2个不同耐旱性甘薯品种的苗期根系蛋白组差异分析

为从蛋白水平明确不同耐旱性甘薯品种苗期根系对干旱的应答机制,促进甘薯耐旱相关基因发掘,以耐旱性强的济薯21(JS)和耐旱性弱的济紫薯1(JZ)为材料,采用PEG-6000模拟田间梯度干旱胁迫过程,进行苗期根系蛋白的双向电泳和质谱分析。结果表明,基于60个不同耐旱性甘薯苗期根系的差异蛋白点分析,共鉴定出32个蛋白,其中有明确生理功能的有12个。在JZ中,下调表达的有3个肌动蛋白,上调表达的有2个60S核糖体蛋白,受体类蛋白激酶和真核翻译起始因子各1个;在JS中,下调表达的有1个类甜蛋白,上调表达的有2个过氧化物酶蛋白、1个磷酸果糖激酶家族蛋白和1个赤霉素调控蛋白。基因本体(GO)分析发现,干旱对甘薯苗期根系细胞质中糖和能量代谢过程影响较大,耐旱性强的品种苗期根系在抗氧化防御、能量代谢和信号转导方面占据优势。综上,不同耐旱性甘薯苗期根系在蛋白组学水平上响应干旱的生理调控途径存在明显差异,本研究结果为甘薯耐旱性品种选育提供了理论依据。     

分蘖期干旱胁迫对寒地粳稻光合特性及产量形成的影响

为了探讨分蘖期干旱胁迫对寒地粳稻产量形成的影响机理及其耐旱机制,以东农425(耐旱型)和松粳6号(干旱敏感型)为试验材料,通过盆栽方式于分蘖期控制土壤水势至0 k Pa(对照)、-10 k Pa(轻度干旱)、-25 k Pa(中度干旱)、-40 k Pa(重度干旱),依次记为A0、A1、A2、A3。处理21 d后复水,研究分蘖期不同程度干旱胁迫对寒地粳稻叶面积、光合特性、叶绿素总含量、产量及产量构成因素的影响。结果表明,分蘖期干旱胁迫导致叶面积减小、功能叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)均随土壤水势降低而下降。同时,干旱处理期间寒地粳稻功能叶片叶绿素总含量、叶绿素a/b值均随干旱胁迫程度增加而下降,但类胡萝卜素含量的变化却与其相反。干旱胁迫下寒地粳稻产量显著下降,且下降幅度随土壤水势降低而逐渐增大。有效穗数和穗粒数大量降低造成产量显著下降,说明分蘖期干旱胁迫造成减产的主要原因是低土壤水势造成了寒地粳稻库容量或单位面积颖花量的大量降低。与A0(对照)相比,A1、A2和A3下松粳6号产量降幅分别为13.87%、20.87%和32.51%;而东农425分别为10.58%、15.21%和25.52%,均显著低于松粳6号,且耐旱型品种东农425始终保持较高光合生长能力。本研究结果为寒地粳稻抗旱节水栽培技术措施的制定提供了理论依据。     

基于iTRAQ技术的不同耐旱性甘薯苗期根系差异蛋白分析

为从蛋白水平揭示不同甘薯品种的苗期耐旱性差异,明确甘薯耐旱性生理机制,以耐旱性强的济薯21(JS)和耐旱性弱的济紫薯1(JH)为材料,采用PEG-6000模拟田间梯度干旱胁迫过程,采用i TRAQ技术开展甘薯苗期根系全蛋白组差异蛋白分析。结果表明,在4个比较组中,共筛选到567个差异表达蛋白,其中上调表达蛋白302个,覆盖率达20%以上的蛋白占鉴定总蛋白数的58.6%。GO分析发现,JS苗期根系差异蛋白主要集中在胁迫响应、非生物刺激响应等生物过程,而JH苗期根系差异蛋白主要集中在糖基复合物代谢和辅酶代谢等生物过程,干旱均主要影响2个品种的细胞质、细胞溶质等细胞组分,2个品种的差异蛋白分子功能均涉及催化活性、氧化还原酶活性等方面。KEGG分析发现,正常条件下,耐旱性强的较耐旱性弱的甘薯品种苗期根系中的过氧化物酶(POD)和肉桂醇脱氢酶(CAD)表达上调;在干旱条件下,次生代谢合成过程中的苯丙烷合成通路中上调表达的差异蛋白最多,耐旱性强的JS苗期根系中主要是胁迫响应相关蛋白,而耐旱性弱的JH苗期根系中主要是能量代谢相关蛋白。总之,干旱对甘薯苗期根系细胞质中次生物质合成和能量代谢影响较大,耐旱性强的甘薯苗期根系氧化还原酶类蛋白表达上调,不同耐旱性甘薯苗期根系在蛋白组学水平上响应干旱的生理调控途径存在明显差异。本研究为甘薯耐旱性品种生理鉴定和耐旱基因发掘提供了线索。     

外源钙对干旱胁迫下岩溶山区白刺花幼苗生长、生理特性的影响

为揭示岩溶山区白刺花耐旱性与外源钙的关系及抗旱机理,以贵州野生白刺花为试验材料,利用聚乙二醇(PEG)溶液模拟干旱,以未加PEG的1/2浓度Hoagland营养液为对照,研究了外源钙对PEG诱导的干旱胁迫下白刺花幼苗生长和生理的影响,并利用隶属函数综合评价出最佳的外源钙施用量。结果表明,未施入外源钙时,随着PEG诱导的干旱胁迫强度的增加,白刺花幼苗根干重、根冠比、丙二醛(MDA)含量、过氧化氢酶(CAT)活性均逐渐增加,当胁迫浓度为10%时,以上指标均显著高于对照;可溶性蛋白、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)呈先升高后降低趋势,均(除POD外)在胁迫浓度为10%时达到最大值,与对照相比差异显著;白刺花幼苗地上部生物量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均呈降低趋势,其中地上部生物量、Pn在胁迫浓度为10%时显著降低,Gs和Tr在胁迫浓度为15%时显著降低。在PEG诱导的干旱胁迫下,白刺花幼苗通过提高渗透调节物质含量、增强保护酶活性、增加根冠比等来适应干旱环境。施入适宜浓度的外源钙,显著抑制了PEG诱导的干旱胁迫下白刺花幼苗地上部生物量、Pn、Gs和Tr降低的幅度以及MDA含量增加的幅度;显著促进了根干重、可溶性蛋白含量及SOD、POD和CAT活性的增加,即PEG诱导的干旱胁迫下外源钙可以进一步提高白刺花幼苗根干重和幼苗中渗透调节物质含量,增强保护酶活性,降低Tr,维持生长、生理和光合功能,增强白刺花的抗旱能力。隶属函数综合评价指出,本试验条件下施入50 mmol·L~(-1)的外源钙对提高白刺花幼苗抗旱性的效果最佳。本研究结果为更加充分、合理地利用白刺花灌丛资源提供了理论依据。     

秸秆还田配施石灰对水田土壤铜、锌、铅、镉活性的影响

秸秆还田是我国培肥地力和增加农田土壤碳固定的重要措施,但进入农田的秸秆存在着活化土壤重金属的风险。为了解不同来源的秸秆对污染水平不同农田土壤重金属活性的影响,采取相应措施防止因秸秆还田对农田土壤重金属的激活,开展了盆栽和田间小区试验研究秸秆还田配施石灰对水田土壤铜、锌、镉、铅活性的影响。盆栽和田间试验在轻度和重度污染2种土壤上同时进行。盆栽试验中施用秸秆包括重污染水稻秸秆、轻污染水稻秸秆和轻污染油菜秸秆3种,石灰用量设对照(0 kg·hm-2)和石灰处理(750 kg·hm-2)2个处理;田间小区试验设对照(不施秸秆和石灰)、秸秆还田及秸秆还田+石灰3个处理。动态观察了试验过程中土壤有效态重金属、重金属形态及水稻籽粒中重金属积累情况。结果表明,试验初期(前20 d)秸秆还田显著增加了水田土壤中水溶性有机碳与水溶性重金属的含量;与对照处理比较,水溶性重金属含量以重度污染土壤增幅较为明显。试验后期(60 d后)秸秆还田对土壤重金属的活性的影响逐渐变得不明显。油菜秸秆还田土壤中水溶性重金属含量低于水稻秸秆还田,重污染水稻秸秆还田土壤中水溶性重金属含量高于低污染水稻秸秆还田。盆栽试验和田间试验的结果都表明,重污染水稻秸秆还田可轻微增加水稻籽粒中镉的积累,但轻度污染水稻秸秆还田与油菜秸秆还田对水稻籽粒镉积累的影响较小;3种秸秆还田对水稻籽粒铅、铜、锌积累的影响不明显。配施石灰可显著降低土壤中水溶性重金属的含量,降低水稻籽粒中重金属的积累。研究认为,在污染农田管理上应控制重污染水稻秸秆还田,在秸秆还田的同时适量配施石灰。     

清末民国时期临汾地区旱灾变化研究

为研究临汾地区清末民国时期洪涝灾害变化规律及与气候变化关系等问题,恢复历史时期气候特征,通过对临汾地区历史资料的统计整理,利用数理方法对其旱灾频次、等级序列特点、时间变化以及成因进行了系统研究。结果表明:1840—1949年临汾地区的旱灾共计54次,平均每2年就发生一次。其中Ⅱ级以上旱灾比重高达66.7%,表明这110年间受灾程度严重。清末旱灾频率比民国时高出约19%,尤以Ⅲ级旱灾最为明显。这两个时期都属旱灾多发期,且Ⅳ级旱灾较多。全年或跨年大旱与特大旱灾指示当时年降水量多低于332.7mm。气候冷干、暖干化以及厄尔尼诺等极端气候事件是影响旱灾频发的气候大背景;当年降水大幅减少是引发(特)大旱灾的主要原因。人地矛盾突出、毁林围湖开荒等对大自然无节制的开发也加剧了旱灾频发、灾情严重程度。     

哈尼梯田生态系统森林土壤水源涵养功能分析

位于云南省哀牢山区红河南岸的红河哈尼稻作梯田系统是全球重要农业文化遗产之一,自上而下形成了垂直分布的“森林、村庄、梯田、河谷”四素同构的良性原始农业生态系统,使得该系统成功地抵御了多年的连续干旱。以哈尼梯田的核心区域撒马坝梯田上方的典型森林为对象,对其土壤水源涵养功能进行了系统分析和评价。结果表明,研究区平均土壤容重为1.09 g/cm³,总孔隙度为65.1%,非毛管孔隙度为18.7%,平均土壤蓄水容量达2 589 t/hm²,土壤滞留贮水量达739 t/hm²,表层土壤平均初渗率达13.57 mm/min,稳渗率达7.22 mm/min,充分说明了该区域的土壤水热交换条件和土壤渗透性都十分良好。与我国其他区域森林相比,哈尼梯田森林具有很高的土壤水源涵养能力,是其适应极端干旱气候的重要保障,其模式可为我国适应极端气候变化减少农业经济损失提供重要的经验借鉴。     

呼伦湖流域近55年气候变化特征

收集了呼伦湖流域1960—2014年的逐日气温、降水、蒸发和相对湿度数据,提取了包括年平均、季节平均值及极端天气等9个指标,采用Mann-Kendall趋势检验、线性倾向估计法以及5a滑动平均等方法在年和季节尺度上分析了该地区的气候变化趋势,并利用Pearson相关系数探究这四个气象要素之间的相关性。结果表明:(1)年气温显著上升,降水变化不显著,蒸发显著减少,相对湿度显著降低,气候向暖干化方向发展。(2)春夏秋季温度、蒸发和相对湿度的变化趋势与年相同,最大升温速率发生在春季,每十年上升0.43℃,冬季变化均不显著。(3)平均降水和极端降水在冬春季节都显著增加,然而夏季降水以最大幅度减少,并且夏季持续时间较长的极端降水减少显著。(4)夏季气温升高最显著,相对湿度显著降低,容易发生干旱。冬季极端降水增多则可能导致雪灾加剧。     

黄河流域干旱时空变化特征及其气候要素敏感性分析

利用黄河流域102个气象站点1961-2013年气象数据,选用相对湿润度指数作为干旱指标,探讨年尺度和季节尺度干旱的时空分布特征,并尝试利用偏导数方法计算分析相对湿润度指数的气候要素敏感性及其与气候要素间的相关关系。结果表明：黄河流域上游旱情比中游和下游地区偏重,春夏秋冬各季分别处于中旱、轻旱、中旱和特旱状态,全年尺度处于特旱程度,季节和全年尺度的相对湿润度指数均呈现从西北到东南递增的变化趋势,春季、秋季和全年尺度特旱区域主要分布在陕西、山西、宁夏北部以及内蒙古地区,而气象干旱减缓的站点主要分布在黄河流域上游地区,干旱增强的站点主要分布在黄河流域东南部。相对湿润度指数对太阳辐射和相对湿度呈正向敏感,对温度和风速呈负向敏感。上游和中游地区夏季相对湿润度指数最敏感要素分别为太阳辐射和平均温度,全流域春季、秋季、冬季和全年尺度对相对湿度最敏感。全流域春季和夏季与相对湿润度指数相关性最强的要素均为相对湿度,上游和下游地区秋季的主控要素为太阳辐射,上游、中游和下游地区冬季则分别与温度、风速和风速相关性最强。全年尺度上,上游、中游和下游地区相对湿润度指数变化的主控要素则为太阳辐射、相对湿度和相对湿度。     

白羊草光合特性及非结构性碳水化合物含量对 CO2 浓度倍增和干旱胁迫的响应

【目的】 探明 CO₂ 浓度倍增对干旱胁迫下白羊草光合特性及非结构性碳水化合物含量的影响,为未来大气 CO₂ 浓度升高以及干旱、半干旱地区水分亏缺等逆境下白羊草的生长提供理论依据和技术参数。 【方法】 盆栽试验采用裂区设计,研究了黄土丘陵区典型草本植物白羊草光合特性和非结构性碳水化合物 (NSC) 及其组分 (可溶性糖和淀粉) 的含量对不同 CO₂ 浓度 (400 μmol/mol 和 800 μmol/mol) 和不同水分处理 [35%～40% FC (重度干旱胁迫)、55%～60% FC (轻度干旱胁迫) 和 75%～80% FC (对照)] 的响应。 【结果】 CO₂ 浓度倍增和干旱胁迫对白羊草光合–光响应曲线参数和 NSC 及其组分含量有显著影响,但 2 个因素之间没有显著的交互作用。CO₂ 浓度倍增显著提高了白羊草叶片最大净光合速率 (P_max )、表观量子效率 (AQY)、光饱和点 (LSP) 和光补偿点 (LCP)(P < 0.01),而干旱胁迫则显著降低了P_max 、AQY 和LSP (P < 0.01)。CO₂ 浓度倍增和干旱胁迫均提高了白羊草地上部分可溶性糖含量。在正常 CO₂ 浓度条件下,与对照相比,轻度干旱胁迫和重度干旱胁迫均显著降低了白羊草地上部分和根系部分淀粉含量。CO₂ 浓度倍增使对照、轻度干旱胁迫和重度干旱胁迫处理下白羊草地上部分淀粉含量分别提高了 17.4%、44.2% 和 18.7%,根系部分淀粉含量分别提高了 17.3%、88.4% 和 54.4%。轻度和重度干旱胁迫均显著降低了正常 CO₂ 浓度条件下白羊草根系部分 NSC 含量。CO₂ 浓度倍增显著提高了对照处理和轻度干旱胁迫处理下白羊草地上部分以及轻度干旱胁迫处理和重度干旱胁迫处理下白羊草根系部分 NSC 含量。在正常 CO₂ 浓度下,轻度和重度干旱胁迫导致白羊草地上部分和根系部分可溶性糖含量与总 NSC 含量比值的显著提高。在倍增 CO₂ 浓度下,重度干旱胁迫显著提高了白羊草地上部分可溶性糖含量与总 NSC 含量的比值,而对照处理和轻度干旱胁迫处理无显著差异。 【结论】 干旱胁迫促进了白羊草体内淀粉向可溶性糖的转化,导致可溶性糖含量的升高和淀粉含量的降低。CO₂ 浓度倍增促进了白羊草地上部分和根系部分淀粉和 NSC 含量的积累,为干旱胁迫下白羊草生理代谢活动所需可溶性糖提供了来源。CO₂ 浓度升高能够缓解干旱胁迫造成的不利影响,提高了白羊草的抗旱性。