夏玉米不同生育阶段干湿变化的补偿效应研究

通过玉米单阶段和双阶段干旱及复水处理的小区试验研究证明，补偿效应是作物生长发育中存在的一种生存本能，其表现有产量、生长和生理等方面，苗期旱后的拔节期复水存在生长超补偿效应和较大产量补偿效应，其生理补偿效应可持续到抽雄期；抽雄期干旱的产量和水分利用效率明显降低，苗期、拔节期连续干旱则产量最低。     

开花期复水对受旱冬小麦叶片状态和产量结构的补偿效应

以冬小麦"济麦22"为供试品种,于拔节-开花期设置4个水平的水分控制试验:在拔节前将各小区20cm土层土壤湿度控制在60%左右,拔节期(4月2日)按照正常补水量(75mm)的80%(W1)、50%(W2)、25%(W3)和0%(W4)进行一次性灌溉,之后不再补水,使各处理植株在不同时段受到不同程度的干旱胁迫;以正常灌溉管理的大田为对照(CK,土壤湿度保持在65%～75%)。然后于开花期(4月26日)统一复水至土壤湿度达90%,直至冬小麦成熟土壤湿度与CK保持一致。分别观测干旱胁迫和复水条件下冬小麦单株叶面积、叶片含水率、叶绿素含量、产量及产量结构等数据,研究复水对不同强度干旱胁迫下冬小麦生长发育的补偿效应。结果表明:拔节-开花期干旱处理后,冬小麦叶片含水率、叶面积和叶绿素含量均有不同程度的降低,干旱程度越重,降低幅度越大。复水后,W1、W2和W3处理叶片含水率和叶面积均能恢复至CK水平,恢复所需时间与胁迫程度正相关;叶绿素含量的恢复程度随胁迫程度的升高而降低。W4处理的复水补偿效应最弱,叶片含水率、叶面积和叶绿素含量均显著低于CK,降幅分别为8.7%、21.2%和32.3%。控水末期,4个干旱处理组中仅W4处理达特旱水平,可见,特旱水平下的胁迫将引起冬小麦叶片不可逆损伤,复水后仍无法恢复。干旱胁迫导致冬小麦产量和穗粒数呈减少趋势,不孕小穗率呈增加趋势,其变化幅度与干旱胁迫程度有关。与CK相比,各处理组冬小麦产量及不孕小穗率均有显著差异;对穗粒数而言,仅W3、W4处理达显著水平,降幅为20.0%和23.3%。花后复水各处理组的千粒重均能达到CK水平,表现出明显的补偿效应。由此可知,产量及产量构成要素中千粒重的复水补偿效应最明显,其次是穗粒数,产量和不孕小穗率最弱。     

干旱程度及时期对复水后大豆生长和代谢补偿效应的影响

为探讨大豆干旱胁迫及复水生长补偿效应和代谢补偿效应机制,建立最佳节水灌溉模式,采用盆栽称质量控水法,研究了干旱胁迫及复水对大豆生长发育、渗透调节、内源激素调节和抗氧化系统的影响。结果表明:干旱胁迫抑制株高和叶面积增长,在苗期和开花期复水天数为0时降幅分别达12.50%~39.74%、21.71%~52.87%和16.93%~36.27%、27.99%~47.80%;导致脯氨酸含量、可溶性糖含量和丙二醛含量升高,在苗期和开花期复水后天数为0的增幅分别达46.97%~131.57%、99.56%~139.37%、6.64%~22.82%和31.68%~136.30%、32.63%~184.51%、15.82%~100.75%;超氧化物歧化酶活性升高,但重度胁迫10 d处理呈降低趋势;脱落酸含量升高,赤霉素和玉米素核苷含量降低,而吲哚乙酸含量苗期呈降低趋势,开花期呈升高趋势。复水后,株高和叶面积日增长量表现出短暂快速增长,产生生长超补偿效应;中度胁迫和胁迫5 d处理各代谢指标产生等量或近等量代谢补偿效应,而重度胁迫和胁迫10 d处理产生近等量或部分代谢补偿效应。因此,干旱胁迫后复水产生补偿效应是有条件的,重度胁迫尤其是长时间重度胁迫会降低补偿效应甚至产生伤害效应。同时苗期适度干旱处理可提高开花期再次受旱的适应能力和补偿效应。     

夜间增温对小麦干物质积累、转运、分配及产量的影响

为明确夜间增温对小麦产量形成的影响,于2019—2020和2020—2021年两个小麦生长季,以苏麦188和安农0711为试验材料,采用被动式夜间增温方法,以不增温为对照,对小麦生育前期3个阶段(分蘖期至拔节期、拔节期至孕穗期、孕穗期至开花期)进行夜间增温处理,研究不同阶段夜间增温处理对小麦干物质积累、分配、转运以及产量的影响。结果表明,分蘖期至拔节期与拔节期至孕穗期夜间增温处理均能提高小麦孕穗期和开花期的旗叶叶面积,且分蘖期至拔节期夜间增温处理与对照差异显著,孕穗期至开花期夜间增温处理的旗叶叶面积较对照有所降低;在小麦拔节期和孕穗期时,分蘖期至拔节期与拔节期至孕穗期夜间增温处理较对照均提高了小麦的株高,开花期各增温处理的株高与对照无显著差异;分蘖期至拔节期与拔节期至孕穗期夜间增温处理均提高了小麦干物质的积累量和产量,在分蘖期至拔节期夜间增温处理下,苏麦188和安农0711的两年平均产量较对照分别提高了5.63%和6.77%。综上,分蘖期至拔节期夜间增温处理提高了小麦的叶面积和株高,使其获得更多的光能用于光合作用,最终增加了小麦的干物质积累量和产量。本研究结果为制定未来气候变化背景下的农业适应战略提供了理论依据。     

干旱胁迫及复水对大豆关键生育时期叶片生理特性的影响

以“辽豆15”为试材，在开花期和鼓粒期设置轻度干旱（土壤相对湿度65%±5%）和重度干旱（土壤相对湿度50%±5%）以及对照（土壤相对湿度80%±5%）处理，开展大豆干旱及复水控制试验。干旱处理持续7d、14d和21d，并在胁迫结束后进行复水，复水水平与对照处理一致。达到胁迫时间当日和复水后第7天取大豆倒三叶叶片，测定叶片可溶性蛋白和丙二醛（MDA）含量以及超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性，研究干旱胁迫对以上生理指标的影响以及复水后补偿效应。结果表明：开花期，轻度干旱和重度干旱胁迫均使叶片可溶性蛋白和MDA含量以及POD活性显著升高，轻度干旱胁迫使SOD活性显著升高。鼓粒期，大豆受干旱胁迫影响后，叶片可溶性蛋白含量、MDA含量、SOD活性显著升高，但POD活性显著降低。复水对大豆叶片可溶性蛋白含量、MDA含量和SOD活性均出现补偿效应，但对POD补偿效应不明显。由此可见，干旱会对大豆叶片造成过氧化伤害，主要表现在抗氧化酶和渗透调节物质含量的提高，同时复水可使大豆叶片由干旱造成的过氧化伤害得到缓解，表现出不同程度的补偿效应。     

作物旱后复水补偿效应产生的源-库-流的响应及机制

[目的]作物在生长过程,尤其在干旱半干旱地区,时常经受干旱和复水(降雨或灌溉)过程。干旱胁迫下作物的生长发育受到抑制,产量降低;同时,经过干旱胁迫后作物对干旱胁迫的耐受性有所提高;而干旱胁迫后复水,为了弥补作物干旱期间的损失,作物往往表现出补偿性生长,在产量上产生补偿甚至超补偿效应。作物旱后复水补偿效应是作物对干旱胁迫的积极响应与复水后补偿性生长的共同结果,在旱区作物生产中合理利用旱后复水补偿效应可以有效提升作物产量和水分利用效率。[方法]“源库”关系被广泛用来解释作物产量的形成过程,调控源库关系也是提高作物产量的重要途径。旱后复水补偿效应的产生与作物“源—库—流”响应关系密切。[结果]基于当前的研究进展,从“源库”关系总结作物旱后复水补偿作用产生的机制。在干旱胁迫过程中,源端表现为气孔关闭、光合降低、可溶性碳水化合物累积增加,而库端表现为库活性增加。复水后补偿效应产生过程中,在源端气孔打开、光合恢复、短时间内甚至高于干旱胁迫前,同时源端(叶片)可溶性碳水化合物代谢增强,促进作物光合作用,碳水化合物的合成能力提高;在库端(籽粒)库活性维持较高水平,同化物卸载和累积速度加快;同时流中同化...     

拔节期水分胁迫-复水对冬小麦干物质积累和水分利用效率的影响

选用华北地区冬小麦的代表品种——石家庄8号为供试品种,采用盆栽试验,按亏缺程度（轻度60%FC和重度40%FC）和胁迫历时（5d和10d）在冬小麦拔节期设置4个水分胁迫处理和1个对照（全生育期充分灌水）,研究拔节期水分胁迫-复水对冬小麦干物质积累、分配以及产量和水分利用效率的影响。结果表明,拔节期不同程度的水分胁迫均会造成根、茎、叶和整株干物质量的减少,而且胁迫程度越大、历时越长,影响越大;复水可对小麦不同器官干物质积累产生不同程度补偿效应,但程度有限,各处理最终的干物质量均低于对照;轻度历时5d的水分胁迫利于根系增长,根干物质分配指数和根冠比均高于对照,但任何程度和历时的水分胁迫均对叶干物质的积累和分配造成不利影响;所有胁迫-复水处理的产量均低于对照,但轻度历时5d的水分胁迫却可显著提高水分利用效率,相比对照水分利用效率提高了9.4%。总之,本试验研究表明在冬小麦拔节期适宜的轻度胁迫可以优化调控干物质的分配,有利于提高作物植株整体的抗旱能力,对冬小麦干物质积累和产量的影响很小,同时适度水分胁迫减少了冬小麦耗水量从而明显提高了水分利用效率。     

不同基因型小麦变水处理的产量效应研究

试验研究不同基因型小麦各时期水分变动对产量的影响结果表明,拔节期水分变动对小麦产量的影响较大,干旱减产效应下普通小麦拔节期干旱处理比充分供水处理减产29.45%,而灌浆期水分亏缺处理仅减产12.70%;与水分胁迫处理相比,普通小麦拔节期复水处理增产42.83%,灌浆期复水增产22.29%,而不同基因型间小麦栽培一粒(A1)拔节期复水仅增产8.76%,栽培二粒(A2)拔节期复水产量下降4.38%。     

开花期与块茎膨大期干旱胁迫及旱后复水对马铃薯影响的差异

2021年4-7月在沈阳农业大学大型水分控制试验场进行马铃薯的控水实验,选取马铃薯开花期和块茎膨大期,设置轻度干旱（开花期土壤相对湿度50%、块茎膨大期土壤相对湿度60%）、中度干旱（开花期土壤相对湿度40%、块茎膨大期土壤相对湿度50%）和重度干旱（开花期土壤相对湿度30%、块茎膨大期土壤相对湿度40%）以及对照（开花期土壤相对湿度70%、块茎膨大期土壤相对湿度80%）处理,在每一个生育阶段各级干旱处理5d后进行复水,复水水平控制到对照处理水平,研究干旱胁迫及旱后复水对马铃薯光合特性、叶绿素荧光、生长及产量的影响。结果表明：开花期与块茎膨大期遭遇干旱胁迫会使叶片气孔导度、净光合速率均显著低于对照处理,叶片光系统II的光化学淬灭系数、光能转换率显著降低,非光化学淬灭系数显著升高。开花期轻度干旱持续5d后复水,叶片净光合速率比干旱处理提高20%,但块茎膨大期中、重度干旱恢复的程度很小。各级干旱处理下叶面积指数较对照下降17.6%～50.3%,干物质重降低23.4%～51.4%;开花期各级干旱处理下的马铃薯产量,分别较对照处理减少1.0%～19.6%,而块茎膨大期各级干旱处理下的马铃薯产量...     

灌溉制度对冬小麦耗水及产量的影响

研究结果表明,随灌水量的增加,冬小麦总耗水量明显增加,土壤贮水消耗量相应减少;随总耗水量的增加,冬小麦生育后期耗水所占的比例明显增加;当灌水量相同时,灌水越早的处理耗水量越多。不同的灌溉制度对冬小麦产量结构与产量有显著影响,起身水主要增加穗数,拔节水显著增加穗粒数,而孕穗期或开花期灌水对提高千粒重有明显作用;1水以孕穗期,2水以拔节期和开花期,3水以拔节期、开花期和灌浆期灌水效果最佳。适当控制开花前耗水量,增加开花后耗水量,有利于增加产量和提高水分利用效率。     

土壤水变动对冬小麦生长产量及水分利用效率的影响

采用盆栽和管栽试验，研究土壤水变动对冬小麦地上部生长、产量及水分利用效率的影响。结果表明：株高对水分胁迫的发生时期较敏感，叶面积对水分胁迫的持续时间更敏感，与其他水分胁迫处理相比，分蘖至拔节阶段水分胁迫处理的株高最小，分蘖至孕穗阶段水分胁迫处理的叶面积最小。冠重主要受胁迫持续时间的影响，分蘖至孕穗阶段水分胁迫处理的冠重最小。水分胁迫对冬小麦穗数和WUE的影响基本上表现为正效应，而对每穗粒数、千粒重及产量的影响则全部为负效应。在各水分胁迫处理中，拔节至孕穗阶段经中度水分胁迫后抽穗期复水的处理，产量最高，达到充分供水对照的62%；分蘖至拔节阶段经中度水分胁迫后孕穗期复水的处理，WUE最大。试验结果表明，冬小麦株高、叶面积及各产量要素对土壤水变动的响应存在差异。     

不同时期水分胁迫对玉米生长的后效性影响

为了确定最佳的灌水模式,有必要对前期水分胁迫对玉米生育后期衰老及产量的后效性进行研究,该文通过盆栽和小区试验,得到以下结果：前期适度的胁迫后复水使玉米后期保持了较大的光合面积、维持了光合系统的活性、缓解了衰老过程中质膜的氧化作用,降低了叶绿素降解速度,使功能叶在生育后期维持了较高的光合效率,有利于干物质累积和产量的提高。说明玉米前期旱后复水后效性明显,尤以苗后期胁迫、拔节初期短历时轻旱后效性最佳。     

抽穗后干旱复水对双季杂交晚稻产量形成和叶片δ13C及内源激素水平的影响

为探明生育后期干旱复水对双季杂交晚稻不同产量潜力品种产量的影响及其形成的生理机制,选择超级稻品种五丰优T025和对照品种金优207,于抽穗后进行干旱8d复水处理,分析了2个品种结实和产量、干旱前后倒二叶稳定碳同位素组成(δ13C)及内源激素含量的差异性。结果表明,干旱复水处理下2个品种水稻的结实率、千粒重及单株产量较对照(保持水层)表现出不同程度下降。其中,结实率五丰优T025和金优207分别下降12.07%和7.67%,千粒重下降5.23%和9.09%,单株产量下降13.54%和27.14%,差异均达显著或极显著水平,未发现产量补偿效应。抽穗后干旱处理下倒二叶δ13C值,五丰优T025大幅上升,复水后呈现出先下降,至第6天又开始上升的特点,金优207则大幅下降,复水后呈现先上升后下降再上升的特点,五丰优T025较金优207干旱复水处理与对照之间的差距更大。总体上,对照条件下,抽穗至其后20d,随生育推进,2个品种倒二叶内源ABA和GA₃含量呈上升而IAA含量则下降趋势,ZR表现出先上升再下降特点。干旱处理下2个品种表现为ABA含量上升,复水后呈先下降后上升特点,五丰优T025较金优207处理与对照之间差距更大;干旱复水处理条件下:2个品种IAA含量均下降,五丰优T025处理与对照间的差距明显小于金优207;五丰优T025 GA₃含量表现出先上升后下降再上升,金优207表现出干旱处理结束日急剧下降至最低点,复水后缓慢上升特点;2个品种ZR含量呈现出先上升至最高值再下降特点,五丰优T025较金优207处理与对照之间差距更小。抽穗后干旱处理将启动稻株体内抗衰老机制,复水后将在一定程度一定时间内激活稻株体内生长促进因子并抑制生长抑制因子,但其效果十分有限。     

施氮对不同抗旱性小麦叶片光合及生长特性的影响

在大田试验条件下,对2个不同抗旱特性的小麦品种在5个N素营养水平下各生育时期叶片光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、气孔限制值(Ls)等气体交换参数以及地上生物量进行了测定。结果表明,两个小麦品种的叶片Pn随生育进程呈逐渐递减趋势,对照在拔节期出现Pn峰值,N素各处理Pn的峰值均出现在分蘖期。不同N素处理的两个小麦品种的Gs、Ls峰值均出现在拔节期~抽穗期,依生育进程呈先升后降的变化趋势。适量N素提高了叶片Pn和Gs,降低了Ls。不同抗旱性小麦光合参数的差异因生育期不同而有差别,N180处理旱地品种较水地品种有高的Pn和Gs,在拔节期~抽穗期旱地品种的Pn、Gs均高于水地品种。小麦地上单株干重随生育进程持续增加。N素对地上单株生物量的影响因抗旱性差异而不同,旱地品种的地上单株生物量随施N量的增加而表现先降低后升高的变化趋势,水地品种则表现出持续下降的趋势;两个品种的籽粒产量随N素水平提高呈先升高后下降趋势,在N180处理达到最高。因此,N180处理是旱地小麦最为适宜的施N水平。结合光合、生长及叶片水势变化特性,认为适量N素可提高干旱环境下叶片光合机构的适应能力,说明N素对提高小麦抗旱能力有积极意义。     

旱涝急转对玉米叶片衰老特性和产量的影响

为研究旱涝急转对玉米叶片衰老特性和产量的影响,以春玉米“宜丹629”为供试材料,2021年在测坑条件下,设置拔节期旱（drought,D）、涝（waterlogging,W）、旱急转轻涝（drought-light waterlogging,D-LW）、旱急转中涝（drought-moderate waterlogging,D-MW）、旱急转重涝（drought-heave waterlogging,D-HW）、和正常供水（control,CK）6个处理。测定不同处理组合下玉米大喇叭口期、抽雄期和灌浆期叶片叶绿素仪（soil and plant analyzer development,SPAD）值、过氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）、过氧化物酶（peroxidase,POD）、过氧化氢酶（catalase,CAT）活性、丙二醛（malondialdehyde,MDA）、可溶性蛋白含量和净光合速率（net photosynthetic rate,P_n）,成熟期籽粒产量及其构成。结果表明,与CK相比,D-LW处理抽雄期和灌浆期玉米叶片的SPAD值、SOD、POD、CAT活性、可溶性蛋白含量、P_n及成熟期穗数、穗粒数和千粒质量差异不显著,使其籽粒产量维持在较高水平（7810.3 kg/hm²）。说明旱急转轻涝不会加速玉米叶片的衰老,从而稳定籽粒产量。而其他水分胁迫处理显著降低各监测时期玉米叶片SPAD值、SOD、POD、CAT活性、可溶性蛋白含量和P_n,明显提高MDA含量,使穗数、穗粒数和千粒质量减少,最终显著降低产量（较CK的值下降13.3%~72.7%）。整体上,D-MW和D-HW处理明显加速玉米叶片衰老,严重抑制最终产量。综上,拔节期旱后急转轻涝对玉米叶片SPAD值、抗氧化酶活性、可溶性蛋白含量和P_n有补偿作用,从而获得较高的籽粒产量。该研究结果为玉米应对旱涝急转灾害和灌排管理提供一定理论依据。     

苗期与拔节期淹涝抑制夏玉米生长发育、降低产量

为了探明夏玉米对不同淹涝时期与历时的响应规律,采用防雨棚下有底测坑试验在夏玉米的苗期、拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期分别设置不同的淹涝天数(2、4、6、8、10d),分析了淹涝时期与历时对夏玉米生长发育及产量性状的影响。研究结果表明,淹涝对夏玉米株高的影响随着淹涝时期的后移而减小,苗期淹涝对株高影响最大,拔节期次之,抽雄吐丝期影响较小,且随着淹涝历时的增加株高呈降低趋势,而灌浆期淹涝对株高无显著性影响。苗期淹涝解除后,因玉米前期的补偿生长能力强,受涝处理的株高与对照(CK)间的差异随生育进程的推进逐渐减少;而拔节期淹涝植株的补偿生长能力较弱,各处理灌浆期的株高与CK间的差异仍较大。不同淹涝处理下叶面积指数(LAI)的变化趋势与株高一致,任一生育期发生淹涝,其LAI随着淹涝历时的增加逐渐降低。与CK相比,苗期、拔节期、抽雄吐丝期和灌浆期淹涝使株高和LAI平均分别降低5.49%～45.26%、2.38%～35.62%、1.60%～8.23%、0.63%～5.15%和17.36%～62.42%、14.81%～46.56%、4.40%～17.34%、1.97%～15.39%。淹涝对夏玉米生长发育进程也具有明显影响,特别是在生长前期,苗期淹涝对玉米生育进程的影响最大,其次为拔节期,抽雄吐丝期影响很小,灌浆期无影响。此外,任一生育阶段发生淹涝,其果穗长、出籽率、穂粒质量、穗粒数、百粒质量和产量均随淹涝历时的增加呈降低趋势;苗期、拔节期、抽雄期和灌浆期淹涝分别减产17.98%～54.97%、9.12%～100%、2.58%～28.63%和5.93%～20.28%,其淹涝历时分别达到2、4、6、4d时就会造成显著减产,减产率分别为17.98%、21.34%、12.99%和13.52%。可见苗期和拔节期是夏玉米淹涝的关键时期,生产上应避免该生育期发生淹涝。该研究可为对夏玉米农田排水方案的合理制定、洪涝灾害损失的评估以及抗灾减灾能力的提高提供参考。     

Inducing drought tolerance in wheat by applying natural and synthetic plant growth promoters

Crop productivity in future may be limited due to water scarcity. However, foliar spray of plant growth promoters may boost crop production even in adverse environments. In the present study, foliar application of one natural (moringa leaf extract, 3% MLE) and four synthetic (Polydol, Multisol, Classic, and Asahi Star) were applied at tillering, jointing, booting, and heading growth stages of wheat (Triticum aestivum L.) during severe, moderate, and light drought and well‐watered condition. No spray and water spray were taken as controls. Results showed significant reduction in growth parameters such as total dry matter production, mean crop growth rate, net assimilation rate, leaf area index, and duration due to drought employed at various phenophases of wheat. However, improvement in these parameters was observed after foliar application of growth promoters, whereas interactive effects between factors were found non‐significant. The activities of catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD), and peroxidase (POD) were more accelerated under drought treatments from exogenously supplied growth promoters. Foliar application of promoters significantly alleviated drought‐induced reduction of yield and related traits. Grain weight (15%) and grain yield (27%) were improved due to exogenously applied MLE under moderate drought stress treatments relative to controls. Furthermore, 16% higher grain yield and 17% saving of irrigation water over fully irrigated and without promoter treatment (farmers' practice) was recorded from foliar‐applied MLE under skipped irrigation at jointing. In conclusion, foliar‐applied MLE may ameliorate drought‐induced deleterious effects by enhancing antioxidant activities under drought stress.