干旱胁迫下硅对玉米光合作用和保护酶的影响

利用盆栽试验研究了施硅（K₂SiO₃）对玉米植株抗旱能力的影响.结果表明：与对照相比,干旱胁迫下施硅提高了玉米植株的生物量积累,轻度和重度水分胁迫处理分别提高了31.1％～33.3％和23.7％～40.5％;施硅提高了玉米植株的净光合速率（10.9%～28.8%）和叶绿素含量（4.0%～11.9%）;施硅使干旱胁迫下玉米植株的POD、SOD和CAT活性分别提高6.4%～26.4%、17.8%～26.8%和3.2%～33.5%,抑制了干旱胁迫下叶片细胞膜透性的增加和丙二醛含量的升高.相关分析表明,干旱胁迫下玉米干生物量积累与日光合积累呈显著相关（r=0.9357,P<0.05）,说明光合作用的提高是干旱胁迫下硅对生物量积累影响的主要因素.较高的保护酶活性减轻了自由基的伤害作用,是硅增强植株抗旱性的另一重要因素.     

硅和干旱胁迫对水稻叶片光合特性和矿质养分吸收的影响

硅被认为是植物生长的有益元素,它能增强植物对非生物逆境和生物逆境胁迫的抗性。以抗旱性不同的一对水稻近等基因系w-14-和w-20为实验材料,采用盆栽实验,研究了干旱胁迫下硅处理对水稻生长性状、光合生理特性和矿质养分吸收的影响。结果表明,在正常水分条件下硅处理对水稻的生长及生理特性没有明显影响。干旱胁迫显著降低水稻植株的生长,叶绿素含量、叶绿素荧光参数Fv/Fm及Fv/F0值显著降低,光合作用受到明显抑制。加硅能提高干旱胁迫条件下水稻植株的生物量、水分利用效率、叶片叶绿素含量、净光合速率和蒸腾速率,而气孔导度和细胞间隙CO2浓度则下降。无论干旱与否,施硅后水稻的叶片硅含量均显著上升。两个水稻品系叶片的无机离子含量在干旱胁迫条件下均呈显著增加的趋势,而硅处理后材料w-14的叶片K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+含量分别降低16.38%,24.50%,19.70%,21.52%,18.58%,w-20则分别降低11.64%,12.11%,16.06%,11.11%和19.15%,并使之回复到与对照更接近的水平。研究结果表明了硅提高水稻植株的抗旱性与光合作用的改善和矿质养分的调节有关。     

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。     

转大肠杆菌过氧化氢酶基因棉花的抗旱生理研究

以导入大肠杆菌过氧化氢酶基因KatE的T3代转基因棉花为供试材料,经卡那霉素检测和PCR鉴定,将筛选出的阳性转基因植株与对照棉花进行整个生育期的持续水分胁迫处理直至收获,比较材料间的生理生化指标的差异,鉴定转基因植株的耐旱能力。结果显示:(1)干旱胁迫持续至初蕾期时,转基因棉花与对照植株间各项抗旱生理指标差异均未达到显著水平。(2)水分胁迫持续至盛蕾和盛花期时,转基因棉花叶片相对含水量、光系统Ⅱ最大光化学效率(Fv/Fm)、CAT活性,以及叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均显著或极显著高于对照植株,叶绿素含量也都明显高于对照植株。干旱胁迫持续至吐絮期时,转基因棉花的株高、果枝数和铃数均显著或极显著高于对照植株,且转基因棉花和对照的籽棉产量分别比正常灌溉处理降低57.5%和60.1%,全生育期的水分胁迫严重影响了棉花籽棉产量,但转基因棉花的籽棉产量仍显著高于对照。研究表明,在新疆石河子当地自然降水(干旱胁迫)条件下,转KatE基因棉花表现出了较好的生理和生长优势,KatE基因有助于提高棉花的抗旱性。     

干旱胁迫下外源茉莉酸甲酯对玉米幼苗根系吸水的影响

茉莉酸类化合物作为环境信号分子,不仅参与植物生长发育的调控,同时受到环境胁迫的诱导,参与植物对逆境胁迫的响应和防御。本研究以北方广泛种植的玉米品种‘郑单958’为材料,通过对根系外源施加茉莉酸甲酯的方式,探究干旱胁迫下茉莉酸甲酯对玉米幼苗抗旱性以及根系吸水的影响。结果表明,外源茉莉酸甲酯可提高玉米幼苗光合速率、蒸腾作用和气孔导度,增强抗氧化酶活性,降低H_2O_2和丙二醛的含量,从而缓解干旱胁迫对植株造成的损伤。通过测定根系水导、氯化汞处理的蒸腾速率的变化以及水通道蛋白的表达量,发现干旱胁迫下外源茉莉酸甲酯可增强根系水通道蛋白的表达,进而增强玉米幼苗的根系吸水能力,从而缓解干旱胁迫造成的叶片水分含量的下降和水势的降低,提高了玉米幼苗的抗旱性。     

干旱生境中接种丛枝菌根真菌对三叶鬼针草

为阐明丛枝菌根真菌对石灰岩地区适生植物三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)光合作用的影响,设置正常浇水(A)、中度干旱胁迫(B)和重度干旱胁迫(C)3个水分处理梯度,比较了不同水分处理条件下接种丛枝菌根真菌Glomus mosseae和未接种三叶鬼针草之间净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度、羧化效率、水分利用效率等特征的差异.结果表明,水分胁迫显著降低三叶鬼针草的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和羧化效率.胞间CO2浓度在处理的前期(7d)因干旱胁迫而降低,在后期随土壤含水量的降低而升高;水分利用效率则是中度胁迫的植株、正常浇水处理植株、重度胁迫植株依次降低.在正常浇水条件下接种G. mosseae 对三叶鬼针草光合参数没有产生显著性影响;在中度胁迫条件下,接种植株较未接种植株在水分处理的前28d有更高的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和羧化效率;在重度胁迫条件下,虽然净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和羧化效率接种植株高于未接种植株,但是二者并不显著.研究认为,干旱胁迫对三叶鬼针草光合作用的影响在水分处理的前期表现为气孔因素制约,在后期则主要是非气孔因素的影响;在正常浇水条件下接种G. mosseae 对三叶鬼针草的光合作用没有显著性影响,在干旱胁迫条件下,丛枝菌根真菌通过改善三叶鬼针草气孔导度和羧化效率等减弱干旱胁迫对植株的伤害,但是这种保护作用因为土壤水分的严重匮乏以及土壤干旱的时间延长而受到限制.     

硅提高植物抗旱性的生理机制研究进展

干旱作为限制作物产量和品质的主要非生物胁迫之一,对全球社会、经济和生态造成巨大损失。在全球气候变化背景下,提高植物抗旱性的重要性日益突显。硅能够提高植物的抗旱性：外源硅的施用可以影响气孔导度,改变蒸腾速率,改善植物水分状况;通过调节气孔动力学、合成光合色素,促进光化学反应,从而改善光合作用;此外硅可通过渗透调节以平衡植物对矿质元素的吸收,以及调节抗氧化防御系统,减轻植物在干旱胁迫中的氧化损伤。总结了硅对干旱胁迫下植物水分利用、光合作用、矿质元素吸收、抗氧化系统、植物激素代谢等方面的作用及相关生理机制。建议未来从复合逆境胁迫、低硅积累植物等方面进一步揭示硅提高植物抗旱性的作用机制,从而为农林生态系统合理利用硅素来提高生产效率提供科学依据和理论基础。     

干旱胁迫对夏蜡梅光合特性的影响

以2年生夏蜡梅(Sinocalycanthus chinensis)苗木为材料,通过盆栽试验,研究土壤干旱胁迫对夏蜡梅叶片光合特性的影响,结果显示:随着干旱胁迫程度的加重,夏蜡梅叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度显著降低;胞间CO2浓度在轻度和中度胁迫下显著低于对照,但在重度胁迫下显著高于对照;水分利用效率在胁迫下提高,且以中度胁迫为最大.温度升高使叶片净光合速率和水分利用效率降低、蒸腾速率升高,加重了干旱对光合作用的不利影响.对照及轻度和中度干旱胁迫处理的净光合速率、气孔导度和水分利用效率日变化曲线均为双峰型,但重度胁迫下净光合速率和气孔导度日变化转变为峰值很小的单峰型;各处理的蒸腾速率日变化曲线为单峰型并以午间最高.表明夏蜡梅光合作用对干旱胁迫有一定的适应能力,但重度胁迫对其造成严重影响.     

干旱胁迫对不同施氮水平麻疯树幼苗光合特性及生长的影响

采用盆栽控水的方法,研究了干旱胁迫（连续干旱0 d,5 d,10 d,…,45 d）对不同施氮水平(对照 0 kg N·hm^-2、低氮 96 kg N·hm^-2、中氮 288 kg N·hm^-2、高氮 480 kg N·hm^-2)麻疯树幼苗光合特性及其生长的影响.结果表明: 随干旱胁迫强度的增加,各施氮水平麻疯树幼苗叶片相对含水量、苗高生长量、地径生长量、叶面积、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均降低,且各水分处理间差异极显著(P<0.01);随干旱时间的延长,叶绿素含量和水分利用效率表现出先升高后降低的趋势,而胞间CO₂浓度呈先降低后升高的趋势.正常供水时,施氮处理均不同程度提高了麻疯树幼苗的光合能力,促进了麻疯树幼苗的生长,且施氮量越高效果越好;干旱条件下,氮素营养对植株光合能力和生长的影响与干旱程度和施氮水平有关.轻度干旱时,提高施氮水平对植株光合能力和生长具有明显的促进作用;中度干旱时,中氮的促进作用明显高于其他施氮水平;严重干旱时,低氮的促进效果最好,高氮的促进作用减弱并逐渐转向抑制.     

沼液施用对干旱胁迫下玉米幼苗生长和生理特性的影响*

为了探明干旱胁迫下沼液对玉米幼苗抗旱、光合生理、形态的缓解效应,以中度抗旱玉米杂交种‘先玉335’和较强抗旱杂交种‘中单2号’为材料,采用10%聚乙二醇-6000模拟干旱胁迫,研究50%沼液根部浇灌处理对干旱胁迫下玉米幼苗生长和生理特性的影响。结果表明,沼液根部施用可以显著提高两品种玉米的抗旱性,有效缓解干旱胁迫对玉米幼苗根系和地上部生长的抑制作用,促进两品种玉米幼苗生长和提高根系活力,降低根冠比,且‘先玉335’的变幅更大;同时显著提高两品种叶片SOD、POD和CAT活性以及可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白含量(‘中单2号’的CAT除外),降低MAD含量,且对‘中单2号’的影响更显著;沼液根施还可以显著提高干旱胁迫下两品种叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr),降低气孔导度(Gs)、胞间CO_(2)浓度(Ci),但‘中单2号’的Tr和Gs除外,同时使两品种叶片叶绿素含量和水分利用效率(WUE)均显著增加。可见,沼液根施处理可以有效改善干旱胁迫下玉米幼苗的光合能力,显著提高幼苗抗氧化酶活性和渗透调节物质的含量,减轻膜脂过氧化程度,有效缓解干旱胁迫对2种不同抗旱性玉米幼苗的生长抑制,从而增强玉米耐受干旱胁迫的能力,且对‘中单2号’的缓解效果更明显。     

Application of silicon enhanced drought tolerance in Sorghum bicolor

The effects of silicon application on the drought tolerance of sorghum ( Sorghum bicolor (L.) Moench) were investigated for two cultivars differing in drought susceptibility. Silicon application ameliorated the decrease in dry weight under drought stress conditions, but had no effect on dry matter production under wet conditions. Under dry conditions, silicon-applied sorghum had a lower shoot to root (S/R) ratio, indicating the facilitation of root growth and the maintenance of the photosynthetic rate and stomatal conductance at a higher level compared with plants grown without silicon application. The diurnal determination of the transpiration rate indicated that the silicon-applied sorghum could extract a larger amount of water from drier soil and maintain a higher stomatal conductance. Very similar effects of silicon application were observed for both cultivars regardless of their drought susceptibility. These results suggest that silicon application may be useful to improve the drought tolerance of sorghum via the enhancement of water uptake ability.     

Development of Water Stress under Increased Atmospheric CO2 Concentration

The increase in water use efficiency (the ratio of photosynthetic to transpiration rates) is likely to be the commonest positive effect of long-term elevation in CO₂ concentration (CE). This may not necessarily lead to decrease in long-term water use owing to increased leaf area. However, some plant species seem to cope better with drought stress under CE, because increased production of photosynthates might enhance osmotic adjustment and decreased stomatal conductance and transpiration rate under CE enable plants to maintain a higher leaf water potential during drought. In addition, at the same stomatal conductance, internal CO₂ concentration might be higher under CE which results in higher photosynthetic rate. Therefore plants under CE of the future atmosphere will probably survive eventual higher drought stress and some species may even be able to extend their biotope into less favourable sites. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

干旱胁迫对4种植物蒸腾特性的影响

在温室条件下研究类芦等4种植物在干旱胁迫下的蒸腾特性。结果表明,在正常供水情况下,4种植物蒸腾速率和气孔阻力日变化规律明显;在干旱胁迫下,气孔阻力增大,蒸腾速率逐步降低,当水势下降到临界值时,气孔关闭,气孔阻力急剧增大,蒸腾速率降至最低。4种植物中,类芦的水分利用效率最高,其次为百喜草和香根草,五节芒最低。4种植物的抗旱力以类芦最强,百喜草和香根草其次,五节芒最弱。     

土壤干旱条件下氮素营养对玉米内源激素含量影响

在田间持水量分别保持于35％、55％和75％±5％的土壤水分条件下,利用盆栽实验研究了土壤干旱和氮素营养对玉米内源激素和气孔导度的影响．结果表明,土壤干旱下氮素营养明显降低了玉米根系木质部汁液ABA浓度,而正常供水下施氮处理间则无显著差异(施氮处理仍较低),同时测定的叶片ABA浓度则呈相反的变化趋势,表现为干旱下施氮处理要高于不施氮处理;施氮处理木质部汁液中ZRs浓度应低于相应的不施氮处理,在调控气孔行为方面并未表现拮抗ABA作用;3种土壤水分条件下,施氮玉米叶片的气孔导度均高于不施氮处理,与木质部汁液ABA浓度呈负相关,说明施氮处理较低的根源ABA浓度是导致其气孔导度较大的主要原因．     

褪黑素对玉米幼苗根系发育和抗旱性的影响

褪黑素是一种在生物体内广泛存在的吲哚胺类化合物,参与植物的多种生理和生化过程.近年来研究认为褪黑素可以不同程度地增强植物的抗逆性,但对其作用机理仍知之甚少.通过两种褪黑素的施用方法,详细研究了褪黑素对于玉米根系发育和抗旱性的影响.首先,采用水培根灌褪黑素的方法对玉米幼苗的根系和生长状况进行分析,结果表明施加褪黑素显著提...     

Effects of dew on eco-physiological traits and leaf structures of Leymus chinensis and Agropyron cristatum grown under drought stress北大核心CSCD

Aims: To investigate the effects of dew on plants, we conducted the experiment to determine the physiological characteristics and leaf structures of Leymus chinensis and Agropyron cristatum in response to increasing dew under drought stress. Methods: Four treatments (no dew, three times dew and five times dew per week under drought stress, and well-watering) were designed to examine leaf relative water content, water potential, net photosynthetic rate, water use efficiency, biomass, and leaf structures of L. chinensis and A. cristatum. Important findings: There was a significant increase in the relative water content and water potential by simulated dew increase for two plants species under drought stress (p < 0.05). For A. cristatum, simulated dew increase significantly enhanced the net photosynthetic rate, stomatal conductance, and transpiration rate of plants under drought stress (p < 0.05). On the other hand, there was no significant difference in the stomatal conductance and transpiration rate for L. chinensis among treatments. Simulated dew increase improved the aboveground biomass and root biomass of two species. The ratio of yellow leaves to the total leaves was decreased by simulated dew increase for two species. Dew increase also protected leaf structures against the drought stress, suggesting that the dew increase can slow down the death process of leaves resulted from drought stress. Therefore, the study demonstrated that dew increased the available water for the leaves of L. chinensis and A. cristatum grown in the drought stress and thus had positive effects on the photosynthesis, water physiology and plant development.     

高羊茅叶片表皮蜡质含量与其抗旱性的关系

以14个高羊茅品种为试验材料,在田间试验中对干旱高温胁迫下的叶片表皮蜡质含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度等生理指标测定分析。结果表明,干热胁迫下高羊茅品种间的叶片表皮蜡质含量和水分利用效率均存在极显著差异(P<0.01);叶片蜡质含量与综合抗旱性和水分利用效率的等级相关系数分别为0.78(P<0.01)和0.68(P<0.01);蜡质含量越高的品种,其叶片气孔导度和胞间CO2浓度越低,水分利用效率越高,但所有品种的水分利用效率绝对值都较低。研究发现,在干热胁迫时,高羊茅叶片表皮蜡质可通过对气孔导度的调节来减少气孔蒸腾,提高水分利用效率,最终提高其抗旱性;表皮蜡质含量可以作为高羊茅品种抗旱性鉴定的一个新指标。