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。     

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。     

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...     

复水对海水浇灌的玉米幼苗根系补偿效应的影响

为了在沿海地区利用海水补充浇灌技术实现作物的安全节水灌溉,从而节约农业用水,以抗性玉米品种"农大108"为材料,研究了先用不同浓度海水处理组分别浇灌玉米幼苗,再用清水浇灌,然后用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫的过程中根系补偿特性的变化。结果表明,复水前25%海水持续浇灌组和25%海水和50%海水交替浇灌组处理中,根系脯氨酸含量及超氧物歧化酶活性明显增加,可溶性糖及K+含量、根系活性及相对含水率、根冠比缓慢上升,丙二醛含量减少;复水后,根系K+含量、根系活性及相对含水率明显上升,而其他指标呈现下降的趋势;干旱模拟期间,根系活性及丙二醛含量略微下降,其他指标急剧升高。与清水灌溉组相比,50%海水持续胁迫对根系造成损伤使得复水补偿代谢显著降低,25%海水持续浇灌组的补偿能力略微下降,25%海水和50%海水交替浇灌组复水补偿效应略微或明显增强。因此,经过适宜浓度的海水胁迫诱导后,根系发生适应性代谢,然后复水,根系的物质代谢及抗旱性可以产生补偿甚至超补偿效应,同时也缓解了盐渍对植物的次生胁迫效应。     

苗期干旱胁迫及复水对春玉米叶片光能利用特性及抗氧化酶活性的影响

通过盆栽进行春玉米控水试验,设置3个控水水平(正常供水、中度干旱、重度干旱)、2个水分控制时段(干旱、复水),研究苗期不同程度干旱胁迫及复水对春玉米叶片光响应曲线、CO2响应曲线及曲线拟合参数和抗氧化酶活性的影响。结果表明:干旱胁迫条件下春玉米叶片对光辐射的利用能力下降,随着干旱胁迫程度增加,叶片最大净光合速率(Pnmax)、表观量子效率(AQY)、光饱和点(LSP)、最大电子传递速率(Jmax)、最大羧化速率(VCmax)均显著下降,而光补偿点(LCP)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均显著升高。复水后,前期中度干旱处理条件下玉米叶片Pnmax、AQY、LSP、Jmax、VCmax均高于一直正常供水水平和中度干旱水平;而前期重度干旱处理的上述各参数(Jmax、VCmax除外)均未达到一直正常供水水平,但高于重度干旱水平。SOD、POD和CAT活性均有所下降,但仍高于一直正常供水水平和干旱水平,而重度干旱后复水则下降幅度较小。苗期中度干旱锻炼具高抗氧化酶活性清除活性氧,使得膜脂过氧化程度轻,复水后其膜容易修复,使叶片光合效率产生超补偿效应,而重度干旱后复水其膜修复滞缓,使光合效率产生部分补偿效应。因此,在西北旱区春玉米生产实践中,如果进行抗旱锻炼,应限制在中度干旱水平,避免重度干旱。     

水分条件对豌豆保护酶活性及膜脂过氧化的影响

为探讨不同水分条件对豌豆保护酶系统和膜脂过氧化的影响,采用盆栽人工控水试验方法,模拟干旱胁迫及复水条件,研究了不同水分处理对花荚期豌豆叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性以及过氧化产物丙二醛(MDA)含量和脂膜相对透性(RC)的影响,并对花荚期豌豆抗氧化能力进行了综合评价.结果表明:不同程度干旱胁迫历时5 d时并未影响豌豆叶片SOD、CAT活性,但有明显的滞后效应.重度干旱胁迫历时10 d可显著降低豌豆叶片SOD、CAT活性,显著提高MDA含量.不同程度的干旱胁迫均导致豌豆叶片POD活性提高,膜脂相对透性加大.复水可对干旱胁迫所造成的CAT、POD活性变化产生显著补偿作用,对SOD活性变化产生超补偿作用.同时,可显著降低MDA含量和脂膜相对透性;干旱胁迫历时10 d内和复水历时10 d内,豌豆有较强的抗氧化能力,仅在重度胁迫10 d后复水历时达到10 d时抗氧化能力趋弱.     

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...     

不同生育期复水对受旱冬小麦的补偿效应研究

试验研究分蘖期、拔节期和开花期复水对受旱冬小麦的补偿效应结果表明，各生育期复水对冬小麦的生长和产量均有不同程度的促进作用，复水处理的冬小麦株高、绿叶面积、干物质量及产量等均超过其干旱对照，表现出补偿生长效应，其中拔节期复水的补偿作用最大，增产效果最明显，开花期复水次之，分蘖期复水最小。苗期干旱拔节期复水可达到节水和提高产量的目的。     

生长后期干旱复水对饲草大麦产量、品质及叶绿素含量的影响

为研究水分胁迫对饲草大麦生长、产量、籽粒关键品质和相关生理指标的影响,于2017～2018年采用盆栽称重控水法对甘饲麦1号进行以干旱胁迫持续时间(T)为主因素(10、20、30 d)和旱后复水量为副因素(W1、W2和W3)的裂区试验,测定其株高、穗长、生育期、单株产量及构成因子、关键品质指标以及叶绿素含量的变化。结果显示:干旱胁迫时间显著影响了各项测定指标,各项测定指标均表现出随着干旱胁迫时间的延长其显著降低,指标测定值均表现出T1T2T3。较T1,T2和T3处理的株高显著降低了10.87和16.26 cm,生育期显著提前了5.12和14.00 d;穗粒数、千粒重和单株产量分别显著降低了37.77%和67.06%、15.68%和30.62%、28.72%和69.09%;籽粒蛋白质含量显著提高了4.33%和10.16%,籽粒淀粉含量显著降低了5.65%和22.78%,籽粒饱满度显著降低了12.83%和18.95%。在同一胁迫期内,除了籽粒蛋白质含量以外,其余各项测定指标值均随着复水量的减少而不同程度的降低,指标测定值均表现为W1W2W3,且在T2和T3胁迫期下较对照W1,W3降低尤为明显。通过测定饲草大麦叶片叶绿素含量发现:在T1和T2持续胁迫时间下,复水后W1和W2处理存在显著的补偿效应,而W3以及T3持续胁迫时间的所有复水处理均未产生显著的补偿效应。说明甘饲麦1号干旱复水补偿效应的利用应注意干旱胁迫持续时间不超过20 d(土壤最大持水量的60%～65%),旱后复水量不低于田间土壤最大持水量的55%～60%为宜。     

干旱及复水对玉米叶片光合特性的影响

盆栽条件下,以玉米品种户单4号为材料,设正常供水(CK)、中度水分胁迫(MS)和重度水分胁迫(SS)三个水分处理,研究了拔节期和孕穗期水分胁迫及复水对玉米叶片光合、叶绿素荧光的影响,以期为玉米补偿机制的阐明提供理论依据。结果表明:(1)干旱胁迫使叶水势(ψleaf)降低,复水后拔节期重度胁迫叶水势迅速恢复并超过对照,而孕穗期则恢复缓慢;(2)拔节期和孕穗期重度胁迫降低了叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、PSII最大光化学效率(Fv/Fm)及光化学猝灭系数(qP),但复水5d后可基本恢复至对照;Ci最低,气孔限制值(Ls)较对照分别增加了6.85%,9.52%,Fv/Fm值分别降低了1.72%和0.61%,表明气孔限制是Pn降低的主要原因;(3)拔节期重度胁迫叶的水分利用效率(WUE)高于对照,表现出补偿效应;孕穗期干旱胁迫下WUE表现为:MS>CK>SS,在复水第一天达最大值,随后趋于降低。说明拔节期和孕穗期光合特性变化存在差异性。     

细胞分裂素调控的玉米旱后复水补偿性生长机制研究

通过检测植物生长激素研究了苗期玉米的旱后复水补偿性生长机制。结果表明:干旱胁迫导致玉米苗具有较低的地上部分和整株生物量,但复水12 d后旱后复水玉米苗的地上部分和整株生物量已与充分供水玉米苗之间没有了显著差别。地上生物量指数和总生物量指数,是用来评价玉米苗复水后的地上部分生物量和总生物量相对于它们自身复水前变化的指标,复水后旱后复水玉米苗呈现较高的地上生物量指数和总生物量指数。通过检测叶片和伤流液中的玉米素和玉米素核苷（Z+ZR）含量,发现旱后复水玉米苗的叶Z+ZR含量与地上生物量指数和总生物量指数联系密切,且其叶Z+ZR含量受根系的直接调控。总之,根系诱导的叶片细胞分裂素是影响玉米苗旱后复水补偿性生长的关键因素。     

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。     

作物缺水补偿节水的分子生理机制研究进展

作物缺水补偿节水理论及其技术具有重要理论意义和农业应用潜力, 受到国内外专家的重视并取得一系列重要研究成果, 然而作物适度胁迫缺水产生补偿节水效应的分子生理机制却仍是一个尚待研究的问题。在系统总结近年来的相关进展基础上, 对引起作物适度缺水反弹补偿节水的分子生理过程进行了初步分析探索。作物在发生水分胁迫和复水后, 在根、茎、叶等营养器官生长、渗透调节、蒸腾速率、光合作用等生理活动以及蛋白质活性、生化代谢、分子和基因调节等方面都有相关适应变化。水分亏缺补偿存在阈值范围, 如果控制适当, 在一定水分亏缺强度范围内可提高作物水分利用效率并使作物不减产甚至增产。这种缺水补偿节水技术如能在农业生产上推广应用, 可有效节约水资源, 提高作物经济效益和粮食安全。     

干旱胁迫及复水对耐旱枸杞水力学特性的影响

耐旱枸杞是西北干旱地区重要的经济作物,为进一步明确枸杞水分运输特性,提高农业生产潜力,在甘肃省古浪县农业示范基地(37.09°N,102.79°E)以2年生‘宁杞1号’、‘宁杞5号’和‘蒙杞1号’3个枸杞品种苗木为试验材料,设计3个处理[N:正常水分;M:中度干旱;S:重度干旱],研究干旱胁迫对光合速率、气孔导度、冠层和根系导水率的影响,以及干旱胁迫后复水对枝条导水率的影响。结果表明:随着干旱程度增加,枸杞冠层、枝条和根系导水率均下降,‘宁杞5号’在干旱胁迫后植株导水率的减小和根系导水阻力在整个植株中所占比例的增大最显著;通过拟合木质部脆弱性曲线发现,‘宁杞1号’导水率损失50%时木质部水势显著高于‘宁杞5号’和‘蒙杞1号’。枸杞叶片净光合速率和气孔导度与植株叶片导水速率具有显著相关性。干旱胁迫复水后植物生长主要取决于根系恢复吸水的能力,干旱胁迫复水4 d后苗木导水率呈现不同程度的恢复,‘蒙杞1号’导水率恢复速度最快,并出现显著补偿效应,恢复速度最慢的为‘宁杞5号’。综合分析表明,枸杞耐旱特性与导水能力有关,根系导水对干旱胁迫的敏感性可以反映植株持续抗旱能力,干旱胁迫复水后根系导水率恢复能力和补偿效应对植株在逆境条件下土壤水分利用具有显著影响,调控根系导水率对于提高土壤水分利用率具有重要意义。     

负压控水下不同株型玉米水分利用效率和产量的盆栽试验

干旱胁迫研究中的难点之一在于减少土壤水分波动对试验结果的影响。该研究采用负压供水盆栽装置,通过调节供水负压值精确控制土壤含水率,模拟土壤干旱胁迫,研究比较3种胁迫程度(无胁迫CK、轻度和重度胁迫)、2个胁迫时期(苗期、吐丝期)对不同株型玉米(小株型CF1002和大株型CF3330)的水分利用效率、生物量和产量的影响,旨在分析2种株型夏玉米对不同时期、程度干旱胁迫的响应差异。结果表明:随着苗期胁迫程度加重,CF1002的水分利用效率(water use efficiency,WUE)从3.24增至3.43,而CF3330的WUE从3.70降至3.25。吐丝期轻度干旱胁迫后CF1002和CF3330的WUE较CK分别降低2.7%和24.4%,吐丝期重度胁迫后,CF1002和CF3330的WUE较CK分别降低17.4%和57.1%。与CK相比,吐丝期轻度和重度干旱胁迫使小株型和大株型玉米胁迫期耗水量下降61.3%和62.5%,灌浆中期光合速率下降22.9%和54.3%,成熟期地上部干物质质量减少24.8%和38.0%,最终减产47.9%和71.5%,以上指标大株型玉米的降幅大于小株型玉米。在生育中后期,大株型玉米光合生产和蒸腾作用更易受干旱胁迫抑制,使物质生产和积累减少,水分消耗大幅下降。针对不同株型玉米在生育后期采用不同的水分管理策略有助于降低干旱造成的损失。     

调亏灌溉合理滴灌频率提高大棚西瓜产量及品质

在调亏灌溉条件下,该试验研究了不同膜下滴灌频率对早春大棚西瓜植株生长、果实产量、品质及水分利用效率的影响,从而确定西瓜整个生育期的最佳灌溉频率方案。试验在各生育期设置3个不同的灌溉频率水平,分别为高频(每2 d灌溉1次)、中频(每4 d灌溉1次)和低频(每6 d灌溉1次),并做4因素3水平正交实验设计,共9个处理,各处理总灌水量相等。结果表明:各处理中,苗期中频、开花坐果期高频、果实膨大期中频、成熟期低频灌溉处理植株在生长势上表现最好,该处理植株的叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率以及叶片水分利用效率在全生育期中均能保持较高水平,且该处理植株具有较高的坐果率、单果质量,果实总产量和灌溉水分利用效率最高,分别达到63.72 t/hm2和303.64 kg/(hm2·mm)。品质方面,苗期中频、开花坐果期高频、果实膨大期中频、成熟期低频灌溉处理的果皮最薄,仅有8.30 mm,且具有较高含量的总维生素C和最高含量的可溶性蛋白质和中心边可溶性固形物。综合考虑生长势、产量、品质和灌溉水分利用效率,适用于西北地区早春大棚西瓜调亏灌溉的最佳灌溉频率方案为苗期中频、开花坐果期高频、果实膨大期中频、成熟期低频灌溉。该研究可为实现西北地区早春设施西瓜栽培高效节水灌溉提供理论与技术参考。     

植物生长调节剂对干旱胁迫下大豆幼苗生长的影响

采用盆栽试验,研究了在模拟干旱胁迫下喷施植物生长调节剂对大豆幼苗生长发育和生理生化指标的影响。结果表明,植物生长调节剂可促进大豆幼苗茎叶生长和主根伸长,增加侧根数,加大根冠比,提高叶绿素含量、脯氨酸含量和过氧化物酶(POD)活性,从而增强了植株的抗旱能力。喷施宝、云大120、地中宝、福施壮4种植物生长调节剂对不同大豆品种幼苗生长的影响基本一致,以喷施宝的效果最好,其次为云大120。