干旱胁迫下五种荒漠灌木苗期的生理响应和抗旱评价

采用盆栽断水法模拟土壤干旱胁迫,研究了五种典型荒漠灌木-小叶锦鸡儿、荒漠锦鸡儿、沙冬青、花棒和霸王的生理适应特性.结果表明:干旱胁迫下,五种灌木苗期叶片保水能力和叶绿素a/b降低,可溶性糖、脯氨酸和MDA含量增加.各灌木SOD、POD和CAT活性变化不尽相同,但都相互协调作用维持在一个平衡态进行,且与MDA含量成正相关...     

高寒沙地不同林龄中间锦鸡儿的水分利用策略

中间锦鸡儿是青海共和盆地高寒沙地的主要造林灌木树种之一。文中利用稳定同位素技术,测定共和盆地不同林龄(5a,9a,25a)中间锦鸡儿枝条木质部和土壤各层(10,20,30,50,100,150,200cm)水分的δD值、δ18O值,分析它们是否随林龄变化而选择性地利用不同深度的土壤水分;并通过测定不同林龄中间锦鸡儿叶片的δ13C值,分析比较它们的长期水分利用效率。结果表明:5a,9a和25a中间锦鸡儿均主要利用源自降雨的土壤浅层10-50cm的水分。3个林龄中间锦鸡儿的水分利用效率差异显著(P<0.05),5a中间锦鸡儿明显高于9a和25a中间锦鸡儿,9a和25a中间锦鸡儿水分利用效率类似。水分利用策略的分析结果表明,中间锦鸡儿在发育低龄期,采取提高水分利用效率的方法来应对干旱胁迫。25a中间锦鸡儿未发生明显退化。     

四种灌木幼苗对水分胁迫的生长响应

柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、白皮锦鸡儿(C.leucophloea)、刺叶锦鸡儿(C.acanthophylla)和长枝木蓼(Atraphaxis virgata)在植被恢复中具有潜在价值,可作为荒山绿化的先锋植物种。通过人工控制水分,比较4种灌木幼苗对干旱胁迫的生长响应。结果表明:幼苗的株高、基径、生长率和生物量均随着水分胁迫的加剧而降低,柠条锦鸡儿和长枝木蓼在水分胁迫下各指标的减少量较白皮锦鸡儿和刺叶锦鸡儿明显。幼苗在干旱胁迫下将生物量更多的分配给根系,幼苗的根冠比增加,光合生物量比基本维持恒定,长枝木蓼的根冠比基本不变。4种灌木对干旱均有一定的耐受能力,其排序为:白皮锦鸡儿>刺叶锦鸡儿>柠条锦鸡儿>长枝木蓼。     

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。     

持续干旱对侧柏和祁连圆柏叶片水分状况及光合作用的影响

以侧柏(Platycladus orientalis)和祁连圆柏(Juniperus przewalskii)2年生幼苗为材料,用盆栽实验比较持续干旱对两者叶片水分及光合生理特性的影响。研究发现:侧柏水势(ψ)、叶片相对含水量(RWC)、净光合速率(Pn)、最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(Φ_(PSII))、电子传递速率(ETR)和叶绿素含量(Chl a,Chl b,Chl a+b)的下降幅度均大于祁连圆柏,且游离脯氨酸含量(Pro)和叶绿素原初荧光值(Fo)上升幅度大于后者,但两者胞间CO_2浓度(Ci)和气孔限制值(Is)变化相反。这些结果表明,侧柏对干旱胁迫敏感度明显高于祁连圆柏,祁连圆柏对干旱胁迫的抵抗力更高;侧柏净光合速率的下降主要是叶绿素组分和光合器官功能的破坏等非气孔因素引起的,而祁连圆柏净光合速率的下降主要是气孔因素引起的。另外,持续干旱处理后祁连圆柏仍保持较高的瞬时水分利用效率(WUEi)和电子传递速率(ETR),表明它能够通过提高水分利用效率和光呼吸速率来减小干旱胁迫产生的伤害。这将为黄土高原区生态恢复中造林绿化树种的选择提供理论依据和实践指导。     

磷营养和土壤含水量对大豆光合特性的交互影响

采用盆栽砂培,对不同磷(0.05、0.5、1.02、.0 mmol/L KH2PO4)、水(田间持水量的20%、40%、60%和80%)条件下大豆的光合特性进行了研究。结果表明:(1)低磷和干旱胁迫导致大豆叶片含水量和地上部分生物量显著降低,水分饱和亏缺和根冠比增大。磷营养和土壤含水量对叶片水分饱和亏缺、根冠比、叶片含水量、比叶面积、地上部分生物量具有显著的交互效应。(2)低磷和干旱胁迫显著降低了大豆的叶绿素含量(Chl a、Chl b和Chl a+b),缺磷导致叶绿素a/b比值显著升高,且具有显著的磷×水交互效应。(3)缺磷和干旱胁迫显著降低了Fv/Fm和ΦPSII,并对Fv/Fm具有显著的交互效应。(4)低磷和干旱胁迫下,大豆叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(E)显著减小,气孔限制值(Ls)增大,磷营养和土壤含水量对水分利用效率(WUE)和Ls的交互效应显著。     

干旱胁迫下沙芥幼苗叶片光合特性和叶绿素荧光参数的变化

以一年生沙芥幼苗的叶片为实验材料,采用盆栽实验的方法,将土壤含水量设置为正常浇水为对照(70%~75%WHC,CK),轻度干旱胁迫(55%~60%WHC,LD),中度(40%~45%WHC,MD),重度(25%~30%WHC,VD)四个处理,用Li-6400光合仪和叶绿素荧光仪FMS2(Hansatech,UK),研究干旱胁迫下沙芥光合参数、荧光参数的变化规律,探讨干旱胁迫对沙芥叶片光合生理指标的影响,旨在揭示沙芥对干旱胁迫的响应机制,为阐明沙芥的耐旱性提供理论依据。结果表明:(1)随着干旱胁迫程度的加剧,沙芥叶片叶绿素a,b含量在各干旱胁迫处理下,比对照下降了1.30%~7.04%和19.47%~42.37%,类胡萝卜素含量下降了2.06%~9.88%。叶绿素a/b上升了33.49%~74.27%,Car/Chl上升了1.33%~15.73%。(2)随着干旱胁迫的加剧,沙芥叶片的净光合速率、蒸腾速率、水分利用率呈现下降的趋势,胞间CO2浓度先下降后上升,气孔限制值不断下降。这表明轻度干旱胁迫下气孔限制是影响沙芥幼苗叶片Pn下降的主要因素;中度和重度干旱胁迫下,非气孔限制是沙芥幼苗叶片Pn下降的主要因素。(3)干旱胁迫下,沙芥叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ,q P和ETR均呈下降趋势,q N在干旱胁迫下不断上升。     

干旱胁迫对赤霞珠葡萄叶片水分及叶绿素荧光参数的影响

试验以3a生赤霞珠为材料,根据黎明前叶片的基础水势(Ψb),设置轻度干旱胁迫(T3)、中度干旱胁迫(T2)和重度干旱胁迫(T1)三个处理,以无胁迫为CK。研究了赤霞珠葡萄叶片水分及叶绿素荧光参数的变化规律。结果表明:干旱胁迫能导致赤霞珠葡萄叶片水分饱和亏缺、束缚水呈现依次上升趋势,而叶片相对含水量、总含水量、自由水及自由水/束缚水呈现不同程度下降趋势,且随胁迫程度的增大而显著增加。随着胁迫的进行,赤霞珠葡萄基础荧光(F_0)呈现先上升后下降趋势,最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、原初光化学效率(Fv/Fm)、潜在活性(Fv/F_0)、最大量子产额(Yield)、电子传递速率(ETR)及光化学淬灭系数(qP)显著降低,而非光化学淬灭系数(qN)显著增加。表明干旱胁迫能引起赤霞珠葡萄叶片水分降低,光合电子传递链受阻,PSII反应中心耗散过剩光能的能力增强,吸收的光能更多地用于保护性的热耗散途径,导致光化学量子产额下降,光合效率下降。     

水分胁迫对葡萄光合特性的影响

以2年生盆栽葡萄品种品丽珠为试材,分别在50%、40%和30%的土壤最大田间持水量下进行水分胁迫后,测定其光合指标和光合色素含量的变化。研究表明,随胁迫时间的延长,净光合速率(P n)、蒸腾速率(T r)、气孔导度(G s)、胞间CO2浓度(C i)均呈下降趋势;葡萄光合能力随胁迫程度的加重而下降。叶绿素含量随胁迫时间延长和程度加深而降低,叶绿素a/b的值较稳定,类胡萝卜素的变化幅度相对较小。     

干旱胁迫及复水条件下刺槐(Robinia pseudoacacia L)苗木水分运输过程中的补偿现象

以盆栽两年生剌槐苗木为材料,测定了干旱及复水处理条件下剌槐苗木水分运输过程参数.结果表明:1)干旱胁迫对刺槐苗木体内水分运输过程影响显著;2)复水24h后,刺槐苗木体内水分运输过程参数有不同程度恢复.恢复度与苗木生理活性水平和干旱胁迫程度直接相关;3)复水24h后,刺槐苗木水分运输过程存在明显补偿现象.故应加强在干旱胁迫条件下林木的补偿效应研究,这对于节水林业和生态环境的保护都具有重要意义.     

白茎盐生草幼苗对干旱胁迫的响应研究

采用盆栽试验对白茎盐生草幼苗进行为期0d、5d、10d、15d、20d、25d的自然失水胁迫,通过生理生长指标和叶片微观结构研究白茎盐生草幼苗对干旱胁迫的响应,为干旱半干旱区水土保持和生态恢复提供理论基础。研究表明:随干旱程度的加深,土壤含水率、白茎盐生草叶片肉质化程度、叶片相对含水量明显下降,而根冠比、质膜相对透性、株高、冠幅呈现不同程度的上升趋势。对白茎盐生草叶片进行扫描电镜观察发现:随着干旱天数的增加,气孔长度、气孔宽度、气孔开度减小、保卫细胞增厚、而气孔密度变化不明显。结论:白茎盐生草幼苗通过增大根冠比和质膜相对透性,减小叶片肉质化程度、叶片相对含水量,株高和冠幅的增长量也减小,减小气孔长度、气孔宽度、气孔开度来适应干旱胁迫。     

基于土壤相对凋萎湿度构建的干旱监测指标在云南的应用分析

在分析云南土壤水文参数的基础上,构建基于土壤相对凋萎湿度的干旱监测指标I_RWM,并分析其在云南地区的适用性。结果表明：云南0~20 cm土层土壤水文参数空间分布较为一致,土壤水分利用率总体呈现东高西低,南高北低的特点;从I_RWM指标来看,云南轻旱、中旱、重旱和特旱上限对应的土壤相对湿度分别为45.6%、36.5%、27.5%和18.4%;当大部地区土壤相对湿度低于60%时,云南发生中等干旱灾害的可能极大;云南的西部边缘地区对土壤水分更为敏感,有旱情发展波动大的特点;在干旱监测中,I_RWM指标能够降低极端降水对旱情监测的干扰,且对干旱灾害的描述与实际更接近。综合来看,I_RWM指标在云南的适用性优于MCI指数。     

Responses of leaf water potential and gas exchange to the precipitation manipulation in two shrubs on the Chinese Loess Plateau

Regulation of leaf gas exchange plays an important role in the survival of trees and shrubs under future climate change. However, the responses of leaf water potential and gas exchange of shrubs in semi-arid areas to the precipitation alteration are not clear. Here, we conducted a manipulated experiment with three levels of precipitation, i.e., a control with ambient precipitation, 50% above ambient precipitation(irrigation treatment), and 50% below ambient precipitation(drought treatment), with two common shrubs, Salix psammophila C. Wang & C. Y. Yang(isohydric plant, maintaining a constant leaf water potential by stomatal regulation) and Caragana korshinskii Kom.(anisohydric plant, having more variable leaf water potential), on the Chinese Loess Plateau in 2014 and 2015. We measured the seasonal variations of predawn and midday leaf water potential(Ψpd and Ψmd), two parameters of gas exchange, i.e., light-saturated assimilation(An) and stomatal conductance(gs), and other foliar and canopy traits. The isohydric S. psammophila had a similar An and a higher gs than the anisohydric C. korshinskii under drought treatment in 2015, inconsistent with the view that photosynthetic capacity of anisohydric plants is higher than isohydric plants under severe drought. The two shrubs differently responded to precipitation manipulation. Ψpd, An and gs were higher under irrigation treatment than control for S. psammophila, and these three variables and Ψmd were significantly higher under irrigation treatment and lower under drought treatment than control for C. korshinskii. Leaf water potential and gas exchange responded to manipulated precipitation more strongly for C. korshinskii than for S. psammophila. However, precipitation manipulation did not alter the sensitivity of leaf gas exchange to vapor-pressure deficit and soil moisture in these two shrubs. Acclimation to long-term changes in soil moisture in these two shrubs was primarily attributed to the changes in leaf or canopy structure rather than leaf gas exchange. These findings will be useful for modeling canopy water-carbon exchange and elucidating the adaptive strategies of these two shrubs to future changes in precipitation.     

土壤干旱对小麦叶片光合和氮素水平及其转运效率的影响

研究了两个冬小麦品种(济南17和鲁麦21)的叶片氮素含量动态变化及其转运效率对4个土壤水分水平分别占土壤最大持水量的75%～80%、55%～60%、40%～45%及30%～35%)的响应。结果表明:中度和严重土壤干旱显著降低了叶片相对含水量、叶绿素含量、光合速率、气孔导度、氮素含量和生物产量,但中度干旱提高了叶片氮素转运效率和籽粒蛋白质含量。尽管高蛋白小麦品种济南17叶片的氮素含量较低,但氮素转运效率较高,适度土壤干旱对其籽粒蛋白质的激发作用亦较强。表明适度土壤水分亏缺可促进叶片氮素向籽粒运转,有利于改善小麦品质。     

黄土高原西部人工灌木林土壤水分分布规律

利用便携式中子水分测定仪,对黄土高原西部丘陵区不同立地条件、不同灌木类型覆盖下土壤水分含量进行观测研究,同时对人工灌木林土壤水分分布规律进行了初步的探讨。结果表明：阴坡土壤水分储量最高,其次为半阴坡和半阳坡,阳坡最低,坡向因子与土壤水分储量呈显著正相关,坡位因子与土壤水分储量相关性不显著。柠条(Caragana korshinskii)、半日花(Helianthemum songaricum)耗水量较大,沙木蓼(Atraphaxis bracteata）、梭梭(Haloxylon ammodendron)等耗水量居中,荒漠锦鸡儿(Caragana roborovskyi)、甘蒙锦鸡儿(Caragana opulens)、枸杞(Lycium chinense)耗水量较低,在植被恢复过程中,应根据物种抗旱性的不同在不同坡向进行合理的配置。从单株植物对土壤水分水平分布的影响看,随着离树干距离的加大,土壤水分含量越高,但在不同的土层深度土壤水分水平分布特征有差异。     

基于GGE双标图法的西瓜抗旱性鉴定评价方法

以7个已知抗旱性的西瓜品种为试材,大田条件下测定其在正常供水、轻度和中度水分胁迫下的经济产量及产量构成性状。选用7种评价方法对试材的经济产量进行评价比较,利用GGE-bioplot双标图分析系统,筛选西瓜抗旱性评价的适宜方法。结果表明:随水分胁迫加剧,供试西瓜材料的产量逐渐降低,降幅具有明显的品种间差异;抗旱品种为了实现最大可能性的产量产出,单果重与单株坐果数间存在权衡效应,而干旱敏感性品种的单果重与单株坐果数间并无权衡关系,果型大小比较不稳定,且单株坐果数变幅较大,不能够保障产量丰收;在GGE-bioplot分析系统中利用折合公顷产量分析试材间抗旱性的相似性,所得结果与已知品种抗旱性强弱规律一致;以折合公顷产量为基准,试材和评价方法位于GGE-bioplot双标图不同的扇区内,与已知抗旱性强的试材位于同一扇区的评价方法即为筛选出适宜的评价方法;在轻度和中度水分胁迫下,筛选出YSI(抗旱系数)、DRI(抗旱指数)、MP(平均产量)、STI(耐旱指数)与GMP(几何平均产量)为西瓜抗旱性评价的适宜方法,其中MP、STI与GMP属同一类评价方法,YSI与DRI属同一类。本研究结果对西瓜抗旱资源筛选和新品种抗旱性鉴定具有理论指导意义。     

A drought resistance index to select drought resistant plant species based on leaf water potential measurements

The water deficit in arid and semi-arid regions is the primary limiting factor for the development of urban greenery and forestation. In addition, planting the species that consume low levels of water is useful in arid and semi-arid regions that have poor water management measures. Leaf water potential (Ψ) is a physiological parameter that can be used to identify drought resistance in various species. Indeed, Ψ is one of the most important properties of a plant that can be measured using a pressure chamber. Drought avoiding or drought resistant species have a lower Ψ than plants that use normal or high levels of water. To determine drought resistance of species that are suitable for afforestation in arid urban regions, we evaluated twenty woody species in the Isfahan City, central Iran. The experimental design was random split-split plots with five replications. The species were planted outdoor in plastic pots and then subjected to treatments that consisted of two soil types and five drip irrigation regimes. To evaluate the resistance of each species to drought, we used the Ψ and the number of survived plants to obtain the drought resistance index (DRI). Then, cluster analysis, dendrogram, and similarity index were used to group the species using DRI. Result indicates that the evaluated species were classified into five groups: (1) high water consuming species (DRI>-60 MPa); (2) above normal water consuming species (-60 MPa≥DRI>-90 MPa); (3) normal water consuming species (-90 MPa≥DRI>-120 MPa); (4) semi-drought resistant species (-120 MPa≥DRI>-150 MPa); and (5) drought resistant species (DRI≤-150 MPa). According to the DRI, Salix babylonica L., Populus alba L., and P. nigra L. are high water consuming species, Platanus orientalis L. and Albizia julibrissin Benth are normal water consuming species, and Quercus infectoria Oliv. and Olea europaea L. can be considered as drought resistant species.     

甘肃黄土高原土壤水分预测及旱情预警模型研究

2006年天水农业气象试验站在自然状态下进行了土壤水分的消退试验,根据试验数据,揭示了土壤水分的消退规律.结果表明,从最适宜土壤湿度的上限开始,土壤含水量随时间的消退为对数曲线.从最适土壤水分含量的上限到下限需5 d时间,土壤失水速度为13.4 mm/d;从轻旱上限消退至严重干旱需20 d时间,土壤水分散失速度为3.9 mm/d.在此基础上建立了100 cm土层土壤含水量的预测模型及土壤干旱预警模型,经不同降水年型土壤水分实测值的检验表明,土壤含水量预测模型准确率较高,土壤干旱预警模型在预测不同程度的土壤干旱时准确率比较高,有一定实用性.     

干旱胁迫对两种罗布麻渗透调节物质积累和保护酶活性的影响

作为重要的生态经济型植物,罗布麻在用于生态建设的同时,也能够取得一定的经济效益。开展干旱胁迫下红麻(Apocynum venetum L.)和大麻状罗布麻(A.cannabinum L.)渗透调节物质及保护酶活性的研究,旨在比较二者的抗旱能力。以红麻和大麻状罗布麻2年生盆栽苗为材料,采用盆栽控水法,研究了4种土壤水分条件下两种罗布麻叶片的渗透调节物质及酶活性的变化情况。结果表明:(1)随着干旱胁迫的加重,两种罗布麻均能够通过提高自身的可溶性糖、可溶性蛋白质、SOD及POD的含量来抵御一定的干旱胁迫。(2)在重度胁迫(T3)条件下,大麻状罗布麻叶片中积累的可溶性糖、可溶性蛋白质、SOD及POD含量均高于红麻的,其中可溶性蛋白质的含量比红麻的高32.3%,SOD的含量是红麻的2倍,且其差异均达到了极显著(P<0.01),这表明大麻状罗布麻较红麻具有较强的抵御干旱胁迫的能力,在宁夏地区栽培具有可行性。     

不同程度干旱胁迫及复水对春玉米(丹玉39)茎流动态的影响

利用大型移动防雨棚开展了玉米干旱胁迫及复水试验,通过分析玉米植株茎流速率变化规律,揭示了不同程度干旱胁迫及复水对玉米植株茎流速率的影响及其对环境因子的响应规律。结果表明:1不同发育期干旱胁迫及对照试验的玉米植株茎流速率在晴天均呈单峰曲线,在阴天或多云天呈现不规则的上下波动状态;干旱胁迫导致玉米茎流速率显著下降并且峰值提前;复水后的茎流速率与对照间的差异缩小,但仍低于对照且峰值提前;2比较拔节—吐丝期茎流速率平均值为:对照重度干旱胁迫中度干旱胁迫,吐丝—乳熟期和乳熟—成熟期均为:对照中度干旱胁迫重度干旱胁迫。3茎流速率与净辐射、气温呈现显著正相关,与相对湿度呈现显著负相关;重度干旱胁迫后,土壤水分的亏缺影响了玉米植株茎流速率,减弱了相对湿度对其茎流速率的影响。