干旱-复水-再干旱处理对玉米光合能力和生长的影响

为了探求玉米(Zea mays)光合作用和生长对重复干旱的响应机制, 采用盆栽试验, 分别测定了不同程度土壤干旱处理3周时、随后复水1周时以及再次不同程度干旱处理3周时玉米幼苗光合参数和生长的变化。第一次土壤干旱处理后, 重度干旱处理显著降低玉米株高、单株总叶面积、地上部分及根系生物量以及叶片的蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、净光合速率(P_n)和最大净光合速率(A_max), 但显著提高光补偿点和暗呼吸速率; 中度干旱处理同样显著降低玉米株高、叶面积和地上部分生物量, 但对根系生物量无影响, 因而根冠比增大, 对上述光合参数的负效应也不具有显著性。复水可使前期经受中度和重度干旱处理的玉米植株的光合能力和生长速率恢复到正常水分条件下生长的植株的水平, 但株高和叶面积没有恢复到对照水平。当玉米再次经受水分亏缺处理时, 与只遭受第二次中度或重度干旱处理的植株相比, 经历过前期中度干旱处理的植株的株高、生物量和光合参数没有显著变化, 但叶面积显著下降; 经历过前期重度干旱处理植株的T_r、G_s、C_i、P_n、A_max和表观量子效率显著升高, 而株高、叶面积和生物量显著降低。综上所述, 第一次重度干旱处理显著降低玉米叶片的光合能力和生长, 复水可使光合能力和生长速率恢复到正常水分条件下生长植株的水平, 但不能消除前期干旱对生长产生的不利影响。前期中度干旱可以刺激玉米根系的生长和显著提高根冠比, 有利于提高对二次干旱的抵抗能力, 并使总的生物量保持在对照水平, 而前期重度干旱处理虽然在光合作用上能提高植株对二次干旱的抵御能力, 但不能弥补前期干旱处理对生长的不利影响。因此, 在生产实践中, 如果进行抗旱锻炼, 应限制在中度干旱水平, 避免重度干旱。     

苗期干旱及复水条件下不同花生品种的光合特性

为探索不同花生(Arachis hypogaea)品种的旱后恢复能力, 研究花生品种耐旱性与光合特性的关系, 通过盆栽土壤水分控制实验, 测定了12个花生品种苗期对干旱胁迫与复水过程的光合响应特征, 并讨论了所测各性状参数与抗旱性强弱的关系, 包括对水分胁迫伤害的修复能力。结果表明, 根据苗期生物量抗旱系数, ‘山花11号’、‘如皋西洋生’、‘A596’、‘山花9号’、‘农大818’的抗旱性较强, 且复水后植株产生超补偿生长效应, 补偿生长能力与抗旱性呈极显著正相关。叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)随干旱进程逐渐降低, 复水后逐渐增加, 抗旱性强的花生品种变幅较小。干旱7天, 大多数花生品种的光合参数值未有显著性差异。干旱14天, 抗旱性越强的花生品种光合参数值越高, 不同抗旱性花生品种的光合参数值有显著差异。‘山花11号’、‘如皋西洋生’、‘A596’、‘山花9号’的P_n、G_s、Φ_PSII、F_v/F_m、q_P在复水5天时恢复至对照水平, 复水10天时超过对照, ‘79266’、‘ICG6848’、 ‘白沙1016’、‘花17’在复水10天时仍未达到对照水平, 复水过程中抗旱性强的品种的光合参数显著高于抗旱性弱的品种。相关分析表明, 干旱胁迫14天和复水5天后, 花生的P_n、Φ_PSII、F_v/F_m、q_P与品种抗旱性呈极显著正相关。因此, 可在苗期用40%土壤相对含水量胁迫14天及复水5天时花生的P_n、Φ_PSII、F_v/F_m、q_P鉴定品种的干旱伤害程度及修复能力, ‘山花11号’可作为强干旱适应性鉴定的标准品种。     

旱后复水对不同倍性小麦光合及抗氧化特性的影响

利用盆栽控水试验方法,在干旱和复水条件下,于拔节期对不同倍性小麦叶片的光合参数以及抗氧化指标进行测定.结果表明:(1)与干旱处理相比,拔节期恢复供水可使受旱小麦叶片的光合参数增大,叶水势、超氧化物歧化酶(SOD)活性、细胞膜透性以及质膜过氧化程度都有所降低,其中净光合速率(Pn)和蒸腾速率(Tr)的增加超过对照,叶水势和细胞膜透性的降低也超过对照,产生了生理补偿效应;(2)旱后复水条件下,叶水势很快恢复到正常水平,Pn显著提高且高于正常对照水平,其中野生一粒和小偃6号,在干旱条件下,SOD酶活性高,具有较强的活性氧清除能力,复水后,MDA的积累减少,膜透性迅速恢复,抗氧化系统更好地保护和修复了光合机制,表现出较强的光合优势.     

干旱胁迫及复水对不同黍稷品种根系生理特性的影响

以2种抗旱性不同的黍稷品种(‘陇糜4号’和‘晋黍7号’)为试验材料,采用盆栽试验研究了苗期中度和重度干旱胁迫后拔节期复水对其根系生理特性的影响。结果显示:(1)干旱胁迫引起2个黍稷品种根系活力明显下降,根系SOD、POD活性以及MDA、脯氨酸含量明显升高,而且重度干旱胁迫处理变化幅度显著大于中度干旱胁迫。(2)复水后,2个黍稷品种根系的各项生理指标均有不同程度的恢复,且中度胁迫处理较易恢复,重度胁迫下恢复能力很弱。(3)2个黍稷品种根系各项生理指标在干旱胁迫及复水条件下变化幅度不同,干旱胁迫下抗旱性强的‘陇糜4号’根系活力下降幅度明显低于抗旱性弱的‘晋黍7号’,根系SOD活性、POD活性、MDA含量和脯氨酸含量的上升幅度明显高于‘晋黍7号’,而复水后‘陇糜4号’根系的各项生理指标的恢复能力明显强于‘晋黍7号’。研究表明,干旱胁迫及复水条件下‘陇糜4号’均表现出较高的根系活力、保护酶活性和脯氨酸含量,且MDA含量较低,从而表现出较强的抗旱性。     

干旱胁迫与复水对块根紫金牛生理特性的影响

以岩溶特有药用植物块根紫金牛为试材,研究土壤水分胁迫及复水条件下其叶片光合参数、相对含水量、质膜透性、渗透调节物质含量的变化特性。结果表明:水分胁迫下,块根紫金牛的叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均几乎接近零点,但胞间CO2浓度上升,即非气孔因素限制是光合速率下降的主要原因。水分胁迫不影响块根紫金牛单位面积的总叶绿素和类胡萝卜素含量,但干旱处理的Chl a/b和Car/Chl分别显著低于和高于对照。水分胁迫下,块根紫金牛的叶片相对含水量、相对电导率和丙二醛含量显著增大,即膜系统受到一定的伤害;块根紫金牛叶片脯氨酸含量显著降低,可溶性蛋白含量无显著变化,可溶性糖含量显著增大,但增大幅度不大,说明其在干旱胁迫下的渗透调节能力较弱。复水处理后,块根紫金牛全部指标均能恢复到对照水平,说明其对干旱胁迫较为敏感,主要采取避旱策略。     

乙烯对旱后复水玉米某些生理特性的影响

研究了在不同水分条件下盆栽的玉米(Zea mays L)品种'郑单958'幼苗,经乙烯利和AgNO3处理后,其复水前后某些生理特征的变化.结果表明:复水前,在不同程度干旱胁迫下施用乙烯利有利于增加玉米的生物量、叶片相对含水量、总叶绿素含量、可溶性蛋白质含量、叶片硝酸还原酶(NR)活性和谷氨酰胺合成酶(GS)活性;而AgNO3处理明显降低生物量、叶片相对含水量、可溶性蛋白质含量、NR活性和GS活性.复水后,乙烯利处理的玉米生物量、总叶绿素含量、可溶性蛋白质含量明显高于对照,叶片相对含水量、NR和GS活性与对照相近;经轻度与重度干旱后复水,AeNO3处理明显降低玉米生物量和可溶性蛋白含量,对叶片相对含水量、NR、GS活性影响不明显.因此,施用乙烯利有利于提高干旱后复水条件下苗期玉米对干旱的抗性.     

不同光合类型牧草对干旱-复水的光合生理响应及生长适应策略

基于干旱频率增加、强度增大这一全球降水变化背景, 探究干旱-复水条件下不同功能群(C₃和C₄)植物的光合生理响应及生长适应策略有助于预测降水格局变化条件下草地的植被组成和生态系统功能。该研究采用盆栽实验, 以松嫩草地生长的一年生C₃ (4种)和C₄ (3种)牧草为实验材料, 设置了对照、中度干旱和重度干旱3个水分处理水平, 在干旱末期及复水期对植物进行气体交换、生物量和比叶质量的测量。在干旱条件下, 各物种净光合速率和气孔导度均呈下降趋势, 水分利用效率呈上升趋势。干旱对不同植物光合指标的影响存在功能群差异, 随干旱程度的增加C₄植物逐渐丧失光合优势, 重度干旱对C₄植物净光合速率的影响较C₃植物更加明显。由于干旱条件下C₃植物光合固碳主要受气孔限制而C₄植物主要受代谢限制, 因此复水后C₄植物净光合速率恢复速度较C₃植物慢。干旱条件下, 各物种的生物量降低, 根冠比和比叶质量升高, 干旱对C₃植物各生长指标的影响均大于C₄植物; 复水处理后, C₃植物生物量随干旱强度增加呈下降趋势, 而C₄植物的生物量与对照相比无显著差异。     

不同生育期玉米叶片光合特性及水分利用效率对水分胁迫的响应

利用大型移动防雨棚开展了玉米水分胁迫及复水试验,通过分析玉米叶片光合数据,揭示了不同生育期水分胁迫及复水对玉米光合特性及水分利用效率的影响。结果表明:水分胁迫导致玉米叶片整体光合速率、蒸腾速率和气孔导度下降以及光合速率日变化的峰值提前;水分胁迫后的玉米叶片蒸腾速率、光合速率和气孔导度为适应干旱缺水均较对照显著下降,从而提高了水分利用效率,缩小了与水分充足条件下玉米叶片的水分利用效率差值;在中度和重度水分胁迫条件下,玉米叶片的水分利用效率降幅低于光合速率、蒸腾速率和气孔导度的降幅, 有时甚至高于正常供水条件下的水分利用效率;适度的水分胁迫能提高玉米叶片的水分利用效率,从而增强叶片对水分的利用能力,抵御干旱的逆境;水分亏缺对玉米光合速率、蒸腾速率及水分利用效率的影响具有较明显滞后效应,干旱后复水,光合作用受抑制仍然持续;水分胁迫时间越长、胁迫程度越重,叶片的光合作用越呈不可逆性;拔节-吐丝期水分胁迫对玉米叶片光合作用的逆制比三叶-拔节期更难恢复。     

干旱胁迫及复水对香樟幼树生理特性及生长的影响

通过盆栽和持续干旱处理研究了轻度干旱(持续干旱2~4d)、中度干旱(持续干旱6~8d)和重度干旱胁迫(持续干旱10~16d)及复水对香樟(Cinnamomum camphora)幼树生理特性和生长的影响,为香樟育苗、造林及合理的水分管理提供理论依据。结果显示:(1)干旱胁迫下香樟幼树地径生长量(Zd)和树高生长量(Zh)受到了抑制;轻度、中度干旱处理(土壤体积含水量从正常状态下降到7%)下叶片相对含水量(LRWC)与对照差异不显著,重度干旱处理(土壤体积含水量下降到3%)下显著低于对照。(2)轻度、中度干旱处理的超氧阴离子和过氧化氢含量与对照无显著差异,重度干旱处理较对照显著上升。(3)在活性氧酶促清除系统中,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性在轻度干旱时显著上升,而过氧化氢酶(CAT)活性在重度干旱时才显著上升,在复水48h后3种酶活性均恢复到对照水平。(4)在轻度、中度干旱处理中叶片丙二醛(MDA)含量无显著变化,而在重度干旱下显著升高,且复水48h后未见显著降低。(5)在渗透调节物质中,轻度干旱时可溶性蛋白(SP)含量开始显著升高,中度干旱时可溶性糖(SS)含量显著升高,重度干旱时脯氨酸(Pro)含量显著上升;复水48h后Pro含量显著降低,而可溶性蛋白和可溶性糖含量无显著变化。研究发现,香樟幼树在轻度干旱胁迫下能通过自身抗氧化酶系统和渗透调节物质维持正常生长,而在中度和重度干旱胁迫条件下,其水分生理状况变差,膜系统遭受伤害,酶活性受到抑制,最终导致其形态生长和地上部分生物量积累受限。     

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。     

叶面喷施褪黑素对干旱及复水下玉米光合特性和抗氧化系统的影响

为揭示叶面喷施外源褪黑素(MT)在干旱胁迫及复水下调控玉米的生理机制,该研究以玉米‘陕科9号’为试验材料,叶面喷施100 μmol·L^-1褪黑素,在重度干旱胁迫和复水后测定叶片相对含水量(RWC)、叶面积、地上部生物量、光合机构活性以及抗氧化酶活性等指标。结果表明：(1)外源喷施褪黑素能有效缓解干旱胁迫诱导的玉米生长发育抑制,同时显著提高干旱胁迫下玉米叶片光系统(PSⅡ和PSⅠ)有效量子产量［Y(Ⅱ)和Y(Ⅰ)］,并降低干旱胁迫下叶片PSⅠ 受体侧和供体侧限制引起的非光化学能量耗散的量子产量Y(ND)和Y(NA)。(2)喷施外源褪黑素显著增强了干旱胁迫玉米植株叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)及谷胱甘肽还原酶(GR)活性,显著降低了其丙二醛(MDA)和过氧化氢(H₂O₂)含量;同时外源褪黑激素也显著上调了其相应抗氧化酶活性相关基因的表达量。(3)复水后,干旱胁迫下经褪黑素处理的玉米植株叶片上述各参数恢复速度较单独干旱胁迫处理植株更快。研究认为,叶面喷施褪黑素有效缓解了干旱胁迫对玉米叶片的光合机构的损伤,增强了叶片抗氧化酶活性及相关基因的表达,显著降低了膜脂过氧化伤害程度,且复水后显著促进叶片生理功能的恢复,表明外源褪黑素可通过改善干旱及复水下玉米叶片光合效率和抗氧化能力,从而促进植株生长以适应干旱多变的环境。     

两个玉米品系叶片光合速率差异的生理机制初探

田间生长的两个玉米品系"双105"和"40×44"叶片净光合速率(Pn)存在显著差异。在不同的生长阶段,"40×44"Pn值均比"双105"高10%~32%,而且PSII光化学效率(Fv/Fm和△F/Fm')也较高,表现为植株较高,叶片较大,但叶绿素含量较低。尽管"双105"品系具有较低的光合速率和较低的气孔导度(Gs),但其胞间CO₂浓度(Ci)却略高于"40×44"。因此,这两个玉米品系叶片光合速率的差异并非气孔因素,而可能源于光合机构的光反应系统。     

干旱胁迫对不同烤烟品种根系生长和生理特性的影响

以抗旱型烤烟品种‘农大202'及一般型烤烟品种‘NC89'和‘K326'为材料,采用盆栽试验研究了干旱胁迫对根系生长和生理特性的影响,以明确各烟草品种的抗旱能力及其与根系生长和生理特性的关系.结果显示:严重干旱胁迫之后各烤烟品种根系鲜重、干重上升,而根系活力、根系吸收面积以及根系SOD和POD活性等根系生理指标则呈下降趋势.在干旱胁迫条件下,‘农大202'的根系总吸收面积、活跃吸收面积、根系活力、SOD活性和POD活性均显著高于两对照品种‘NC89'和‘K326',但其根系鲜重和干重等生物量并不具有太大的优势.研究表明,烟草的根系生长和生理特性对环境水分条件的响应存在明显的基因型差异;在干旱胁迫条件下, ‘农大202'根系能保持较高总吸收面积、活跃吸收面积、根系活力和保护酶活性,是其具有较强抗旱性的生理基础.     

干旱胁迫对枇杷生理特性及生长的影响

以3年生‘大五星’枇杷嫁接苗为试验材料,通过盆栽控水试验设置4个水分处理梯度:对照(CK)、轻度胁迫(LS)、中度胁迫(MS)和重度胁迫(SS),研究不同程度土壤干旱对枇杷幼树的生长和生理特性的影响。结果显示:(1)枇杷的株高、地上和地下生物量随干旱胁迫的增强呈下降趋势。(2)在轻度和中度胁迫下叶片叶绿素含量增加,随着土壤水分的减少,叶绿素含量和叶片相对含水量(LRWC)均显著下降。(3)叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)随着干旱胁迫的加剧均显著下降,其中Gs下降幅度最大,而胞间CO2浓度(Ci)则表现为先下降后上升,重度胁迫时叶片的水分利用率(WUE)最低。(4)干旱的加重使叶片超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活性呈现先增加后降低的趋势,过氧化氢酶(CAT)活性在轻度胁迫下最为活跃但在重度胁迫时显著降低,丙二醛(MDA)含量在中度胁迫第10天开始显著升高。(5)随干旱胁迫的加剧游离脯氨酸(Pro)含量增加且在重度胁迫第10天达到最大值,而可溶性蛋白(SP)含量在胁迫后期与对照无显著差异,可溶性糖(SS)含量在重度胁迫后期达到峰值且与对照差异显著。研究表明,在轻度和中度干旱胁迫下,枇杷叶片光合作用受到抑制,但能够积极调控抗氧化酶的活性和渗透调节物质的含量等来增强耐受性,而重度胁迫下,叶片膜系统和光合系统受到损伤,枇杷生长受到严重抑制。     

不同类型饲用玉米群体光合生理特性的研究

对两种类型饲用玉米的群体生理特性进行了研究,结果表明：青贮型玉米的叶面积和叶面积系数较大,吐丝前叶面积增长快,吐丝后叶片衰老略快,拔节至吐丝25d期间作物生长率较高,光合势和干物质积累量大,是决定生物学产量的关键时期,青贮型玉米科多8号的适宜密度在67500株／hm^2左右;粮饲兼用型玉米叶面积和叶面积系数较小,吐丝前叶面积增长较快,吐丝后叶片衰亡较慢,吐丝后至成熟期期间干物质积累量和光合势大,作物生长率高,是决定其生物学产量和籽粒产量的关键时期,粮饲兼用型玉米陕单310的耐密性较好。     

Effects of drought-rewatering-drought on photosynthesis and growth of maize

Aims Our objective was to investigate the responses of maize photosynthesis and growth to repeated drought.Methods Maize seedlings were exposed to different soil water deficit for three weeks, then rewatering for one week, and again to different water deficit for three weeks, to examine the effects of repeated drought on photosynthesis and growth.Important findings After the first water deficit treatments, under severe drought, plant height, total leaf area of individual plant, shoot and root biomass declined significantly, also transpiration rate (T_r), stomatal conductance (G_s), intercellular CO₂ concentration (C_i), net photosynthetic rate (P_n), maximum net photosynthetic rate (A_max), but light compensation point and dark respiration rate increased significantly. Under medium drought, plant height, leaf area, and shoot biomass decreased significantly, but root biomass did not vary, hence, the ratio of roots to shoots (R/S) increased. Moreover, plants did not show significant differences in photosynthetic parameters. After rewatering, photosynthesis and growth rate of plants previously exposed to water deficit could recover to the levels of well-watered plants, but plant height and leaf area did not recover to the levels of the control. When maize were subjected to recurrent drought, plants pre-exposed to medium drought showed no significant difference in plant height, biomass, and photosynthetic parameters, but a significant decrease in leaf area, compared to plants only exposed to second medium drought. Plants pre-exposed to severe drought had significantly higher T_r, G_s, C_i, P_n, A_max, and, apparent quantum yield but significantly lower plant height, leaf area, and biomass than plants without previous exposure. These results indicated that the first severe drought significantly reduced photosynthetic capacity and maize growth, rewatering could recover photosynthesis and growth rate to the levels of well-watered plants, but could not eliminate the adverse influence of the first drought on growth. The first medium drought could stimulate the growth of maize root system and significantly increased R/S, which can enhance maize drought resistance to subsequent repeated drought, and maintain the total biomass in the control level; the first severe drought could enhance maize drought resistance to subsequent repeated drought in the aspect of photosynthesis, but could not compensate for the adverse effect of early drought on plant growth. Hence, in practice, drought hardening should be limited in the level of medium drought, and avoiding severe drought.