甘薯根系发育对干旱胁迫的响应及化控对其缓解作用研究综述

本文综述了干旱胁迫下甘薯根系对干旱胁迫的响应、化学调控对甘薯根系生长发育及其对缓解干旱胁迫的影响,以期为提高甘薯产量潜力、完善轻简化栽培技术提供理论和技术借鉴。     

干旱胁迫下钾肥对甘薯产量形成及钾素分配利用的影响

旨在研究干旱胁迫下钾肥对甘薯不同时期生长发育、产量和钾素分配利用的影响,以食用型甘薯品种‘泰中6号’为材料,以硫酸钾(K2SO4)为供试肥料,水分处理设正常灌水(W1)和干旱处理(W0),分别为土壤最大持水量的60%~70%和30%~40%;钾肥(K2O)施用量分别为0g/m~2(K0)、12g/m~2(K1)、24g/m~2(K2)和36g/m~2(K3)4个水平,测定茎叶生长指标、光合势、块根膨大速率、干物质质量分数、产量和钾素质量分数等。结果表明,施钾可以促进甘薯茎叶生长和产量提高,随着施钾量的增加,正常灌水下,甘薯茎叶生长指标、结薯数和产量在K2和K3处理均高于K1;而干旱胁迫下K2和K1处理均高于K3。正常灌水下甘薯光合势和块根膨大速率随施钾量的增加而增大,最大为K3处理,干旱胁迫下最大为K2处理。干旱胁迫下甘薯植株地上部器官中钾质量分数均高于正常灌水,块根中相反,且甘薯钾肥利用率显著低于正常灌水。干旱胁迫下施钾有利于甘薯茎叶生长,增强单株光合势,同时,植株茎叶钾素质量分数增大,渗透调节能力增强,从而提高甘薯的抗旱性;施钾增大干物质向块根的分配,提高块根产量,而且干旱胁迫下甘薯的适宜施钾量低于正常灌水。     

干旱胁迫下钾对甘薯幼苗光合特性及根系活力的影响

为了揭示干旱胁迫下钾对甘薯幼苗的抗旱机制,选取长势一致的甘薯幼苗放入1/4 Hoagland营养液培养,待第五片叶完全展开时,对幼苗进行高钾处理和干旱胁迫处理,研究高钾水平下干旱胁迫对甘薯幼苗光合特性及根系活力的影响。结果表明,未干旱胁迫条件下,高钾处理能够显著提高根系活力,但对甘薯幼苗光合特性影响甚微。干旱胁迫条件下,正常供钾和高钾处理的甘薯幼苗叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、表观量子效率(AQY)和光饱和点最大同化速率(Amax)等显著下降,呼吸速率(Rd)、光补偿点(LCP)和根系活力等显著上升,但干旱胁迫条件下高钾处理的Pn、Gs、AQY和Amax高于正常供钾处理,Tr,Rd和LCP等低于正常供钾处理。干旱胁迫下高钾处理的甘薯幼苗根系活力显著高于正常供钾处理,根系能够吸收更多的养分,减轻干旱胁迫对植株伤害。     

不同品种间甘薯抗旱性差异分析

方法:在甘薯块茎膨大期自然干旱条件下,测定甘薯叶绿素、丙二醛、脯氨酸含量和POD活性,比较不同品种甘薯对干旱胁迫的适应性。结果:干旱胁迫下,叶绿素含量明显下降;丙二醛含量总体先呈上升趋势,后出现下降;脯氨酸含量也呈现先上升后下降的趋势;POD活性则明显上升。结论:干旱胁迫下的丙二醛含量与POD活性呈负相关,POD活性增强可能是丙二醛含量下降的主要原因;甘薯品种川9-15-13抗旱性最强,其次是商薯9号和漯薯10号。     

不同时期干旱胁迫对甘薯生长和抗氧化能力的影响

【目的】研究不同时期干旱胁迫导致甘薯减产的机理,为旱作地区甘薯生产提供理论依据和技术支撑。【方法】在人工控水条件下,以抗旱品种济薯21和不抗旱品种济紫薯1号为试验材料,每个品种设4个水分处理,分别为WW（全生育期正常灌水,对照）、DS1（发根分枝期干旱胁迫）、DS2（蔓薯并长期干旱胁迫）和DS3（快速膨大期干旱胁迫）,研究不同时期干旱胁迫对甘薯生长和抗氧化能力的影响。【结果】干旱胁迫导致甘薯薯干产量显著下降,早期干旱胁迫薯干产量下降幅度最大,济薯21（抗旱品种）的DS1、DS2和DS3处理产量分别比对照减产32.24%、30.68%和13.76%,济紫薯1号（不抗旱品种）分别比对照减产44.02%、39.54%和17.87%。功能叶、纤维根和块根抗氧化酶活性均在干旱胁迫后升高,且干旱胁迫时间越早,抗氧化酶活性升高的幅度越大;各生育时期纤维根的酶活性均高于块根和功能叶,说明甘薯纤维根对干旱胁迫的敏感性最强。干旱胁迫可导致甘薯功能叶相对电导率升高,功能叶、纤维根和块根的MDA含量升高,且胁迫时间越早,升高的幅度越大。【结论】干旱胁迫时间越早,功能叶、纤维根和块根的抗氧化酶系统受破坏程度越大,从而抑制了甘薯叶片和根系的正常生长,限制了块根的形成和膨大,发根分枝期是甘薯块根产量对水分最敏感的时期。     

不同时期干旱胁迫对甘薯生长和抗氧化能力的影响

【目的】研究不同时期干旱胁迫导致甘薯减产的机理,为旱作地区甘薯生产提供理论依据和技术支撑。【方法】在人工控水条件下,以抗旱品种济薯21和不抗旱品种济紫薯1号为试验材料,每个品种设4个水分处理,分别为WW(全生育期正常灌水,对照)、DS1(发根分枝期干旱胁迫)、DS2(蔓薯并长期干旱胁迫)和DS3(快速膨大期干旱胁迫),研究不同时期干旱胁迫对甘薯生长和抗氧化能力的影响。【结果】干旱胁迫导致甘薯薯干产量显著下降,早期干旱胁迫薯干产量下降幅度最大,济薯21(抗旱品种)的DS1、DS2和DS3处理产量分别比对照减产32.24%、30.68%和13.76%,济紫薯1号(不抗旱品种)分别比对照减产44.02%、39.54%和17.87%。功能叶、纤维根和块根抗氧化酶活性均在干旱胁迫后升高,且干旱胁迫时间越早,抗氧化酶活性升高的幅度越大;各生育时期纤维根的酶活性均高于块根和功能叶,说明甘薯纤维根对干旱胁迫的敏感性最强。干旱胁迫可导致甘薯功能叶相对电导率升高,功能叶、纤维根和块根的MDA含量升高,且胁迫时间越早,升高的幅度越大。【结论】干旱胁迫时间越早,功能叶、纤维根和块根的抗氧化酶系统受破坏程度越大,从而抑制了甘薯叶片和根系的正常生长,限制了块根的形成和膨大,发根分枝期是甘薯块根产量对水分最敏感的时期。     

干旱胁迫对甘薯生理特性的影响及品种抗旱性的关系

以淀粉型甘薯品种万薯5号和食用型品种万薯10号为试验材料,采用单因素随机区组设计,开展不同干旱水分胁迫下对甘薯叶与根中生理特性变化情况及不同甘薯品种产量的研究。结果表明:受到干旱胁迫影响时,不论从甘薯根体积、鲜薯产量,还是甘薯生理特性变化情况都表明万薯10号比万薯5号耐旱性强;并且受干旱胁迫时在叶和根中甘薯POD、MDA以及Pro变化趋势不一致。其中MDA、Pro在叶与根中的变化存在负相关。     

干旱胁迫对甘薯生理特性的影响

为了探明干旱胁迫下甘薯的生理变化特性,采用盆栽水分胁迫的方法对2种耐旱特性不同的甘薯品种进行研究。结果表明:持续干旱胁迫下,2种甘薯材料叶片相对含水量(RWC)不断降低,叶绿素降解且含量持续减少,而丙二醛(MDA)和脯氨酸含量不断上升,超氧化物歧化酶(SOD)表现为先增加后减少趋势。     

严重土壤干旱后复水条件下转基因 甘薯的光合响应特性

采用盆栽试验在重度干旱胁迫（土壤田间持水量的35%~40%及复水条件下,对同时转入Cu/Zn SOD 和APX 基因的甘薯和未转基因对照植株的光合响应特性进行研究结果表明,干旱胁迫及复水过程中转基因和未 转基因植株光响应曲线的变化趋势基本一致采用非直角双曲线模型拟合良好转基因TS和未转基因甘薯NS的 最大净光合速率Pmax光饱和点LSP和表观量子效率（渍暗呼吸速率（Rd）在干旱胁迫下均明显降低复水后又逐 渐增加但与NS 植株相比TS 植株在胁迫条件下降低的幅度较小,而在复水过程中恢复得也更快,反映出转入的抗 氧化酶基因提高了甘薯在干旱胁迫条件下的光合能力及修复能力,增强了对干旱胁迫的适应性TS 和NS 植株的光 补偿点（LCP）在干旱胁迫下显著提高,但TS 植株上升的幅度比NS 植株小复水过程中修复得也更快,表明转基因甘 薯增强了对光环境的适应性.     

地膜覆盖对土壤水分和夏薯苗期根系建成的影响

基于覆膜和无膜处理对夏薯土壤相对含水量动态变化影响的研究,通过营养液水培和PEG-6000模拟干旱等方式研究6个甘薯品种在正常供水(模拟覆膜)和梯度干旱(模拟无膜)处理条件下的根系生物学性状。结果表明:覆膜使土壤相对含水量的降低缓慢而避开干旱胁迫的影响,而无膜处理的土壤相对含水量降低迅速。在浇足窝水的情况下,即使20天内无水分补充,覆膜土壤的相对含水量仍能保持在60%以上;而在无膜条件下,栽后6天为夏薯发生干旱胁迫的临界时间,且从轻度干旱胁迫到重度干旱胁迫的过程短,仅2天。不仅如此,与覆膜处理相比,干旱情况下无膜处理的甘薯根长、根投影面积、根表面积、根平均直径、根体积、根鲜重和根干重等指标均显著降低。而品种间比较发现,覆膜情况下色素提取型甘薯根系生长快、根量多,遭遇干旱胁迫后,色素提取型甘薯根系生物学性状降低幅度最大,对水分变化表现更敏感。6个甘薯品种根长、根表面积和根体积主要集中在平均直径大于0.45 mm的不定根上。总之,地膜覆盖有利于减缓土壤水分损耗,促进夏薯早发根、多发根,降低干旱胁迫对根系建成的不利影响。     

遮荫条件下紫心甘薯的抗氧化防御系统研究

研究了遮荫条件下两个紫心甘薯品种叶片的抗氧化防御系统多种重要保护酶的变化。结果显示,遮荫20天,两种甘薯的叶片SOD、CAT活性均下降,POD活性、MDA含量均增加;长期弱光胁迫下,济薯18叶片SOD和CAT活性上升,POD活性下降,而品种Ayamuraski叶片的SOD、CAT、POD活性均上升。在遮荫胁迫下,紫心甘薯的SOD、CAT在抗氧化防御系统中显示出重要作用。     

干旱胁迫下玉米幼苗对外源壳寡糖处理的生理响应

为明确干旱胁迫下玉米幼苗对外源壳寡糖处理的生理响应,以先玉335为供试材料,研究干旱胁迫下叶面喷施壳寡糖对玉米幼苗生长、抗氧化系统及渗透调节物质的影响.结果表明,干旱胁迫显著影响玉米植株的生长,显著降低叶片叶绿素的含量;而喷施壳寡糖能有效地缓解干旱带来的生长抑制作用,增加叶绿素含量.干旱胁迫下喷施壳寡糖,能显著地降低过氧化氢、MDA含量,增强抗氧化酶活性(SOD、POD、CAT、APX),缓解干旱胁迫对细胞膜的伤害.同时,喷施壳寡糖能显著提高叶片内脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量,从而提高叶片的保水能力.因此,壳寡糖可通过降低植株的氧化损伤和提高保水能力来改善玉米幼苗对干旱胁迫的适应,从而提高其抗旱能力.     

甘薯抗旱鉴定及生理响应研究

[目的]通过引进国内外优异甘薯品种资源,研究自然干旱条件下甘薯的渗透条件能力和抗氧化酶活性指标,用于明确果实膨大期甘薯对抗旱的生理响应及抗旱性.[方法]在自然干旱条件下,果实膨大期进行持续性水分胁迫,对叶片细胞的POD、MDA进行胁迫鉴定.[结果]鉴定并筛选出抗旱性和产量兼顾的济26、商薯9号、徐106704可作为育种材料和生产用种.甘薯叶片细胞POD活性和MDA含量随胁迫时间的延长先增后降,均有较大幅度的变化;抗旱性好的品种POD活性一直较高,但其MDA含量在旱胁迫早期较高而在旱胁迫后期维持较低水平.[结论]POD活性和MDA含量与甘薯的抗旱性具有一定的相关性,可作为甘薯抗旱鉴定和筛选的辅助指标.     

水分胁迫对刺槐生理特性的影响

为探究水分胁迫对刺槐生理特性的影响，设置水分充足、轻度干旱、中度干旱、重度干旱4个处理。结果表明：不同水分胁迫条件下刺槐幼苗形态、功能性状、生物量积累及分配存在明显的变化规律，即刺槐可通过调节自身各方面以适应干旱环境。中度干旱及重度干旱会抑制刺槐幼苗的生长，而轻度干旱对幼苗影响较小，甚至会促进幼苗的生长，表明在轻度水分胁迫调条件下，刺槐幼苗可获取最大的生长效益。     

外源亚精胺对干旱胁迫下甜高粱幼苗生长及生理生化指标的影响

为探究外源亚精胺（spermidine，Spd）对干旱胁迫下甜高粱幼苗生长及生理生化指标的影响，以甜高粱品种辽甜1号为试验材料，室内盆栽条件下，采用不同浓度（0.6、1.2、1.8 mmol·L-1）的Spd喷施处理干旱胁迫（15% PEG 6000模拟）下的甜高粱幼苗，研究了外源Spd处理对干旱胁迫下甜高粱幼苗生长、光合作用、有机渗透调节物质和抗氧化保护酶的变化。结果表明：干旱胁迫能显著抑制甜高粱幼苗的生长及生理生化指标的变化，而喷施不同浓度Spd可提高干旱胁迫下甜高粱幼苗叶片甜高粱幼苗生长、光合效率、有机渗透调节物质含量和抗氧化保护酶活性。与干旱胁迫处理相比，叶面喷施1.2 mmol·L-1 Spd 15 d后，甜高粱幼苗株高提高31.62%，鲜重提高58.29%，干重提高49.53%，叶面积提高30.96%，净光合速率提高135.40%，气孔导度提高138.60%，蒸腾速率提高158.54%，脯氨酸含量提高71.16%，丙二醛含量降低53.17%，超氧化物歧化酶活性提高39.69%。说明在干旱胁迫下，特定浓度（1.2 mmol·L-1）的外源Spd有利于缓解干旱胁迫对甜高粱生长的抑制作用，提高干旱胁迫下甜高粱幼苗的叶绿素含量和抗氧化物酶活性，降低膜脂过氧化程度，从而缓解了干旱胁迫对甜高粱的伤害，增强甜高粱幼苗的耐旱性。     

干旱胁迫对甘薯幼苗光合作用的影响

[目的]为甘薯抗旱高产栽培提供理论依据。[方法]以3个甘薯品种遗306、豫薯8号和Ayamurasaki为材料,研究了干旱胁迫对甘薯幼苗叶片的净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔导度(Cond)和蒸腾速率(Tr)等光合特性的影响。[结果]干旱胁迫下,3种甘薯幼苗叶片的Pn、Cond和Tr均降低,而Ci则呈先降后升的趋势。在整个胁迫过程中,遗306与豫薯8号的Pn、Cond和Tr降幅均远远大于Ayamurasaki。[结论]Ayamurasaki的耐旱性强于遗306和豫薯8号。     

台湾鱼木对干旱胁迫的生理响应

通过盆栽控水试验,测定台湾鱼木在不同干旱条件下生长、生理指标的变化,研究台湾鱼木对干旱胁迫的生理响应。结果表明:在干旱初期,丙二醛(MDA)浓度上升,植物细胞膜受到一定程度的损伤,随之可溶性糖(SS)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性增加,阻止或减少羟基自由基的形成,抵御活性氧伤害膜保护系统。在干旱中期,渗透调节物质可溶性糖(SS)含量增加,过氧化物酶(POD)活性增强,表明植物细胞启动渗透调节和抗氧化酶系统避免干旱胁迫对植物细胞产生损伤。在干旱后期,丙二醛(MDA)呈现逐渐递增的趋势,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性由峰值下降;叶片相对含水量逐渐降低。相对叶绿素含量(SPAD)初期增加,随后呈现下降趋势,表明抗氧化酶系统超过了调节极限,植物细胞受到了严重损伤。结论:台湾鱼木通过渗透调节和启动抗氧化酶系统,对干旱胁迫表现出一定耐受性,在土壤相对含水量为27.78%时,达到耐受极限。台湾鱼木作为乡土树种之一,可以在我国热带亚热带地区的城市园林中应用推广。     

植物干旱胁迫下的调控代谢网络研究进展

干旱是影响植物生长发育最主要的逆境因子.干旱胁迫下,植物体内的内源激素发生变化,其中ABA在植物抵御干旱胁迫反应中起着重要的调节功能.系统阐述了ABA在干旱胁迫下的最新研究现状和几类干旱胁迫下的代谢产物及其相关基因的研究进展.     

复配浸种对干旱胁迫下谷子萌发及幼苗生长的影响

以晋谷21号为试材,以含水量为9%的土壤模拟干旱胁迫,通过对谷子发芽率、发芽势、株高及渗透调节物质、膜脂过氧化、活性氧和保护酶活性等指标进行测定分析,研究GA3、稀土和脯氨酸复配浸种后在干旱胁迫下谷子萌发及幼苗生理特性的影响。结果表明,混合药剂浸种处理能够缓解干旱胁迫对种子萌发的抑制,提高种子发芽率和发芽势;同时提高谷子脯氨酸和可溶性蛋白含量,降低渗透势,促进种子吸水;诱导抗氧化系统相关酶活性上升;抑制干旱胁迫下谷子幼苗叶片O2-.的产生速率和H2O2的积累,降低MDA含量。说明GA3、稀土以及脯氨酸复配浸种能够提高谷子叶片抗氧化能力,减轻干旱胁迫诱导的膜脂过氧化损伤并改善干旱胁迫下谷子幼苗的渗透调节,从而提高谷子幼苗对干旱胁迫的适应性。     

植物抗旱分子机理

植物能够通过渗透调节、脱水保护、代谢调整等多种途径适应干旱胁迫。在受到轻度干旱胁迫时,渗透调节是主要途径。当干旱胁迫的强度超出渗透调节的范围时,失水成为必然,Ｌｅａ蛋白及糖类等脱水保护物质在植物中的积累有利于保护生物大分子,尤其是膜系统免受破坏。长期轻度干旱能改变某些植物的代谢途径,有利于植物适应干旱环境。主要阐述了与渗透调节、脱水保护、代谢调整相关的基因表达调控及抗旱基因工程的研究进展。