植物响应淹水胁迫的研究进展

淹水胁迫是影响植物分布与生长发育的重要因素,植物耐涝性研究是提高作物耐涝性以应对日益严峻的极端气候及规模化生产管理的关键。为了合理开展植物耐涝性研究,深入挖掘不同植物响应淹水胁迫的调控机理,本文归纳了淹水胁迫对植物生长发育的影响,总结了植物响应淹水胁迫的调节机制,并详细分析了淹水胁迫对植物表型性状、生物量、光合作用、活性氧离子积累、糖含量和生物膜的影响,以及乙烯信号分子、活性氧清除机制、渗透调节、形态调节、分子和代谢调控在植物响应淹水胁迫中的调节机制。最后,通过总结,提出了合理开发外源调节物质提高作物耐涝性值得进一步的深入研究。     

抽穗扬花期淹涝胁迫对杂交稻的影响

为了研究淹涝胁迫环境下,抽穗扬花期杂交稻形态特征及产量结构的变化,以杂交晚稻‘湘丰优103’为供试材料,在抽穗扬花期设计不同淹水深度及淹水时间的淹涝胁迫试验,通过测定淹水前后水稻绿叶数、气生根、倒伏状况、产量构成等因素的变化,分析杂交稻对淹涝胁迫环境的敏感性。结果表明,相同淹水深度,淹水时间与绿叶数变化量均呈极显著负相关关系。产生气生根的茎的比率与淹水深度呈负相关关系,与淹水时间呈正相关关系。抽穗扬花期发生的倒伏为茎倒伏,同一淹水深度,水稻植株的断茎百分率和淹涝时间呈极显著正相关关系。产量结构方面,抽穗扬花期对淹涝胁迫环境非常敏感,全淹5天以上,几乎绝收,全淹3天,结实率仅有28粒,比对照少74粒,产量非常低。通过研究淹涝胁迫环境下抽穗扬花期的杂交稻形态特征及产量结构的变化,明确了不同淹涝环境下抽穗扬花期杂交稻形态变化和产量因子的变化,了解了杂交稻对淹涝胁迫环境的适应机制和敏感性,为进行洪涝灾害致灾能力、强度的鉴定提供形态学和产量结构的数据基础。     

淹水胁迫对墨西哥落羽杉苗木生理生化特性的影响

人工模拟不同程度的淹水环境，评价墨西哥落羽杉苗木耐水淹能力。以2年生墨西哥落羽杉(Taxodium mucronatum Tenore)实生苗为试验材料，模拟不同程度淹水胁迫：苗体全部淹水（苗木全淹）、苗体中部以下淹水（苗木半淹）、苗体根部淹水（苗木浅淹）、苗体不淹水（对照处理），测定分析各处理条件下苗木叶片中的可溶性蛋白含量、游离脯氨酸含量、可溶性糖含量、丙二醛含量以及过氧化物酶活性的变化规律。结果显示，在整个淹水胁迫试验期间，不同程度淹水胁迫处理对墨西哥落羽杉苗木各生理生化指标的影响均达极显著水平(P<0.01)。随着淹水胁迫程度的加重，不同处理下的苗木叶片各生理生化指标的变化存在较大差异；苗木叶片中丙二醛含量增高、过氧化物酶活性增强，可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖含量则随着淹水胁迫时间的延长而呈现出较为复杂的变化，3个指标表现出反复“上升下降”的变化趋势。墨西哥落羽杉苗木具有较强的耐水淹能力，其苗木可以在浅淹胁迫和半淹胁迫环境中长期生存，即使处于全淹环境中的苗木在短期内也不会发生死亡现象。     

淹水胁迫对烤烟不同生育时期生理生化特性的影响

以烤烟品种K326为材料,在盆栽条件下研究了不同生育期根际淹水对烤烟生理生化特性的影响。试验结果表明,在淹水胁迫下烤烟的光合色素含量下降,丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和游离脯氨酸(Pro)含量增大;根系活力降低。以团棵期和旺长期受淹水胁迫的影响最大。     

植物生长调节剂S_(3307)对苗期淹水胁迫下大豆生理特性和显微结构的影响

为探究苗期(V1期)淹水胁迫对大豆生理特性和显微结构的影响及烯效唑(S_(3307))的缓解效应,以‘垦丰14’为材料,于V1期进行叶面喷施S_(3307),并于喷药后5d进行淹水处理,对淹水胁迫下大豆叶片和根系生理特性、下胚轴显微结构及S_(3307)的调控效应进行了测定和分析。结果表明,淹水胁迫会增加大豆下胚轴通气组织数量,随淹水胁迫时间延长,通气组织面积逐渐增大;S_(3307)能提高大豆对淹水逆境的适应性,增加通气组织数量和通气组织的面积,以应对淹水胁迫对植株造成的缺氧胁迫。与对照(CK)相比,淹水胁迫会增加叶片和根系中活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)含量,并随胁迫时间延长而逐渐升高。在淹水胁迫前期会诱导酶促抗氧化防御系统活性的增强,引起渗透调节物质含量的增加,随胁迫时间延长,抗氧化酶活性和渗透调节物质含量均呈下降趋势。S_(3307)可促进叶片和根系中抗氧化酶活性的提高,抑制ROS和MDA含量的过量积累,并始终维持较高的渗透调节物质含量,减缓淹水胁迫造成的损伤。     

外源Ca2+对淹水胁迫下番茄幼苗生长的影响

以番茄幼苗为试验材料,研究淹水胁迫下叶面喷施不同浓度的CaCl2对番茄幼苗的影响,为科学合理使用CaCl2提供理论依据.结果表明,叶面喷施不同浓度CaCl2对番茄幼苗淹水胁迫的缓解程度存在差异,浓度过低或过高均无显著变化,10 mmol/L CaCl2显著提高淹水胁迫下番茄幼苗的生物量、色素含量、净光合速率,增强抗氧化...     

幼苗期淹水胁迫及喷施烯效唑对小豆生理和产量的影响

为探究幼苗期淹水胁迫及喷施烯效唑(S3307)对小豆(Vigna angularis)生理代谢和产量的影响,本研究于2018—2019年以龙小豆4号和天津红为试验材料,盆栽条件下,苗期进行预喷施S3307,同时连续淹水处理5 d并每天取样,测定分析相关生理指标。结果表明,幼苗期淹水胁迫引起小豆叶片H2O2和MDA含量、脯氨酸和可溶性蛋白含量显著提高,ABA、IAA和SA含量显著提高,SOD、POD和CAT活性显著提高,淹水处理5 d导致龙小豆4号单盆产量显著下降8.40%~12.61%,天津红显著下降9.91%~10.01%。S3307具有抵御淹水胁迫的作用,能有效增加小豆叶片脯氨酸和可溶性蛋白含量,显著降低H2O2和MDA含量,能够显著提高SOD和POD活性以及SOD/POD、SOD/CAT,显著增加ABA和SA含量,并显著抑制IAA含量的上升。喷施S3307使淹水4 d的龙小豆4号产量显著提高2.85%~6.18%,使天津红淹水4 d的产量显著提高2.85%~3.95%。综上,淹水胁迫下,不同品种小豆在活性氧物质积累、膜质过氧化、抗氧化酶活性以及激素水平等方面的生理应激存在显著差异;喷施S3307能够有效缓解淹水胁迫对小豆生理和产量的影响。本研究结果为进一步研究小豆苗期抵御淹水胁迫的生理机制及提高淹水胁迫下小豆的产量提供理论依据。     

甘蓝型油菜苗期响应渍害胁迫的生理调控机制

长江流域是中国油菜主产区,该区域常年湿润多雨,且产区实行油菜-水稻轮作制度,导致渍害频发。为明确甘蓝型油菜(Brassica napus L.)对苗期渍害的响应机制,本研究采用盆栽试验,以强耐渍品系YZ12、中等耐渍品系YZ45和不耐渍品系YZ59为试验材料,研究苗期淹水对油菜表型性状、生理特性、光合作用、相关基因相对转录水平等的影响,同时分析了外源激素抑制剂对油菜渍害胁迫的影响。结果表明,淹水胁迫严重抑制油菜生长,根系活力可作为衡量淹水胁迫对油菜生长影响的指示指标。根细胞超微结构观察发现,淹水胁迫导致油菜根系细胞发生质壁分离及细胞器破碎解体,强、中耐渍油菜的细胞器受损程度较小,能够在淹水胁迫中维持较为正常的细胞形态;淹水胁迫下根部细胞骨架相关基因Bnamicrotubule1.A3、Bnatubulin-α2.C3、Bnatubulin-β7.C6、Bnalamin-like.A2相对转录水平显著下调至对照水平(CK)的0.2～0.5倍;无氧呼吸相关基因BnaPDC.C9、BnaLDH.A1、BnaADH.A7表达量显著升高,为CK的3～6倍,且在中、强耐渍油菜中诱导表达水平更高。过...     

Ca2+对淹水胁迫下辣椒幼苗生长和碳水化合物含量的影响

为了研究辣椒幼苗(Capsicum frutescent L.)在淹水胁迫环境下,Ca2+对其幼苗生长及碳水化合物的影响,以花溪党武辣椒为试材,通过Ca2+浸种处理,研究不同时间（0、3、6、9、12天）根际淹水胁迫下Ca2+对辣椒幼苗生长和碳水化合物含量的影响,研究结果表明：干鲜重在胁迫达到第12天时,除地上部干重外,淹水加钙处理与纯淹水处理均达极显著水平。碳水化合物方面,在变化规律达峰值时,蔗糖、果糖含量在根、茎、叶中均表现为Fl+Ca>Fl>CK;可溶性糖含量在根、茎、叶中表现为Fl>Fl+Ca>CK;葡萄糖和淀粉含量在茎、叶中表现为：Fl+Ca>Fl>CK,根中则为CK>Fl>Fl+Ca。Ca2+对淹水胁迫下辣椒幼苗的生长及碳水化合物含量产生很大的影响,本研究结果对淹水胁迫的继续研究及应对措施提供理论支持。     

盐胁迫对植物各营养器官形态结构影响的研究进展

在胁迫条件下,植物为了提高自身对不良环境的适应能力,保持物种的延续性,其结构形态势必发生变化。盐渍土在中国分布面积广泛,盐渍土上的作物由于受到各种胁迫作用,导致生长发育不良、农作物减产等问题,所以解决盐渍土对作物胁迫的问题刻不容缓。笔者从植物根、茎、叶形态结构方面阐述了盐胁迫对植物影响,解析植物在形态学的耐盐机理,为选育耐盐品种提供了参考依据。     

Waterlogging tolerance of pea at germination

Peas (Pisum sativum L.) are exposed to waterlogging at germination when grown as relay in rice‐based cropping. Ninety‐one germplasm accessions were evaluated in relay (sown in waterlogged soil), and subsequently 10 diverse genotypes compared under relay and sole cropping (conventional tillage sowing) over two seasons in Bangladesh. Contrasting genotypes, BM‐3, NL‐2 and Kaspa, were further evaluated in three waterlogging treatments (drained control, 4 and 8 days waterlogging) in the glasshouse. Conspicuous variation in waterlogging tolerance at germination was observed in the field and confirmed under controlled conditions. In relay sowing in 2011, emergence of a few genotypes was affected by waterlogging. In 2012, emergence in relay was severely affected (12 plants/m²) compared to sole sowing (37 plants/m²). Among genotypes BM‐3 had 6 plants/m² emerge, which all subsequently died, in contrast to NL‐2 in which emergence was 13 plants/m² with all plants surviving. In the glasshouse, there was 14% emergence in BM‐3, 40% in NL‐2 and 55% in Kaspa after 8 days of waterlogging. Such marked differences in waterlogging tolerance at germination in the model pea are the first reported and illustrate prospects for selection to improve adaptation to relay sowing in South Asia.     

Effects of Ethylene on Cotton Adaption to Waterlogging Stress and the Underlying Mechanism

[Objective] Waterlogging adversely affects cotton growth and development, and continuous waterlogging may further result in considerable yield loss or crop failure. Enhancing the ability of cotton to adapt to waterlogging stress to preserve yield and quality is therefore critical. Ethylene is an important signal molecule, which plays a vital role in the process of plant stress resistance. However, the mechanism of ethylene in mitigating cotton waterlogging damage is still unclear. [Method] In this study, we setup an experiment with a cotton (Gossypium hirsutum L.) variety K638 in an electric rain shelter at the experimental station of the Shandong Cotton Research Center at Linqing, Shandong. We treated the cotton plants by waterlogging for 10 d during the flowering stage and used a non-waterlogged treatment as the control. During the waterlogging stress treatment, cotton plants were treated with an ethylene signal transduction inhibitor (1-MCP) or ethylene synthesis precursor (ACC) to detect the effects of ethylene content on cotton waterlogging injury and its physiological mechanism. [Result] The results revealed that a foliar spray of 1-MCP significantly inhibited ethylene synthesis in the stressed cotton plants, the content of ethylene and malondialdehyde (MDA) decreased by 5.3% and 39.2%, and the activities of alcohol dehydrogenase (ADH), pyruvate decarboxylase (PDC), and lactate dehydrogenase (LDH) decreased by 37.8%, 20.5%, and 8.2%, respectively. The photosynthetic rate, dry weight of the whole plant, and seed cotton yield increased by 13.5%, 3.3%, and 4.6%, respectively. The effect of ACC on the plants was the opposite because spraying ACC promoted ethylene accumulation in the waterlogged cotton. The ethylene and MDA content increased by 8.0% and 19.5%, respectively. The activities of ADH, PDC, and LDH increased by 17.5%, 11.2%, and 8.0%, respectively, while the photosynthetic rate, dry weight of the whole plant, and seed cotton yield decreased by 6.0%, 7.7%, and 8.0%, respectively. [Conclusion] In summary, reducing ethylene content in waterlogged cotton plants can significantly alleviate hypoxia damage caused by waterlogging stress and subsequently promote cotton growth and development by restoring physiological metabolism.     

渍涝与干旱对不同转Bt基因抗虫棉的影响

对 3个转 Bt基因棉花品种的研究表明 ,花铃期田间渍涝显著降低皮棉产量和棉株内的 Bt蛋白含量。积水后棉花主茎功能叶和幼蕾的 Bt蛋白含量平均分别比对照降低 2 7.7%和 2 9.9% ,主茎下部老叶的 Bt蛋白含量仅降低 6 .6 % ,说明渍涝对生长旺盛器官 Bt蛋白合成的影响远远大于衰老器官。干旱对棉株内 Bt蛋白合成的抑制更强 ,当花铃期干旱使棉叶致萎时 ,主茎下部老叶、幼蕾和主茎功能叶的 Bt蛋白含量分别降低了52 .9%、3 7.0 %和 3 0 .0 %。为充分发挥和利用转Bt基因棉花品种的产量与抗虫潜力 ,棉花生长发育的关键时期应尽量避免缺水干旱 ,及时排除田间积水 ,防止渍涝危害     

氮素对花铃期短期渍水棉花根系生长的影响

于2005—2006年在江苏南京农业大学卫岗试验站进行盆栽试验,设置正常灌水(土壤含水量为田间持水量的75%左右)和棉花花铃期土壤短期渍水处理(将正常灌水的棉花增加灌水至盆内有可见明水,持续8 d,然后用导管排除表面水层,使盆内土壤含水量逐渐恢复到田间持水量的75%左右),每个水分处理设置3个氮素水平(0、3.73、7.46 g N pot^-1,分别相当于大田0、240、480 kg N hm^-2),研究氮素对花铃期短期渍水棉花根系生长的影响。结果表明,在渍水处理结束时,与正常灌水处理相比,根干重和根冠比(R∶S)均降低;根系可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性降低,过氧化物酶(POD)活性升高,丙二醛(MDA)含量升高;棉花根系活力和单株光合速率(CAP)显著降低。增加施氮可降低渍水棉花根系SOD活性,提高POD和CAT活性,以3.73 g N pot^-1(240 kg N hm^-2)施氮水平下的棉花根干物重最大,根系MDA含量最低,根系活力最强,单株光合速率(CAP)最高,相应籽棉产量最高。渍水停止15 d后,渍水棉花根系抗氧化酶活性和MDA含量与正常灌水处理的差异较小;施氮仍可提高棉花根系POD与CAT活性,降低MDA含量,增强根系活力,提高CAP。     

花生生育早期耐涝性室内鉴定对大田期的意义

为探索花生不同品种生育早期耐涝性差异及与大田耐涝性的关系,对8个品种的种子进行室内180 h浅、深水处理,对幼苗进行10 d淹涝和大田短（10 d）、长期（88 d）湿涝,测定发芽能力、幼苗生长发育和乙醇脱氢酶（ADH）活性、大田湿涝产量（WY10、WY88）和产量耐性系数（WTC10、WTC88）。结果表明,(1)花生对淹涝较敏感,其耐涝性因淹涝时期、程度（水深）和品种而异。浅涝时种子先露尖而后发芽;深涝时只露尖而不能形成幼芽。不同品种发芽期耐涝性差异较大。幼苗的根部受害程度远甚于地上部,根色、根重是不同品种耐性差异的主要表征指标。(2)花生幼苗根系ADH活性受淹涝即厌氧诱导的效应极为明显,其中淹涝3~10 d的ADH活性与耐涝性负相关,尤其是淹涝10 d后ADH活性高的品种,植株发育不良。(3)与大田所有产量耐涝性指标的相关性,ADH活性、根色均为负相关,单株根重、单株地上部重、单株总重则为正相关,尤其是根重与WY10 2年均呈显著正相关。(4)耐涝性鉴定时间,在发芽期浅、深水中分别以180、120 h为宜,幼苗期以3~10 d为宜。因此,花生生育早期耐涝性室内鉴定对大田期有重要参考价值。     

花前渍水锻炼调控花后小麦耐渍性的生理机制研究

采用对渍水胁迫和渍水锻炼响应差异的小麦品种为材料,在四叶一心期和六叶一心期分别进行渍水锻炼2 d;在开花后7d进行渍水胁迫5d,分析不同小麦品种对渍水胁迫响应的差异及其生理机制。结果表明,花后渍水胁迫显著降低旗叶叶绿素含量(SPAD)和实际光化学效率(Φ_PSⅡ),抑制花后光合同化物积累(PAA),导致籽粒千粒重和产量降低;与不耐渍型品种相比,耐渍型品种在渍水胁迫下可维持较高的SPAD、Φ_PSⅡ和PAA,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)以及谷胱甘肽还原酶(GR)酶活性提高,过氧化氢(H₂O₂)、超氧阴离子自由基(O₂-~)和丙二醛(MDA)含量较低。与花前未进行渍水锻炼和花后渍水处理(NW)相比,花前渍水锻炼和花后渍水处理(PW)下,渍水锻炼敏感型品种较渍水锻炼不敏感品种显著提高了花后渍水胁迫下小麦旗叶SPAD (8.8%)和Φ_PSⅡ(17.6%)、降低非调节性能量耗散Φ_NO (10.7%)和...     

氮素对花铃期短期渍水棉花根系生长的影响

于2005—2006年在江苏南京农业大学卫岗试验站进行盆栽试验,设置正常灌水(土壤含水量为田间持水量的75%左右)和棉花花铃期土壤短期渍水处理(将正常灌水的棉花增加灌水至盆内有可见明水,持续8 d,然后用导管排除表面水层,使盆内土壤含水量逐渐恢复到田间持水量的75%左右),每个水分处理设置3个氮素水平(0、3.73、7.46 g N pot^-1,分别相当于大田0、240、480 kg N hm^-2),研究氮素对花铃期短期渍水棉花根系生长的影响。结果表明,在渍水处理结束时,与正常灌水处理相比,根干重和根冠比(R∶S)均降低;根系可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性降低,过氧化物酶(POD)活性升高,丙二醛(MDA)含量升高;棉花根系活力和单株光合速率(CAP)显著降低。增加施氮可降低渍水棉花根系SOD活性,提高POD和CAT活性,以3.73 g N pot^-1(240 kg N hm^-2)施氮水平下的棉花根干物重最大,根系MDA含量最低,根系活力最强,单株光合速率(CAP)最高,相应籽棉产量最高。渍水停止15 d后,渍水棉花根系抗氧化酶活性和MDA含量与正常灌水处理的差异较小;施氮仍可提高棉花根系POD与CAT活性,降低MDA含量,增强根系活力,提高CAP。     

Waterlogging events during stem elongation or flowering affect yield of oilseed rape (Brassica napus L.) but not seed quality

Oilseed rape suffers from serious waterlogging in many regions of the world limiting the cultivation area for rapeseed. Due to the man‐induced climate change, the risk of severe waterlogging events and associated therewith the damage of rapeseed plants will increase, even in Europe and North America. To investigate the effects of waterlogging on growth, yield and seed quality, rapeseed was cultivated throughout its vegetation period and waterlogged for 14 days at two different growth stages: at stem elongation (BBCH 31) or at floral bud appearance (BBCH 55). The experiments revealed that waterlogging at BBCH 31 affected plant growth and nutrient accumulation and finally resulted in lower yields. Waterlogging at BBCH 55 seriously impaired main racemes, but due to an increased production of secondary racemes, yield losses were lower than after waterlogging at BBCH 31. Oil quality was not affected by any waterlogging treatment under the chosen experimental conditions.     

外源活性氧清除剂对玉米植株涝害的缓解

五种活性氧清除剂分别喷施４叶期玉米幼苗，均使受渍玉米叶片的叶绿素含量显著提高，Ｏ２＾－产生速率和Ｈ２Ｏ２浓度明显下降，而谷胱甘肽和抗坏血酸含量增加。这种效应以处理后期（第５天）和老叶（第２叶）较为明显，但各清除剂之间的差异较小。表明各种活性氧清除剂单独使用皆能缓解受渍玉米的涝害，从而增强玉米的抗涝性。试验结果为活性氧参与玉米的涝渍伤害过程提供了证据。也为应用化学调查控手段减轻玉米的涝害的可能性提代