渗透胁迫对玉米幼苗根系活力和K+吸收动力学特征的影响

本试验以三个抗旱性不同的玉米品种作为试验材料,以26％聚乙二醇Polyethylene.glycol(PEG)(分子量4000)溶液对幼苗进行模拟渗透胁迫,研究了渗透胁迫对3个抗旱性不同的玉米品种幼苗根系活力及对K+吸收的动力学的影响。结果表明,玉米幼苗根系对K+的吸收速度符合Michaelis-Menten动力学方程;短期(24h内)的渗透胁迫可在一定程度上促进根系的生长,根系活力增强,NR活力升高,根系与离子的亲和力增加(Km下降),抗旱性强的品种促进程度大于抗旱性弱的品种;较长时间(超过48h)的渗透胁迫则抑制根系的生长,根系活力、NR活性等降低,根系与离子的亲和力下降(Km升高)。抗旱性强的品种受抑程度轻,Km值的升幅小,而抗旱性弱的品种受抑程度重,Km值的升幅大。玉米幼苗根系吸收K+的Km与根数、根重、根系活力、吸收面积、NR活力等极显著相关,可作为玉米抗旱性强弱的指标。     

基于超弱光子辐射评价玉米萌发期耐盐性的方法

为了探索作物萌发期耐盐性评价的无损检测方法,采用100 mmol/L的NaCl溶液形成盐胁迫,研究了NaCl胁迫下2个玉米品种万瑞168号和郑单958号种子萌发过程中超弱光子辐射的变化规律。结果发现,在正常萌发过程中,2个玉米品种的种子自发光子辐射强度与鲜质量都呈现逐渐增长的趋势,相关系数r分别为0.962 51和0.982 27;在NaCl胁迫下,2个玉米品种的自发光子辐射强度与种子鲜质量的变化也呈现正相关,相关系数r分别为0.983 57和0.991 06,NaCl胁迫对萌发过程中2个玉米品种自发光子辐射和种子鲜质量的升高都有抑制作用。研究还发现,2个玉米品种在LED诱导下的延迟光子辐射也随着萌发进程逐渐增长,NaCl胁迫对2个玉米品种LED诱导下的延迟光子辐射的增长有不同的抑制作用。采用NaCl胁迫下萌发种子自发光子辐射的相对抑制率和延迟光子辐射的相对抑制率评价2个玉米品种萌发期耐盐性的强弱,评价结果与采用NaCl胁迫下种子萌发耐盐指数和储藏物质转运率的评价结果是相同的,表明根据NaCl胁迫下萌发种子自发光子辐射或者延迟光子辐射相对抑制率的大小可以无损伤的诊断与评价玉米萌发期耐盐性的强弱。     

NaCl胁迫下玉米种子萌发过程中超弱光子辐射的变化

为了揭示盐胁迫下萌发种子超弱光子辐射的生物学意义,研究了NaCl胁迫下萌发玉米种子超弱光子辐射的变化规律。结果表明,在对照组的玉米种子萌发过程中,种子鲜质量和自发光子辐射逐渐增长,种子鲜质量和自发光子辐射的变化呈现正相关(相关系数r为0.9614);在50、100和150mmol/L的NaCl胁迫下萌发的玉米种子鲜质量与自发光子辐射也呈现正相关(相关系数r分别为0.9582、0.9406和0.9389),NaCl胁迫对萌发过程中种子鲜质量和自发光子辐射的增长都有抑制作用,NaCl浓度越大,抑制作用越强。研究还发现,NaCl胁迫会导致萌发过程中玉米种子延迟光子辐射中的初始光子数、相干时间和积分强度变小,并且呈现出强度效应。研究结果为揭示盐胁迫下萌发种子超弱光子辐射的生物学意义,开发基于作物耐盐性评价和种质资源鉴定等方面的活体无损检测新技术提供参考。     

渗透胁迫下玉米叶片电位波动边际谱的变化与意义

植物叶片电位波动是来自于活细胞的生命信息。为了解读植物叶片电位波动的频谱特征及其意义,该文采用HHT(Hilbert-Huang transform)方法研究了渗透势为?0.1 MPa的渗透胁迫下玉米幼苗叶片电位波动边际谱的变化规律及其意义,计算了边际谱特征参数边缘频率SEF(spectral edge frequency)、重心频率SCF(spectral center frequency)、边际谱熵MSE(marginal spectrum entropy)和动作电位灵敏指数Q。结果表明,玉米幼苗叶片电位波动的边际谱是分布在0.5 Hz以内的连续谱,在渗透胁迫下,SEF和SCF呈现出先减小后增加再减小的变化趋势,动作电位灵敏指数Q的变化与之相反,MSE表现出先增加再下降的变化趋势。通过与叶片生理指标MDA(malondialdehyde)和叶绿素含量变化的对比研究,发现MSE的峰值时间可以作为叶片细胞对渗透胁迫自我调节和适应性反应限度的标志,Q值的大小可以作为玉米叶片细胞对渗透胁迫反应灵敏度的标志,依据渗透胁迫下玉米幼苗叶片电位波动边际谱特征参数的变化,有可能对玉米叶片细胞的功能状态进行实时、在位和无损伤检测。     

渗透胁迫下小麦幼苗CaM含量变化及其与含水量的关系研究

试验研究结果表明,PEG-6000(-0.73MPa)渗透胁迫下小麦幼苗含水量降低,胁迫12h时叶片钙调素(CaM)迅速增加,之后低于对照,而根系在胁迫12h时钙调素含量降低,胁迫48h时达到高峰后迅速下降。渗透胁迫下氯丙嗪(100μmol/L)降低叶片相对含水量及干物质量,增大根系质膜透性,抑制根系和叶片的伸长。     

蛋白质合成抑制剂对萌发玉米超弱光子辐射的影响

为了揭示种子萌发过程中超弱光子辐射机理,分别采用蛋白质合成的转录抑制剂放线菌素D(actinomyin D,AMD)和翻译抑制剂环己亚胺酮(cycloheximide,CHM)处理萌发玉米种子,研究了玉米萌发过程中鲜质量的变化以及自发光子辐射和外界光诱导的延迟光子辐射的变化。结果表明,50μg/m L的AMD部分抑制了萌发玉米鲜质量的增长,100μg/m L的CHM完全抑制了萌发玉米鲜质量的增长,萌发玉米自发光子辐射强度的增长与种子鲜质量的增长呈现正相关(相关系数r分别为0.95492、0.93218和0.96235)。研究还发现,在玉米萌发过程中,AMD和CHM对延迟光子辐射的增长有不同的抑制作用,CHM部分抑制了延迟光子辐射的初始光子数、相干时间和积分强度的增大,AMD则使初始光子数、相干时间和积分强度不再增加。研究结果为揭示种子萌发过程中超弱光子辐射的机理及其技术开发提供参考。     

渗透胁迫与大豆幼苗叶片多胺含量的关系

用高效液相色谱(HPLC)法对渗透胁迫下两个抗旱性不同的大豆品种(抗旱性弱的豫豆6号和抗旱性强的豫豆24号)幼苗叶片的三种不同形态多胺游离态(Free:f)、酸可溶性共价结合态(Acid.soluble.covalently.conjugated:AS-CC)和酸不溶性共价结合态(Acid.insoluble.covalently.conjugated:AISCC))的含量变化进行了研究。结果如下:三种游离态多胺:腐胺(fPut)、亚精胺(fSpd)和精胺(fSpm)均在渗透胁迫条件下上升,但是豫豆24号的fSpd和fSpm的上升幅度明显大于豫豆6号,而豫豆6号的fPut的升幅明显大于豫豆24号。甲基乙二醛-双(鸟嘌呤腙)(MGBG)处理豫豆24,明显抑制了渗透胁迫诱导的fSpd和fSpm的增加,并且加重了渗透胁迫的伤害;外源Spd处理豫豆6号明显促进了渗透胁迫诱导的fSpd和fSpm的增加,并且减缓了渗透胁迫的伤害。统计分析表明:在渗透胁迫条件下,大豆幼苗叶片的fSpd+fSpm/fPut的比值与相对干重增长率(RDWIR)呈显著正相关。渗透胁迫下,豫豆24叶片的AISCC-PAs含量的上升幅度明显大于豫豆6号。菲咯啉处理明显抑制了渗透胁迫所诱导AISCC-PAs的增加,同时也加重了渗透胁迫对幼苗的伤害。渗透胁迫也引起了幼苗叶片中ASCC-PAs含量的上升,但是在两个大豆品种之间的上升幅度没有差异。这些结果表明,渗透胁迫条件下,大豆幼苗叶片的fSpd、fSpm及AISCC-PAs含量的上升有利于增强大豆幼苗的抗胁迫能力。     

应用超弱光子辐射评价菠菜叶片衰老方法可行性

为了研究植物叶片衰老评价及其无损检测方法,采用外源H2O2诱发菠菜叶片衰老,研究了H2O2胁迫下菠菜叶片细胞超弱光子辐射的变化规律及其与叶片衰老的关系。结果表明,在H2O2胁迫过程中,菠菜叶片自发光子辐射随着胁迫时间的延长而增加,外界光诱导的延迟光子辐射也表现出明显的变化。根据细胞自发光子辐射和延迟光子辐射的生物学意义,采用延迟光子辐射积分强度和自发光子辐射的比值作为描述细胞整体状态的状态参量,结果发现,在H2O2胁迫过程中,基于细胞超弱光子辐射的菠菜叶片细胞状态参量的变化与叶绿素含量的变化呈现良好的正相关,相关系数为0.91437,暗示通过细胞状态参量的变化可以推测菠菜叶片细胞的状态与衰老程度,进而实现对菠菜叶片衰老程度的无损检测,为植物叶片衰老评价提供了一种新方法。     

硅对干旱胁迫下小麦幼苗生长及光合参数的影响

采用溶液培养试验,以两个抗旱性不同的小麦品种:低抗的扬麦9号(Yangmai.9)和高抗的豫麦18(Yumai.18)为材料,用PEG6000(聚乙二醇6000,渗透势约为-0.589MPa)模拟干旱胁迫条件,研究了硅对干旱胁迫下小麦幼苗生长、光合作用及可溶性糖含量的影响。结果表明,干旱胁迫条件下,小麦幼苗的生长和光合作用显著受到抑制,加硅处理能有效地提高干旱胁迫条件下小麦幼苗的生长状况及光合作用,且1.0.mmol/L.Si处理的效果优于0.1mmol/L.Si处理。与不加硅处理相比,干旱胁迫条件下加硅处理后,小麦幼苗的鲜干重、叶片可溶性蛋白含量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、水分利用率(WUE)和气孔限制值(Ls)均显著升高,叶绿素含量也有一定程度的升高;而气孔导度(Gs)和细胞间隙CO2浓度(Ci)显著下降,可溶性糖积累量也降低。因此,硅可显著提高小麦对干旱胁迫的抗性。     

外源海藻糖对低温胁迫下玉米幼苗根系生长及生理特性的影响

以玉米品种"先玉335"为实验材料,采用盆栽培养方法,待幼苗长至三叶一心时进行根系浇注海藻糖处理,海藻糖浓度分别为3、6、9、12、15、18mmol?L~(-1),以清水为对照,在人工智能培养箱昼/夜温度14℃/5℃的低温条件下培养4d,分析低温胁迫下海藻糖对玉米幼苗根系生长、抗氧化酶活性、细胞膜稳定性及渗透调节物质含量的影响。结果显示:根系浇注海藻糖能促进低温胁迫下玉米幼苗根系生长,诱导细胞抗氧化酶活性增加,维持根系细胞膜结构和功能的稳定。与对照相比,12mmol?L~(-1)海藻糖处理的幼苗根长、根表面积和根鲜干重分别增加32.16%、15.87%、41.14%、58.33%;SOD和POD活性分别增加44.16%和62.17%;MDA含量和相对电导率分别降低50.23%和42.53%;脯氨酸和可溶性蛋白含量分别增加81.32%和87.21%。表明根系浇注适宜浓度海藻糖可有效提高玉米幼苗的抗低温能力,通过增强根系抗氧化酶活性,减轻膜损伤,进而缓解低温胁迫对幼苗生长的抑制,且12mmol?L~(-1)的海藻糖溶液根系处理效果最佳。     

极低频脉冲电场与高压静电场对作物种子萌发影响的差异

为了明确基于极低频脉冲电场(pulsed electric field,PEF)的种子处理技术与基于高压静电场(highvoltage electrostatic field,HVEF)的种子处理技术的有效性及其差异,研究了极低频PEF和HVEF对绿豆生长的影响。结果表明,极低频PEF处理对绿豆幼苗的质量、芽长和根长都有明显的促进作用,相同强度的HVEF处理对绿豆幼苗的根长生长有一定促进作用,对芽长的影响不显著。机理研究显示,极低频PEF和HVEF处理均对萌发绿豆的氧化代谢和蛋白质代谢有一定影响,在种子萌发初期,极低频PEF处理促进了种子储藏蛋白的分解,在后期促进了新蛋白的合成,HVEF处理则对萌发后期的蛋白合成有一定促进作用。研究还发现,极低频PEF和HVEF均可通过诱发超氧阴离子自由基激活种子超氧化物歧化酶(SOD)活性,促进过氧化物酶(POD)的合成,但是,极低频PEF对SOD和POD的影响大于HVEF。讨论了极低频PEF和HVEF对绿豆萌发影响差异的原因。     

抗蒸腾剂研究及其在农业中的应用

作物应对干旱胁迫时,气孔在协调蒸腾和光合作用方面起到了关键作用。越来越多的研究者们开始关注气孔行为与植物抗旱能力之间的关系。在农业生产上,研究者们通过不同方式调节气孔运动和改善气孔微环境,在提高作物抗旱性的同时促进作物产量形成。其中提高作物抗旱能力的一种有效方式就是使用抗蒸腾剂。本文介绍了近些年研究较多的成膜型抗蒸腾剂和代谢型抗蒸腾剂的作用机理,并对两类抗蒸腾剂的应用效果进行了比较。最后提出了抗蒸腾剂研究新动向,一是数学模型在抗蒸腾剂研究中的应用,将抗蒸腾剂对植物作用分解为环境因子变化并引入光合作用-蒸腾作用-气孔导度耦合模型,从而建立抗蒸腾剂新品种快速筛选与适用性评估机制的可能性;二是通过红外测温法评估抗蒸腾剂效果,红外测温法能够快速获得大面积植被蒸腾瞬时信息且测温仪便于携带,在田间试验中可用于喷施抗蒸腾剂后作用效果连续观察,并且基于测定数据计算作物水分亏缺指数(CWSI)在抗蒸腾剂改变作物抗旱能力研究方面具有较高应用价值。最后指出未来抗蒸腾剂研究应针对作物不同生育阶段特点与生产要求,建立包括多种抗蒸腾剂品种在内的组合使用方法,进一步扩大抗蒸腾剂应用范围,优化其使用效果。     

高压电场对毛乌素沙地两种优势植物抗旱性的影响

以毛乌素沙地优势植物柠条(Caraganaintermedia)和沙蒿(Artemisiasongaricaschrenk)种子为对象,采用人工模拟干旱试验方法,研究不同电场处理后这2种植物种子萌发和生物量对土壤干旱胁迫的响应。结果表明,电场处理缓解了2种植物随干旱程度加重出现的负效应,不同处理条件,种子萌发和生物量对干旱胁迫的适应性的影响不同,电场处理能够提高种子在干旱胁迫条件下的发芽率和发芽势,提高2种沙生植物生物量干重和鲜重。这些变化缓解了干旱胁迫对柠条和沙蒿种子的伤害,提高了其对干旱胁迫的适应性。     

水分胁迫对黍子幼苗生长和生理特性的影响

以“晋黍8号”黍子幼苗为材料,在大棚内采用盆栽砂培法浇灌营养液,设置重旱、轻旱、正常灌溉、轻涝和重涝5个处理,植株二叶一心时开始胁迫处理,于处理后20d测定植株形态指标、生物量和含水量、叶片质膜透性、光合色素、丙二醛、抗坏血酸、脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量等指标,研究水分胁迫对黍子幼苗生长、膜脂过氧化和渗透调节的影响。结果表明,正常灌溉下黍子幼苗生长最好,株高、茎粗、茎节数、叶片数、最大叶面积及根系、茎叶、穗的鲜质量、干质量均最大,干旱和涝害下幼苗各形态指标和生物量均明显降低,且重旱和重涝下比轻旱和轻涝下降低更明显;根系、茎叶和穗的含水量在干旱下均明显降低,涝害下表现各不相同。叶片光合色素含量在干旱下显著降低而涝害下无明显变化,质膜透性、丙二醛、抗坏血酸和脯氨酸含量在干旱和涝害下明显增加,且重旱和重涝下比轻旱和轻涝下增加更明显;可溶性糖含量在干旱下明显增加而在涝害下明显降低,可溶性蛋白含量在干旱下显著降低而在涝害下无显著变化。研究说明,干旱和涝害均对黍子幼苗造成过氧化伤害,抗氧化物质和渗透调节物质含量随之增加,但是抗氧化物质的增加并不能完全消除胁迫导致的过氧化伤害,加上光合能力降低,使黍子植株生长显著抑制。在本试验条件下,干旱胁迫对黍子幼苗的伤害比涝害严重。     

高效营养保水剂在大田玉米生产上的试验效果

田间试验表明，高效营养保水剂有促进玉米种子萌发、抗旱保苗，促进茎叶生长和根系发达，增加叶绿素含量和增强光合功能的作用，经受了2000年大旱的考验，值得在生产上推广应用。     

High Rate of Nitrogen Fertilization Increases the Crop Water Stress Index of Corn under Soil Drought

Soil nitrogen (N) availability is dominated by soil water regime and the N fertilizer levels, which affect crop growth in soil water stress. To determine the optimum N applications under different degrees of soil drought, this study investigated the effects of N fertilizer levels on the crop water stress index (CWSI) of summer corn under soil water stress. A 2-year field experiment was conducted in waterproof plots in upland red soils in subtropical China. Three N fertilizer levels and seven soil water deficit levels were employed in 2007 and 2008. Nitrogen fertilization had no influence on the CWSI of the corn under slight to moderate soil drought, but the high-N treatment increased the CWSI significantly (P < 0.01) under soil drought when the mean CWSI exceeded ～0.20. The results suggested that for scheduling irrigation or predicting crop yields, the equations between CWSI and yield should be established on comparable N fertilization levels.     

Comparative effect of drought duration on growth,photosynthesis, water relations,and solute accumulation in wild and cultivated barley species

Drought is a major factor limiting crop production worldwide. Barley is a well‐adapted cereal that is largely grown on dry marginal land where water and salinity are the most prevalent environmental stresses. This study was carried out to investigate the effects of drought stress and subsequent recovery on growth, photosynthetic activity, water relations, osmotic adjustment (OA), and solute accumulation of wild (Hordeum maritimum) and cultivated barley (H. vulgare L.). In a pot experiment, 60 d old seedlings were subjected to drought stress for 0, 7, 14, 21, or 28 d, and then re‐watered to recover for up to 21 d. Plants were harvested at the end of each of these drought/recovery treatments. Drought significantly reduced fresh and dry weights at the whole‐plant level, photosynthetic activities, and solute and water potentials, while increasing leaf Na⁺ and K⁺ concentrations. The adverse effects of drought on growth were more marked in cultivated barley than in wild barley and the reverse was true for photosynthetic activities. During recovery, all wild barley seedlings completely recovered. For cultivated barley seedlings, rehydration had a beneficial effect on growth and photosynthesis, independent of treatment duration, but complete recovery did not occur. The reduction in leaf solute potential at full turgor in drought‐stressed barley, relative to the control, suggests active OA which was more significant in wild barley than in cultivated barley. OA was mainly due to the accumulation of inorganic (K⁺ in cultivated barley and Na⁺ in wild barley) and organic (soluble sugars and proline) solutes. The results suggest that OA is an important component of the drought‐stress adaptation mechanism in wild barley, but is not sufficient to contribute to drought tolerance in cultivated barley. In the latter species, the results show that even short periods (as little as 7 d) of water deficit stress had considerable long‐term effects on plant growth.     

Effects of Silicon on Photosynthesis of Young Cucumber Seedlings Under Osmotic Stress

Effects of silicon (Si) application on photosynthesis of solution-cultured cucumber seedlings were investigated under osmotic stress and unstressed conditions. In unstressed conditions, silicon application had no effect on growth and photosynthetic parameters. The responses of the photosynthetic parameters to abruptly imposed osmotic stress did not differ between silicon treatments. After 1 week exposure to osmotic stress, growth reduction was observed, but it was less severe in seedlings grown with silicon than in those without silicon. Although there were no differences between silicon treatments in stomatal conductance, transpiration rate, cuticular transpiration, or xylem sap exudation rate under osmotic stress, leaf intercellular carbon dioxide (CO₂) concentration was significantly lower and photosynthetic rate tended to be higher in seedlings supplied with silicon. These results suggested that the silicon-induced alleviation of growth reduction under osmotic stress in cucumber was due to amelioration of stress-induced damage of leaf tissues rather than to improvement of leaf water status.