水稻耐碱突变体ACR78在苏打盐碱胁迫下的生理响应

利用盆栽方法,研究了盐碱胁迫条件下水稻耐碱突变体(ACR78)灌浆期的耐盐碱生理特性,并与野生型(农大10号)进行了比较分析.结果表明,盐碱胁迫下ACR78体内积累了大量可溶性糖(根部除外),质膜透性受损较轻,但脯氨酸含量变化不大;在盐碱胁迫下ACR78的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素以及水分利用效率(WUE)均高于野生型,而蒸腾速率(Tr)低于野生型.说明ACR78突变体耐盐碱性优于野生型具有一定的生理基础.     

氮肥对超绿水稻齐穗期光合特性的影响

为探明氮肥用量对超绿水稻光合速率的影响和揭示其内在的生理机制。采用盆栽的方法,在齐穗期对叶色深绿的超绿水稻SN19-6、浅绿叶色水稻SN07-015和常规叶色品种丰锦的叶绿素含量指数(CCI)、光合特性、叶绿素荧光特性和生理特性进行分析。结果表明,氮肥对3个材料的CCI都有显著影响,但对超绿水稻的影响程度明显小于其他两个品种(品系);在各氮肥处理下,SN19-6的净光合速率(Pn)、气孔导度(GS)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)都高于对照,并在低肥处理下SN19-6仍能保持较高的Pn、CCI、Gs;SN19-6的最大荧光产量(Fm)、原初光能转化率(Fv/Fm)和PSⅡ的潜在活性(Fv/Fo)受氮肥的影响较小,且在各个氮肥处理下都高于SN07-015和丰锦。在低肥处理下,SN19-6的Fm、Fv/Fm和Fv/Fo仍然能保持较高水平,且SN19-6仍然有较高的硝酸还原酶活性和可溶性蛋白含量。超绿水稻SN19-6的光合速率受氮肥影响较小,在较低的氮肥水平下仍具有较高的光合速率,其硝酸还原酶活性和可溶性蛋白含量也没有受到明显的影响。这种特殊水稻种质对于提高水稻的氮肥利用效率可能具有重要作用。     

不同氮肥利用效率水稻基因型剑叶光合特性

选用氮肥利用高效型和低效型具有代表性的12个粳稻品种,研究225 kg hm^-2施氮条件下水稻剑叶光合特性的差异及其与氮肥利用效率、水稻结实性的相互关系。结果表明,齐穗后,氮高效基因型水稻的叶绿素含量、叶片含氮量、净光合速率、光合功能期和叶绿素荧光动力学参数中的最大光化学效率(F_v/F_m)、PS II的潜在活性(F_v/F_o)、实际光化学效率(Φ_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)和非光化学猝灭系数(q_N)均显著高于氮低效基因型。相关性分析表明,齐穗后不同时期,剑叶中叶绿素含量、叶片含氮量、净光合速率、剑叶的光合功能期和叶绿素荧光动力学参数值(F_v/F_m、F_v/F_o、Φ_PSII、q_P、q_N)与水稻的氮肥利用效率、结实性均呈极显著的正相关。由此说明,与氮低效基因型相比,氮高效基因型水稻生育后期具有较好的光合特性,较长的光合功能期;同时,其PSII反应中心更加稳定,具有更大的光能转化为电化学能的潜力,非光化学猝灭对光合机构也有更好的保护作用。因而,其在促进植株光合物质积累,提高结实性的同时能通过地上部与地下部的调节反馈增强植株对氮肥的吸收利用。     

水稻耐碱突变体ACR78在苏打盐碱胁迫下的离子吸收特性

利用盆栽方法,比较研究了盐碱胁迫下水稻耐碱突变体(ACR78)及其野生型植株体内K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe2+和Zn2+含量的变化.结果表明,盐碱胁迫下,ACR78全株Na+总含量比野生型减少2.9%,显著低于野生型.同时,其K+、Zn2+和Mg2+含量比野生型分别增加18.3%,89.7%和4.9%(P<0.05),全株K+/Na+比值(0.16)显著高于野生型(0.13).从器官水平看,ACR78茎中+>/Na+比值极显著高于野生型,约为野生型的1.4倍.ACR78根和茎中Na+含量显著低于野生型(14.0%和5.9%),其茎中K+含量比野生型增加32.3%,根和叶中无显著性差异.ACR78根和茎中Zn2+含量分别比野生型增加44.2%和202.7%,Mg2+含量在器官中的分配规律与Na+相反.说明ACR78可显著抑制Na+的吸收,并对K+、Zn2+和Mg2+具有较强的选择性吸收能力.     

苏打盐碱胁迫对水稻品种长白9号穗部性状及产量构成的影响

研究了盆栽条件下苏打盐碱胁迫对水稻品种长白9号穗部性状及产量构成的影响。结果表明:盐碱胁迫对稻穗2次枝梗数、2次枝梗上的颖花数、2次枝梗上的实粒数的影响达显著水平(P0.05),随盐碱胁迫程度的增加,2次枝梗数、2次枝梗上的颖花数和2次枝梗上的实粒数呈明显降低趋势;相关分析表明,盐碱胁迫下穗上的2次枝梗数是对单穗产量贡献的最大因子;方差分析结果表明,盐碱胁迫使长白9号产量显著降低,其降低的主要原因是盐碱胁迫使穗的总颖花数、穗粒数减少。因此,盐碱地种植长白9号在孕穗期要加强水肥调控,尽量增加水稻的颖花数,减少2次枝梗退化。     

贵州辣椒光合生理特性对干旱胁迫的响应

辣椒是贵州省特色经济作物之一,是农业产业结构调整的主导和优势产业,但贵州省大部分地区属喀斯特地貌,土壤保水性差,极易发生干旱,探明辣椒在干旱胁迫处理后的调节机制和变化规律,对实现贵州地区辣椒优质高产有重要的理论价值和实际生产意义。选取贵州省辣椒主栽品种辣丰三号,研究以土壤田间持水量80%为对照组（CK）,在轻度（土壤田间持水量为70%,LD）、中度（60%,MD）、重度（40%,SD）和特重（20%,TD）胁迫下,辣椒的产量、生长量、光合特性和果实生理特性的调节机制和变化规律。结果表明,随着干旱胁迫程度的增加,辣椒的果长、果粗、茎粗、株高、单果重以及干物质含量显著下降,且下降趋势随着干旱胁迫程度的增加越加明显。同一处理辣椒的净光合速率（P_n）表现出先上升后逐渐平稳的趋势,随着干旱程度的增加而逐渐降低,最大净光合速率（A_max）、表观量子效率（Q）、气孔导度（G_s）、胞间CO₂浓度（C_i）和蒸腾速率（T_r）都显著下降,水分利用效率明显上升。干旱胁迫抑制了辣椒植株的生长,辣椒的粗脂肪和粗纤维含量较CK处理显著下降,LD处理二氢辣椒素含量显著低于CK处理,但是随着干旱程度的增加,辣椒素和二氢辣椒素含量逐渐增大（除LD和TD处理外）。综上可知,在贵州喀斯特干旱地区,轻度至中度干旱胁迫（田间持水量60%~     

UV-B辐射增强及CO_2浓度升高对水稻产量及品质的影响

于2008年以日本粳稻品种Sasanishiki为研究材料,利用开放式气候室,以正常CO2浓度350±50mg/L和自然光照处理为对照,设置UV-B 14.7k J/(m2·d)、CO2700±50mg/L及CO2+UV-B复合3个处理,研究了CO2浓度升高及UV-B辐射增强对该品种水稻糙米产量及品质的影响。结果表明:(1)水稻单株产量CO2浓度升高处理增加21.78%,而千粒重、单株穗数、穗粒数及结实率无显著变化。结实率与单株产量UV-B辐射增强及复合处理分别降低6.44%、6.13%、14.89%、14.79%。千粒重复合处理降低5.28%。(2)CO2浓度升高及复合处理导致糙米的完整粒比率下降(29.54%~42.18%),断裂粒(29.73%~103.25%)和未成熟粒(30.71%~176.36%)的比率增加。UV-B胁迫下,未成熟粒比率增加幅度均小于CO2单独处理及复合处理。(3)UV-B辐射增强、CO2浓度升高及复合处理均显著增加脂肪酸含量(32.6%~76.29%)和蛋白质含量(5.3%~28.0%),而对水分和支链淀粉含量没有影响。综上所述,UV-B辐射增强显著抑制了水稻产量;CO2浓度升高显著增加水稻产量,但在本试验设计范围内,CO2浓度升高并未缓解UV-B辐射增强的抑制效应;UV-B辐射增强、CO2浓度升高及二者复合处理均显著改变了该品种稻米的营养品质。     

砷胁迫对苗期水稻光合生理的影响

以水稻品种汕优63为材料,在田间土培条件种植下,采用不同浓度、不同形态砷溶液处理,探讨砷对苗期水稻光合生理特性的影响。结果表明,砷处理后降低了水稻光合作用参数(净光合速率、细胞间隙CO2浓度、蒸腾速率、气孔导度、气孔限制值、叶绿素含量等),且随着砷浓度的升高,其参数下降幅度增大。水稻形态指标测定结果表明,砷处理导致水稻根长、株高增长缓慢,植株干质量积累减少。同时本研究还发现不同形态砷(无机砷、有机砷)处理水稻后,以无机砷对水稻光合特性的影响作用较大。     

不同水稻品种产量和品质对盐碱胁迫的响应

选用10份水稻品种(系),在沈阳农业大学和盐碱程度较重的盘锦市大洼县进行了水稻耐盐碱性比较试验,对其产量及产量构成因子和稻米品质进行了比较分析,旨在明确不同水稻品种对盐碱胁迫的响应,筛选出耐盐性较强的水稻品种,为水稻育种及大田生产提供试验材料.结果表明:不同品种水稻的耐盐碱性存在显著差异,其中辽盐188表现出较强的耐盐碱能力,在盘锦地区具有较高的产量,而盐粳36在两地区之间的产量无显著差异,其他品种产量均表现为沈阳地区高于盘锦地区,且差异显著.盐碱环境降低了有效穗数和每穗颖花数,但其对千粒重的影响不稳定.在盐碱胁迫条件下,加工品质及外观品质差异显著,精米率降低,垩白粒率和垩白度升高,蛋白质含量升高,稻米评价值降低.     

水稻千粒重对大气CO2浓度升高的响应

以65个水稻染色体片段置换系(CSSL, chromosome segment substitution lines, 以Asominori为背景,置换片段来自IR24)为材料,对比分析了正常大气CO2浓度（对照）和FACE（Free Air CO2 Enrichment,大气CO2浓度增加200 µmol·mol-1）下千粒重的变化及其QTL(quantitative trait loci)定位。结果表明,FACE下,供试株系千     

高大气CO2浓度下氮素对小麦叶片光合能量分配的调节

探讨了施氮量对高大气CO₂浓度下小麦功能叶光合能量传递与分配的影响,进而明确氮素对小麦叶片光合作用适应性下调的能量分配调节作用。采用开顶式气室盆栽法,通过测定小麦拔节期和抽穗期不同大气CO₂浓度和施氮水平下的叶氮浓度、光合速率–胞间CO₂浓度(P_n–C_i)响应曲线和荧光动力学参数,测算光合电子传递速率和分配去向。与在正常CO₂浓度(400 μmol mol^-1)条件下相比,在高大气CO₂浓度(760 μmol mol^-1)下,小麦叶氮浓度显著下降,N200处理(200 mg kg^-1)叶片抽穗期叶氮浓度的下降幅度较拔节期高335.7%。N200处理较N0处理(0 mg kg^-1)提高小麦叶片光适应下PSII反应中心最大量子产额(F_v′/F_m′)、光化学效率(Φ_PSII)和开放比例(q_P),降低非光化学猝灭系数(NPQ)。高大气CO₂浓度下,小麦叶片光化学反应的非环式光合电子传递速率(J_c)和Rubisco羧化速率(V_c)显著升高,而光呼吸的非环式光合电子传递速率(J_o)和Rubisco氧化速率(V_o)明显降低;施氮使J_c、J_o、V_c和V_o值均呈上升趋势,而且J_c和V_c达到显著差异。高大气CO₂浓度下J_o/J_c和V_o/V_c显著降低,施氮后小麦拔节期叶片J_o/J_c和V_o/V_c降低,但抽穗期J_o/J_c升高而V_o/V_c无明显变化。叶氮浓度与小麦叶片J_c、J_o和V_o均呈显著线性正相关,而且高大气CO₂浓度下小麦叶片J_c、J_o和V_o对氮浓度的敏感性降低。高大气CO₂浓度下,小麦叶片PSII反应中心开放比例增加,非光化学耗能降低,更多的光合电子进入光化学过程;施氮后使小麦叶氮浓度增加,提高光合能力,改变了能量分配,这是高氮条件下光合作用适应性下调被缓解的一个关键因素。     

氮素对高大气CO2浓度下小麦叶片光合功能的影响

为探讨高大气CO₂浓度下植物光合作用适应现象的光合能量转化和分配的氮素响应及其对C₃植物光合功能的影响,本试验对盆栽小麦进行2个大气CO₂浓度和2个氮水平的组合处理,通过测定小麦光合气体交换参数、叶绿素荧光参数和叶绿素含量等指标,研究施氮对高大气CO₂浓度下小麦叶片光合功能的影响。结果表明,大气CO₂浓度升高后,低氮处理小麦叶片光合速率发生明显的适应性下调,光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)下降;但高氮叶片则无明显的光合作用适应现象发生。高大气CO₂浓度下低氮叶片光化学速率、PSII线性电子传递速率(J_F)、光合电子流的光化学传递速率(J_C)、Rubisco羧化速率(V_C)和TPU下降,并随生育时期推进其下降趋势更为明显,但高氮叶片的上述参数无显著变化;小麦叶片J_C/J_F、V_C/J_C和V₀ /V_C随氮素水平和大气CO₂浓度的变化无显著变化,表明施氮能提高光合机构对光合能量的传递速率,但对光合能量的分配方向无明显影响。施氮提高小麦叶片氮素和叶绿素含量,并且使高大气CO₂浓度下光合氮素利用效率(NUE)明显增加。大气CO₂浓度升高后,施氮增强光合机构的光合能量运转速率,同化力提高,无明显的光合作用适应现象;由于氮素水平与大气CO₂浓度对小麦叶片的光合能量利用存在明显的交互作用,而且高大气CO₂浓度下施氮使得小麦叶片NUE增加、正常大气CO₂浓度下降低,证明高大气CO₂浓度下施氮对光合作用具有直接的影响。     

燕麦叶片光合速率、气孔导度对光强和CO_2的响应与模拟

为指导燕麦生产,并了解燕麦在陆地生态系统水-碳循环过程中的作用,用LI-6400便携式光合测定仪,人工控制光强和CO2浓度,在锡林郭勒盟对燕麦叶片光合速率、气孔导度进行了研究,结果表明:燕麦叶片光合速率随光强的增强而增大,可以用米氏方程对其进行描述,在自然CO2浓度下,燕麦叶片的潜在最大光合速率为18.63μmol/(m2·s);在饱和光强下,光合速率随CO2浓度的增大而增大,也可以用米氏方程对其进行描述,CO2浓度→∞时,潜在最大光合速率达到110.28 μmol/(m2·s);气孔导度随光强的增强而增大,随CO2浓度的增大而减小;气孔限制值随光强的增强而增大,气孔限制值随CO2浓度的增大迅速增大,而[CO2]>200 μmol/mol时,气孔限制值基本保持恒定.     

遮光对杂交水稻组合生育后期光合特性和产量的影响

对6个光敏感性不同的杂交稻组合在遮光处理条件下的光合特性及其对逆境的适应机理进行了研究。结果表明,在田间通过抽穗期遮光处理(80%遮光率) 15 d,及恢复自然光照15 d后,水稻的产量显著降低;水稻剑叶叶绿素含量增加,恢复生长15 d后,并未恢复到正常水平;弱光降低功能叶片的净光合速率,减少光合产物向籽粒的运输,增加MDA含量和叶面积指数,而SOD活性变化不一。杂交水稻适应弱光环境的能力是由自身因素决定的,组合之间存在很大差异。弱光胁迫下剑叶能保持较高的净光合速率、量子效率、叶绿素含量以及较低的MDA含量、SOD活性,是耐弱光水稻品种的生理基础。     

大豆光合特性对大气CO2浓度升高的响应

通过不同CO2浓度处理的大豆实验观测,分析了大豆叶片净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、叶绿素含量等光合特性对大气CO2增加的响应,探讨了未来高CO2水平下水分利用效率的变化趋势。结果表明,高CO2浓度下,大豆开花期叶片光合午休现象得到缓解和消除,净光合速率提高19.4%~33.0%。大豆蒸腾速率随大气CO2浓度升高而下降。大气CO2增加促使大豆水分利用效率提高,在不同生育期提高幅度不同,表明为分枝期、开花期较大,结荚期、鼓粒期较小。在大气CO2增加情景下,叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量均有增加的趋势,分别提高8.6%~11.6%,13.8%~20.0%和9.9%~13.8%。但叶绿素a与叶绿素b的比值则下降。     

北方森林细根对氮沉降和二氧化碳浓度升高的响应

北方森林是全球第二大生物群区,约占全球森林面积的30%,尽管其细根生物量仅占森林生态系统很小的一部分,但其周转率更快,更易分解,因此,其对土壤碳循环和大气CO_2通量贡献很大。笔者综述了氮沉降和CO_2浓度升高的背景数据,总结了细根对二者变化的响应,主要从细根的形态特征、解剖结构和生理功能方面入手,探讨了其对氮沉降和CO_2浓度升高的响应。结论如下:(1)大气氮沉降量一直处于上升状态,与人类活动密切相关的有机氮量所占比例逐渐加大,而无机氮中NH_4~-N和NO_3~-N的变化趋势表现不同;(2)大气CO_2浓度一直呈上升趋势,细根形态特征、解剖结构和生理功能对其表现出明显的响应;(3)树种、年龄、土壤类型等都会改变细根形态、解剖结构和生理功能对氮沉降和CO_2浓度升高的响应结果,但改变的程度不同。研究结果可为北方森林乃至温带森林生态系统功能对氮沉降和CO_2浓度升高的响应提供参考依据和数据支持。     

紫斑牡丹(Paeonia rockii)的光合特性及对土壤干旱胁迫的响应

为研究持续干旱处理对紫斑牡丹(Paeonia rockii)光合生理特性的影响,本研究。以实生苗为材料进行盆栽控水试验,设置对照(compared,CK)、轻度胁迫(light stress,LD)、中度胁迫(moderate stress,MD)、重度胁迫(Severe stress,SD)4个水分处理,研究随着干旱胁迫的加剧,叶片水分生理以及光合生理参数的变化。结果表明:在CK、LD、MD水分梯度下,紫斑牡丹生长正常,但在SD胁迫下受影响明显,植株叶片变黄且萎蔫;各胁迫阶段叶厚、叶水势下降明显,相对含水量(relative water content,RWC)降低幅度小,差异不明显,饱和水分亏(water saturation deficit,WSD)有在MD胁迫下有所升高;干旱胁迫抑制了光合色素合成,叶绿素a(Chlorophyll a,Chla)、叶绿素b(Chlorophyll b,Chlb)、叶绿素总含量(total chlorophyll content,Chla+b)、类胡萝卜素(Carotenoids,Car)显著依次下降,叶绿素比值(Chlorophyll ratio,Chla/b)则相反;干旱胁迫导致叶片净光合速率(net photosynthetic rate,Pn)、气孔导度(Stomatal conductance,Gs)以及蒸腾速率(transpiration rate,Tr)呈现下降趋势,但胞间二氧化碳浓度(intercellular carbon dioxide concentration,Ci)则表现为上升后下降,其中水分利用效率(water use efficiency,WUE)在逐渐上升。在轻度和中度干旱的紫斑牡丹表现出一定的适应性和耐旱能力,而长期重度干旱则对紫斑牡丹影响较为严重,在重度干旱地区栽植需考虑水分供给。本研究为干旱地区和城市的园林绿化植物的选择提供理论支持。     

CO2浓度升高条件下不同氮素水平对小叶章光合特性和生长的影响

为阐明大气CO₂浓度升高和不同氮素水平对湿地植物光合生理特性和生长的影响,本研究以三江平原湿地优势植物小叶章(Calamagrostis angustifolia)为研究对象,通过野外原位控制试验,利用开顶式气室(OTC)模拟环境大气CO₂浓度变化,设置E₀(380 ±20 µmol/mol)、E₁(550 ±20 μmol/mol)和E₂(700 ± 20 μmol/mol)3个CO₂浓度;在每个OTC内设置 N₀(0 g N/m²)、N₁(4 g N/m²)和N₂(8 g N/m²)3个氮素水平。结果表明,N₀条件下,与E₀处理相比,E₁和E₂处理（72 天）后小叶章叶片净光合速率分别降低11%和12%(P<0.05),其叶片可溶性蛋白含量、氮素含量（CO₂熏蒸72 天）、小叶章株高（CO₂熏蒸86 天）均显著低于E₀处理(P<0.05);N₁条件下,与E₀处理相比,E₁和E₂处理（72 天）后小叶章叶片净光合速率降低5%(P>0.05)和10%(P<0.05),其叶片氮素含量(P<0.05)、小叶章株高均低于E₀处理;N₂条件下,E₁和E₂处理（72 天）小叶章净光合速率均呈稍增加的趋势(P>0.05),其叶片可溶性蛋白含量显著增加(P<0.05),氮素含量和小叶章株高无显著变化(P>0.05)。N₀、N₁和N₂条件下,CO₂浓度升高均显著增加了小叶章叶片可溶性糖含量。本研究表明长期CO₂浓度升高可能通过降低小叶章叶片光合酶活性,进而降低了其净光合速率,而施加高浓度的氮肥可以缓解长期高CO₂浓度对湿地植物光合及生长的负面影响。