干旱胁迫对杨树幼苗生长、光合特性及活性氧代谢的影响

2011年4-10月在山东省林业科学研究院试验苗圃,选取欧美I-107杨扦插苗为试材,采用盆栽控水试验,研究了不同水分处理(正常水分、轻度干旱、中度干旱和重度干旱)对杨树幼苗生长和气体交换、叶绿素荧光特性、活性氧代谢的影响.结果表明: 与正常水分处理相比,轻度、中度和重度干旱胁迫下的地径生长量分别下降12.8%、44.5%和65.6%,苗高生长量分别下降12.2%、43.1%和57.2%;随着胁迫强度的增加和胁迫时间的延长,杨树幼苗叶片的PSⅡ光能转化效率、实际量子产量、光化学猝灭系数、净光合速率和气孔导度在轻度胁迫下缓慢下降,而在中度和重度胁迫下迅速下降;非光化学猝灭系数在轻度胁迫下显著升高,而在中度和重度胁迫下先升高后降低;叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均先升高后降低,但对干旱胁迫和活性氧的响应存在一定差异;叶片相对电导率、丙二醛含量显著增加,质膜受损,大量离子外渗,且重度胁迫下质膜的损害最严重.轻度干旱胁迫下,I-107杨树幼苗具有较高的光合效率和较强的抗氧化保护酶系统;而中度和重度干旱下,其光合效率显著下降,抗氧化保护酶系统明显遭到破坏.     

不同土壤水分条件下文冠果的光合作用日变化

在黄土丘陵区,以3年生文冠果苗木为材料,测定其在不同土壤水分条件下的气体交换和荧光参数日变化,分析其光合作用与不同土壤水分的定量关系,以指导文冠果这一能源树种在半干旱地区的推广种植。结果表明:(1)文冠果叶片的净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)、光下最大荧光(Fm)、PSⅡ最大光量子产量(Fv/Fm)、PSⅡ实际量子效率(ΦPSⅡ)、光化学猝灭系数(qP)均随土壤相对含水量(Wr)降低呈先升高后降低趋势,其最小荧光(Fo)先降后升,而其NPQ持续升高,当Wr为44.7%~81.2%时各参数都维持在较高水平。(2)文冠果叶片日净光合累计量(PD)和WUE在Wr为58.6%~81.2%时都处于较高水平,当Wr为66.6%时WUE达到最大值,过高或过低的土壤水分含量均不利于文冠果叶片光合作用的进行和水分的利用。(3)气体交换参数分析表明,文冠果中午光合作用的下降在Wr为38.1%~81.2%时是由气孔因素导致,而在Wr低于31.8%时转为非气孔限制;当Wr低于73.9%时,文冠果中午会出现光抑制,光合机构受到破坏。研究认为,在黄土丘陵区,适宜文冠果栽培的土壤相对含水量在58.6%~81.2%之间,低于38.1%时则无法正常生长。     

土壤干旱胁迫对沙棘叶片光合作用和抗氧化酶活性的影响

在半干旱黄土丘陵区,采用盆栽控水试验,通过测定3年生沙棘苗木在8个土壤水分梯度下的光合速率、叶绿素荧光、抗氧化酶活性等光合生理生化指标,探讨沙棘叶片光合作用在土壤干旱逐渐加重过程中的变化过程、机制及其与土壤水分的定量关系.结果表明:(1)土壤相对含水量(RWC)在38.9％-70.5％范围内,随干旱胁迫加重,沙棘的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)明显下降,而气孔限制值(Ls)显著上升,即Pn下降主要是由气孔限制造成的;当RWC＜38.9％时,干旱胁迫继续加剧,Pn和Ls都降低,而Ci显著上升,即Pn下降的主要原因已经转变为非气孔因素的限制.(2)土壤适度水分胁迫能够提高沙棘叶片的水分利用效率(WUE),维持沙棘Pn和WUE处于较高水平的RWC范围为58.6％-82.9％和48.3％-70.5％.(3)土壤干旱加重过程中,沙棘的最大荧光(Fm)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率ΦPSⅡ,光化学猝灭(qP)均表现出逐渐降低的趋势,而初始荧光(Fo)显著升高,非光化学猝灭(NPQ)则表现出先上升后下降的趋势;RWC在38.9％-70.5％的范围内,热耗散是沙棘重要光保护机制;RWC＜38.9％时,PSⅡ受到损伤,电子传递受阻.(4)土壤干旱加重过程中,沙棘叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性表现出先升高后降低的趋势,丙二醛(MDA)含量则表现出逐级递增趋势;土壤干旱程度在RWC为48.3％-70.5％时,对沙棘叶片的抗氧化酶系统活性有诱导作用;而土壤干旱到严重胁迫(RWC＜38.9％)时,沙棘叶片的抗氧化酶系统损伤,抗氧化酶活性下降,细胞膜遭到破坏.土壤干旱程度在RWC为48.3％-70.5％时,沙棘叶片可以通过热耗散和酶活性调节协同作用,稳定光合机构的正常功能,Pn下降的主要原因是气孔限制;而干旱到严重胁迫(RWC＜38.9％)时,PSⅡ系统和抗氧化酶系统损伤,是光合作用发生非气孔限制的主要原因.在半干旱黄土丘陵区,沙棘生长所允许的最大土壤水分亏缺在RWC为38.9％,维持沙棘具有较高WUE和Pn的土壤水分阈值为RWC在58.6％-70.5％之间.     

干旱胁迫对玉米苗期叶片光合作用和保护酶的影响

以玉米品种郑单958(抗旱性强)和陕单902(抗旱性弱)为材料,采用盆栽控水试验,设置3个干旱处理(轻度干旱,中度干旱,重度干旱)和正常灌水,研究了干旱胁迫对玉米苗期叶片光合速率、叶绿素荧光以及相关生理指标的影响。结果表明:(1)干旱胁迫下2个品种叶片净光合速率(P_n)和气孔导度(G_s)显著下降,胞间CO₂浓度(C_i)出现了先下降后上升,而气孔限制值(L_s)上升后下降,说明中度干旱胁迫下叶片P_n下降是气孔因素引起的,重度干旱胁迫下P_n降低主要由非气孔因素引起的。(2)随着干旱胁迫的加剧,2个品种叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)的实际量子产量(φPSⅡ)、电子传递速率(ETR)和光化学猝灭(qP)一直下降,而非光化学猝灭(qN)上升后下降,说明中度干旱下热耗散仍是植株重要光保护机制,重度干旱时叶片光合电子传递受阻,PSⅡ受到损伤。(3)干旱胁迫下2个品种叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性先升高后降低,而丙二醛(MDA)含量一直升高,说明干旱胁迫初期对保护系统酶活性升高有诱导作用,重度胁迫下活性氧清除酶的活性下降,导致细胞膜伤害。这些结果暗示,轻度和中度干旱胁迫下2个玉米品种通过减少光捕获、热耗散和酶活性调节协同作用稳定了光合机构功能,是P_n下降的气孔限制因素;而重度干旱胁迫下光系统Ⅱ和抗氧化酶系统损伤,是P_n下降的非气孔限制因素;郑单958的各生理参数比陕单902受旱影响小,干旱胁迫下仍具有较高的光合效率和较强的保护酶活性是郑单958抗旱的主要生理原因。     

CPPU和6-BA对盐胁迫下番茄活性氧代谢及叶绿素荧光的影响

以番茄品种 '金棚一号' 幼苗为材料,通过营养液水培试验,研究了不同浓度(10、20、30 mg·L-1)外源细胞分裂素N-苯基-N'-(2-氯-4-吡啶基)脲(CPPU)和6-苄基腺嘌呤(6-BA)对NaCl胁迫下番茄幼苗活性氧代谢及叶绿素荧光的影响.结果表明,NaCl胁迫处理导致番茄幼苗活性氧生成速率和过氧化物酶(SOD)、超氧化物岐化酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性显著增加,但抗氧化酶活性的提高幅度低于活性氧的积累速度,最终导致番茄幼苗光合系统Ⅱ(PSⅡ)能力降低;营养液添加CPPU和6-BA在一定程度上均可缓解NaCl对番茄幼苗的伤害,但存在明显浓度效应,其中20 mg·L-1 CPPU处理效果最好,其次为30 mg·L-16-BA处理;在20 mg·L-1 CPPU和30 mg·L-16-BA处理下,番茄幼苗叶片和根系O2产生速率、MDA含量显著低于NaCl处理,而SOD、POD、CAT活性和光合性能却显著提高.研究发现,CPPU和6-BA均通过诱导提高番茄幼苗抗氧化酶活性来缓解NaCl胁迫对其细胞膜的伤害和对光合的抑制,但CPPU缓解效果更好且最适浓度较低.     

气温升高与干旱胁迫对宁夏枸杞光合作用的影响

以宁夏枸杞1年生苗木为材料,采用开顶式生长室模拟增温环境,设置两个温度水平(正常环境温度,增温=正常环境温度+2.5—3.7℃)和3个土壤水分水平(正常水分条件(田间最大持水量的70%—75%)、中度干旱处理(田间最大持水量的50%—55%)和重度干旱处理(田间最大持水量的35%—40%)),研究气温升高和干旱胁迫对宁夏枸杞光合作用的影响。结果表明:(1)在增温条件下,中度和重度干旱处理下的净光合速率比对照(正常供水)分别下降17.5%、48.9%,气孔导度平均下降了3.9%,水分利用效率仅为正常环境温度下的57.8%。(2)在气温升高和干旱胁迫交互作用下,枸杞叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度显著下降的同时,增温处理又加剧了枸杞植株的蒸腾耗水,从而导致枸杞叶片水分的利用效率和CO2同化能力降低。(3)气温升高和干旱胁迫交互作用降低了枸杞的PSⅡ活性中心的光能转换效率、使光合机构和PSⅡ反应中心受到损伤,从而导致枸杞光合作用效率下降。(4)气温升高加剧了干旱胁迫对宁夏枸杞叶片净光合速率和水分利用效率的减小作用,即气温升高加剧了干旱胁迫对宁夏枸杞光合作用的抑制作用。     

氯化钠胁迫对枳椇和皂荚生长、叶绿素荧光及活性氧代谢的影响

以盆栽枳椇和皂荚为试材,研究了不同浓度NaCl处理（CK、0.15%、0.30%、0.45%、0.60%）对枳椇和皂荚植株生长、叶绿素荧光特性和活性氧代谢的影响.结果表明:随着NaCl浓度的提高,植株生长量、叶片叶绿素含量、F_v/F_m、Φ_PSⅡ、q_P均逐渐下降,而q_N逐渐升高.0.15% NaCl胁迫10 d后,枳椇叶片叶绿素含量、F_v/F_m、Φ_PSⅡ、q_P较对照处理分别降低了19.77%、2.94%、29.03%、8.16%,差异显著(P<0.05),而皂荚与对照处理差异不显著;0.30%NaCl胁迫下,皂荚F_v/F_m和Φ_PSⅡ较对照处理分别降低了1.91%、14.66%,差异显著(P<0.05);0.45%NaCl胁迫下,皂荚叶片叶绿素含量和q_P与对照处理差异显著(P<0.05),分别降低了29.28%和11.36%.随着NaCl浓度的增加,皂荚SOD活性持续升高,枳椇呈先升高后降低变化,在0.15% NaCl胁迫下达最大值;两种苗木细胞POD、CAT活性均呈先升后降趋势,且皂荚的升幅大于枳椇.二者的MDA含量均呈上升趋势,且枳椇的升高幅度大于皂荚,说明枳椇产生了较严重的膜脂过氧化.由此推断,皂荚的耐盐性较强与其具有较强的抗氧化保护酶系统有关.     

干旱胁迫对小麦旗叶活性氧代谢及灌浆速率的影响

在防雨池栽条件下,研究了干旱胁迫对小麦旗叶活性氧代谢的影响.结果表明,小麦旗叶内H2O2和O-·2水平随干旱胁迫的加剧和衰老进程的加快而逐渐升高,活性氧清除系统中的SOD和CAT活性逐渐下降,膜脂过氧化产物MDA含量升高,导致叶片内可溶性蛋白质和叶绿素含量下降,是干旱胁迫造成对籽粒产量贡献较大的旗叶伤害的主要原因之一,从而导致穗粒重下降.     

不同浓度氟对茶树幼苗叶片叶绿素荧光特性的影响

为探讨氟对茶树[Camellia sinensis(L.)O.Kuntze]叶片叶绿素荧光特性的影响,采用盆栽沙培法,用不同浓度的Na F溶液处理6周,对茶树叶片的叶绿素荧光特性进行研究。结果表明,用600 mg L–1的氟处理,茶苗叶片的OJIP曲线O相呈小幅度上升,P相下降得非常明显,IP相显著下降,出现清晰的L点(150μs)和K点(300μs);经过氟处理的茶苗叶片I点、J点的相对可变荧光和耗散能增加;荧光参数RC/CSo、ETo/ABS、PIabs、PIcs等明显下降,而DIo/RC、DIo/CSo和DIo/ABS等参数大幅度增加;叶片氟含量与ETo/TRo、REo/ABS、PICS呈负相关,与DIo/RC呈正相关。因此,氟胁迫处理削弱了茶树叶片的光合电子传递能力,影响了光合机构的作用,同时叶片以增加自身热耗散来防止受到光抑制和光破坏。     

不同浓度海水对油葵幼苗光合作用和叶绿素荧光特性的影响

采用砂培法,研究了不同浓度海水对油葵幼苗光合作用和叶绿素荧光特性的影响.结果显示:10%和20%海水处理下,油葵幼苗叶绿素含量、P n和ΦPSⅡ值较对照没有明显差异,表明较低浓度的海水处理对油葵幼苗光合作用没有明显影响;而30%和40%海水处理显著降低了油葵幼苗的叶绿素含量、P n、G s,同时还降低了叶绿素荧光参数F v/Fm、F v/F o、ΦPSⅡ和qP,表明高浓度海水处理抑制了油葵幼苗PSⅡ活性,降低了光合和碳同化能力,不利于幼苗的生长.此外,高浓度海水处理下油葵幼苗净光合速率的下降主要是气孔因素所致.     

铝胁迫对蓼科植物生长和光合、蒸腾特性的影响

采用水培试验,设置5种铝处理浓度,研究了铝对3种蓼科植物酸模叶蓼、杠板归和辣蓼叶片光合、蒸腾和叶绿素荧光参数的影响。结果表明,高铝处理(400μmol.L-1)显著抑制3种蓼科植物地上部和根系生长,并且导致3种蓼科植物叶片叶绿素含量、Chla/Chlb、净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)、PSII光合电子传递量子效率(φPSII)和光化学猝灭系数(qP)显著下降。中低铝处理(25~100μmol.L-1)时,与对照相比,酸模叶蓼生物量显著增加,杠板归显著减少,辣蓼先增加后减少。其中,酸模叶蓼和辣蓼叶绿素含量、Chla/Chlb、Pn、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、PSII最大光化学效率(Fv/Fm)、qP均未发生显著变化,但辣蓼WUE、φPSII和非光化学猝灭系数(NPQ)显著下降,酸模叶蓼无显著变化;而杠板归除Ci、Fv/Fm外,其余叶片光合、蒸腾及叶绿素荧光参数均出现显著下降。上述结果表明,酸模叶蓼在中低铝处理条件下可通过保持较高的叶绿素含量、Chla/Chlb、WUE、Pn、PSII反应中心光化学反应效率以及提高非辐射能量耗散来增强其对铝的耐性。     

干旱胁迫对小麦幼苗抗氰呼吸和活性氧代谢的影响

研究了干旱胁迫对抗旱性强弱不同的两种小麦幼苗的抗氰呼吸和活性氧代谢的影响。干旱胁迫导致了两种小麦抗氰呼吸活性及基因转录水平的下降,但抗旱品种在轻度干旱胁迫下表现出一定的适应能力,其抗氰呼吸活性及基因转录水平均高于不抗旱品种。干旱胁迫下,对干旱敏感的小麦幼苗叶片中活性氧含量高于抗旱小麦;3种抗氧化酶的活性低于抗旱小麦的3种抗氧化酶的活性。据此认为,严重的干旱胁迫引起活性氧含量的增加扰动了活性氧与抗氰呼吸之间的应答平衡,但抗氰呼吸可能通过清除活性氧等机制而起了抗旱的作用。     

杨品种‘84K’光合生理的不同过程对干旱和复水的响应

以杨品种‘84K’（Populus alba×P.glandulosa）为材料,对其干旱胁迫及复水后光合生理特性的变化进行了研究。结果显示,在干旱胁迫及复水过程中,杨品种‘84K’光合作用相关的主要反应对此过程响应不同步。在干旱胁迫过程中,‘84K’的羧化反应速度、气孔导度（G_s）、叶肉导度（G_m）均显著下降,但前者下降幅度小于后两者,此时的光合作用主要受G_s和G_m制约。复水之后,G_m很快得到恢复,而光化学淬灭过程、羧化反应速度均没有恢复到对照水平,此时是光化学淬灭和（或）羧化反应制约了‘84K’的碳固定及光合作用。     

盐胁迫对桑树幼苗生长、叶片水分状况和离子分布的影响

以黑龙江省两个桑树品种（秋雨桑和泰来桑）为试验材料,研究了不同盐浓度下桑树幼苗生长、叶片水分关系和不同器官中离子的分布.结果表明：盐胁迫明显降低了桑树幼苗的植株高度和每株干物质量,且对新生叶片干质量的影响大于老叶片.随着盐胁迫的加重,两个品种桑树的叶片水势、渗透势、压力势和相对含水量明显下降,根、茎中Na⁺浓度明显增加,当外界NaCl浓度达到或超过150 mmol·L^-1时,各器官中Na⁺浓度达到饱和.盐胁迫明显降低了两个品种桑树根、茎和叶片中K⁺ 和 Ca²⁺浓度,以及茎和叶片中Mg²⁺浓度,而对根中Mg²⁺浓度影响不大.Na⁺在根、茎和老叶中的区域化分布是两个品种桑树生长过程中表现出耐盐性的机理之一,而盐胁迫使叶片中的Ca²⁺、K⁺和Mg²⁺浓度降低,导致植株体内的离子亏缺,从而限制了植株的生长.     

长期施肥对稻田土壤有机氮、微生物生物量及功能多样性的影响

以位于湖南省新化和宁乡县两个稻田肥力长期定位试验点的土样为材料,研究了不同施肥处理对稻田土壤有机氮组分、微生物生物量及功能多样性的影响.结果表明：与不施肥处理（CK）相比,化肥配施有机肥处理提高了稻田土壤酸解总氮（TAHN）及其组分中氨基糖氮（ASN）、氨基酸氮（AAN）和酸解氨态氮（AN）的含量,不同施肥处理对组分中酸解未知氮（HUN）的影响不尽相同.与CK相比,单施化肥处理对土壤微生物生物量碳、氮（MBC、MBN）含量的影响较小,化肥配施有机肥处理则显著提高了土壤MBC和MBN的含量.采用BIOLOG法对土壤微生物群落功能多样性进行测定,结果表明：中、高量有机肥处理提高了稻田土壤微生物的碳源利用率和微生物群落功能多样性;土壤微生物碳源利用的类型因长期不同施肥处理而产生差异.