生物节水研究进展及发展方向

 生物节水是节水农业发展的重要内容，潜力巨大。本文论述了在中国发展生物节水的必要性和紧迫性，从作物抗旱和水分高效利用的生物学基础、抗旱节水鉴定评价技术指标体系、新品种选育以及作物高效用水的生理调控与非充分灌溉技术等方面，综述国内外生物节水研究进展，在此基础上提出中国目前生物节水研究工作中存在的问题，并探讨了今后生物节水研究的发展方向。     

旱地农业发展中若干生物学问题的探讨

植物抗旱节水生物学是发展旱地农业和缺水区农业的重要学科基础,当前面临的主要问题包括：在研究路线上,如何正确处理分子水平研究与整体性研究之间的关系,以促进两者的互补;在研究目标上,如何做到抗旱性、水分利用效率、产量性状的有效结合,以实现高产高效;在研究成果应用中,如何切实加强学科交叉,以尽快取得实际效果。在论述上述问题的同时,对当前半干旱和半湿润地区与抗旱节水生物学有关的几个实践中的科技难点作了介绍,并提出建议。     

作物抗旱节水研究进展

发掘利用抗旱节水基因资源，提高作物的抗旱性和水分利用效率，发展生物节水农业，对于缓解水资源危机，保障国家的粮食安全、生态安全和社会可持续发展具有重要意义。本文综述了作物抗旱节水的基础理论、鉴定评价技术、基因资源发掘与品种选育等方面的研究现状和问题，并探讨了作物抗旱节水研究的发展趋势。     

Advances in Research on the Approaches of Improving Water Utilization Efficiency in Rice

Water shortage is increasingly an important factor limiting the sustainable development of global economy, posing a huge threat to social security and human existence. Water usage in agriculture accounts for about 70% of total water consumption in the world, and rice cultivation is in turn the largest water user, which accounts for about 50% of total water usage in agriculture. Therefore, it is quite important to improve water utilization efficiency to reduce water consumption in rice.Water stress causes severe inhibition of plant growth and development as well as yield reduction, however the extent of inhibition or reduction varies greatly with the growth stages, duration and severity of stress, and plant genotypes. In rice,drought resistance and water utilization efficiency might be improved by developing stress resistant cultivars and conducting proper agronomic practices. It is hence imperative to determine the suitable criteria in morphological and physiological traits for drought resistance and water utilization efficiency in conventional breeding of rice. At present, leaf rolling, leaf water potential and carbon isotope discrimination are commonly used criteria for the evaluation and identification of germplasm with high drought resistance or water utilization efficiency. With rapid development of molecular biology,marker-assisted selection has been used in rice breeding against water stress. In this review, therefore, the agronomic aspect of water saving techniques such as selection of suitable rice cultivars, planting pattern, mulching, deficit irrigation and alternative drying and moist irrigation are discussed and effective approaches are also recommended.     

水稻抗旱性节水性鉴定方法研究

[目的]研究水稻抗旱性节水性鉴定方法。[方法]试验共设5个灌溉梯度处理,分别为最大灌溉量(0 k Pa为最大灌溉量)用水量的100%(CK)、90%、80%、70%和60%,通过产量、株高和根长性状评价水稻的抗旱节水性程度。[结果]在供水量逐渐降低条件下,其株高降低、根长增加。通过产量分析与农艺性状分析发现,H518与对照旱优73表现较为一致,说明H518节水抗旱。[结论]该抗旱性鉴定方法简便、快捷、可靠,为发展稻作的节水、旱作栽培技术提供理论依据。     

Research Progress on Water Use Efficiency and Drought Resistance of Turfgrass

Improving turfgrass drought resistance and save-water features are very important to solve water deficiency in turfgrass production and management. This research did some surveys of systematic literature review about turfgrass drought tolerance morphological characteristics, physiological characteristics and water use efficiency, and provided the detailed information for enhancing turfgrass drought resistant and water use efficiency in the future.     

分蘖期节水处理对水稻生物学特性的影响

 选用4个水稻品种（系）为材料，在分蘖盛期进行不同程度的节水处理，对其生物学特性的动态变化进行了初步研究。结果表明，水稻分蘖期具有很强的自我调节能力，节水处理期间及处理结束后，植株有机物的运转及根系分布均可发生改变，以减轻干旱伤害；分蘖盛期节水处理导致水稻耗水量的下降由处理期间及处理结束后植株耗水量的减少两部分所组成，节水潜力大，但在品种及处理间存在显著差异；分蘖期适度节水胁迫处理可以显著提高处理期及处理结束到完熟期的水分利用效率；节水处理对水稻产量与稻米品质的影响在品种与处理间存在差异，一定程度节水处理可提高某些品种的产量与稻米品质，但也可使一些品种的产量下降，故节水抗旱栽培应选择适当品种。     

大麦叶片表皮蜡质含量与抗旱性的关系研究

[目的]了解植物叶片表皮蜡质含量与抗旱性的关系.[方法]对抗旱性不同的6个大麦品种进行干旱处理,对灌浆期的大麦旗叶、旗叶鞘表皮蜡质含量与7个重要的抗旱生理指标进行测定分析.[结果]干旱条件下不同大麦品种间的蜡质含量、相对含水量、叶绿素含量及气孔导度存在显著或极显著差异.抗性大麦品种的表皮蜡质含量及水分利用效率显著高于抗旱性弱的品种.表皮蜡质含量越高的品种,其蒸腾速率和胞间CO2浓度越低,水分利用效率越高.[结论]提高水分利用效率的途径主要是通过降低蒸腾速率.干旱胁迫下叶片失水,气孔开度减小甚至趋于关闭,而高蜡质含量品种的气孔导度更小,阻力增大,降低蒸腾速率,减少水分散失,维持较高含水量,提高植株抗旱性.     

干旱条件下不同施钾水平对烟草水分关系的影响

研究干旱胁迫及不同钾水平下烟草植株不同器官及叶肉细胞不同部位中钾的分布 ,探讨干旱条件下钾水平对烟草水分关系的影响及干旱下水分变化对钾的分布影响。结果表明 :在土壤干旱条件下钾在叶脉和叶肉间 ,叶肉细胞内液泡、线粒体、叶绿体之间有明显的再分配过程 ;不同施钾水平在烟草植株内钾含量的差异导致了含水量的差异 ;土壤干旱条件下施钾量增加能够明显提高烟叶含钾量 ,而使含水量维持较高水平 ;施钾可以提高叶片保水力 ,增强气孔的调节能力 ,有效降低蒸腾速率     

干旱胁迫对油菜蕾薹期生理特性及农艺性状的影响

【目的】针对长江流域特别是长江上游近几年春季降水偏少易导致干旱的特点,研究水分胁迫对油菜蕾薹期生理特性及农艺性状的影响,为揭示油菜蕾薹期抗旱机制及抗旱品种选育提供理论依据。【方法】采用盆栽的方式,在遮雨网室对两种抗旱性不同的油菜品种中双10号（抗旱性弱）和94005（抗旱性强）蕾薹期进行干旱胁迫,以各性状的抗旱系数研究油菜相关生理指标及农艺性状的变化,在此基础上筛选出适用于该区域油菜蕾薹期抗旱性鉴定的指标。【结果】随着干旱时间的延长,两种油菜的叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度、RWC、叶绿素含量、RuBP羧化酶活性、株高、茎粗、一次分枝数以及单株产量抗旱系数均呈下降趋势,下降幅度与胁迫时间成正相关。其中,气孔导度、蒸腾速率抗旱系数下降幅度与材料抗旱性成正相关,其余指标则与材料抗旱性成负相关。抗旱性弱的材料气孔限制值、水分利用率抗旱系数分别呈现出上升-下降与一直下降的趋势,抗旱性强的材料则均为上升趋势。POD、SOD、CAT活性、可溶性糖以及可溶性蛋白相对值随着干旱胁迫时间的延长先升高后下降,抗旱性强的材料增加幅度高于抗旱性弱的材料;细胞膜透性、丙二醛（MDA）含量和脯氨酸相对值随干旱胁迫时间的延长呈上升趋势。对干旱胁迫下的油菜蕾薹期和复水后的成熟期相关指标之间的关系进行分析表明,干旱胁迫下,产量与净光合速率、RWC、叶绿素含量和一次分枝数抗旱系数呈极显著正相关,与细胞膜透性、MDA含量抗旱系数呈显著负相关。主成分分析将单株产量、净光合速率、胞间二氧化碳浓度、气孔限制值、水分利用率、RWC、叶绿素、RuBP羧化酶、SOD、POD、CAT、细胞膜透性、MDA、可溶性糖、株高、茎粗及一次分枝数划分为第一主成分;将叶片气孔导度、蒸腾速率、脯氨酸、可溶性蛋白划分为第二主成分。【结论】第一主成分的各指标（单株产量、净光合速率、胞间二氧化碳浓度、气孔限制值、水分利用率、RWC、叶绿素、RuBP羧化酶、SOD、POD、CAT、细胞膜透性、MDA、可溶性糖、株高、茎粗及一次分枝数）变化与品种抗旱性密切相关,在油菜抗旱品种选育时可作为油菜蕾薹期抗旱性鉴定的主要指标,第二主成分的各指标（叶片气孔导度、蒸腾速率、脯氨酸、可溶性蛋白）则是次要鉴选指标。     

小麦品种(系)抗旱节水指标及调控机理研究

[目的]研究小麦抗旱节水指标及调控机理。[方法]对96个不同类型的小麦品种(系)的表型性状、生理性状与抗旱指数、产量-水分高效利用指数进行聚类分析、相关分析、通径分析、多元回归分析,探讨小麦抗旱节水指标及调控机理。[结果]在极度干旱年份小麦的株高、穗数和穗粒数下降严重,产量尚不及水地产量的1/4;相关分析发现:干旱条件下小麦的穗数、饱满度、穗粒数、株高和花后21 d的植被指数与抗旱指数极显著相关,干旱条件下小麦的大部分表型性状和花后10 d的冠层-空气温差与产量-水分高效利用指数显著相关;通径分析发现:8个表型性状对小麦抗旱指数的直接贡献大小依次为穗数(1.335)、最高总茎数(|-1.014|)、成穗率(|-0.955|)、株高(0.488)、穗粒数(0.435)、千粒重(0.038)、容重(0.024)、饱满度(0.017),对小麦产量-水分高效利用指数的直接贡献大小依次为穗数(1.945)、最高总茎数(|-1.420|)、成穗率(|-1.398|)、穗粒数(0.481)、株高(0.206)、千粒重(0.204)、容重(0.119)、饱满度(|-0.049|);进而构建了小麦表型性状对小麦抗旱节水性的多元回归方程,得出各种性状之间抗旱节水的数量依存关系和变动的规律。[结论]该研究对小麦抗旱节水高产育种具有重要的指导作用和应用价值。     

干旱胁迫下不同抗旱性小麦品种产量形成与水分利用特征

在移动防雨棚条件下,以晋麦47(抗旱性强)、偃展4110(抗旱性弱)和矮抗58(抗旱性中等)为材料,在足墒播种、安全越冬基础上,设置拔节~成熟期持续干旱(W1)、开花~成熟期干旱(W2)、拔节~成熟期供水适宜(W3)3种水分处理,研究了干旱胁迫对不同抗旱性冬小麦品种产量形成和水分利用的影响。结果表明:供水适宜时3个品种的产量和水分利用效率皆无显著差异,干旱胁迫显著降低了各品种产量,降幅表现为晋麦47矮抗58偃展4110。与偃展4110相比,晋麦47干旱时生育前期耗水较多,物质积累量较大,单位面积总粒数较高;而在产量形成期(开花~成熟)叶片蒸腾速率较低,耗水量较小,水分生产效率较高,贮藏物质转运对籽粒的贡献率较高,最终获得较高的产量和水分利用效率。矮抗58在花后干旱条件下具有较高的物质生产能力和花前贮藏物质贡献率,相对产量也较高。综合研究认为,干旱环境下早期的吸水能力和生长能力强、群体库容量大、花前贮藏物质贡献率和花后水分生产效率高是抗旱高产品种的重要特征。     

节水抗旱稻与高产水稻不同叶位光合特征对土壤水分变化的响应

为明确节水灌溉下节水抗旱稻与高产水稻不同叶位光合特征变化规律以及对同化物形成的贡献能力,通过盆栽试验,以节水抗旱稻旱优113(HY113)与高产水稻扬两优6(YLY6)为研究材料,以传统淹灌处理(F:全生育期保持4cm的水层)为对照,研究湿润处理(S:保持土壤水分处于饱和状态,但不建立水层)和干旱处理(D:返青至水稻成熟期收获前1周,控制土壤水势在-30kPa左右)下,2个水稻品种在不同生育时期(拔节期、孕穗期、抽穗期、乳熟期)功能叶与孕穗期和乳熟期不同叶位的叶片水势、SPAD值、叶片气体交换、水分利用效率与产量的变化。结果表明:与其他处理相比,S处理下高产水稻YLY6产量显著升高,从产量构成来看,具有较高的有效穗数、每穗粒数与结实率。相关分析表明,乳熟期与成熟期的干物质积累量与产量极显著正相关,并且孕穗期和抽穗开花期的净光合速率与乳熟期及成熟期的干物质量极显著正相关。S处理下YLY6干物质积累量在孕穗期、乳熟期与成熟期显著高于HY113,水分利用效率在抽穗开花期也显著高于HY113;S处理下YLY6在生育后期(乳熟期)不同叶位均维持较高的净光合速率,主要是具有较高的SPAD值、气孔导度、蒸腾速率,使植株维持较高的光合生产潜力。因此,S处理下YLY6在生育后期(乳熟期)不同叶位均维持较高的光合生产能力,是该处理节水高产的基础。     

果园节水保水技术研究进展

为了发展保水技术,以缓解我国水资源不足的现状,通过论述节水灌溉的重要性,简要概括了节水灌溉理论、国内外研究成果及果园节水、保水技术措施,并提出了果树节水灌溉的研究方向,以加快传统农业向优质、高产、高效农业转变。     

水分利用效率与草坪草抗旱性研究进展

加强草坪抗旱性及水分利用效率的理论和应用研究,培育节水草坪新品种,是解决草坪生产和应用所面临水资源短缺的关键.根据近年来该领域研究现状,对国内外草坪草的抗旱形态、抗旱生理及草坪草的水分利用效率等研究进行了系统综述,并对草坪草的抗旱性及水分利用效率的研究前景提出了具体的方向.     

抗旱节水小麦新品种衡0628选育特点及特征特性

河北省农林科学院旱作农业研究所以衡71-3为母本、邯6172为父本进行杂交,采用水旱一体种植、平行交替选拔的方法,培育出抗旱节水小麦新品种衡0628。该品种分蘖力强,中早熟,根系发达,株高和株型适中,抗旱、抗干热风、抗病,落黄好,籽粒饱满。突出特点是抗旱节水,适应性广,稳产性好,抗逆性强。在2006～2008年河北省节水组区域试验和生产试验中,产量连续2 a均居参试品种第1位;在2007～2008年黑龙港流域节水组生产试验中,7点汇总产量较对照品种沧6001增产10.58%、较对照品种邯4589增产6.18%,居7个参试品种第1位。2008年完成河北省黑龙港流域节水组区域试验程序,以总排名第1位的名次通过了河北省审定。     

宝鸡市5种乡土树种抗旱性综合评价和研究

以南蛇藤、苦皮藤、臭檀吴茱萸、爬山虎和火棘5种陕西宝鸡渭北乡土树种为研究对象,采用盆栽试验研究了干旱胁迫对植物叶片生长和生理生化指标的影响以及胁迫末期的净光合速率、蒸腾速率等,运用主成分分析法、隶属函数法综合评价5种乡土树种的抗旱性差异。结果表明,随着干旱胁迫程度的加深,5种植物叶片的丙二醛（MDA）、可溶性糖（SS）、脯氨酸（Pro）含量均有不同程度增加;叶片含水量、苗高、地径增长速率均不同程度降低,叶绿素a/b值都表现为减少的变化,叶绿素含量先降后升,并且在干旱胁迫条件下出现了叶绿素“浓缩”现象,干旱胁迫末期不同树种间净光合速率、水分利用率差异显著(P<0.05)。主成分分析表明,3个主成分可以代表乡土树种抗旱性96.577%的原始数据信息量,通过计算5种乡土树种的综合评价值(D),对抗旱性进行了评价。5种乡土树种的抗旱性强弱依次为爬山虎>火棘>苦皮藤>臭檀吴茱萸>南蛇藤,研究结果为宝鸡市绿化树种选择和配置提供了参考。     

水分胁迫对不同抗旱性砧木嫁接番茄生长发育及水气交换参数的影响

【目的】干旱是威胁农业生产的主要气象因素,合理利用作物抗旱种质资源是生物节水的重要内容。通过研究水分胁迫对不同抗旱性砧木嫁接番茄生长发育及水气交换参数的影响,探讨番茄采用抗旱性砧木进行嫁接栽培实现生物节水的可行性。【方法】试验采用裂区设计,主区为番茄嫁接苗处理,分别为接穗‘金棚1号’自根苗(J)、抗旱性强的砧木‘606’嫁接苗(J/T)和水分敏感的砧木‘112’嫁接苗J/S),副区为土壤水分处理,土壤相对含水量分别为80%、60%和40%。番茄采用盆栽称重法控制土壤水分,于植株盛果期测定展开功能叶片的色素、水势及水气交换参数,并计算瞬时水分利用效率,同时分析不同处理的番茄产量及果实品质。【结果】嫁接番茄的产量显著高于自根番茄,尤以抗旱性较强的J/T嫁接苗为高,抗旱性较弱的J/S嫁接苗次之,二者单株产量分别比J自根苗高17.50%、11.00%;果实纵经、横经、硬度、Vc和番茄红素含量也均以J/T显著高于J和J/S。抗旱性不同的J/T、J/S嫁接番茄叶片色素含量、光合速率、叶片水势、蒸腾速率和水分利用效率均显著高于J,13﹕00时,嫁接苗J/T、J/S的水分利用效率分别比自根苗J高15.16%和7.52%,J/T显著高于J/S。不同土壤含水量下番茄产量存在显著差异,表现为80%60%40%,而果实品质指标如可溶性固形物、可溶性蛋白、维生素C和番茄红素等品质指标则相反;随干旱胁迫程度的增加,嫁接番茄的增产效果愈加明显,且以J/T表现优于J/S,二者在土壤相对含水量80%条件下,分别较自根苗J增产7.47%和4.71%,而在40%条件下增产率分别达38.04%和22.35%;番茄叶片色素含量、光合速率、叶片水势及蒸腾速率均随水分胁迫加剧而显著降低;水分利用效率则以土壤含水量60%的处理较高,40%和80%较低。【结论】采用抗旱性较强的番茄砧木‘606’进行嫁接栽培,其果实产量较高,品质较好,叶片光合速率及叶片水分利用效率等均较高,特别在水分胁迫条件下表现尤为突出,说明采用抗旱性较强的砧木进行番茄嫁接栽培,可以在一定程度上实现生物节水的目标。     

早春麦田划锄对麦田土壤水分状况及小麦生长发育的影响

[目的]研究早春麦田划锄对麦田土壤水分状况及小麦(Triticum aestivum Linn.)生长发育的影响,为相关研究提供数据支持。[方法]在2010～2011年华北地区麦区遭受多年不遇冬春气象干旱条件下,依托曲周县—中国农业大学万亩小麦玉米(Zea mays L.)高产高效技术研究基地,研究了早春麦田划锄技术对麦田土壤水分含量和小麦生长发育的影响。[结果]划锄可显著增加返青期麦田0～5和5～10 cm土层土壤的含水量,提高氮肥和水分的利用效率,增加小麦地上部生物量、成穗数和穗粒数,起到明显增产作用,平均增产12.6%,增收1 014元/hm2。[结论]划锄是一项被生产实践证明的行之有效的农田保墒节水技术措施,是一项有效的抗旱增产技术。