CO2浓度升高与氮素胁迫对谷子光合特性和产量因素的影响

为阐明氮肥和CO_2浓度升高互作对谷子光合生理特性与产量构成因素的影响,客观评估气候变化背景下谷子的生产潜力,采用开顶式人工气候室和盆栽方法,在不同供氮水平(低氮为0 g/kg;高氮为0.2 g/kg)与不同CO_2浓度(大气CO_2浓度为400μmol/mol;高CO_2浓度为600μmol/mol)下测定谷子拔节期与抽穗期的光合特性、叶片性状以及收获后籽粒产量构成因素参数。结果表明,2种CO_2浓度下,氮素胁迫均显著降低了谷子叶片比叶质量与叶氮含量,但在高CO_2浓度下,谷子叶片净光合速率(Pn)、叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素(a+b)含量、叶片单位横截面积的光能吸收(ABS/CSM)、QA还原(TRO/CSM)、单位面积电子传递的量子产额(ETO/CSM)以及PSII单位面积内反应中心的数量(RC/CSM)均较正常CO_2浓度对氮素胁迫更加敏感;氮素胁迫显著抑制了正常CO_2浓度下谷子植株的穗质量与穗粒质量,但对大气CO_2浓度升高下的植株无显著抑制。总之,高浓度CO_2下,谷子叶片光合性能较正常CO_2浓度对氮素胁迫的响应更加敏感,但构成籽粒产量参数并未显著下降。     

大豆叶片响应CO2浓度升高、干旱及其交互作用的转录组分析

气候变暖及大气CO₂浓度升高成为全球共识,由此增加极端天气气候事件(干旱)发生的频率和强度并对大豆生产带来不确定性。本研究通过大豆表型和叶片转录组测序(RNA-seq)分析,阐释CO₂浓度升高、干旱及其交互条件对大豆基因表达影响,明确CO₂浓度升高影响大豆耐旱性的调控途径,并在两个不同遗传背景品种中验证,从分子水平为未来气候变化背景下大豆抗旱育种提供理论参考。表型结果表明, CO₂浓度升高促进了大豆的生长并缓解干旱胁迫的负面效应。叶片转录组测序分析共筛选到89个CO₂响应基因, KEGG分类显示这些基因主要参与抗氧化物质(萜类、黄酮类等)代谢,同时特异性差异表达基因功能主要集中在细胞组分和生长发育方面。干旱条件下筛选的1006个差异表达(16倍)基因主要参与各类氨基酸(脯氨酸、色氨酸等)代谢途径,绝大多数蛋白质合成与转运相关基因上调,表明干旱胁迫下大豆叶片内物质合成交换过程加强。交互条件下筛选出的8566个差异表达基因主要参与碳水化合物代谢,光合作用-天线蛋白途径的相关基因几乎...     

大气CO2浓度升高和干旱互作对谷子光合及抗旱生理特性的影响

为明确谷子光合作用以及抗旱生理过程对高大气CO_2浓度和干旱交互作用的响应机制,在开顶式气室中(OTC)开展大气CO_2浓度和干旱交互对谷子影响的研究。设置两个CO_2浓度:环境CO_2浓度(400μmol·mol~(-1))和高CO_2浓度(600μmol·mol~(-1));两个水分处理:正常水分(70%～80%田间持水量)和干旱(45%～55%田间持水量),对高CO_2浓度和干旱互作下谷子光合气体交换参数、荧光动力学参数及抗旱相关生理指标的变化进行了研究。结果表明:高CO_2浓度可降低干旱条件下光合色素含量,加剧孕穗期谷子气孔关闭,减轻灌浆期干旱对谷子净光合速率的负效应并增加其水分利用效率。孕穗期高CO_2处理使正常水分处理下谷子气孔导度下降66.7%,而干旱处理下减少77.7%;灌浆期高CO_2使正常水分处理和干旱处理下谷子净光合速率分别增加19.0%和87.7%,水分利用效率增加37.1%和39.2%。干旱处理显著降低谷子除非光化学淬灭系数(NPQ)以外所有荧光动力学参数值,灌浆期高CO_2能缓解该作用。高CO_2处理显著减少纤维素含量和正常水分处理下过氧化物酶活性。干旱极显著升高POD活性(高CO_2浓度)及脯氨酸含量、可溶性总糖、淀粉含量(环境CO_2浓度)和纤维素含量(高CO_2浓度)。因此CO_2浓度升高能够改善谷子的PSⅡ光化学效率和提高抗氧化酶活性来增强谷子的抗旱性。     

CO2浓度升高对谷子干旱胁迫缓解的机制研究

为探究干旱胁迫条件下CO₂浓度升高对谷子抗旱性的影响机理,设置2个CO₂浓度(400 μmol/mol左右正常CO₂浓度和高CO₂浓度,600 μmol/mol)和2个水分(正常供水和干旱处理)处理,测定孕穗期谷子光合能力、光合色素积累、叶绿素荧光、抗氧化酶、渗透调节物质、激素、信号转导相关蛋白激酶和逆境相关基因表达量等指标。结果表明:干旱胁迫下高CO₂浓度(600 μmol/mol)处理显著提高谷子叶片水分利用效率(WUE)、净光合速率(P_n)、类胡萝卜素含量(Car)和类胡萝卜素/叶绿素(the ratio of carotenoids to chlorophyll);显著增加光化学淬灭系数(qP)、非光化学淬灭系数(NPQ),降低蒸腾速率(T_r);显著增加谷子叶片热休克蛋白(HSP-70)含量、脯氨酸(Pro)和脱落酸(ABA)含量及其相关基因表达量。干旱胁迫下高CO₂浓度(600 μmol/mol)处理可显著增加谷子叶片丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)含量及其相关基因表达量,过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽-S-转移酶(GST)活性也显著增加。综上,高CO₂浓度(600 μmol/mol)处理可通过缓解干旱胁迫下谷子叶片气孔导度和水分利用效率的降低、提高谷子渗透调节及信号转导能力,从而促进抗旱相关基因表达来提高谷子的抗旱能力。     

多叶型和三叶型紫花苜蓿产量与相关性状的回归分析

 【目的】分析多叶型和三叶型苜蓿的生长特性、光合速率和产量等,以及相同性状在两类叶型之间的差异,为苜蓿的品种改良及生产应用提供理论参考。【方法】对选育的多叶型紫花苜蓿和普通的三叶型紫花苜蓿进行田间试验,并对其生长性状、光合速率和产量数据进行测定,通过主成分分析和回归分析,分别建立两类叶型紫花苜蓿生长性状及光合速率与产量相关性的回归方程,并对两个方程中的相同性状进行差异分析;【结果】枝条密度、比叶重、单枝干重、株高、单枝复叶数、光合速率、茎叶比和鲜干比等性状与多叶型苜蓿产量显著相关,株高、枝条密度、比叶重、节间数、鲜干比和茎叶比等性状与普通三叶型苜蓿产量显著相关。5个显著影响两类叶型苜蓿产量的相同性状的差异显著性检验结果表明,多叶型紫花苜蓿的枝条密度,茎叶比、鲜干比均显著低于三叶型,比叶重显著高于三叶型苜蓿(P＜0.05),两类叶型苜蓿的株高差异不显著;【结论】多叶型品系的产量显著高于三叶型品种,影响两类叶型苜蓿产量的性状并不相同,同一性状对两类叶型紫花苜蓿的产量影响程度不同。影响产量的生长性状中,多叶型苜蓿虽然枝条密度比三叶型低,但比叶重的增高、茎叶比和鲜干比的降低仍促进其产量的提高。通过合理密植、促进分枝,可进一步提高多叶型苜蓿的干草产量。     

2025杨及其3种芽变红叶杨光合生理和生态适应性研究

红叶杨系列品种是我国典型的彩叶乔木。为进一步明确红叶杨树在叶片光合生理及干物质分配的适应特征，以2025杨及其3个连续芽变品种中红杨、全红杨和金红杨的1年生扦插苗为试验材料，研究其在功能叶光合特性、器官间生物量分配等方面的种间差异。结果表明，随着对2025杨芽变的连续人工选择，其当年生长量显著降低，功能叶光合能力也呈降低趋势，但金红杨略高于全红杨；功能叶的瞬时水分利用效率（WUE）依次显著降低，中红杨和全红杨的光合氮利用效率（PNUE）显著低于2025杨，而金红杨的PNUE无显著差异。单叶面积、净光合速率、羧化速率（CE）及光合氮利用效率（PNUE）等指标显著降低可能是中红杨和全红杨生长量显著低于2025杨的原因，而非叶绿素含量。叶绿素a含量大幅度减少是金红杨功能叶光合能力低的重要原因。与2025杨相比，3种红叶杨的地上部干物质积累显著降低，叶器官分配比例逐渐增加而茎中干物质投资逐渐降低，这可能是对叶片光合能力降低的一种适应，但秋季落叶造成碳资源损失过大而对个体生长不利。     

大气CO2浓度和气温升高对大豆叶片光合特性及氮代谢的影响

以大豆品种“中黄35”为材料,利用人工气候室,设置对照CK（CO2浓度和气温与外界测定值相同）、EC（CO2浓度为外界测定值+200μmol·mol–1,气温与外界测定值相同）、ET（CO2浓度与外界测定值相同,气温为外界测定值+2℃）、ECT（CO2浓度为外界测定值+200μmol·mol–1,气温为外界大气测定值+2℃）共4个处理。大豆整个生育期均种植在人工气候室内,在大豆鼓粒期（8月12日）利用相对叶绿素仪测定大豆叶片相对叶绿素含量,利用便携式气体交换系统测定光合参数,利用便携式光合测量系统测定光响应曲线和CO2响应曲线,并测定叶片氮代谢相关指标,以研究CO2浓度升高200μmol·mol–1和气温升高2℃对鼓粒期大豆叶片的光合特性和氮代谢关键指标的影响。结果表明：（1）ET处理鼓粒期大豆叶片相对叶绿素含量（SPAD）显著增加,EC和ECT处理对其影响不明显。（2）各处理鼓粒期大豆叶片气孔导度（Gs）均显著下降。ET处理中,叶片净光合速率（Pn）、水分利用效率（WUE）显著下降,EC处理对其影响不大,但是可以提高叶片水分利用效率（WUE）,改善气温升高对叶片的负面影响。（3）EC和ET处理鼓粒期大豆叶片最大净光合速率（Pnmax）均显著下降,ECT处理对其影响不显著。（4）EC处理中,鼓粒期大豆叶片CO2补偿点（Γ）、饱和胞间CO2浓度（Cisat）、光呼吸速率（Rp）均显著增加,ET和ECT对其影响不大。各处理均使鼓粒期大豆叶片最大净光合能力（Amax）下降。（5）EC处理鼓粒期大豆叶片硝酸还原酶（NR）活性和可溶性蛋白含量均显著下降,但是ET和ECT处理叶片可溶性蛋白含量显著增加,硝酸还原酶（NR）活性变化不显著,各处理均降低了谷氨酰胺合成酶（GS）的活性。总之,CO2浓度升高200μmol·mol–1可以改善气温升高2℃对鼓粒期大豆叶片光合作用的负面影响,但对氮代谢有抑制作用,而气温升高2℃可以一定程度上缓解CO2浓度升高200μmol·mol–1对鼓粒期大豆叶片氮代谢的抑制作用。     

当年肥料深施对生土棉花根-冠-土系统建成的影响

为探求当年生土最佳施肥方式,试验连续2年采用根管土柱法,研究不同肥料(N、P、N+P+K、有机肥、不施肥对照)、不同施肥深度(0—20cm,40—60cm,80—100cm土层)对生土棉花(Gossypium hirsutum Linnaeus)根(根重)—冠(地上部生产力)—土(根际土壤脲酶、碱性磷酸酶活性,根际土壤速效氮、速效磷和有机质)系统垂直构成的影响。结果表明:(1)有机肥明显提高生土棉花地上部生产力,但对根重发育没有明显优势;单施P肥明显改善生土棉花根重垂直分布,但明显抑制地上部生产力形成;NPK配施有利于协同生土棉花根—冠建成;(2)有机肥或含P肥,有利于提高生土棉花根际土壤脲酶和碱性磷酸酶活性,提高生土棉花根际土壤速效氮、速效磷及有机质含量;(3)相关分析表明,生土棉花根土系统建成中,在酶促反应下,根系及土壤营养之间彼此互为促进,从而达到生土熟化;(4)因子分析表明,生土棉花根—冠—土系统建成的首要因素是根-冠系统,其次是根-土养分系统,根—土酶系统通过活化土壤养分而促进根—冠—土系统的良好构建;(5)聚类结果得出,当年生土棉花根—冠—土系统协调发展的最佳施肥方式是40—60cm土层单施有机肥或配施NPK肥。由此可知,当年生产见效并改良生土的最佳施肥方式是有机肥或NPK肥深施40—60cm。     

连续2年氮添加对中金杨幼苗叶光合特性与碳氮分配的影响

【目的】研究不同强度氮添加对杨树叶片光合特性、各器官生物量、非结构性碳水化合物积累和分配的影响,探讨过量氮添加下杨树的生理生态过程响应机制,为未来氮沉降条件下杨树人工林精准施肥提供理论依据。【方法】以盆栽黑青杂交杨中‘金杨7号’扦插苗为材料,以NH₄NO₃为氮源,设置CK(0 g·plant^-1 a^-1)、N3(3 g·plant^-1 a^-1)、N6(6 g·plant^-1 a^-1)、N9(9 g·plant^-1 a^-1)4个氮添加梯度,连续2年测定氮添加后其功能叶光合特性、器官间生物量、碳同化物和氮分配的变化,并分析叶片光合特性和同化物分配的调控过程。【结果】1)连续2年氮添加后,中金杨幼苗叶氮和叶绿素含量增加,气孔变小变密,瞬时水分利用效率显著提高,光合氮利用效率显著降低。2)中低剂量氮添加下顶梢叶片光合作用显著受到库限制,侧枝叶净光合速率明显高于对照;高氮处理下叶...     

基于决策系统模拟不同降水年型旱作冬小麦的最佳播期

冬前积温以及播前土壤墒情是旱作冬麦区播期选择的重要依据，利用模型选择不同降水年型下小麦适宜播期具有重要意义。收集山西省闻喜县旱作小麦区2009−2014年（2009、2010和2012年为枯水年，2011年和2013年为丰水年）的大田试验数据，对小麦决策系统进行品种参数校验和验证。利用校验过的决策系统模拟分析闻喜地区近36a（1980−2015年）冬小麦最佳播期变化以及不同降水年型下播期随产量的变化情况。结果表明：（1）1980−1984年，冬小麦最佳播期主要集中在9月25日前后；1985−1995年，历史最佳播期推迟至9月30日前后；1995−2015年，最佳播期推迟至10月5日前后。（2）研究期内，丰水年和平水年9月30日前后播种小麦平均产量最大，分别为4293.1kg·hm−2和4055.2kg·hm−2；枯水年10月5日前后播种小麦平均产量最高，为3334.5kg·hm−2。因此，随着气温的逐渐增高，冬小麦的历史最佳播期呈现明显后移趋势；丰水年和平水年9月30日前后播种，枯水年以10月5日前后播种为宜。