不同发育阶段干旱胁迫对玉米株高、果穗性状及产量的影响

为研究同一品种不同发育阶段干旱胁迫对玉米植株高度、果穗性状以及产量的影响程度,设置全生育期供水充足、大田自然干旱、拔节期控水、抽雄期控水、拔节期控水-复水、抽雄期控水-复水6种处理的对比试验,用对比分析的方法比较不同处理下玉米的株高、果穗性状以及产量之间的差异。结果表明：干旱胁迫使玉米植株矮小,果穗长减小7.88%~54.55%,果穗粗减小14.58%~52.08%,秃尖长度增大66.67%~258.33%,百粒重减小0.99%~41.36%,单株产量减少15.03%~94.41%,最终导致减产23.57%~90.03%。不同发育阶段干旱胁迫对产量的影响差异显著,全生育期干旱最为严重,几乎无产量,拔节期次之,抽雄期干旱胁迫影响最小,复水后由于部分补偿了前期干旱胁迫所减少的生物量,果穗性状、百粒重均有好转,减产幅度减轻。     

干旱-复水对菊芋苗期根、茎、叶形态特征的影响

通过盆栽试验研究干旱-复水对菊芋(Helianthus tuberosus)苗期根、茎、叶、茎叶比、根冠比和物质积累量的影响,探讨菊芋苗期干旱适应机制,干旱半干旱地区菊芋栽培管理提供参考。结果表明:干旱-复水处理菊芋根、茎、叶生物量和总生物量均低于正常水分管理;干旱-复水增加了主根和须根的直径;干旱-复水过程中除复水第16天外,处理须根长度均高于对照;处理前期主根长度高于对照,后期主根长度低于对照;干旱-复水处理提高了菊芋平均叶面积,降低了叶片数量,抑制新叶片的形成;干旱胁迫第2天测定的茎叶比对照高于处理,而其他取样时间处理均高于对照;干旱-复水过程中菊芋根冠比胁迫第2天高于对照,胁迫第4天、第8天和复水第8天处理根冠比低于对照,复水第16天处理高于对照。     

干旱-复水条件下氮素对高粱光合特性及抗氧化代谢的影响

采用盆栽试验,以持绿性品系高粱B35和非持绿性高粱品系三尺三为试验材料,设置两个施氮处理（每盆0和6 g尿素）,在灌浆期干旱-复水条件下测定光合特性及抗氧化代谢指标。结果表明,氮素显著提升B35和三尺三在干旱胁迫下净光合速率（Pn）、胞间CO₂浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）,提高了光系统II（PSII）反应中心活性;干旱胁迫下,施氮显著提高磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPCase）活性,施氮使B35和三尺三PEP羧化酶分别提高了29.17%和25.66%, 而二磷酸核酮糖羧化酶（RuBPCase）活性对氮素不敏感。与三尺三相比,氮素对B35的光合能力的促进作用更加明显。干旱胁迫下氮素显著提升了超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性,B35和三尺三的SOD活性分别提高了25.56%和17.07%,POD活性分别提高了48.97%和76.62%。B35抗氧化酶的活性均高于三尺三。同时,氮素降低了B35和三尺三丙二醛（MDA）含量。复水后,氮素显著提升B35和三尺三Pn、Tr和PEP羧化酶活性,Pn升高幅度分别为33.66%和60.01%,Tr升高幅度分别为36.59%和41.57%,PEP羧化酶活性升高幅度分别为23.47%和18.64%,同时显著降低了初始荧光值（Fo）,Fo降低幅度分别为18.50%、10.98%。施氮有利于提高复水后的B35和三尺三抗氧化酶活性,降低细胞膜脂过氧化程度。复水后,与三尺三相比,B35的光合特性和抗氧化酶活性较高。两个施氮处理的B35产量均高于三尺三,氮素使B35和三尺三生物产量分别增加9.73%和10.08%,籽粒产量分别增加24.47%和21.79%。氮素调节气孔导度及光系统Ⅱ活性,降低干旱对光合机构的损伤;复水后,氮素通过提高光系统Ⅱ活性,提高光合酶活性,光合性能提升。干旱及复水条件下,施氮提升抗氧化酶活性,减轻膜脂过氧化的损伤。氮素有利于干旱及复水条件下B35和三尺三光合特性及抗氧化酶系统能力的提升。     

达乌里胡枝子抗氧化保护系统及膜脂过氧化对干旱胁迫及复水的动态响应

采用盆栽控水法,对达乌里胡枝子进行不同梯度干旱胁迫(适宜水分,CK;中度干旱,DR₁;重度干旱,DR₂)和复水处理,研究其在胁迫过程中的抗氧化保护系统及膜脂过氧化的动态响应。结果表明,1) 在整个胁迫过程中,随着胁迫时间的延长,干旱胁迫使SOD、POD、CAT、APX活性高于对照,且随着胁迫强度的增加,SOD活性为DR₁2,CAT、APX活性为DR₁>DR₂,而POD活性在胁迫开始后前6 d内为DR₁>DR₂,之后则为DR₂>DR₁;与对照相比,干旱胁迫下AsA含量变化不明显,Car含量则高于对照,随着胁迫时间的延长,AsA含量先降低后升高,Car则呈上升趋势;干旱胁迫下O₂^·-含量高于对照,膜脂过氧化导致MDA含量升高,细胞膜相对透性改变,随着干旱胁迫强度的增加,MDA含量在胁迫开始后前6 d为DR₂>DR₁,之后各处理组组间差异不显著(P>0.05),O₂^·-含量为DR₁>DR₂。2) 复水后,APX、CAT、Car、O₂^·-均呈上升趋势,其他指标则呈下降趋势。3) 通过隶属函数法对该种的抗旱能力进行综合评价得出,达乌里胡枝子抗旱能力较高,且中度胁迫下该种的抗氧化能力高于重度胁迫,中度胁迫可能更适合于该植物的生长发育。     

旱后复水条件下磷添加对白羊草根系形态及氮磷累积的影响

植物生长及养分利用特征可揭示半干旱区植物对多变水肥环境条件的适应策略。在白羊草分蘖期设置2个供水条件(正常供水和干旱胁迫21天后复水)和2个磷添加水平(复水当日1 kg干土添加0,0.2 g P_2O_5),2周后测定其根冠生物量、根系形态以及氮磷含量。结果表明,旱后复水条件下,磷添加后白羊草根冠生物量、总生物量和根冠比无显著变化,总根长和根表面积显著增加27.1%和24.1%,比根长和比根面积分别显著增加18.3%和15.9%,根系平均直径显著降低1.3%;白羊草地上部、根系和整株磷含量分别显著增加61.1%,35.8%和49.6%,磷累积量分别显著增加68.6%,52.0%和61.3%,氮磷比显著降低。除地上部氮累积量外,各水分和磷处理下白羊草地上部、根系和整株氮磷累积量与总根长和根表面积呈显著正相关关系。本研究表明,根长和根表面积增加是白羊草响应水肥环境条件改善的主要策略。     

大气CO_2倍增条件下冬小麦气体交换对高温干旱及复水过程的响应

探究大气CO_2浓度倍增条件下冬小麦气体交换参数对高温干旱及复水过程的生理响应机制,有助于提高生态过程模型的模拟精度,更加准确地预测全球气候变化对农田生态系统初级生产力及其生态服务功能的影响。利用4个可精准控制CO_2浓度和温度的大型人工气候室,研究了CO_2浓度倍增条件下高温干旱及复水过程对冬小麦气孔特征和气体交换参数的影响。结果表明, CO_2浓度倍增(E)导致冬小麦远轴面气孔密度增加、气孔宽度减小、气孔空间分布规则程度降低,但提高叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)。高温干旱(HD)使叶片气孔长度、密度、周长和面积减小,导致叶片气体交换参数均显著下降。然而,高CO_2浓度及高温干旱(EHD)导致气体交换参数下降幅度相对较小,表明高CO_2浓度对高温干旱具有一定的缓解作用。此外,干旱复水后,不同处理条件下冬小麦叶片气体交换参数均有所升高,但高温干旱下叶片的气体交换参数仍未能恢复到对照水平,暗示光合器官可能在高温干旱时遭到损伤和破坏。     

水分胁迫对大豆结荚期光合生理及生物量的影响

以秦豆8号为材料进行盆栽试验,研究了大豆苗期、花期及结荚期不同土壤控水处理对大豆结荚期光合生理和生物量的影响。结果表明:当苗期-花期前土壤相对含水量控制为65%~75%情况下,在花期分别进行轻度(土壤相对含水量控制为55%~65%)、中度(土壤相对含水量控制为45%~55%)水分胁迫,结荚期复水至正常供水后,与对照(大豆不同生长阶段土壤相对含水量均保持为65%~75%)相比,随胁迫程度的加剧光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔导度(Gs)降幅加大,中度胁迫下分别降低13.16%(P<0.05)、28.60%(P<0.01)、7.64%、49.51%(P<0.01),而气孔限制值(Ls)、叶片温度(T1)较对照有所提高,中度胁迫下分别提高48.07%(P<0.01)、0.36%;当苗期-花期正常供水结荚期分别进行轻度、中度胁迫时,Pn、Tr、Ci、Gs较对照均降低,而Ls及T1较对照提高。当苗期-花期前土壤相对含水量控制为55%~65%情况下,在花期或结荚期进行中度胁迫均使Pn、Tr、Ci、Gs降低,Ls及T1升高,复水后则反之。当苗期-花期前土壤相对含水量为45%~55%时,不论花期或结荚期进行正常供水或轻度胁迫,各处理Pn、Tr、Ci、Gs均高于对照(大豆不同生长阶段土壤相对含水量均保持为45%~55%),而Ls及T1低于对照。当苗期-结荚末期土壤相对含水量连续控制在3个水平条件下,随土壤含水量的降低,Pn、Tr、Ci、Gs呈下降趋势,而Ls及T1升高。当苗期-花期前分别进行正常供水、轻度胁迫、中度胁迫控水处理时,不同处理结荚期单株生物量呈显著差异,中度胁迫与轻度胁迫各处理的单株生物量差值小于正常供水与轻度胁迫各处理单株生物量差值。     

干旱胁迫及复水处理对百脉根叶片丙二醛含量及抗氧化酶活性的影响

 以栽培型和野生型百脉根（Lotus corniculatus L.）为试验材料,对干旱胁迫4,8,12,16 d和复水处理下4,8 d百脉根的部分生理生化指标的变化进行了研究。结果表明：随着干旱胁迫时间的延长,叶片相对含水量逐渐下降,叶绿素含量、MDA含量、SOD活性和POD活性呈先升高后降低的变化趋势。复水后,各指标得到了不同程度的恢复,但POD的活性明显仍低于对照（P<0.05）;从MDA含量变化来看,复水后细胞膜受到的伤害仍然没有修复。干旱胁迫处理下,栽培型和野生型材料的生理生化变化具有一定的差异性,说明来自湿润环境中的野生百脉根的耐旱性相对较差。     

糜子SAMS基因的克隆及其在干旱复水中的表达模式分析

以糜子抗旱节水研究中获得的一个与S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)基因同源性较高的EST序列为基础, 采用RT-PCR技术从糜子中分离到一个SAMS基因的全长cDNA序列(命名为PmSAMS), 全长1 293 bp, 编码396个氨基酸, 具有SAMS典型的N端结构域、中间结构域及C端结构域。糜子、马铃薯、拟南芥、甜菜、大麦、荔枝、番茄和水稻8种植物SAMS的氨基酸序列多重比较分析表明, 不同植物的SAMS的氨基酸相似程度非常高(92%~97%), 其中糜子与水稻的相似性最高(97%), 说明SAMS基因在植物进化中非常保守。PmSAMS基因在糜子幼苗干旱及复水过程中的半定量RT-PCR表达模式分析表明, 在干旱早期(土壤含水量36%)诱导该基因大量表达, 而干旱程度更严重时(土壤含水量为24%)其表达受到严重抑制, 表达量比对照还低; 严重干旱后复水2 h, 其表达量增强至干旱早期的表达量, 而复水6 h后表达量降低至对照(干旱处理前)水平。可见, PmSAMS基因的表达涉及糜子响应干旱胁迫及干旱后复水过程, 可能是糜子抗旱节水的关键基因。该基因的克隆为进一步探讨其应用于农作物抗旱节水性的遗传改良奠定了基础。     

氮素对花铃期干旱再复水后棉花纤维比强度形成的影响

2005—2006在南京农业大学卫岗试验站进行盆栽试验,设置正常灌水和棉花花铃期土壤短期干旱处理,每个处理再设置3个氮素水平（N 0、240、480 kg/hm2）,研究氮素对花铃期短期干旱再复水后棉花纤维比强度形成的影响。结果表明,干旱处理结束时,干旱处理棉花的纤维可溶性蛋白含量较正常灌水处理显著降低,而内源保护酶,即:超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性升高,丙二醛（MDA）含量增加;纤维加厚发育相关酶,即:蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶、β-1,3-葡聚糖酶和IAA氧化酶的活性均显著降低。在复水后第10d,干旱处理棉花的纤维内源保护酶活性迅速恢复到正常灌水处理水平,MDA含量降低,但纤维发育相关酶的活性仍低于相应正常灌水处理,纤维比强度亦显著低于正常灌水处理。在棉花的纤维加厚发育期土壤短期干旱再复水条件下,以N 240 kg/hm2最有利于形成高强纤维。干旱期间该处理棉花的纤维内源保护酶活性高,细胞膜脂过氧化程度最低,其纤维加厚发育相关酶活性均最高;复水后该处理的纤维内源保护酶活性迅速恢复,MDA含量最低,棉花的纤维加厚发育相关酶活性仍处于最高值,有利于纤维素的合成与累积,最终纤维比强度亦最大。施氮不足（N 0 kg/hm2）或过量施氮（N 480 kg/hm2）均表现出相反的趋势。