增加,但达到一定程度时。随着有效硫的增加吸收的S略有下降．     

水稻产量及其构成因子对空气CO2浓度增高响应的QTL分析

自由空气CO2浓度增加设施（Free air carbon dioxide enrichment．FACE）使得实际地模拟未来植物生长所处的CO2浓度增加环境变为可能。FACE下．作物生长和产量发生不同程度的加速和提高,而分析作物产量因子对CO2浓度增加响应的遗传基础将有利于对CO2环境变化做出敏感响应的遗传特性的认识,有利于适合未来空气CO2浓度增加环境的高产品种的培育。以粳稻品种Asominori与籼稻品种IR24的杂交组合所衍生的染色体片段置换系（CSSLs）为材料进行田间试验,分别在FACE（约570umol CO2／mol）和正常大气（约370umol CO2／mol）下对籽粒产量及其构成因子等数量性状位点（QTL）进行了分析。结果表明,在FACE下,Asominori和IR24的有效穗数、穗粒数和单株籽粒产量均显著高于对照下的,并且FACE下,65个置换系的变幅范围均大于对照下的;在第1．2,4,6．7,9和12染色体上检测到LOD值在2．5—5．7范围内的控制上述产量性状的20个QTL．其中有3个可以同时在FACE和正常大气下检测到．其余的则只是在某一种CO2环境下检测到。此外,还检测到2个QTL（qFT12 and qGP4）存在着与环境的加性互作效应。可以推论．空气中CO2浓度的增加诱导了部分对CO2浓度敏感的QTL表达,控制水稻产量性状的QTL与CO2增加的环境发生了互作效应。预计利用分子标记辅助育种途径可以培育出适用于未来CO2浓度增加环境下的高产水稻品种。     

大气CO2浓度升高对稻麦根系周围土壤C、P、K的影响

利用FACE(free air carbon dioxide enrichment)技术平台,在两种氮肥施用(低氮,LN和常规氮,NN)水平下,研究CO2浓度升高对水稻和小麦收获后根际和非根际土壤可溶性碳、有机磷、速效磷和速效钾的影响.结果表明,相对于对照CO2浓度处理,高CO2浓度处理在显著增加作物生物量的前提下,土壤速效磷和速效钾不但没有降低反而增加,增加幅度小麦季大于水稻季,根际大于非根际;水稻季土壤可溶性碳含量增加,且NN水平下水稻和小麦季进入土壤的可溶性碳增加,导致土壤有机磷降低幅度低于LN水平,且水稻季根际土壤大于非根际土壤,有机磷的降低是保证有效磷升高的一个重要因素,增加氮肥施用将有利于土壤有机磷的增加,对维持土壤磷的供给有积极作用,有利于作物对高CO2浓度的持续响应.     

CO2浓度升高和不同灌溉量对东北玉米光合特性及产量的影响

CO2和水分是植物光合作用的重要底物,大气CO2浓度升高或水分变化影响植物光合作用。玉米是重要的C4植物,目前已成为我国第一大作物。我国东北地区的玉米产量占全国玉米产量的1/3左右,对确保国家的粮食安全具有重要作用。但是,关于CO2浓度升高或水分变化共同作用对东北玉米的光合速率、水分利用效率和产量影响的研究甚少。基于开顶式生长箱(OTCs),模拟研究了CO2浓度变化(390、450、550μmol/mol)和降水变化(0、+15%(以试验地锦州1981—2010年6、7、8月月平均降水量88.7,153.9 mm和139.8 mm为基准))共同作用对玉米光合特性及产量的影响。以玉米品种丹玉39为材料,利用直角双曲线修正模型对6个处理(C550W+15%、C550W0、C450W+15%、C450W0、C390W+15%和C390W0)的光响应曲线进行了拟合。结果表明:在CO2浓度升高和灌溉的共同作用下,玉米叶片净光合速率(Pn)升高,且灌溉作用大于高CO2浓度作用;而蒸腾速率(Tr)则下降,使水分利用效率(WUE)升高。CO2浓度升高使气孔导度(Gs)降低,灌溉则使之升高,但灌溉的作用小于高CO2浓度作用;胞间CO2浓度(Ci)随CO2浓度增加而升高,灌溉对其影响不明显。高CO2浓度和灌溉共同作用下光响应参数差异明显。CO2浓度升高增加了最大净光合速率(Pnmax)和光饱和点(LSP),灌溉亦然;CO2浓度升高使得光补偿点(LCP)、光补偿点量子效率(φc)和暗呼吸速率(Rd)的灌溉处理和自然降水处理的差距变小。390、450、550μmol/mol CO2浓度下的灌溉处理与自然降水处理相比,叶面积分别增加了11.56%、3.31%和0.45%,干物质积累量分别增加了14.69%、8.09%和1.01%,最终使产量分别增加了10.47%、12.07%和8.96%。可见,在高CO2浓度下,适量的灌溉对玉米的整个光合作用过程起到了促进作用,最终表现为籽粒产量的增加。为研究者评估气候变化对中国东北地区作物光合能力和产量的影响及决策者调整适应气候变化措施方面提供依据。     

不同CO2浓度和N肥水平对粳稻茎鞘非结构性碳水化合物含量与积累的影响

为了解CO2浓度升高和N肥水平对水稻茎鞘内非结构性碳水化合物(NSC)含量和积累量的影响,利用开顶式气室(OTC),以常规粳稻"南粳9108"为试验材料,设置3个CO2浓度水平:对照T0(背景大气)、T0+120μmol·mol-1(T1)和T0+200μmol·mol-1(T2)。在OTC内采用盆栽方式,设置3个氮(N)肥水平:10 g N·m^-2(N1)、20 g N·m^-2(N2)和30g N·m^-2(N3)。分别于水稻抽穗期、灌浆期(抽穗后20 d)和成熟期对地上部分各器官生物量、茎鞘NSC含量以及顶部四张叶片的N含量进行分析。结果表明:CO2浓度升高对抽穗期叶N含量总体无显著影响,但显著降低灌浆期N2和N3水平的叶N含量;CO2浓度升高对抽穗期茎鞘NSC含量和积累量无显著影响,抽穗期置换到高CO2浓度环境使灌浆期茎鞘NSC积累显著增加,置换到低CO2浓度环境使NSC积累显著减少。同一CO2浓度条件下,NSC含量和积累量均为N1>N2>N3,且N1处理均显著高于N3处理,CO2浓度升高和N水平的交互作用对灌浆期茎鞘NSC含量影响显著。水稻产量在不同CO2浓度水平间无显著差异,但随施氮水平的提高而增加。抽穗期与灌浆期水稻茎鞘NSC含量和积累量与茎鞘干重呈极显著正相关,与叶N含量呈极显著负相关;叶N衰减越慢,灌浆期水稻茎鞘NSC残留比(RNSC)越低;结实率和产量与RNSC呈显著负相关,RNSC越大,茎鞘NSC转移的越少,结实率和产量越低。     

不同试点灌溉方式对冬小麦产量和品质性状的影响

小麦是我国主要的粮食作物之一。随着人们生活水平的提高,对小麦高品质的需求日益迫切。未来全球环境变化背景下,CO2 浓度升高、气候变暖、降水格局变化等将可能影响作物的生理过程,继而影响作物产量和质量。为此,选择两个试点(CO2 浓度、温度等环境条件不同) ,同期进行不同灌溉方式对两个冬小麦品种(中育5号和中优970 1)的产量和品质影响的试验研究。结果表明:2灌(拔节水和开花水)对小麦经济产量最有利;小麦生育后期增加灌溉可提高千粒重,尤其浇灌浆水对增加千粒重有利。在小麦拔节后期,随灌溉增加,小麦品质性状普遍呈现下降趋势,但个别品质性状因品种而异,即灌溉增加,对中优970 1的面包体积影响不大,对其沉降值、面团拉伸参数反而有利。同一品种产量和品质性状有明显的地域差异,在小麦开花至成熟期,大田环境CO2 浓度较高(增幅6 9.0μmol/ mol)、日均温度高2℃多的北京试点,与安阳试点相比,产量表现较低,多数小麦品质性状较优。说明北京试点的环境条件有益于品质改善,不利于产量提高,而且在小麦生育后期较高温度可能更为影响小麦产量和品质。从而在未来全球气候变暖背景下,温度小幅增加将可能改善小麦品质,但产量减少     

覆盖旱作方式和施氮水平对稻-麦轮作体系生产力和氮素利用的影响

在成都平原通过 3a的田间试验研究了水稻覆盖 (地膜和麦秸 )旱作和施氮水平对稻麦轮作体系生产力和氮素利用的影响。结果表明 :在施氮量为水稻季 15 0 kg/hm2 ,小麦季 12 0 kg/hm2 的条件下 ,覆盖旱作和传统淹水体系均能达到较高的产量水平。再增加施氮量对产量的影响不大 ,但使氮盈余急剧增加。不施氮或低量施氮会造成作物产量的显著下降和土壤氮素亏缺。水稻覆膜旱作对稻麦轮作的系统生产力 (水稻 小麦 )没有显著影响 ;但水稻覆麦秸旱作条件下系统的生产力有降低的趋势 ,主要由于水稻覆麦秸旱作条件下 ,水稻产量下降 ,而麦秸覆盖在小麦季的后效作用不足以弥补水稻产量的下降程度。水稻、小麦的氮素吸收表现出与作物产量类似的规律。水稻季土壤很难累积无机氮 ,而且与施肥和覆盖旱作与否没有关系。小麦季土壤中积累了较多的无机氮 ,而且随施氮水平的增加而明显增加     

CO2浓度增加和不同氮肥水平对冬小麦根系呼吸及生物量的影响

依托FACE（Free-air CO2 enrichment）研究平台,利用特制分根集气生长箱,采用静态箱-GC（Gas chromatography）法,连续两年研究了大气CO2浓度升高和不同氮肥水平对冬小麦拔节期、孕穗抽穗期和灌浆末期的根系呼吸及生物量的影响。两季结果表明,CO2浓度升高和高氮肥量均不同程度地增加了3个阶段的地上部和地下部的生物量,这有利于增加根茬的还田量;CO2浓度升高对冬小麦不同生长阶段的根系呼吸影响不同,在拔节期影响较小;孕穗抽穗期显著增加了根系呼吸,2004～2005季分别增加33．8％（148．1mg N·kg^-1干土,HN）和43．9％（88．9mg N·kg^-1干土,LN）,2005～2006季分别为23．8％（HN）和28．9％（LN）;而灌浆末期显著降低了根系呼吸,2004～2005季分别降低31．4％（HN）和23．3％（LN）,2005～2006季分别为25．1％（HN）和18．5％（LN）;高施氮量比低施氮量促进了根系呼吸;随着作物生长根系呼吸与地下生物量呈显著线性负相关,高CO2环境中的R^2变小,表明随着作物生长发育高CO2浓度降低了作物根系呼吸与地下部生物量积累间的相关性。     

冬小麦旺盛生长期间CO2浓度升高对根际呼吸的影响

依托FACE（free air carbon dioxide enrichment）技术平台,利用阻断根法,采用H6400红外气体分析仪（IRGA）-田间原位测定的方法,研究了大气CO2浓度升高和不同氮肥水平对水稻／小麦轮作制中冬小麦旺盛生长期间根际呼吸的影响。结果表明,在整个测定期间,大气CO2浓度升高增强了根际呼吸速率,提高了根际呼吸排放量。在高N和低N处理中,高CO2浓度下的根际呼吸总排放量分别比Ambient极显著增加117．0％和90．8％。根际呼吸速率在孕穗初期达到最大值;使根际呼吸在土壤呼吸中的比重由24．5％（LN）～26．7（HN）提高到39．8％（LN）～47．1％（HN）。CO2浓度升高与氮肥用量对根际呼吸产生交互效应。表明大气CO2浓度升高将加快土壤向大气的CO2排放,结果将有助于评价未来高CO2浓度背景下农田生态系统土壤碳的固定潜力。     

开放式空气中CO2浓度增高(FACE)对水稻生长和发育的影响

人类活动导致的大气和气候变化将极大地改变作物的生长环境,其中最大的一个变化就是大气二氧化碳(CO2)浓度的迅速上升:从工业革命前的平均270μmol/mol上升到目前的381μmol/mol,到2050年至少超过550μmol/mol。FACE(Free-air CO2 enrichment,开放式空气中CO2浓度增高)试验是目前评估未来高浓度CO2对作物生长和产量实际影响的最佳方法。水稻无疑是人类最重要的食物来源,迄今为止人类利用FACE技术开展水稻响应和适应的研究已有10a(19982008年)的历史。以生长发育为主线,首次系统综述了10a水稻FACE试验在该领域的研究成果,总结了FACE情形下高浓度CO2(模拟本世纪中叶大气CO2浓度)对主要供试水稻品种(小区面积大于4m2)光合作用、生育进程、地上部生长、地下部生长、物质分配、籽粒灌浆、产量构成以及倒伏性状等影响的研究进展,比较了FACE与非FACE研究之间以及中国和日本FACE研究(世界上唯一的两个大型水稻FACE研究)之间的异同点。根据研究进展以及当前的技术水平,文章最后提出了该领域的3个优先课题:(1)FACE情形下杂交稻生产力响应高于预期的生物学机制;(2)FACE情形下CO2与主要栽培措施的互作效应;(3)FACE情形下CO2与主要空气污染物臭氧的互作效应。这些响应的机理性解析将有助于从根本上减少人类预测未来粮食安全的不确定性,进而更加有效地制订出应对全球变化的适应策略。     

夏闲期轮耕对小麦田土壤水分及产量的影响

2007-2010年在宁南旱区研究了夏闲期免耕/深松/免耕(T1)、深松/免耕/深松(T2)、连年翻耕(CT)3种耕作方式对麦田土壤水分及产量的影响.结果表明:经过3年夏闲期T1和T2处理后,农田土壤蓄水效率平均分别较连年翻耕处理提高15.2％和26.5％;T1和T2处理的降水潜在利用率较高,分别达到37.8％和38.5％,降水生产效率平均分别较连年翻耕处理提高9.9％和10.7％.夏闲期轮耕能显著降低休闲期的土壤无效蒸发,有效保蓄小麦生长期的土壤水分.在冬小麦生长前期,T1和T2处理0～200 cm土层土壤水分平均分别较连年翻耕处理增加6.8％和9.4％;在拔节-抽穗-灌浆期,与连年翻耕处理相比,两处理可显著提高0 ～ 200 cm土层土壤蓄水量,对作物产量的贡献率较高.不同轮耕模式在增加作物耗水量的同时也提高了作物产量及水分利用效率,与CT处理相比,3年T1和T2处理作物耗水量平均分别提高5.2％和6.1％,产量分别增加9.9％和10.6％,作物水分生产效率分别提高4.5％和4.3％.相关分析表明,在干旱缺水的宁南地区,冬小麦播种期、拔节-抽穗-灌浆期的土壤蓄水量可显著影响产量,尤其抽穗期的土壤蓄水量对产量的影响更大.     

大棚瓠瓜CO2加富的生理生态效应

春季对大棚瓠瓜CO2,可促进植株的生长发育,株高,茎粗增幅分别达到3．90％－19．48％和11．58％－27．37％,叶片厚度及叶面积也分别增加38．46％－69．23％和26．09％－49．38％;第一雌花着生节位平均降低2．6－4．0节,平均单果重增加4．05％－19．62％,产量 提高8．65％－19．47％,在1000μmol.mol^-1范围内,CO2浓度每增加100μmol.mol^-1,单果重和产量分别增加31．97g和68．39kg.667m^-2,第一雌花着生节位降低0．35节,在1000μmol.mol^-1浓度下,瓠瓜光合速率和羧化速率均达最高值,春季大棚瓠瓜CO2适宜施用浓度为1000μmol.mol^-1左右。     

作物的群体光能利用

作物产量的形成靠其绿色的叶子利用太阳光能将空气中的二氧化碳和水合成碳水化合物并转化成其它有机物。因而单位土地面积上的叶面积量「称为叶面积系（指）数〕是决定太阳光能利用率的重要因素。叶面积系数小于1，太阳光能吸收利用不充分；那么是否叶面积系数等于1时最好呢？农田里除了西瓜、南瓜等少数作物之外，小麦、水稻、玉米、棉花等，叶子都有很多层，叶面积系数常常达到3或5，这有没有好处呢？如果多长叶片没有好处，不是徒然浪费制造叶子（还有叶柄和支持它们的茎秆）所用的有机物吗？因为作为光合作用的原料之一的CO2。在空气里…     

开放式空气二氧化碳浓度增高（FACE）对稻麦轮作土壤微生物数量的影响

利用无锡市安镇的FACE研究平台,在当地正常的栽培及水肥管理条件下,研究了CO2浓度升高对稻麦轮作0-5cm和5～10cm土层土壤微生物数量的影响．结果表明,在水稻拔节期、小麦越冬期与成熟期的0～5cm和5～10cm土层中,FACE处理能显著增加土壤细菌的数量．CO2浓度升高对土壤真菌数量的影响,只有在水稻成熟期0-5cm土层达显著水平,其余均不显著．无论稻季和麦季土壤细菌的数量都远远高于真菌．     

北京山区辽东栎林中几种木本植物光合作用对CO2浓度升高的响应

 为揭示我国暖温带地区辽东栎群落若干优势植物光合作用随CO2浓度升高而变化的特点,用自行设计的同化室装置对自然生长状态下的辽东栎(Quercus liaotungensis KOidz．)、大叶白蜡(Fraxinus mandshurica Rupr．)、蒙椴(Tilia mongolica Maxim．)、五角枫(Acer mono Maxim．),以及优势灌木六道木(Abelia biflora Turcz．)、毛榛(Corylus mandshurica Maxim．)等6种木本植物进行升高CO2浓度处理,测定了这几种植物净光合速率的变化。加倍CO2浓度对6种植物的光合作用有不同程度的促进作用,净光合速率增加的程度从37％到93％不等,以辽东栎受到的促进作用最大,六道木最小,平均增加75％。净光合作用随CO2浓度升高而增加的程度中乔木种类略高于灌木种类。在夏季和秋季进行的日动态测定都表现出加倍CO2浓度对6种木本植物净光合速率的明显的促进作用。     

氮肥后移对花后受渍冬小麦灌浆特性及产量构成的影响

2010～2012年连续2个生长季,以小麦品种‘烟农19’为材料,大田试验按基肥∶拔节肥∶孕穗肥比例设为氮肥处理N1(10∶0∶0)、N2(7∶3∶0)、N3(5∶5∶0)、N4(3∶5∶2),采用多项式、Logistic方程拟合不同氮肥运筹对花后受渍冬小麦灌浆期籽粒体积与干重变化过程,研究不同氮肥运筹对花后受渍冬小麦灌浆特性及产量构成的影响.结果表明:(1)两年度间各指标变化趋势基本一致,故各指标结果按其两年度平均值计算.(2)花后渍水使冬小麦籽粒体积减小11.8％,灌浆速率降低15.4％,灌浆历期缩短9.2％,千粒重降低20.9％,穗粒数减少7.0％,籽粒产量降低26.6％,而对穗数无显著影响.相对于氮肥全部作为基肥处理N1,氮肥后移处理N2、N3、N1的小麦籽粒体积分别增加10.2％、15.0％、19.4％,灌浆速率分别提高8.5％、16.0％、18.2％,灌浆历期分别延长5.0％、9.4％、11.5％,千粒重分别增加11.9％、20.2％ 、25.6％,穗粒数分别增加7.9％、12.3％、14.6％,产量分别提高18.1％ 、29.6％、37.6％,而穗数分别降低2.2％、3.8％、4.3％.(3)各灌浆参数与冬小麦籽粒产量的关联度表明,花后渍水逆境对灌浆速率的影响大于对灌浆历期的影响,氮肥后移主要通过提高小麦中后期灌浆速率缓解渍水逆境胁迫伤害.研究认为,在花后土壤受渍冬小麦生产区,生产中可获得最高小麦产量的最佳氮肥运筹模式为N4(3∶5∶2)处理.     

分期施氮与CO2浓度升高对小麦光合及其物质积累和产量的互作效应

采用开顶式气室和盆栽方法,以冬小麦品种‘小偃22’为材料,探讨了分期施氮与CO2浓度升高对小麦抽穗期和灌浆中期旗叶光合、地上部物质积累和产量的互作效应.结果显示:(1)不施氮条件下CO2浓度升高对小麦旗叶叶绿素含量(SPAD)和可溶性蛋白含量、光合能力、地上部花后干物质和氮素累积量、籽粒产量的影响不明显(P>0.05)或产生显著负效应;在施氮(300mg/kg土)条件下各指标均不同程度增加,且大多数达到显著水平.(2)与氮肥全部基施相比,分期施氮时CO2浓度升高使灌浆期旗叶光合能力、地上部花后干物质和氮素累积以及产量增加的幅度较大,其中以播前、返青期和孕穗期施氮比例为5∶3∶2时最明显.研究表明,适当分期施氮可能更有利于发挥CO2浓度升高对冬小麦的增产作用.