Chalcone suppresses lignin biosynthesis in illuminated soybean cells

Lignin and its related metabolites play critical roles in plant growth and development. Thus, lignin biosynthesis has attracted interest as a novel target site of plant growth inhibitors. Chalcone has been shown to not only inhibit lignin biosynthesis in plants, but also to suppress the growth of many annual plant species. In order to know the direct effect of chalcone on plant metabolism, the effects of chalcone on the activities of key enzymes in lignin biosynthesis and on the related metabolites were clarified with a time‐course study by using light‐induced suspension cultures of soybean cells. The fresh weight and packed cell volume of the soybean cells were inhibited after 8 h of chalcone treatment. The activities of phenylalanine ammonia lyase (EC 4.3.1.24) and 4‐coumarate: coenzyme A ligase (4CL; EC 6.2.1.12) were largely inhibited 4 h after the treatment with 0.15 mmol L^?1 chalcone. Unlike these two enzymes, the activity of cinnamyl alcohol dehydrogenase (EC 1.1.1.195) was not inhibited until 16 h after the chalcone treatment. The content of the 4CL substrates and lignin in the soybean cells became relatively lower than the control under the light condition within 4 h and 8 h after the chalcone treatment, respectively. These results suggest that the growth suppression of soybean cells is positively associated with the inhibition of lignin biosynthesis by exogenous chalcone.     

Effect of naringenin on the growth and lignin biosynthesis of gramineous plants

Lignin biosynthesis is essential for plant growth. 4‐Coumarate CoA ligase (4‐CL, EC6.2.1.12) is involved in the monolignol synthesis and occupies a key role in regulating carbon flow into the phenylpropanoid metabolism pathway. Naringenin, one of the metabolites in this pathway, is known as a potent in vitro inhibitor of 4‐CL. The growth of rice (Oryza sativa L. cv. Koshihikari), maize (Zea mays L. cv. Yellow corn) and Echinochloa oryzicola Vasing seedlings at the 2nd leaf stage was inhibited after continuous root application with 0.1 mmol L^?1 naringenin for 1 week, although naringenin did not kill these gramineous plants. The highest inhibition of fresh weight increase was observed in maize, followed by rice and E. oryzicola. The symptoms in these plants were root browning, delay of leaf/root development and shoot dwarfing. Naringenin treatment increased the contents of 4‐CL substrates, cinnamic acid, 4‐coumaric acid, caffeic acid and ferulic acid from 1.2 to 7.2 times and from 1.2 to 3.5 times in shoots and roots, respectively, except for ferulic acid in E. oryzicola roots. It also caused a slight decrease of the lignin content and alteration of lignin constitutions in rice plants. These results suggested that the monolignol pathways after 4‐CL towards lignin has the possibility to be the novel action sites of plant growth retardants, although further investigations are needed to clarify the mode of action.     

根施甜菜碱对盐胁迫下玉米幼苗根系生长与光合特性的影响(简报)

以玉米为材料,采用砂培试验方法,研究了根施甜菜碱对盐胁迫下玉米幼苗根系生长与光合特性的影响。结果表明,根施10mmol·L-1甜菜碱能缓解盐胁迫对玉米幼苗的伤害,促进其生长,使根系伸长并改善其水分状况与细胞质膜透性,增强叶片的光合作用。     

Selective growth suppression of five annual plant species by chalcone and naringenin correlates with the total amount of 4-coumarate: coenzyme A ligase

The 4-coumarate: coenzyme A ligase (4CL) is one of the key enzymes in the biosynthesis of lignin monomers. It has been demonstrated that the 4CL is a new potential target site for developing effective plant growth inhibitors. Although previous studies demonstrate that chalcone and naringenin differentially suppress the growth of several annual plant species, we show here that the compounds can inhibit the 4CL enzyme activity in the plants. The enzyme was extracted and partially purified from the leaf tissues of two tolerant plants (wheat and soybean) and three susceptible plants (tomato, barnyard grass, and common chickweed). A maximal 29-fold purification of the enzyme, with a yield of 32% (tomato), was achieved by a six-step procedure, including anion-exchange column chromatography. Naringenin strongly inhibited the 4CL specific activity in wheat, soybean and barnyard grass, whereas chalcone showed the highest inhibitory effect in common chickweed. A good correlation was observed between the level of growth suppression by the compounds and the total 4CL amount in the plants. These results suggest that the inhibitor treatment at the same concentration could not inactivate the entire 4CL enzyme produced in the tolerant plants. Taken together, these results highlight the possibility of the 4CL as a new action site of growth suppression.     

播期对玉米生长发育和产量的影响

基于2012—2014年在辽宁省庄河市和锦州市进行的玉米分期播种试验资料,对辽宁地区玉米生长及产能受温度影响情况进行分析。试验分为5个播期,播期间隔10~15 d不等,种植密度约为4.2株·m~(-2),每个播期分为4个重复小区,分别观测玉米生长指标。结果表明:在日照和水分条件适宜的情况下,玉米在各生长发育期所持续的时间与相应期间的温度存在着负相关关系。播种~出苗阶段持续时间在日最低气温15℃以下随着温度升高而逐渐缩短,15℃以上则逐渐增加。吐丝~成熟阶段持续时间则随着播期的延后而延长。玉米在出苗~吐丝阶段,各播期温度条件相当,差别并不显著。吐丝~成熟期≥10℃的活动积温和气温日较差分别在1 500℃·d左右和8℃~8.5℃的范围内对产量的形成更加有利。     

化学覆盖与干湿变化对玉米生长及水分利用效率的影响

采用干旱防雨棚下盆栽的方法,研究不同土壤含水量下土壤表面化学覆盖对玉米抗旱成苗及水分利用效率(WUE)的影响。结果表明,利用保水剂和土壤改良剂PAM进行土壤表面覆盖能够提高玉米出苗率,有效降低土表蒸发,同时土壤干湿变化对玉米的生长更为有利,它可以引起强烈的生长补偿效应。     

低温胁迫下春玉米生长参数及产量影响分析

以先玉335为材料,对玉米拔节期和大喇叭口期分别进行了15℃低温胁迫及对照试验。结果表明:低温胁迫导致植株株高、生物量及叶面积明显下降,并且拔节期受低温的影响要大于大喇叭口期;低温导致玉米蒸腾速率的降低及光合速率下降,光合速率下降10%左右,蒸腾速率下降58%~64%;不同发育期玉米光谱反射率对低温胁迫的响应基本相同,可见光波段,受低温胁迫的玉米冠层光谱反射率均有所增加,近红外波段(780~1 350nm),受低温胁迫的玉米冠层反射率降低;低温导致产量明显下降,拔节期减产率为34%,大喇叭口期减产率达到38%,大喇叭口期低温对产量的影响更为显著。     

秋覆盖的保水效应及对春玉米生长的影响

设置高(9000 kg·hm^-2)、中(6000 kg·hm^-2)、低(3000 kg·hm^-2)3种不同量秸秆覆盖和平覆、垄覆2种不同方式的地膜覆盖,以全程不覆盖为对照,研究了秋季雨后覆盖(休闲期加生育期全程覆盖)对土壤水分及春玉米生长状况的影响。结果表明：在冬闲期,各覆盖处理(除秸秆覆盖3 000 kg·hm^-2处理)的土壤蓄水量分别较不覆盖处理(CK)增加了21.22 mm、20.49 mm、18.37mm和19.5mm,使玉米出苗较CK至少提前了3 d。在播种期~大喇叭口期(播后70 d),平覆地膜和垄覆地膜平均土壤蓄水量分别较对照增加15.57 mm和15.73 mm;秸秆覆盖6 000 kg·hm^-2和9 000 kg hm^-2处理平均土壤蓄水量分别较对照增加12.05 mm和12.03 mm。秸秆覆盖处理在玉米生长后期土壤蓄水量较对照增加不显著。秋覆盖处理均可促进春玉米个体的生长,地膜覆盖处理可以显著提高春玉米生长前期的单株干重、株高和叶面积,秸秆覆盖在生育后期较对照显著提高。平覆地膜、垄覆地膜两个处理的玉米籽粒产量和水分生产效率分别较对照增加14.6%、13.9%和11.0%、11.1%(P<0.05),秸秆覆盖处理增产均不显著。     

气候变化对陇东塬区玉米播种期的影响

采用数理统计分析方法对西峰农业气象试验站近16年来玉米观测资料和西峰国家基准气象站近35年来气象观测资料进行了详细分析计算,分析结果认为,气候变化使陇东塬区玉米生育期缩短,玉米主要发育期(出苗、拔节、开花、乳熟、成熟)较历年均提前,提前幅度最大的是乳熟和成熟期;玉米生育期内气温偏高,热量增加,降水分配极不均衡,降水量和日照时数呈逐年减少趋势,气候变化对玉米播种出苗和开花至成熟期的生长影响较大;本区传统的玉米适宜播种期已经不适应现在气候背景下玉米生产需要;当玉米播种期提前5～10 d后,玉米的播种出苗期、拔节抽雄期等生长关键期能够避免春旱、初夏旱、伏旱等气象灾害的影响,并使玉米生产的关键期处于有利的气候条件下,对提高产量十分有利.     

辽宁中西部地区6种保护性耕作措施玉米生长发育状况比较

针对辽宁省中西部地区春旱频繁、土壤风蚀严重的特点,设置1:2轮耕、1:1轮耕、铁茬垄侧播种、铁茬茬间播种、铁茬茬间播种覆盖、保墒蓄水耕作及灭茬后原垄播种(对照)等不同耕作措施,研究其玉米生长发育的差异状况.结果表明:保护性耕作措施有利于玉米4叶期后植株的生长发育,铁茬茬间播种覆盖和铁茬茬间播种处理的效果明显优于其它耕作措施.     

辽西地区微集水不同覆盖方式对玉米生长发育的影响

以传统种植模式为对照,研究了垄覆膜沟种植、垄覆膜沟覆膜种植和垄覆膜沟覆秸秆种植三种一元或二元微集水覆盖方式对玉米生长发育的影响.结果表明,农田微集水技术能够提高玉米出苗率2.7～3.1个百分点,垄覆膜沟覆膜种植和垄覆膜沟种植能够缩短玉米的出苗时间1～3 d,垄覆膜沟覆秸秆种植会延长玉米出苗时间2 d.相对于传统种植模式...     

不同覆盖材料下土壤水温效应对玉米前期生长的影响

本研究旨在比较盆栽与大田试验条件下不同覆盖材料的土壤调温保湿效果,为选择农业环保型覆盖材料提供理论依据。2014和2015年分别设置盆栽试验和大田试验,覆盖塑料地膜(DM)、液体地膜(YM)、麻地膜(MM)及秸秆(JM)等4种材料,以不覆盖处理为对照(CK),分析了不同覆盖材料对土壤水温状况及玉米前期生长的影响。结果表明:麻地膜覆盖对玉米生育前期0~20 cm土层土壤的保水保墒效果最好,秸秆覆盖处理次之,麻地膜覆盖和秸秆覆盖处理玉米出苗至大喇叭口期平均土壤贮水量分别较对照显著提高29.0%和26.6%。覆盖不同材料的调温作用:2014年盆栽试验玉米拔节期各处理升温效果表现为MMDMJMYMCK,大喇叭口期其降温效果表现为MMJMCKDMYM;2015年大田试验玉米拔节期各处理升温效果表现为CKDMMMYMJM,大喇叭口期其降温效果表现为CKDMMMJMYM。麻地膜覆盖处理促进了玉米前期的生长,比不覆盖处理提前10~11 d进入大喇叭口期,玉米株高、茎粗、叶面积及生物量分别较对照显著提高48.3%、27.5%、158.2%和63.5%。     

垄沟种植模式对玉米生长及产量的影响

通过田间试验,设60、90 cm两种垄宽的垄沟种植模式,以传统种植模式为对照,研究了垄沟种植模式对玉米生长和产量的影响.结果表明:60 cm垄宽的种植模式增产效果最为显著,与90 cm垄沟种植模式和传统种植模式相比,60 cm垄沟种植模式玉米株高分别提高11.1％和19.6％;功能叶叶面积分别提高6.46％和10.78％;相对叶绿素含量分别增加6.7％和12.9％;干物质积累分别增加6.9％和10.7％;玉米产量分别提高8.1％和10.7％;土壤水分利用效率分别提高11.7％和5.8％,差异显著.与传统平作种植模式相比,垄沟种植模式能够促进玉米生长发育,提高产量和水分利用效率.在所有处理中,60 cm垄宽的垄沟种植模式的玉米产量和水分利用效率最高.     

干旱条件下锰肥对玉米生长及光合色素含量的影响

通过盆栽试验,研究了干旱条件下施用微量元素锰对夏玉米生长及叶片光合色素含量的影响。在正常供水和土壤干旱条件下,锰肥的施用明显地改善了夏玉米的生长状况和叶片叶绿素含量。干旱情况下,施锰处理的玉米株高、地上部及地下部干物质分别比对照增加了12.6%、24.8%和29.5%。正常供水条件下,施锰处理的玉米株高、地上部及地下部干物质分别依次增加了9.0%、7.6%和21.6%。正常供水和土壤干旱条件下,施锰处理的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量增加了31.7%和16.3%、40.0%和11.7%、35.8%和12.6%。     

干旱胁迫对玉米苗期植株生长和保护酶活性的影响

以2个不同抗旱性玉米品种云瑞47(抗旱性强)和云瑞88(抗旱性弱)为材料,采用盆栽控水试验,设置轻度干旱胁迫(LS)、中度干旱胁迫(MS)、重度干旱胁迫(SS)3个干旱处理和正常灌水(CK),研究了干旱胁迫对2个玉米品种苗期株高、叶面积、生物量、根冠比和保护酶活性的影响,以探讨干旱胁迫对玉米苗期生长发育及其生理过程的影响机制。结果表明:(1)干旱胁迫抑制2个玉米品种苗期植株生长,导致植株株高降低、叶面积减少、整株生物量显著下降,根冠比增加,且抗旱性弱的品种云瑞88对干旱胁迫的敏感性高于抗旱性强的品种云瑞47。(2)干旱胁迫下2个玉米品种叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性表现为先升高后降低趋势,在MS处理下达到最高。与CK相比,云瑞47叶片SOD、POD和CAT分别增加了27.04%、16.95%和19.13%;云瑞88叶片SOD、POD和CAT分别增加了22.55%、11.20%和12.64%;(3)干旱胁迫增加了2个品种叶片丙二醛(MDA)含量,随着干旱胁迫程度的加剧,云瑞47(耐旱性强)叶片MDA变化幅度小于云瑞88(耐旱性弱),尤其SS处理下云瑞88的MDA积累量是云瑞47的1.31倍。云瑞47的各生理参数比云瑞88受旱影响小,干旱胁迫下仍具有较强的保护酶活性和较低的MDA含量,是云瑞47适应干旱环境的主要生理原因。     

华北残茬覆盖不同土壤耕作方式夏玉米生长分析

对华北小麦玉米一年两熟地区,小麦机械收获后残茬覆盖与不覆盖两种处理及其与免耕、翻耕和间隔深松三种土壤耕作方式结合条件下,夏玉米光合产物生产、积累、分配和籽粒产量进行了分析。结果表明,残茬覆盖结合深松耕作具有良好效果,其叶面积系数、叶片光合速率、干物质积累量及向籽粒的分配比例分别比不覆盖免耕高13.37%、45.83%、16.97%和3.09%,最终产量显著高于其它处理,比不覆盖免耕高15.9%。     

不同降解膜覆盖对土壤水热与玉米生长的影响

为进一步研究验证不同降解地膜的田间应用效果,在大田条件下以露地栽培为对照,进行了可降解地膜H(江苏淮安产,降解周期120 d)、可降解地膜T(台湾产,降解周期120 d)和普通地膜覆盖玉米栽培试验,探讨不同地膜覆盖对土壤水分和温度、玉米生长发育、产量及相关性状的影响。结果表明,与露地对照相比,可降解地膜H覆盖能够明显提高玉米生育前中期(播种至大喇叭口期)0~60 cm土壤水分含量,提高播种后63 d内地下10、20 cm土壤温度,具有较好的土壤保墒、增温、保温作用;而可降解地膜T在玉米生育前期(播种至拔节期)作用较好,到玉米生育中期(大喇叭口期)其作用已经减弱。可降解地膜H和T覆盖均使玉米出苗率提高,分别为95.8%、95.3%,露地为93.6%;生育进程加快,生育期分别比露地缩短12 d、8 d;可降解地膜H覆盖能明显促进玉米中后期地上部干物质的积累,株高、茎粗及叶面积增加,穗部性状改善,秃尖缩短,穗粒数和千粒重增加,比露地增产40.7%,而可降解地膜T的覆盖效果(增产14.3%)虽然优于露地对照,但要差于H和普通地膜(增产39.5%)。研究认为,可降解地膜H的覆盖效果与普通地膜相当,而可降解地膜T的覆盖效果次之。在生产中应用可降解地膜,应根据当地环境条件进行选择。     

旱作覆膜玉米生长和水分利用对气候变化的响应

基于3 a连续冬小麦-夏玉米覆膜轮作试验校准和验证AquaCrop模型的适用性,模拟研究了气候变化对夏玉米生长、产量和水分利用的影响,分析了覆膜措施对气候变化的应对效果。结果表明:关中地区(以武功、宝鸡和西安地区为例)年平均温度呈逐年递增趋势,温度增加幅度由高到低依次为宝鸡、西安和武功,增温速率分别为0.20、0.12℃·10a~(-1)和0.09℃·10a~(-1);降雨量呈逐年递减趋势,减少幅度大小依次为西安、宝鸡和武功,减小量分别为3.59、3.23 mm·10a~(-1)和2.64 mm·10a~(-1)。AquaCrop模型在关中地区表现出了良好的适用性,可以较好地模拟连续覆膜条件下作物的产量指标、水分利用和生长的动态变化,冠层覆盖度模拟值和实测值之间的均方根误差(RMSE)介于1.1%～15.3%,生物量模拟值和实测值之间的RMSE介于0.626～2.540 t·hm~(-2),土壤贮水量模拟值和实测值之间的RMSE介于12.6～47.4 mm。模拟研究表明,上世纪60年代以来,随着气温不断升高,武功、宝鸡和西安地区的夏玉米生育期均呈逐年缩短趋势,特别是1980s以来,减少幅度达2.76、4.82 d·10a~(-1)和5.94 d·10a~(-1);在不同的降水年型下,覆膜处理产量均高于裸地处理,且其变异系数较小;在干旱气候条件下,覆膜处理依然可以获得一定的籽粒产量,与裸地处理相比,覆膜处理表现出了较好的稳产效应。同时,覆膜处理有效减少了玉米苗期土壤表层蒸发(平均减少7.6 mm),从而在土壤中保蓄更多的降雨;覆膜处理虽然增加了土壤耗水量,但其通过保蓄土壤水分,稳定作物产量,有效提高了玉米的水分利用效率。因此,关中地区旱作覆膜可以有效适应当地气候变化,在一定程度上应对干旱气候,具有较好的增产稳产效应。     

玉米苗期调亏灌溉的复水补偿效应

利用盆栽人工控水的方法,在玉米苗期造成不同强度的干旱胁迫,并在拔节期复水至充分供水和轻度胁迫,研究不同程度的水分亏缺对苗期玉米生长发育、水分利用效率和根系活力的影响以及复水后的补偿效应。结果表明,干旱胁迫对玉米苗期的植株生长、干物质累积和分配、气孔导度、光合速率、蒸腾速率以及根系活力产生了不同程度的影响;拔节期复水后,各种指标表现出不同程度的补偿生长效应。