甘肃省中部沿黄灌区连作对马铃薯植株生理生态特性的影响

甘肃省中部沿黄灌区是西北地区乃至全国重要的加工型马铃薯生产基地, 然而突出的连作障碍已经严重影响到当地马铃薯种植业的可持续发展。为此, 本研究于2010年在地处该区的白银市景泰县进行田间试验, 以当地主栽的加工型马铃薯品种"大西洋"为试验材料, 以轮作地块作为对照, 选取相邻的连作1~5 a马铃薯种植地块, 研究连作对马铃薯植株的生物效应, 试图从植株的生理生态特性入手探明马铃薯连作障碍的原因。结果表明, 与轮作地块(即不连作)相比, 连作1 a和2 a马铃薯块茎产量无显著变化, 但自连作3 a开始出现显著下降, 降低44%~56%, 表现出明显的连作障碍, 从产量上看, 两年应是当地马铃薯连作的最佳终止时间。从产量构成分析, 单薯重量下降是导致连作马铃薯产量下降的重要原因。马铃薯植株根、茎、叶和块茎的生物量随着连作年限的延长而下降, 而根冠比相反。植株光合生理受连作影响显著, Pn、Gs和Tr随连作年限的延长显著下降, Ci则表现上升趋势。叶绿体荧光特征则表现为F0随连作年限的延长而逐渐下降, Fv/Fm、ΦPSII和qP逐渐上升。植株叶片SOD、POD和CAT活性表现出随着连作年限延长先上升后下降的特征。与不连作相比, 连作1 a和2 a马铃薯叶片的MDA含量无显著变化, 但连作3~5 a增加4~6倍。随连作年限延长, 植株根系活力、总吸收面积和活跃吸收面积显著下降, 根系形态包括总根长、表面积和根尖数则逐渐增加, 而根直径和根体积无变化。结果表明, 马铃薯连作障碍的产生除了与光合生理有关的一系列生理生化过程和形态学的改变有关外, 还可能与马铃薯植株体内的激素代谢水平有关, 这些因素在整体上导致了马铃薯库源关系的失衡。     

灌溉量对马铃薯生理特性及 块茎产量品质的影响

以 “大西洋”马铃薯品种为试验材料，在甘肃省中部沿黄高扬程灌区的白银市景泰县条山农场马铃薯种植基地设置小区试验，在各发育阶段分别设置5个水分梯度（原灌溉量的50%、75%、100%、125%和150%，其中原灌溉量，即100%灌溉量，为当地常用的、维持试验地25.8%左右土壤含水率的灌溉量），探讨马铃薯各发育阶段灌溉量对其生理特性及块茎产量、品质的影响。结果表明，在马铃薯的各发育阶段，随着灌溉量的增加马铃薯叶片净光合速率 (P_n)和蒸腾速率(T_r)分别先增加到最大值30.19 μmol·m^-2·s^-1、12.50 mmol·m^-2·s^-1，而后减小。当灌溉量为50%和150%时叶片P_n较100%灌溉量分别降低35.06%和19.59%。在不同发育阶段马铃薯叶片的生理活性对灌溉量表现出敏感响应。幼苗期75%灌溉量马铃薯叶片叶绿素含量、P_n和水分利用效率（WUE）分别为0.86 mg·g^-1、21.88 μmol·m^-2·s^-1、2.29 μmol·mmol^-1，较100%灌溉量分别提高了14.15%、0.31%、3.80%，而MDA含量、SOD活性及CAT活性最低，较100%灌溉量分别降低了8.40%、11.69%、8.23%；发棵期100%灌溉量处理下P_n和WUE最高，较50%灌溉量处理分别提高了53.99%、24.85%，此时脯氨酸含量、可溶性糖含量、POD活性最低，分别为89.06 μg·g^-1、143.45 μmol·g^-1、438.14 U·g^-1，同时超氧阴离子产生速率较50%灌溉量也降低了26.07%；结薯期125%灌溉量处理的P_n和WUE最高，较100%灌溉量分别提高了19.16%、6.76%，而SOD、POD活性较100%灌溉量分别降低了0.93%、6.23%；成熟期75%灌溉量马铃薯叶片P_n最高，较其余各灌溉量处理的P_n分别提高了38.64%、13.81%、14.16%、21.27%，而MDA含量、超氧阴离子产生速率分别为21.107 μmol·g^-1、6.07 nmol·min^-1·g^-1，较100%灌溉量分别降低了19.35%、2.26%。同一生育期低灌溉量（50%灌溉量）块茎中淀粉含量较低。在幼苗期75%灌溉量处理使得块茎的可溶性蛋白含量较100%灌溉量处理提高6.20%。发棵期100%灌溉量块茎中淀粉含量达到最高（15.14%），而结薯期125%灌溉量处理的块茎可溶性蛋白含量处于最高水平，较100%灌溉量下提高4.61%。成熟期75%灌溉量块茎淀粉含量处于最高水平，较100%灌溉量提高12.77%。结合块茎的总鲜重、商品薯率、淀粉含量、维生素C含量、可溶性蛋白含量、还原糖含量等指标，可知在幼苗期、发棵期、结薯期、成熟期灌溉量分别为原灌溉量的75%、100%、125%、75%时马铃薯块茎品质最优而且产量最高，分别为654.30、650.60、773.00、703.53 g·株^-1。     

甘肃省大丽花病毒病病原鉴定及病生理研究

经对受病毒感染的甘肃省临洮县大丽花进行间接ELISA和鉴别寄主测定,结果表明黄瓜花叶病毒(CMV)是其病原之一。田间调查表明大丽花病毒病在甘肃临洮县发生普遍,发病率达36%;其主要症状有花叶、卷叶花叶、蕨叶和矮缩。不同大丽花品种之间病毒病发病率有一定的差异,在调查的8个品种中‘鹦嘴红’发病率最低,只有7.43%,而‘洮阳荷花’发病率最高,达到42.47%。大丽花感染病毒后叶绿素(a+b)比正常的下降了23.61%;在叶片组织病变观察中,发现叶片感染病毒后叶绿体内的淀粉颗粒含量增多且肿大,油粒增多,几乎占满整个叶绿体结构。     

酸黄瓜对南方根结线虫抗性的光合响应

 【目的】酸黄瓜对南方根结线虫具有高度抗性,明确其抗性的光合响应特性,为进一步抗性基因的分离及功能鉴定提供理论依据。【方法】采用温室盆栽苗期人工接种技术,研究线虫侵染对抗、感黄瓜叶片光合作用、叶绿素荧光参数及相关生理指标的影响。【结果】线虫侵染使抗病材料酸黄瓜叶绿素（Chl）含量降低幅度显著小于感病材料北京截头,酸黄瓜Chl随氮素含量降低较北京截头平缓;抗、感材料净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）下降,酸黄瓜胞间CO2浓度（Ci）下降,而北京截头Ci上升,酸黄瓜Gs对叶片相对含水量（RWC）持续下降的反应较北京截头敏感;实际光化学效率（ΦPSⅡ）、光化学猝灭系数（qP）降低幅度酸黄瓜小于北京截头,非光化学猝灭系数（qN）升高幅度酸黄瓜显著高于北京截头;酸黄瓜Pn/Ci初始斜率变化不大,而北京截头Pn/Ci急剧降低。【结论】酸黄瓜叶绿素含量下降较小,从而保持了较高的净光合速率,使线虫侵染对酸黄瓜植株生长造成的影响不大。     

北方寒旱区白菜型冬油菜抗寒性与抗旱性评价及其关系

【目的】研究冬油菜的抗寒性和抗旱性,探讨抗寒与抗旱之间的关系,为中国北方白菜型冬油菜的改良及抗寒性和抗旱性的综合评价提供可借鉴的方法和理论依据。【方法】分别通过自然降温处理（15℃--5℃）和人工控制水分的方法（干旱胁迫4、7和10 d）分别对6份不同抗寒等级冬油菜摸拟低温和干旱胁迫,分析其形态、生理生化和生长指标的变化,采用隶属函数法、相关性分析法、聚类分析法、主成分分析法对不同品种的抗寒性和抗旱性进行综合评价。【结果】6份冬油菜品种越冬率相差很大（20.1%-94.7%）。抗寒性强的品种植物学形态特征表现为幼苗匍匐贴地生长、生长点洼陷低于地表、叶色深绿色、真叶刺毛多。且低温胁迫之后抗寒生理生化指标变化明显,相对电导率和MDA（丙二醛）含量增加,且抗寒性强的品种增加幅度小;SOD、POD、CAT酶活性升高,可溶性蛋白、可溶性糖、游离脯氨酸等调节性物质含量明显增加,且抗寒性强的品种变化明显,差异显著。随着干旱胁迫时间延长,膜结构首先遭到破坏,相对电导率和MDA含量升高,细胞失水,叶片相对含水量、束缚水/自由水、叶绿素含量降低（光合作用降低）,幼苗苗长、叶片和根鲜干重降低,直到幼苗萎蔫,且抗旱性强的品种变化幅度小,同时抗旱性强的品种叶片保水能力强、土壤耗水少、萎蔫系数小。通过主成分分析,6份冬油菜的抗寒性强弱依次为陇油7号＞陇油6号＞陇油9号＞延油2号＞天油2号＞Vision,而抗旱性强弱依次为陇油6号＞陇油7号＞陇油9号＞延油2号＞Vision＞天油2号。【结论】中国北方寒旱区低温、干旱并存,不同冬油菜品种间抗寒性和抗旱性差异较大,由于产生了交叉适应性,在抵御低温冻害的同时提高了对干旱胁迫的适应性,因此,白菜型冬油菜抗寒性强的品种一般抗旱性也比较强。     

白菜型冬油菜RuBisCo蛋白亚基基因rbcL和rbcS的克隆及其在干旱胁迫下的表达

应用双向电泳结合液相色谱-质谱联用(LC-MS)分析, 筛选得到干旱胁迫下白菜型冬油菜与光合作用相关差异蛋白质RuBisCo小亚基。根据已发表白菜型油菜(Brassica rapa) RuBisCo亚基rbcL和rbcS保守序列设计引物, 采用RT-PCR扩增陇油7号的cDNA, 获得rbcL和rbcS基因开放阅读框, 长度分别为1095 bp和549 bp, 编码364和181个氨基酸的蛋白质。生物信息学分析结果显示, rbcL与大白菜(Brassica rapa subsp. chinensis)的蛋白质同源性达到99%以上, 其保守序列属于RuBisCo Large超家族, 该蛋白质理论相对分子量及等电点分别为40.29 kDa和6.70, 不稳定指数(instability index, II>40为不稳定蛋白质)为41.67, 属于不稳定蛋白; 脂融指数(aliphatic index)为83.63, 平均亲水性值(grand average of hydropathicity)为-0.232, 属于亲水性蛋白质; 二级结构包括38.74% α-螺旋(alpha helix)、10.99%延伸链(extended strand)及50.27%自由卷曲(random coil); 三级结构具有5个不同的活性口袋。rbcS与甘蓝(Brassica oleracea)蛋白质同源性达到99%, 其保守序列具有rbcS超家族和RuBisCo Small Like超家族, 理论相对分子量为20.32 kDa, 理论等电点为8.23, 不稳定指数为33.66, 属于稳定蛋白质; 脂融指数为74.86, 平均亲水性值为-0.142, 属于亲水性蛋白质; 二级结构包括16.02% α-螺旋、28.73%的延伸链及55.25%自由卷曲; 三级结构具有4个不同的活性口袋。实时荧光定量和半定量分析显示, 干旱胁迫下, 白菜型冬油菜叶片rbcL和rbcS基因表达量下调是光合作用下降的原因。并且, 冬油菜叶片P_n下降与RuBPCase表达抑制和活性降低有关, 非气孔限制是P_n下降的主要因素。     

干旱胁迫和磷肥用量对马铃薯根系形态及生理特征的影响

以马铃薯品种大西洋为材料,探究干旱胁迫条件下马铃薯根系生理及根系形态对磷肥不同增施量的响应,旨在确定干旱胁迫下提高马铃薯产量及抗旱性的最佳磷肥施用量。试验设2个干旱胁迫处理、1个充分灌溉处理,土壤含水量分别保持在9.5%、14.0%、32.0%左右;以及5个磷肥用量(以P_2O_5计),分别为:T1(27.3 kg·hm~(-2))、T2(54.5 kg·hm~(-2))、T3(81.8 kg·hm~(-2))、T4(109.1 kg·hm~(-2))、T5(136.3 kg·hm~(-2)),另设不施肥处理为对照(T0)。结果显示:与充分灌溉相比干旱对马铃薯造成了一系列不利影响,以轻度干旱为例,轻度干旱导致马铃薯根系含水量较充分灌溉处理组降低了5.54%,超氧阴离子■产生速率、丙二醛(MDA)含量分别升高了63.33%和180.47%,株高和匍匐茎数分别降低了11.74%、7.66%,马铃薯根重和块茎产量分别下降了9.85%和6.75%;比较5种磷肥增施量,以每公顷增施54.5 kg磷肥对马铃薯抗旱性及生长发育的促进效果最佳,其中,在轻旱条件下,马铃薯根系活力提高了36.28%,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性分别提高了29.31%、46.27%和114.53%,马铃薯块茎产量提高了39.75%,马铃薯总根长、根表面积、根体积分别增加了104.20%、31.65%和21.06%。综上所述,干旱胁迫显著抑制了马铃薯根系生长发育,而增施适量磷肥可通过提高抗氧化酶活性,增强根系活力及优化根系形态来缓解干旱胁迫下马铃薯根系脂质过氧化程度,减轻干旱对生长发育的抑制,增强植株整体抗旱性。     

Grain yield and water use in a long-term fertilization trial in Northwest China

The wheat- (Triticum aestivum L.) and corn- (Zea mays L.) rotation system is important for food security in Northwest China. Grain yield and water-use efficiency [WUE: grain yield/estimated evapotranspiration (ET)] were recorded during a 24-year fertilization trial in Pingliang (Gansu, China). Mean yields of wheat for the 16 years, starting in 1981, ranged from 1.29 Mg ha⁻¹ for unfertilized plots (CK) to 4.71 Mg ha⁻¹ for plots that received manure (M) annually with nitrogen (N) and phosphorus (P) fertilizers (MNP). Corn yields for the 6 years, starting in 1979, averaged 2.29 and 5.61 Mg ha⁻¹ for the same respective treatments. Whether the years were dry, normal or wet, average grain yields and WUEs for both crops were consistently highest in the MNP and lowest in the CK treatment, and were always lower in the N than in the M treatment and in all others treatments that received N along with P fertilizers. More importantly, WUEs for MNP and for straw along with N annually and P every second year (SNP) were always higher than the other fertilized treatments in dry years. Compared to yield data, coefficients of variance (CV) for WUEs were consistently low for all treatments, suggesting that WUEs were relatively stable from year to year. Yields and WUEs declined over time, except in the CK and MNP treatments for wheat. Declined yields of wheat for the N and M treatments were comparable, and the decline for the NP treatment was similar to that for the SNP treatment. Likewise, corn yields and WUEs declined for all treatments. Grain yields were significantly correlated with ET, with slopes ranging from 0.5 to 1.27 kg m⁻³ for wheat and from 1.15 to 2.03 kg m⁻³ for corn. Balanced fertilization and long-term addition of organic material to soil should be encouraged in this region to maximize the use of stored soil water, arrest grain yields decline, and ensure sustainable productivity using this intensive cereal cropping system.