干旱复水对春玉米幼苗生长和生理特性的影响及其根源ABA调控效应

为了探明根源ABA对春玉米干旱后复水补偿生长的调控效应，采用盆栽试验以春玉米酒单2号为材料，设CK（正常供水，保持最大持水量的75%~80%）、MS（中度干旱，保持最大持水量的50%~55%）、SS（重度干旱，保持最大持水量的35%~40%）、MS-CK（中度干旱再复水）、SS-CK（重度干旱再复水）等5个处理，研究苗期干旱及复水条件下春玉米生物量积累、光合特性、抗氧化酶活性、根源ABA含量的变化。结果表明：重度干旱胁迫具有较高的根源ABA含量，诱导叶片抗氧化酶SOD、POD、CAT活性显著提高，增幅分别为85.48%、72.67%、22.58%，并导致其叶片气孔导度(Gs)和光合速率(Pn)降低51.56%、12.16%，同时最大电子传递速率（J_max）、最大羧化速率(V_Cmax)、磷酸丙糖利用率(TPU)及RuBP羧化酶的羧化效率(CE)降低，使其单株生物量较正常供水降低46.56%；复水后，较高的根源ABA含量影响其细胞膜修复和光合功能恢复的速度，使单株生物量较未复水重度干旱胁迫增加90.36%，较正常供水增加1.73%，表现出补偿效应。中度干旱胁迫具有相对较低的根源ABA含量，诱导叶片抗氧化酶SOD、POD、CAT活性提高幅度较小，增幅分别为64.72%、41.72%、11.62%，并使Gs和Pn分别降低15.01%和6.42%，同时J_max、V_Cmax、TPU及CE稍有降低，其单株生物量较正常供水仅降低13.64%；复水后，相对较低的根源ABA含量最终使单株生物量较未复水的中度干旱胁迫增加30.71%，较正常供水增加12.88%，表现出超补偿效应。综上，干旱胁迫产生的根源ABA主要对旱后复水春玉米光能吸收、光合碳同化及抗氧化保护功能起积极调节作用。     

干旱胁迫对玉米叶片光响应及叶绿素荧光特性的影响

利用大型移动防雨棚开展玉米干旱胁迫及复水试验,通过分析玉米叶片光响应曲线和叶绿素荧光参数,揭示不同生育期干旱胁迫对玉米光合作用和叶绿素荧光的影响程度.结果表明:1)干旱胁迫后玉米净光合速率(Pn)显著降低;当光合有效辐射(PAR)过高时受到强光抑制作用Pn略低,干旱胁迫后受光抑制影响较对照明显;干旱胁迫对玉米光合能力的影响表现为:拔节期＞乳熟期＞苗期;复水10d后光合作用略有恢复,但恢复较缓慢.2)不同发育期受到干旱胁迫后均表现为实际光化学效率(ΦPSⅡ)、光化学淬灭系数(qP)下降,非光化学淬灭系数(qN)升高的趋势,但拔节期叶绿素荧光参数对土壤干旱胁迫的响应比苗期、乳熟期更加敏感,下降和升高幅度更大;复水后,叶绿素荧光参数虽略有恢复,但短期内难以达到正常水平.     

玉米苗期调亏灌溉的复水补偿效应

利用盆栽人工控水的方法,在玉米苗期造成不同强度的干旱胁迫,并在拔节期复水至充分供水和轻度胁迫,研究不同程度的水分亏缺对苗期玉米生长发育、水分利用效率和根系活力的影响以及复水后的补偿效应。结果表明,干旱胁迫对玉米苗期的植株生长、干物质累积和分配、气孔导度、光合速率、蒸腾速率以及根系活力产生了不同程度的影响;拔节期复水后,各种指标表现出不同程度的补偿生长效应。     

夏玉米茎流速率变化规律及其影响因子研究

采用FLOW32-1K包裹式茎流计测量茎流速率,分析2018年夏玉米(郑单958)蒸腾量(本研究采用茎流)与气象因子,包括净辐射、温度、饱和水汽压差(VPD)、风速的相关性,并以Pearson相关性系数进行评价。结果显示:试验期间土壤含水率保持在田间持水率的70%～80%,得出在玉米不受水分胁迫条件下,茎流速率与净辐射、温度、VPD、风速均呈线性相关,相关系数分别为0.754、0.622、0.674、0.443,表明太阳辐射与茎流速率关系最密切,与风速关系最小。在夏玉米生长吐丝期、灌浆期和成熟期,晴天时茎流速率日变化为单峰曲线,早上5∶00茎流开始启动,随后茎流速率逐渐上升,在11∶00茎流速率达到峰值74.5 g·h~(-1),随后又降低,一般在21∶00降低为0.0。雨天时由于大气辐射不稳定,表现为多峰曲线,且茎流速率波动较大(0～37.7 g·h~(-1))。经计算夏玉米在灌浆生长期叶面积指数稳定在4.4,这时基础作物系数K_(cb)为1.0,9月10日后显著下降,至收获时(10月1日)降低至0.55。     

水分胁迫对欧美I-107杨树苗生理生化特性的影响

以欧美I-107杨扦插苗为试材,研究不同程度干旱胁迫处理对杨树苗叶片生理生化特性的影响。结果表明:随着水分胁迫程度的增加和时间的延长,杨树苗叶片的相对含水量、自由水含量显著降低;束缚水含量、束缚水/自由水比值在轻度胁迫下逐渐升高,而在中度和重度胁迫下先升后降;脯氨酸含量在轻度胁迫下与对照差异不显著,在中度和重度胁迫下显著高于对照;可溶性蛋白在轻度胁迫下逐渐升高,而在中度和重度胁迫下先升后降;SOD和CAT活性先上升后下降,丙二醛含量显著增加。可见,I-107杨树苗在轻度水分胁迫下具有相对较强的抗氧化防御和渗透调节机制,而在中度和重度胁迫下明显减弱。     

水分胁迫对欧美Ⅰ-107杨树苗生理生化特性的影响

以欧美Ⅰ-107杨扦插苗为试材,研究不同程度干旱胁迫处理对杨树苗叶片生理生化特性的影响.结果表明:随着水分胁迫程度的增加和时间的延长,杨树苗叶片的相对含水量、自由水含量显著降低;束缚水含量、束缚水/自由水比值在轻度胁迫下逐渐升高,而在中度和重度胁迫下先升后降;脯氨酸含量在轻度胁迫下与对照差异不显著,在中度和重度胁迫下显著高于对照;可溶性蛋白在轻度胁迫下逐渐升高,而在中度和重度胁迫下先升后降;SOD和CAT活性先上升后下降,丙二醛含量显著增加.可见,Ⅰ-107杨树苗在轻度水分胁迫下具有相对较强的抗氧化防御和渗透调节机制,而在中度和重度胁迫下明显减弱.     

药用植物黄芪的茎流速率研究

本文采用植物热平衡流测(Sap Flow System)计,对沙漠绿洲边缘沙地栽植的药用植物黄芪整株茎流速率的日变化、季节变化规律及耗水量进行了测定,测试分析得出:黄芪茎流速率日变化呈双峰曲线,第一茎流速率峰值为91.22gm/hr出现在11:00时;第二茎流速率峰值为111.05gm/hr出现在20:00时;黄芪茎流速率在季节变化中7月份平均茎流速率最大为28.83gm/hr,其次是6月平均值为4.46gm/hr,8月份为4.40gm/hr。经黄芪植物茎流速率样株的耗水量计算,每亩10000株黄芪苗木蒸腾耗水量的生理用水量在6月份每亩为32m3、7月份每亩207m3、8月份每亩31m3、5月和9月共用水30m3。经茎流测试分析表明:在绿洲边缘种植药用植物黄芪比种植农作物玉米、小麦可节水27%-33%;另外,黄芪茎流速率与环境因子之间经相关分析得出,黄芪茎流与大气温度(TAIR)和水气压亏缺(VPD)呈极显著正相关关系,r值分别为0.57004和0.42114;与光量子通量密度(Qn)、大气CO2浓度(CO2.℃)和空气湿度(RH)呈不显著正或负相关关系;同时得出了黄芪茎流与各影响因子之间的回归方程。     

半干旱区玉米茎流规律及其对气象因子的响应

采用包裹式茎流计和小型自记式气象站对甘肃省会宁县太平镇主要农作物玉米的茎流速率及其周围的气象因子进行同步观测。分析结果表明:1)玉米的日茎流速率变化趋势基本一致,都呈"几"字型变化。晴朗天气下,茎流启动时间为6:00,于14:00~15:30达到峰值,持续较短时间后迅速降低,至晚上22:00达到较低值且在夜间保持了一定的茎流活动。而多云和阴雨天气玉米茎流速率则呈不规则曲线。2)玉米茎流速率与气象因子变化趋势相吻合。相关性分析结果表明,影响玉米茎流的主要因子依次是:光合有效辐射、空气温度、空气湿度、风速。玉米茎流速率与气象单因子分析及逐步回归方程表明,对半干旱区玉米茎流起关键作用的气象因子是光合有效辐射与空气湿度。     

柴达木盆地沙棘茎流速率与环境因子的关系

采用热扩散flow-32包裹式茎流计,于2014年6—9月对柴达木盆地的沙棘茎流速率进行连续观测,并应用Vantage Pro 2小型气象站对林地的太阳辐射、大气温度、相对湿度主要气象因子进行同步采集,对不同天气条件下沙棘茎流速率的变化规律以及茎流速率与主要气象因子的相关关系进行研究。结果表明:典型晴天下沙棘茎流日变化呈双峰型,典型阴天下沙棘茎流呈单峰型,晴天的平均茎流速率是阴天的2.87倍;生长季各月的平均茎流速率为:8月7月9月6月;6—9月沙棘茎流速率与温度、太阳辐射呈极显著正相关(P0.01),与湿度呈极显著负相关(P0.01),各气象因子相关系数绝对值为:太阳辐射(0.811)大气温度(0.594)湿度(-0.571),太阳辐射是主导环境要素;用SPSS软件针对上述3种环境因子进行多元线性逐步回归,得回归模型Fs=19.268-0.221Ta-0.055RH+0.036Rs(R2=0.82),能够对柴达木盆地的沙棘蒸腾耗水量进行预测。     

水分胁迫后复水对豌豆叶片叶绿素含量的影响

采用盆栽人工控水法,研究了水分胁迫及复水对豌豆叶片叶绿素含量的影响。结果表明:苗期水分胁迫,豌豆叶片中叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总量上升,均显著或极显著高于对照水平;叶绿素a与b的比值(a/b)则呈现先增大而后又减小的趋势;初花期短历时水分胁迫,叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量均显著高于对照水平,长历时胁迫后,叶绿素各组分含量均低于对照水平;a/b值也是呈现先增大而后又减小的趋势;荚果充实期短历时胁迫后,豌豆叶片中叶绿素a、叶绿素总量高于对照水平,叶绿素b则是轻度胁迫高于对照水平,重度胁迫低于对照水平,a/b值轻度胁迫接近对照水平,重度胁迫高于对照水平;水分胁迫10 d后,叶绿素各组分含量均下降;复水后,叶绿素各组分均表现出了一定程度的补偿效应,且苗期与初花期水分胁迫后复水的补偿效应高于荚果充实期。     

丘陵黄壤区不同土层厚度下3个玉米品种花后水分利用效率比较

用水分试验池和人工干旱棚模拟0.4~1.0 m土层夏季干旱胁迫,研究不同基因型玉米花后水分利用特性。结果表明:花后植株伤流强度、叶片RW C、保水力与品种的抗旱性正相关,品种的抗旱性由强至弱的顺序为C 19>C 202>C 14,并且干旱处理的伤流强度和叶片RW C随土层增厚而增强;夏旱导致玉米灌浆持续期缩短2~4d,抽雄吐丝间隔期延长0~7 d;土层厚度和品种抗旱性均与籽粒产量和WUE正相关,土层深厚(1 m)夏旱胁迫处理有利于抗旱品种成单19提高籽粒产量和WUE。但以0.7 m土层的平均产量和WUE最高,其可作为坡耕地改造和利用的参考指标之一。     

干旱复水对棉花苗期抗氧化系统及光合荧光参数的影响

为研究水分胁迫对棉花光合作用及相关生理指标的影响,揭示水分胁迫与棉花生理指标及光合作用之间的关系,采用盆栽称重控水法对新陆早19号进行干旱胁迫0、2、4、6、8 d及复水2 d处理,测定棉花叶片MDA、H_2O_2含量,SOD、POD、CAT等指标以及光合参数和叶绿素荧光参数的变化。结果显示:随着干旱胁迫的加强,棉花叶片活性氧含量、电导率和MDA含量增加,复水后除H_2O_2含量外,其它均降到对照值;在活性氧含量最高时,抗氧化酶CAT和SOD的活性最高,以清除棉花叶片内过量的活性氧;棉花功能叶片的光合作用、气孔导度、蒸腾速率随着干旱胁迫强度的增加逐渐下降,在干旱第8天达到最低,复水后恢复;光化学猝灭系数(qP)和光量子产量(Yield)随着干旱胁迫的加强而降低,复水后不能恢复。说明水分胁迫下棉花可通过提高抗氧化酶活性清除过量活性氧,通过调节气孔导度抑制棉花的光合作用,降低蒸腾速率。     

基于WOFOST模型的辽宁省春玉米干旱灾损风险评估

利用锦州农业气象试验站的作物生长发育和土壤实测数据对WOFOST模型水分胁迫模块进行了调参，适用性验证表明，WOFOST模型适用于辽宁省春玉米生长发育和产量的模拟，辽宁省春玉米受干旱的影响可以利用WOFOST模型较敏感地反映出来。利用调参后的WOFOST模型模拟了全生育期及出苗~拔节、拔节~抽雄、抽雄~乳熟和乳熟~成熟各阶段发生轻、中、重旱情景对辽宁省春玉米产量的影响，并根据模拟结果确定了不同干旱风险等级下辽宁省东、中、西部玉米生产的灾损范围。结果表明：不同生育期发生干旱对产量的影响不同，总体上，抽雄~乳熟期发生干旱的影响最大，其次是拔节~抽雄期，而出苗~拔节期和乳熟~成熟期发生干旱对产量的影响较小，全省春玉米在抽雄~乳熟期发生重旱的减产风险达30%~70%；在相同干旱水平下，不同区域受影响程度也不同，在全生育期及各生育阶段发生轻、中、重旱情景下，干旱导致的减产率总体上表现为由东部向西部地区逐渐加重的趋势，在全生育期重旱情景下，辽宁省东部的春玉米减产率为40%~75%，中部为60%~90%，西部达65%~95%。     

干旱胁迫对沙芥幼苗根系形态及抗氧化酶活性的影响

以一年生沙芥幼苗根系为材料,采用盆栽试验,测定不同干旱处理下幼苗根系形态特性、渗透调节物质含量、抗氧化系统等生理指标。结果表明,干旱胁迫下沙芥幼苗根系主根长、主根体积和根冠比随着胁迫天数的延长不断增加,重度胁迫时分别上升154.39%、90.69%和189.59%。幼苗根系活力在重度胁迫时下降51.22%,根系可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖含量在轻度和中度胁迫时上升,而重度胁迫时分别下降了1.65%、4.13%和11.84%。根系中的过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸活性随着胁迫程度加剧不断上升,过氧化物歧化酶(SOD)先上升后下降。丙二醛(MDA)含量和根系质膜透性随着胁迫程度增加逐渐上升到255.74%和122.78%,复水3 d后轻度和中度胁迫下根系中的抗氧化保护系统和渗透调节物质均可恢复到对照水平,重度胁迫复水3 d后只能恢复到轻度胁迫水平,说明沙芥幼苗根系受到了一定程度的伤害。     

不同生育时期非充分灌溉对间作作物产量构成因子及收获指数的影响

针对内蒙古河套灌区干旱缺水的实际情况,以春小麦间作玉米、春小麦间作向日葵复合群体为研究对象,以不同生育期的非充分灌溉为试验处理,进行间作模式下的非充分灌溉试验。结果表明:间作下小麦分蘖期每多灌溉15 mm有效分蘖数提高5.4%~15.07%,而乳熟期随着水分胁迫加剧间作模式下的小麦穗粒数、千粒重、产量均呈现出先升高后降低的规律。对于间作下的玉米产量构成,适当减少小麦分蘖与拔节期的灌水量,相应增加小麦乳熟与玉米灌浆吐丝期的灌水量,有利于大幅提高缺水地区间作模式下的玉米产量,且随着灌水总量的升高,穗粒数以1.27~2.47粒·mm~(-1)的速度递增,产量以62.24,94.93,29.73 kg·hm~(-2)·mm~(-1)的"S"型曲线逐渐升高。而对于间作下的向日葵产量构成,其主要受小麦乳熟期与向日葵现蕾期水分处理的影响,且随灌水总量的提高间作向日葵的单株粒数呈先升后降的规律,而百粒重和产量则呈"N"型和"M"型规律变化。对于不同水分处理下各间作作物对水分的敏感指数表现为小麦的敏感指数最高,玉米次之,向日葵最低。不同水分处理对各间作作物收获指数的影响表现为间作模式下的小麦受水分胁迫后其收获指数普遍提高,间作模式下玉米的收获指数随灌水总量上升而逐渐上升,而间作模式下受水分胁迫处理的向日葵收获指数反而下降。     

干旱对小麦灌浆期旗叶光合等生理特性的影响

对盆栽小麦开花灌浆期进行正常供水(CK)、中度干旱胁迫(MS)和严重干旱胁迫(SS)3种水分处理,测定旗叶各生理指标变化。结果表明:花后0～28d,中度干旱胁迫的旗叶中可溶性蛋白含量变化与对照接近,严重干旱胁迫下可溶性蛋白含量较低;开花8天以后,两种干旱处理旗叶中可溶性糖含量均高于对照,在开花第28天,分别高出对照2.8％和3.7％;两种干旱处理,开花16d以前,旗叶中脯氨酸(Pro)含量急增,尔后又降低;整个开花灌浆期间,中度干旱胁迫旗叶中叶绿素含量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度和单叶WUE与对照接近,严重干旱胁迫处理下,则明显较低,但单叶WUE增加;随着干旱程度增加旗叶水势降低;花后23d时,严重干旱处理水势低于对照1.3MPa。     

Effects of deficit irrigation on daily and seasonal variations of trunk sap flow and its growth in Calligonum arborescens

Water deficit in arid and semiarid regions affects whole-plant sap flow and leaf-level water relations. The objectives of this study were to clarify how sap flow of Calligonum arborescens responds to different drought stress conditions and to understand its acclimation mechanism to drought environments. A field experiment was conducted for C. arborescens during the growing season to evaluate the effects of deficit irrigation on the daily and seasonal variations of trunk sap flow in the shelterbelt along the Tarim Desert Highway, Xinjiang, China. Three different water regimes (2,380, 1,960 and 1,225 m3 /hm2 ) were applied at different stages of plant growth. From 1 May to 30 October 2007, a heat-balance stem flow gauge was used to monitor the sap flow dynamics of C. arborescens under different water regimes. Atmospheric evaporation demand and soil moisture conditions for differentially irrigated C. arborescens were also monitored. The result showed that sap flow exhibited a clear diurnal pattern regardless of treatments; the diurnal patterns of sap flow and vapour pressure deficit were very similar under different water regimes and growing seasons, while the slope of the linear regression of this correlation confirmed an increasing water regime. The sap flow decreased under reduced water regimes and there was nocturnal sap flow regardless of water regimes, which was mainly contributed to nocturnal transpiration and water recharge. The sap flow peaked before midnight and dropped afterwards with obviously higher values in summer than in other seasons. It is speculated that the water consumption of C. arborescens during the day can be supplemented through the sap flow at night, which increased with increasing irrigation amount. Net radiation was the most significant correlated factor that influenced sap flow velocity and transpiration under different water regimes (R2 >0.719). Compared with the commonly practiced water regime, the growth of C. arborescens was significantly slower in the stress deficit irrigation, but not significantly different from that in the moderate deficit irrigation. The moderate deficit irrigation would not affect the stability of the shelterbelt and was a more efficient use of water resources compared with the current watering amount.     

16份玉米自交系全生育期抗旱性鉴定与评价

以16份玉米自交系为试验材料,通过比较其在全生育期水分胁迫和正常灌溉条件下农艺性状、产量性状和光合特性的差异,以抗旱系数为基本评价指标,采用逐步回归法建立最优回归方程,同时结合相关性分析、隶属度及聚类分析方法,对玉米自交系进行抗旱性鉴定及抗旱指标筛选。结果表明：水分条件对散粉吐丝间隔期、株高、穗长等11个性状具有显著/极显著影响,单穗粒重、散粉吐丝间隔期和穗长可作为玉米自交系抗旱性鉴定的次级性状筛选指标。利用次级性状抗旱系数的平均隶属度和旱情发生时期抗旱系数的平均隶属度两种方法对自交系抗旱性进行综合评价,结果完全一致的有11份;通过聚类分析,将16份玉米自交系分成4类,其中强抗旱型5份、抗旱型6份、中抗旱型4份、弱抗旱型1份。参试材料中,抗旱性最强的自交系为Si-287,最弱的自交系为X178。     

夏玉米不同生育期对水分胁迫的生理反应与适应

利用大型活动遮雨棚池栽对夏玉米进行了出苗后的全程水分控制试验研究,探讨了不同生育期夏玉米叶面积、根系活力、叶片膜脂过氧化以及保护酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性对不同水分胁迫的生理反应与适应。结果表明:轻度受旱在大喇叭口至抽雄初期对植株叶面积影响不大,但抽雄后直至灌浆中期,轻度受旱持续时间长了也会对叶面积造成较大的不良影响。而重旱胁迫在各生育时期对叶面积的影响更为不利。干旱胁迫下,夏玉米生育进程中保护酶SOD、POD和CAT活性基本呈现一致下降的态势,膜脂过氧化作用增强,从而引发细胞内膜系统直接受损,可能是干旱逆境下作物主要的生理反应。各生育阶段因受旱时间和强度的不同,三个保护酶活性下降及膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)积累均表现不同,随干旱胁迫的推进,短时期内对某些保护酶有一定的激发效应,即在大喇叭口期SOD和POD的活性有所增加,但此效应维持不长,其后骤降。受旱时间越长,受旱程度越重,则保护酶活性越低,MDA积累越多。根系对土壤干旱胁迫甚为敏感,玉米拔节期根系活力下降就见端倪,随受旱的延长及加剧将更加促使根系老化,根系活力快速衰减。     

不同玉米自交系幼苗对水分胁迫的响应及其耐旱性评价

以9份玉米自交系为试材,采用盆栽试验方法进行苗期的水分胁迫试验,研究土壤水分胁迫对玉米自交系的生长发育及生理特性的影响,并采用多元分析方法对玉米自交系的耐旱性做出了综合评价。结果表明:水分胁迫下,玉米自交系幼苗通过外部形态及内部生理生化变化来响应干旱对其伤害,且耐旱性强的材料变化幅度小于耐旱性差的材料。通过主成分分析将干旱胁迫下玉米幼苗的6个单项指标转化为3个彼此独立的综合指标,并计算得到综合评价D值,比较准确地对玉米自交系材料的耐旱性做出了评价;利用聚类分析将9份玉米自交系材料分为耐旱性不同的四类,即干旱敏感型、弱耐旱材料、中度耐旱材料、高度耐旱材料四类。利用逐步回归的分析方法建立了玉米耐旱性评价回归方程:D=-0.107746+0.35003UWC+1.67684WUE-0.05857REC-0.1699Pro,筛选出适宜干旱胁迫下玉米耐旱性鉴定指标4个,即地下部含水量、水分利用效率、相对电导率、脯氨酸含量。在相同的逆境胁迫下可通过测定其它玉米品种上述4个指标的耐旱系数,利用回归方程进行耐旱性预测;材料8-8-1、KH207 A27-4-2的耐旱性较强,可以在后续试验中进行抗旱育种及栽培研究。