玉米毛状根再生植株叶片光合特性对干旱胁迫和复水条件的响应

玉米(Zea mays L.)是重要的粮食作物和饲料作物。近年来,干旱对玉米的生产构成严重威胁。以玉米毛状根再生植株为试验材料,分别进行干旱胁迫4、6、8 d以及分别复水4、8 d的试验处理,研究玉米毛状根再生植株叶片光合特性对干旱胁迫和复水条件的响应规律。结果如下:随着干旱胁迫程度增加,毛状根植株和对照组植株的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)及叶绿素含量(SPAD值)呈下降趋势,细胞间隙CO_2浓度(C_i)呈先下降后上升趋势,水分利用效率(WUE)呈先上升后下降趋势,干旱胁迫6、8 d,毛状根植株受影响较小,各光合指标显著高于对照组植株(P0.05)。毛状根植株干旱胁迫8 d的SPAD值、P_n、G_s与对照组干旱胁迫6 d的SPAD值、P_n、G_s相当,干旱胁迫4 d,差异虽不显著,但趋势相同。说明毛状根植株有较强的光合能力及耐旱性。随着复水天数增加,不同干旱胁迫处理的毛状根植株和对照组植株生理生化水平逐渐恢复,甚至干旱胁迫4 d处理的毛状根植株的G_s出现了超补偿现象,干旱胁迫6、8 d处理的毛状根植株恢复良好,均显著高于对照组植株(P0.05)。对照组植株除干旱胁迫4 d能恢复至接近正常供水水平外,干旱胁迫6、8 d处理恢复较难。结果表明,玉米毛状根再生植株光合能力强,这是由于其具有强大的根系,所以其对干旱的抵抗能力强,旱后复水的恢复能力显著。     

干旱胁迫及复水后84K杨栓塞修复及其他水力学特性的研究

  目的  研究植物遭受不同程度干旱胁迫时,其水力学特性的变化及响应,以及复水后植物栓塞修复能力,为植物应对干旱环境的能力提供水力学依据。  方法  以84K杨扦插苗为研究对象,进行渐进的控水处理,根据植株形态特征的变化,分别控水至植株叶面积停止生长、整株萎蔫、50%的叶片死亡及全部叶片死亡4个阶段,而后各阶段植株均进行复水至新生叶片长出。分别在控水和复水处理完成后,测定各阶段植株的木质部水势、叶水势、栓塞脆弱性、枝条导水率及栓塞程度(PLC)等水力学特征,同时测定导管直径、导管连接度及导管抗垮塌能力等木质部解剖结构特征。  结果  随着干旱胁迫程度加剧,84K杨叶水势及木质部水势均降低,栓塞加剧,栓塞脆弱性减小,木质部导管直径较对照组显著减小,导管连接度及导管抗垮塌能力显著增大。当植株有50%的叶片死亡时,茎的PLC为44%,当叶片全部死亡时,茎的PLC达65%。复水10 ~ 24 d后,各干旱阶段植株木质部水势及叶水势均恢复至对照组水平,茎的导水率均有所增加,栓塞程度均降低,当茎的PLC恢复至28% ~ 37%时,植株顶端重新展开了3片新叶。叶片全部死亡的植株复水至长出新叶时,茎的PLC显著减少,但植株直径并未增大,即复水阶段没有新生导管参与导水过程,表明茎导水率的恢复是由于发生了栓塞修复。  结论  干旱胁迫会对植物水力特性造成不利影响,但植物也会通过改变木质部结构特征来适应环境。植物在维持叶片存活与茎导水能力之间存在一定的权衡,干旱胁迫下会牺牲叶片来维持茎的导水率。但当干旱胁迫解除后,植物的水力学特性也能得到恢复,即使整株叶片死亡的植物,复水后仍能恢复生长,叶片死亡并不能作为判断植物死亡的指标。植物恢复生长与茎导水率恢复之间存在很强的相关性,栓塞能否修复是植物经历干旱后能否存活的主要因素。      

不同胁迫时长后玉米幼苗对局部复水的响应

【目的】揭示前期不同水分胁迫条件下局部恢复供水时玉米生长及水分吸收的动态变化,了解玉米生长对土壤水分条件变化的响应特征。【方法】以PEG 6000模拟水分胁迫,采用分根方法,以玉米幼苗整个根系均持续正常供水为对照(CK),在全部根系经受-0.4 MPa预水分胁迫0,1,3和6d后,对1/2根区恢复正常供水,另1/2根区维持-0.4 MPa胁迫水平,在局部供应0,0.25,0.5,1,3,5,7和9d后,测定幼苗各部分的生长及水分吸收状况。【结果】胁迫0d,即前期正常供应后局部-0.4 MPa胁迫,会在一定时间内刺激供应区根系导水率与根干物质量的补偿效应;局部供应3d内维持玉米幼苗地上部干物质量与CK持平,继续局部亏水会使地上部干物质量及根系导水率、尤其胁迫侧的根系导水率、根长和根干物质量明显降低,而对供应区根干物质量、根长、根面积无显著影响。对于-0.4 MPa胁迫1,3,6d,玉米叶片相对含水量分别在局部复水3,5,5d时恢复至CK水平(胁迫0d始终与CK持平);地上部干物质量不能完全恢复,但其占CK的相对比例最终趋于稳定;复水侧根系导水率、根干物质量、根长与根面积会有一定的恢复,但复水9d时仍不能恢复到CK水平,恢复程度均随胁迫时长的增大而减小;持续胁迫侧根系仍持续下降。根冠比有所不同:胁迫时间越长根冠比越大,局部复水后各处理根冠比均呈增大趋势,胁迫0,1,3,6d各处理显著大于对照的时间分别为局部复水后7,3,1和1d,增幅随局部复水时间延长而减缓(除胁迫0d外)。【结论】作物对局部复水的响应与前期亏水持续时间有关,适当的亏水可通过局部复水得到恢复。     

局部水分胁迫对玉米根系导水率的影响

【目的】研究局部水分胁迫对玉米根系导水率的影响,为局部灌溉在农业生产中的利用提供理论依据。【方法】采用分根法对奥玉3007玉米进行水培试验,设4个水分胁迫处理(渗透势分别为0(CK),-0.2,-0.4,-0.6MPa),在所有根系经受6d水分胁迫后,对一侧根系恢复正常水分供应,对另一侧根系持续进行水分胁迫,用压力室法测定处理0,6,12,24,72,120,168,216h后两侧根系的导水率。【结果】水分胁迫越严重,玉米的根系导水率越低。经受水分胁迫后再恢复正常水分供应的玉米根系导水率12h后出现了明显的增长,且始终明显大于持续水分胁迫处理。经水分胁迫再恢复正常水分供应的玉米根系导水率的增幅,与水分胁迫强度呈负相关,与恢复水分供应时间呈正相关。【结论】轻度水分胁迫处理后对局部根系恢复正常水分供应,可明显刺激根系产生水分传导的补偿效应,且这种补偿效应的大小与水分胁迫强度呈负相关。     

干旱胁迫对西红柿根系水导的影响研究

以 Hg Cl2 作为水通道蛋白的抑制剂 ,采用根压液流法测定干旱、未干旱胁迫下西红柿的根系水导速率和根系水分介导常数 (Lp)。结果表明 ,用 5 0 ,10 0μm ol/ L Hg Cl2 处理根系 ,未干旱胁迫株根系水导速率分别较对照下降了 4 6 .7%和 6 5 .6 7% ,用 5 0 0 ,10 0 0μmol/ L ME处理 ,可分别恢复到对照的 88.6 %和 80 .5 9% ;同样条件下干旱胁迫株根系 ,水导速率分别较对照下降了 4 0 .6 7%和 5 8.82 % ,并相应恢复到对照的 72 .0 3%和 79.4 1% ;并且干旱胁迫株根系在 0 .1～ 0 .3MPa液压时 ,根系压力与水导速率 (Jv)值呈明显的线性关系 ,暗示着干旱胁迫株根系存在控制水分运输的水通道蛋白。     

根冠生长不均衡对玉米苗期旱后复水补偿性生长的影响

[目的]探讨旱后复水促进玉米补偿生长的生理机制。[方法]以郑单958为供试玉米品种,通过盆栽试验研究苗期不同水分处理（①充足供水;②干旱胁迫;③旱后复水）对玉米生物量、根系活力和可溶性糖含量的影响。[结果]处理①玉米地上部分生物量显著高于处理②、③;处理②可提高玉米的根冠比和根系可溶性糖含量,但明显降低了玉米地上和根系生物量;处理③可促进玉米的补偿性生长,提高水分利用效率,但却明显降低了玉米的根冠比和根系可溶性糖含量;复水前处理②、③玉米的根系活力显著高于处理①,但复水后处理③玉米的根系活力显著低于处理②。[结论]复水前玉米积累的较大根系生物量和较高可溶性糖含量是其复水后表现出补偿性生长的重要原因。     

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。     

干旱胁迫对4个玉米品种幼苗叶片总黄酮含量和其他生理指标的影响

以玉米品种天紫23号、黄甜脆1号、白甜糯1号、早鲜黄甜脆幼苗为试验材料,研究干旱胁迫(停止浇水)、干旱胁迫时间(1、2、3、4、5 d)和解除干旱胁迫恢复生长后幼苗根系活力、叶片中总黄酮含量及自由水/束缚水比值的变化。结果表明,利用干旱胁迫处理4个品种玉米幼苗,根系活力、叶片中自由水/束缚水比值均随胁迫时间的延长而降低,叶片中的总黄酮含量均随胁迫时间的延长而上升;解除干旱胁迫恢复正常灌溉7 d后,根系活力、叶片中自由水/束缚水比值均上升,叶片中的总黄酮含量均下降,但这3个生理指标依然没恢复到正常灌溉水平。不同玉米品种在干旱胁迫和解除干旱胁迫复水时这3个生理指标的变化有一定的差异,对这3个生理指标进行综合分析,初步得出黄甜脆1号的抗旱性最强,其次是天紫23号,再次是早鲜黄甜脆,最差的是白甜糯1号。     

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.     

利用分根技术研究小麦铝磷交互作用

为更好地阐明植物中铝-磷之间的关系,以小麦为研究对象,研究了小麦植株内部转移的磷与铝毒害的关系。在水培条件下,利用分根技术(植株根系一分为二,分置A、B两个根室),排除铝、磷在溶液中的直接交互作用,通过磷素的转移研究植株内部转移的磷对铝毒害的作用以及响应。结果显示:通过比较生物量发现,处理1(A室无磷B室无磷)、处理2(A室低磷B室无磷)、处理3(A室高磷B室无磷)、处理7(A室无磷B室无磷)、处理8(A室低磷B室低磷)、处理9(A室高磷B室高磷)地上部和地下部生物量都随着磷浓度的增加而显著增加,但一侧加铝处理的处理5(A室低磷B室加铝)、处理6(A室高磷B室加铝)生物量则降低。比较根尖数、根直径、根长、根体积、光合速率等指标,发现在铝胁迫下处理4(A室无磷B室加铝)、处理5、处理6的B室根系生长指标、植株光合作用等并没有随着磷浓度的增加而增加。可见,在分根处理15 d条件下一侧根系供磷(A室)不能有效缓解另一侧根系(B室)的铝毒害。     

不同磷利用效率杉木在低磷胁迫下的形态及养分分配差异

为充分挖掘植物对低磷胁迫的适应潜力，揭示P高效利用植物对低P逆境的响应机制，选育P高效利用基因型以应对森林土壤有效P匮乏。选择前期研究筛选出的P高效利用杉木M1、M4与P利用效率一般的M24为研究对象，解析不同P利用效率杉木在低P胁迫下的形态及养分分配差异。结果表明，P利用效率一般的M24地上部分生长受低P胁迫的影响大于M1与M4，且地下部的根系增生能力也弱于P高效利用杉木。应对低P胁迫，M1与M4的响应策略也存在差异，其中，M1地上部生长量大，M4地下根系增生能力强，以吸收更多培养介质中的P养分，且更多的物质分配到根系。结合根系解剖结构分析发现，低P胁迫条件下M1表现为高维根比和低皮层比，以加快养分在体内的循环。而M4表现为低维根比和高皮层比，其养分运输能力相对较弱，吸收功能较强。通过不同的策略行为，M1与M4体内的P养分分配表现出一致的规律，二者根系中的P含量均呈现随处理时间延长而逐渐增加的趋势。可见，P高效利用杉木比P利用效率一般的杉木对低P的耐受能力更强，且通过不同的策略适应低P胁迫，其中，M1主要通过加快P养分循环利用的途径增加植株地上部正常生长所需P养分，M4则主要通过根系增生，增加对介质中P养分的吸收，以供地上部生长所需。     

Comparison of Three Methods for Determination of Root Hydraulic Conductivity of Maize （Zea mays L.） Root System

Three techniques of root pressure probe, pressure chamber and high pressure flow meter were used to measure the hydraulic conductivities （Lpr） of whole root systems of young maize （Zea mays L.） seedlings grown hydroponically under either drought or normal water conditions. Compared to normal water conditions, drought stress simulated by polyethylene glycol 6 000 （osmotic potential =-0.2 MPa） reduced Lpr in the root system by over 50%. It indicated that water permeability in the roots decreased significantly when plants suffered from water shortages. Moreover, there was no significant difference （P〈 0.05） on the Lpr values in the root systems developed under a given water stress regime among the three techniques used. Therefore, all three methods are acceptable to study the hydraulic conductivity of maize seedling root systems. We have also highlighted some of the technical limitations of each method. It can be inferred that the root pressure probe is preferable for young maize seedlings because it is subtle and has the additional ability to determine solute transport properties, but the method is time consuming. Other advantages and disadvantages of each technique are discussed in order to acquaint researchers with basic information that could contribute to their choice of an appropriate technique for future studies.     

两种磷素水平下小麦苗期对干旱胁迫的离子组和代谢组响应

[目的]探讨两种磷素供应下小麦植株对干旱胁迫的适应性机制及复水后的反应,为揭示小麦水磷互作机制及培育抗逆、磷高效的小麦品种提供理论基础.[方法]本研究采用新疆冬小麦主栽品种新冬23号为参试材料,采用离子组和代谢组学分析方法,研究了低磷(0.05 mmol·L-1,LP)和常规磷(1.0 mmol·L-1,CP)水平培养...     

干旱胁迫下AM真菌对矿区土壤改良与玉米生长的影响

以神东矿区塌陷区退化土壤为供试基质,以玉米为宿主植物,研究在干旱胁迫下,丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi)对玉米生长和养分吸收的影响,以及对矿区退化土壤的改良作用。结果表明:干旱胁迫下,接种AMF显著提高了玉米根系侵染率和生物量,玉米叶片相对含水量和叶色值明显高于对照组;接种组玉米地上部分磷、氮、钙和根系部分磷、钾、钙含量显著增加;接种AMF后,玉米根际土壤总球囊霉素和易提取球囊霉素含量分别增加了36.2%和33%,且根际土壤中有机质含量显著增加。由此可见,接种AMF促进了玉米对矿质养分的吸收,缓解了干旱造成的玉米生长的不利影响,提高了根际土壤中有机质含量,对矿区退化土壤改良有重要意义。     

干旱胁迫与复水对玉米苗期渗透调节物质及抗氧化酶的影响

以掖单13号（抗旱性弱）和农大108（抗旱性强）为试材,采用盆栽控水的方法,研究了不同程度的干旱胁迫与复水条件对玉米苗期渗透调节物质及抗氧化酶的影响。结果表明,玉米苗期可溶性糖、蛋白质和脯氨酸的积累与品种的抗旱性呈负相关,抗旱性与水分胁迫下抗氧化酶类活性呈显著负相关,其中SOD和POD为主要抗氧化酶。     

硝普钠对干旱胁迫下葡萄抗旱生理的影响

以玫瑰蜜葡萄为试材,以硝普钠(SNP)为NO供体,通过无土栽培的方法在营养液中加入20％ PEG-6000进行模拟干旱,研究SNP对干旱胁迫下葡萄苗抗旱性生理的影响,探讨外源NO缓解干旱胁迫对葡萄伤害的相关机制.结果表明,在PEG-6000模拟干旱胁迫的条件下,SNP处理可使葡萄叶片的MDA含量、超氧阴离子产生速率、过氧化氢含量和相对电导率明显下降,而超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性明显提高,游离脯氨酸和可溶性蛋白质等渗透调节物质含量也明显上升,叶片含水量的下降速率则明显减缓;SNP处理还显著提高了干旱胁迫后葡萄的根系活力,并降低了根系MDA含量.     

干旱条件下施肥与作物抗旱性的关系

施肥与作物抗旱性有着密切的关系,对土壤肥力和氮﹑磷﹑钾三大营养元素与作物抗旱性关系的研究证明:旱地施肥后,满足了作物对营养元素的需求,促进了作物生长,增强了生理活动,通过渗透、水分、气孔、光合调节等生理生化机制影响作物的代谢活性。水分胁迫条件下施肥使叶片水势增强,束缚水含量增高,根系生长增强,作物吸水增强,气孔导度降低,水分散失减少,对作物水分生理及形态建设影响显著,提高了作物的抗旱性。不同营养元素与抗旱性的关系是不同的:如氮的抗旱作用随土壤干旱程度的加剧而降低,随着氮用量的增加甚至出现负效应;受到水分胁迫时,增施磷肥对植物的抗旱性一直表现为良好的正效应,而且在严重干旱时效果更加明显;因此,随干旱程度的加剧应适当增加磷肥的施用量。营养元素间配合施用有利于提高作物的抗旱能力。     

水氮磷耦合对拔节期冬小麦根系水分调节特性的影响

【目的】研究不同水氮磷耦合条件下,冬小麦根系形态、生理和细胞结构变化与功能的关系。【方法】采用盆栽调亏灌溉的方法,以“小偃22”为试材,采用拌肥方式于播种时设低肥N₁P₁(纯氮 0.1 g/kg、P₂O₅ 0.05 g/kg)和高肥N₂P₂(纯氮0.3 g/kg、P₂O₅ 0.15 g/kg)2个氮磷肥处理;在拔节期设土壤含水量分别为田间持水量的70%～85%（正常供水,CK）、55%～70%（轻度亏缺,LS）和40%～55%（重度亏缺,SS）3个水分处理。于水分亏缺处理20 d后取样,从形态学、生理代谢和解剖学层面研究拔节期不同水氮磷耦合对冬小麦根系水分调节特性的影响。【结果】在相同营养条件下,拔节期水分亏缺会导致冬小麦地下部干物质量、地上部干物质量和总生物量减小;但根冠比增加,与CK相比,LS、SS在N₁P₁和N₂P₂ 2种氮磷肥处理条件下,根冠比分别升高了32.3%,14.3%和11.5%,4.7%;根毛密度也明显增加。水分亏缺造成冬小麦根系皮层薄壁细胞体积变大,皮层占根系直径的比例增加;木质部导管横截面积显著减小,低肥条件下LS、SS分别较CK减小17.11%,43.32%,高肥条件下分别较CK减小11.10%,46.70%,并伴随有导管变形。同时,水分亏缺可以使冬小麦根系活力提高,游离脯氨酸、可溶性糖的合成和积累增加,从而提高其水分调节特性。同一水分状况下,与低肥条件相比,高肥条件能明显提高拔节期冬小麦的抗旱性。【结论】拔节期冬小麦在高肥轻度水分亏缺条件下,能够从代谢和结构2个层面作出更为合理、协调的综合性响应来维持植物体内的水分平衡,提高其水分利用效率和抵抗干旱的能力。     

不同水分处理下几种柽柳属植物幼株木质部栓塞及其解剖结构特征

本研究借助木质部导水率及栓塞测量系统,分别对多枝柽柳、刚毛柽柳和紫杆柽柳扦插幼株的木质部水力特性对不同土壤水分处理的响应进行分析。以光学、扫描电子显微镜技术,对各柽柳幼株茎和根(2.5 mmd < 4 mm)木质部导管、纹孔解剖特征进行测量观察;对木质部导水效率与其解剖特征之间的关系进行讨论。结果表明:1)各柽柳植物幼株茎木质部自然栓塞度(PLC值,%)与土壤质量含水率之间有显著负相关关系(r=-0.796, P=0.01),即随着土壤含水率的下降,其木质部PLC值增大,导水率均有降低;水分条件充足的情况下,各柽柳植物茎木质部PLC值仍然较高(33%~52%),其中刚毛柽柳的PLC值(33%)显著低于其他2种柽柳(P < 0.05),但随着干旱胁迫程度的加剧其PLC值显著提高(P < 0.05);严重干旱胁迫处理下,紫杆柽柳茎的PLC值达到84%,明显高于多枝柽柳和刚毛柽柳(P < 0.05);3种柽柳植物幼株茎木质部栓塞对土壤干旱处理的敏感程度依次为紫杆柽柳、刚毛柽柳、多枝柽柳。2)各柽柳植物幼株茎、根木质部导管及纹孔数量特征之间有不同程度的体内和种间差异性(P < 0.05),而其纹孔膜结构上没有明显的差异,纹孔膜上未见微孔。3)各柽柳植物幼株木质部K_s(max)值与导管水力直径(D_h),导管表面积(V_a)之间具有显著正相关关系(r=0.848, P=0.033; r=0.814, P=0.049),而与单导管指数(V_s)之间有极显著负相关关系(r=-0.925, P=0.008)。4)紫杆柽柳茎具有导管直径大、导管连接度高、导水率和自然栓塞度高等抗栓塞能力较低植物的木质部特征,但它同时具窄纹孔口等抗栓塞能力强植物的某些解剖特征。研究结果为柽柳属植物抗旱性能或生态适应机理的研究提供新的基础数据。