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Response of Tomato Sugar and Acid Metabolism and Fruit Quality under Different High Temperature and Relative Humidity Conditions

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Phyton-International Journal of Experimental Botany 2022年第9期91卷 2033-2054页

作者： Yanjiao Zheng Zaiqiang Yang Tingting Wei Heli Zhao Jiangsu Provincial Key Laboratory of Agrometeorology Nanjing University of Information Science and TechnologyNanjing210044China Binjiang College Nanjing University of Information Science and TechnologyWuxi214063China

The combined stress of high temperature and high relative air humidity is one of the most serious agrometeorological disasters that restricts the production capacity of protected agriculture.However,there is little information about the precise interaction between them on tomato fruit quality.The objectives of this study were to explore the effects of the combined stress of high temperature and relative humidity on the sugar and acid metabolism and fruit quality of tomato fruits,and to determine the best relative air humidity for fruit quality under high temperature environments.Four temperature treatments(32℃,35℃,38℃,41℃),three relative air humidity(50%,70%,90%)and four duration(3,6,9,12 d)orthogonal experiments were conducted,with 28℃,50%as control.The results showed that under high temperature and relative air humidity,the activity of sucrose metabolizing enzymes in young tomato fruits changed,which reduced fruits soluble sugar content;in addition,enzyme activities involved phosphopyruvate carboxylase(PEPC),mitochondria aconitase(MDH)and citrate synthetase(CS)increased which increased the content of organic acids(especially malic acid).Eventually,vitamin C,total sugar and sugar-acid ratio decreased significantly,while the titratable acid increased,resulting in a decrease in fruit flavor quality and nutritional quality in ripe fruit.Specifically,a temperature of 32℃and a relative air humidity of 70%were the best cultivation conditions for tomato reproductive growth period under high temperature.Our results indicating that fruit quality reduced under high temperature at the flowering stage,while increasing the relative air humidity to 70%could alleviate this negative effect.Our results are benefit to better understand the interaction between microclimate parameters under specific climatic conditions in the greenhouse environment and their impact on tomato flavor quality.

关键词： Heat stress relative air humidity organic acid metabolism fruit flavor quality tomato

AP2/ERF转录因子响应植物涝渍胁迫的研究进展

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分子植物育种 2022年第14期20卷 4665-4676页

作者：董婷婷张冬菊杨再强赵安琪王月悦尹冬梅上海应用技术大学生态技术与工程学院上海201418 华维节水科技集团股份有限公司上海节水灌溉工程技术研究中心上海201505 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044

AP2/ERF(APETALA2/ethylene-responsive factor)是植物中广泛存在的一类超大家族转录因子,含有1~2个由60~70个氨基酸组成AP2/ERF结构域,根据AP2/ERF结构域的数量及结合序列可以将其分为5个亚家族:AP2(APETALA2)、ERF(Ethylene responsive element binding factor)、DREB/CBF(Dehydration responsive element/C-repeat)、RAV(Related to AB13/VP)和Soloist。该家族转录因子在调控植物响应涝渍胁迫过程中发挥重要作用,本研究综述了AP2/ERF转录因子的发现、结构特征和分类,重点介绍了近年来该类转录因子参与调控植物对涝渍胁迫的响应过程等方面的研究进展,可为今后挖掘和利用该类转录因子基因进行分子遗传改良和种质创新提供参考。

关键词： AP2/ERF转录因子涝渍胁迫基因研究进展

高温胁迫下番茄临界氮模型的建立及氮素营养诊断

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中国农业气象 2021年第1期42卷 44-55页

作者：李佳佳杨再强南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 江苏省农业气象重点实验室南京210044

临界氮浓度(Nc)是在一定生长时期内获得最大生物量时的最小氮浓度,对实时了解作物氮素营养状况,提高作物品质与产量,避免肥料浪费具有重要意义。为了研究高温胁迫下设施番茄植株氮素运营规律,确定番茄临界氮浓度,以番茄品种“金粉一号”... 详细信息

临界氮浓度(Nc)是在一定生长时期内获得最大生物量时的最小氮浓度,对实时了解作物氮素营养状况,提高作物品质与产量,避免肥料浪费具有重要意义。为了研究高温胁迫下设施番茄植株氮素运营规律,确定番茄临界氮浓度,以番茄品种“金粉一号”(Jinfen 1)为试材,在南京信息工程大学Venlo型温室开展高温和施氮量双因素全面试验。设置昼温/夜温4个温度水平,即T1(25℃/15℃,CK)、T2(30℃/20℃)、T3(35℃/25℃)和T4(40℃/30℃),5个施氮量水平,即不施用氮肥N1、0.5倍推荐施肥N2(1.3g·株^-1)、0.75倍推荐施肥N3(1.95g·株^-1)、正常推荐施肥N4(2.6g·株^-1,CK)、1.25倍推荐施肥N5(3.75g·株^-1)。在盆栽番茄植株开始吸收肥料后于不同温度处理的气候箱内进行高温试验,高温处理7d后,移至常温下Venlo型试验温室内继续培养,第2日开始,通过定期破坏性取样,系统测定植株生物量和各器官含氮量。结果表明:各高温氮素处理下番茄植株的干物质量(DM)均随着生育期的发展而逐渐增大,设施番茄临界氮浓度与地上部生物量之间符合幂指数关系,即Nc=a·DM-b,其中,T1:Nc=4.167DM-0.252;T2:Nc=4.689DM-0.375;T3:Nc=3.287DM-0.353;T4:Nc=3.812DM-0.403。随着高温胁迫程度加重,番茄临界氮浓度呈现先增大后减小的趋势,低氮处理下的干物质积累量高于高氮处理;随着施氮量的增加,各温度处理下的植株营养指数(NNI)增大,且随着处理时间延长植株营养指数大体呈现降低趋势。

关键词：番茄高温临界氮模型氮素营养指数氮素营养诊断

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水分胁迫下黄瓜叶片光响应过程的模拟

中国农业气象 2017年第10期38卷 644-654页

作者：张曼义杨再强侯梦媛南京信息工程大学灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044

以黄瓜品种"博新525"(Boxin525)为试材,设置4个土壤水分处理,即正常灌溉CK(土壤相对湿度为70%~80%)、轻度胁迫T1(土壤相对湿度为60%~70%)、中度胁迫T2(土壤相对湿度为50%~60%)、重度胁迫T3(土壤相对湿度为35%~45%),利用LI-6400便携式光... 详细信息

以黄瓜品种"博新525"(Boxin525)为试材,设置4个土壤水分处理,即正常灌溉CK(土壤相对湿度为70%~80%)、轻度胁迫T1(土壤相对湿度为60%~70%)、中度胁迫T2(土壤相对湿度为50%~60%)、重度胁迫T3(土壤相对湿度为35%~45%),利用LI-6400便携式光合仪测定不同水分处理下黄瓜叶片的光响应曲线,采用直角双曲线、非直角双曲线、指数和叶子飘等4种光响应模型对黄瓜叶片光响应过程进行模拟,运用统计方法进行模拟效果评价,以探讨水分胁迫对黄瓜叶片光响应过程的影响。结果表明:(1)水分胁迫导致黄瓜叶片净光合速率(Pn)下降,当光合有效辐射PAR(photosynthetically active radiation)为800μmol·m^(-2)·s^(-1)时,T1、T2和T3处理叶片Pn分别比CK下降17.92%、26.49%和50.00%。实测与模拟的光响应曲线对水分胁迫的响应趋势一致,随着胁迫程度增加,Pn-PAR曲线变化幅度减小。(2)水分胁迫显著影响黄瓜叶片的光响应曲线参数。4种模型模拟的叶片初始量子效率均随胁迫加重呈先升高后降低的变化趋势;叶片暗呼吸速率以T2处理最高;4种模型计算的T1、T2和T3处理叶片光饱和点平均值较CK分别下降24.28%、31.99%和38.33%,叶片最大净光合速率平均值分别降低23.88%、33.19%和55.78%。(3)CK处理的黄瓜叶片光响应曲线模拟值偏离程度及光响应曲线参数的平均相对误差均最低,水分胁迫降低了黄瓜叶片光响应曲线的模拟效果。(4)4种模型模拟效果以叶子飘模型最佳,其后依次为指数模型、非直角双曲线模型、直角双曲线模型。研究认为水分胁迫显著影响黄瓜叶片的光响应过程,降低黄瓜叶片的光合能力。

关键词：黄瓜光合作用水分胁迫光响应模型光响应参数

空气相对湿度对高温下番茄幼苗营养物质含量及干物质分配的影响

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中国农业气象 2018年第5期39卷 304-313页

作者：王琳杨再强王明田杨世琼蔡霞张洁江苏省农业气象重点实验室/南京信息工程大学南京210044 四川省气象局成都610071 河海大学南京210098

以番茄品种"金粉五号"为试材,于2016年4-9月在南京信息工程大学利用人工气候箱进行试验,设置温度为41℃(昼温)/18℃(夜温),空气相对湿度(白天)分别设置为50%、70%和90%(正负误差控制在5个百分点),并以28℃/18℃、45%~55%为对照处理(CK)... 详细信息

以番茄品种"金粉五号"为试材,于2016年4-9月在南京信息工程大学利用人工气候箱进行试验,设置温度为41℃(昼温)/18℃(夜温),空气相对湿度(白天)分别设置为50%、70%和90%(正负误差控制在5个百分点),并以28℃/18℃、45%~55%为对照处理(CK),测定不同处理对植株各器官营养物质及干物质分配的影响。结果表明:(1)高温条件下,番茄幼苗各器官的可溶性糖和游离氨基酸含量均显著高于正常温湿度条件下(CK),而蛋白质含量则显著低于CK(P<0.05);从不同空气湿度处理来看,增加湿度至70%以上时幼苗各器官可溶性糖含量降低,且湿度越高其含量越低,处理间差异显著(P<0.05);而游离氨基酸和可溶性蛋白含量表现为,随着空气相对湿度的增大,番茄幼苗各器官的游离氨基酸和可溶性蛋白含量明显上升。(2)高温条件下番茄幼苗叶片干物质分配比例增加,茎秆和根系干物质分配比例均降低,且湿度越低,其分配比例与CK差距越大,在50%湿度处理下,幼苗茎秆和根系干物质分配比例显著降低(P<0.05),对植株生长极为不利。(3)在高温胁迫解除后,70%和90%湿度处理的幼苗有更高的恢复能力,在恢复处理的第12天植株营养物质含量和干物质分配比例基本恢复至CK水平。说明41℃高温环境中增加空气湿度至70%以上有效提高了番茄植株的耐热性和胁迫解除后的恢复能力。

关键词：空气相对湿度高温番茄营养物质干物质

黄瓜花期高温胁迫对叶片衰老特性和内源激素的影响

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生态学杂志 2018年第2期37卷 409-416页

作者：薛思嘉杨再强朱丽云李军南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 上海市气候中心上海200030

为了研究黄瓜花期高温胁迫对植株叶片衰老特性及内源激素的影响,本研究以黄瓜‘南杂2号’(Nan ZaⅡ)品种为试材,利用人工气候箱设计3个温度处理:昼温/夜温分别为36℃/26℃、39℃/29℃、42℃/32℃,以昼温/夜温24℃/18℃为对照(CK),持续... 详细信息

为了研究黄瓜花期高温胁迫对植株叶片衰老特性及内源激素的影响,本研究以黄瓜‘南杂2号’(Nan ZaⅡ)品种为试材,利用人工气候箱设计3个温度处理:昼温/夜温分别为36℃/26℃、39℃/29℃、42℃/32℃,以昼温/夜温24℃/18℃为对照(CK),持续时间设计1、3、5和7 d。处理完成后分别测定黄瓜叶片叶绿素含量、抗氧化酶活性、MDA含量和顶芽内源激素含量。结果表明:42℃/32℃处理7 d时黄瓜叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量,POD、SOD活性,顶芽IAA、GA3、ZT含量分别较CK降低了16.61%、23.17%、73.33%、17.89%、56.90%、94.16%、54.32%、90.68%;而叶片MDA含量、CAT活性和顶芽ABA含量分别较CK增加了62.66%、28.06%和294.35%;短期高温胁迫增加了黄瓜叶片的叶绿素含量,随着温度的升高,胁迫时间的延长叶片叶绿素b含量逐渐降低;短期高温胁迫增加了叶片抗氧化酶活性,随着高温胁迫的加剧,抗氧化酶活性表现出逐渐降低的趋势;高温胁迫下黄瓜顶芽ABA含量表现出增加的趋势,而IAA、GA3和ZT含量的变化则相反。本研究揭示了黄瓜花期高温胁迫下叶片衰老特性和内源激素含量的变化规律,为黄瓜栽培的温度管理提供科学依据。

关键词：黄瓜高温胁迫光合色素抗氧化酶内源激素

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高温高湿交互对设施番茄叶片光合特性的影响

生态学杂志 2018年第1期37卷 57-63页

作者：杨世琼杨再强王琳李军张曼义李凯伟南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 江苏省农业气象重点实验室南京210044 上海市气候中心上海200030

为了揭示高温高湿交互作用对设施番茄叶片光合特性的影响,以番茄品种"金粉五号"为试材,在人工气候箱中进行L_9(3~3)正交试验,设置3个温度水平(35℃(昼温)/18℃(夜温)、38℃/18℃、41℃/18℃)、3个湿度水平(白天空气相对湿度50%±5%、70%... 详细信息

为了揭示高温高湿交互作用对设施番茄叶片光合特性的影响,以番茄品种"金粉五号"为试材,在人工气候箱中进行L_9(3~3)正交试验,设置3个温度水平(35℃(昼温)/18℃(夜温)、38℃/18℃、41℃/18℃)、3个湿度水平(白天空气相对湿度50%±5%、70%±5%、90%±5%)和3个持续时间(3、6、9 d),并以28℃/18℃、45%~55%为对照处理(CK),测定植株叶片的光合参数和荧光动力参数。结果表明:高温高湿处理条件下净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)、PSII最大量子效率(F_v/F_m)、光化学猝灭系数(qP)、电子传递速率(ETR)较CK均有不同程度的降低,而胞间CO_2浓度(Ci)以38℃/18℃、70%处理下最小,气孔限制值(Ls)以38℃/18℃、90%处理下最小。极差法分析表明:38℃/18℃、35℃/18℃、41℃/18℃、70%、50%、90%处理下叶片P_n较CK分别降低了30.1%、21.4%、51.9%、31.2%、31.4%、38.6%;3 d、6 d和9 d处理下各指标的差异不显著;高温是影响设施番茄叶片P_n的主要胁迫因素(P<0.05),高湿为次要胁迫因素,高温高湿交互作用对叶片P_n具有极显著影响(P<0.01)。研究证实,当最高气温上升至38℃以上时,适当增加空气相对湿度至65%~75%,可有效降低高温胁迫对设施番茄的危害。

关键词：高温高湿番茄正交实验光合作用叶绿素荧光参数

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高温高湿胁迫下设施番茄光响应曲线的拟合

生态学杂志 2018年第7期37卷 2003-2012页

作者：杨世琼杨再强蔡霞王琳周晓东南京信息工程大学气象灾害预报顸警与评估协同创新中心南京210044 南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室南京210044 成都市气象局成都610071

为了揭示高温高湿胁迫对设施番茄叶片光响应过程的影响,以番茄品种"金粉五号"为试材,在人工气候箱中进行人工控制试验,设置1个高温水平(41℃(昼温)/18℃(夜温)),3个湿度水平(白天空气相对湿度50%±5%、70%±5%、90%±5%)和4个持续时间(... 详细信息

为了揭示高温高湿胁迫对设施番茄叶片光响应过程的影响,以番茄品种"金粉五号"为试材,在人工气候箱中进行人工控制试验,设置1个高温水平(41℃(昼温)/18℃(夜温)),3个湿度水平(白天空气相对湿度50%±5%、70%±5%、90%±5%)和4个持续时间(3 d、6 d、9 d、12 d),并以28℃/18℃、50%±5%为对照处理(CK),测定植株叶片的光响应曲线,分别选取CK及各湿度6 d和12 d处理采用4种光合模型进行模拟和比较,最终确定模拟效果最佳的模型来模拟光响应参数。结果表明:光响应模型对于不同高温高湿处理有不同的适应性,不同光响应参数模拟效果因不同模型而异,综合来看,直角双曲线修正模型拟合效果最佳,其次为直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型;随着湿度的增加,α、Pmax、LSP先增大后减小,LCP先减小后增大,Rd无明显规律;空气湿度增加至70%左右,可有效缓解41℃的日最高温度对设施番茄光合机制带来的损害。

关键词：光响应模型光响应参数番茄高温高湿

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中国南方设施番茄高温热害风险区划

应用气象学报 2021年第4期32卷 432-442页

作者：郑艳姣杨再强王琳杨世琼南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京信息工程大学滨江学院无锡214000

以中国南方设施番茄为研究对象,利用1990—2019年3—9月359个气象站点的气象资料、温室小气候实测资料以及高温控制试验资料,通过BP神经网络模拟南方塑料大棚内日最高气温,结合高温控制试验资料,采用相关性分析和主成分分析方法,构建适... 详细信息

以中国南方设施番茄为研究对象,利用1990—2019年3—9月359个气象站点的气象资料、温室小气候实测资料以及高温控制试验资料,通过BP神经网络模拟南方塑料大棚内日最高气温,结合高温控制试验资料,采用相关性分析和主成分分析方法,构建适用于中国南方设施番茄高温热害等级指标体系,开展设施番茄高温热害风险区划。结果表明:1990—2019年高温热害发生频率增加趋势不显著,轻度高温热害发生频率最高,其次是中度高温热害,各等级高温热害发生频率变化趋势均不显著,且年际变化较大。南方设施番茄高温热害高风险区主要分布在广东西部和东部、广西东部和西部以及云南北部、中部和南部;次高风险区分布在湖南南部、广西大部、广东中北部、江西南部以及福建;中度风险区分布在湖南中北部、江西北部、浙江、安徽、湖北、重庆;其他地区为低风险区。

关键词：设施番茄高温热害 BP神经网络高温胁迫指数