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应用生态学报 2004年第6期15卷 1095-1099页

作者：郭安红李召祥刘庚山阳园燕安顺清中国气象科学研究院北京100081 中国灌溉排水发展中心北京100053

在土壤干旱情况下 ,根源信号一方面向植物地上部分的长距离传输 ,为地上部分提供了土壤水分获取能力的测度 ,另一方面调控气孔开度 ,抑制蒸腾作用并提高植物的水分利用效率 .文中综述了根源信号参与调控植物水分利用的生理机制和理论模... 详细信息

在土壤干旱情况下 ,根源信号一方面向植物地上部分的长距离传输 ,为地上部分提供了土壤水分获取能力的测度 ,另一方面调控气孔开度 ,抑制蒸腾作用并提高植物的水分利用效率 .文中综述了根源信号参与调控植物水分利用的生理机制和理论模型 ,指出该模型与根系吸水模型、气孔导度模型耦合 ,能够更好地反映植物叶片对土壤干旱以及大气干旱的响应 .评述了在根源信号参与调控植物水分关系的基础上发展的调亏灌溉 (RDI)、部分根系干旱 (PRD)和控制性交替灌溉 (CAI)等有效灌溉手段 ,有助于合理配置根系层供水量 ,通过根土相互作用和信号物质的传输 ,降低蒸腾和提高水分利用效率 .另外 ,根源信号在调控根系生长发育、延缓地上部分生长以调节根冠比例 ,优化资源分配以利于生殖生长等方面均有所为。

关键词：根源信号气孔模型水分利用效率农业节水

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H_2O_2作为根源信号介导盐胁迫诱导的蚕豆气孔关闭反应

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植物生理学报 2012年第3期48卷 265-271页

作者：安国勇李保珠武桂丽宋纯鹏棉花生物学国家重点实验室河南省植物逆境生物学重点实验室河南大学生命科学学院河南开封475004

H2O2作为信号分子可被多种胁迫诱导产生并在细胞内积累,进而参与调节植物的抗逆反应。文章通过远红外热成像观察等实验发现,根部NaCl胁迫可诱导蚕豆气孔关闭,叶片温度上升,叶片内Na+和H2O2含量增加,蒸腾流汁液中H2O2浓度升高。另外,NaC... 详细信息

H2O2作为信号分子可被多种胁迫诱导产生并在细胞内积累,进而参与调节植物的抗逆反应。文章通过远红外热成像观察等实验发现,根部NaCl胁迫可诱导蚕豆气孔关闭,叶片温度上升,叶片内Na+和H2O2含量增加,蒸腾流汁液中H2O2浓度升高。另外,NaCl可直接诱导离体蚕豆根产生H2O2,却不能影响表皮条内H2O2含量。NaCl胁迫条件下产生的蒸腾流汁液可直接诱导表皮条气孔关闭,该过程可被抗氧化剂抗坏血酸(AsA)所逆转。这些结果表明,H2O2作为盐胁迫的根源信号,可能通过维管系统运输参与调节蚕豆气孔的关闭反应。

关键词：盐胁迫过氧化氢气孔关闭根源信号

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根源信号调控下小麦干旱诱导蛋白差异表达及生物量分配模式研究

根源信号调控下小麦干旱诱导蛋白差异表达及生物量分配模式研究

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作者：张小丰兰州大学

学位级别：硕士

干旱胁迫下小麦植株产生非水力根源信号(简称根源信号),主动调节叶片气孔开度,并引发叶片干旱诱导蛋白大量合成,从而调节植株生长和水分利用。前期研究对根源信号调控下小麦干旱诱导蛋白的差异表达及其生理生态效应研究非常少见,且在不... 详细信息

干旱胁迫下小麦植株产生非水力根源信号(简称根源信号),主动调节叶片气孔开度,并引发叶片干旱诱导蛋白大量合成,从而调节植株生长和水分利用。前期研究对根源信号调控下小麦干旱诱导蛋白的差异表达及其生理生态效应研究非常少见,且在不同倍体小麦中的差异表现和进化机理研究一直未见报道。本研究以在进化上具有进化亲缘关系的不同倍体的六个小麦品种为试验材料,包括两个二倍体MO1和M04、两个四倍体DM22和DM31、两个六倍体陇春8275(简称L8275)与和尚头,实验采用盆栽土培的方法,连续跟踪土壤逐渐干旱下小麦植株非水力信号和水力信号发生过程,系统测定根源信号作用区间内干旱诱导蛋白条带的表达特点和生物量分配模式变化,并比较不同倍体小麦之间的差异。试验研究得出如下主要结论：(1)不同倍体小麦根源信号持续作用的土壤水分阈值区间与非水力气孔敏感性之间具有显著性负相关关系。根源信号持续作用的土壤水分阈值区间在相同倍体小麦中非常接近,但随着倍体的增加而逐渐变宽。二倍体MO1和M04的阈值区间在50-43%之间,四倍体DM22和DM31在56-40%之间,而六倍体陇春8275和和尚头分别在68.9-28.2%和69.3-33.9%之间。根源信号持续作用下三个倍体的气孔导度下降速率呈现类似的变化趋势,MO1和M04的下降速率在25.2左右,显著高于四倍体(15.7-15.9之间)和六倍体(13.3-14.6之间)。因此,根源信号作用的土壤水分阈值宽度与非水力气孔敏感性呈现较高的相关性。(2)与充分供水对照,根源信号调控下不同倍体小麦的各个器官生物量分配模式发生了显著变化,其中收获指数及粒叶比在增加。根源信号调控下所有小麦品种的根冠比没有显著性差异,但收获指数和粒叶比普遍显著性增加。收获指数在MO1、MO4、DM22、DM31及和尚头中分别增加了38.5%、28.9%、26.7%、18.8%和16.8%,在L8275中没有显著变化;粒叶比在MO1、M04、DM22、L8275及和尚头中分别增加了102%、43.0%、85.4%、18.8%和38.7%,在DM31中则没有显著性增加。另外,生物量的保持率在不同品种和不同器官其中具有明显的差异,其中根生物量保持率最高,穗生物量保持率次之,其它最低。(3)在根源信号持续作用下不同倍体小麦干旱诱导蛋白出现差异表达现象,特异表达蛋白的分子量在41.5KD左右和17KD左右。相对含量出现显著变化的蛋白条带的分子量基本范围在25-61KD之间,其中61.0KD、54.7KD、33.3KD和29.7KD特异蛋白的相对含量在不同品种的差异显著。54.7KD的蛋白在M04中非水力信号点显著下降31.5%;在DM31中,非水力信号点和水力信号点增加的百分比分别为2.45%/1.85%。61.0KD的蛋白在MO1、DM31的水力信号点增加的百分比分别为11.7%、55.8%。33.3KD的蛋白在MO1中水力信号点增加了11.7%,在DM31中非水力信号点和水力信号点分别增加了55.1%/39.8%,在L8275的非水力信号点显著增加330%。说明61.0KD、54.7KD、33.3KD的蛋白在二、四、六倍体的干旱适应中起着非常重要的作用。(4)进一步分析表明,29.7KD的蛋白在DM22、DM31及和尚头中的非水力信号点和水力信号点分别增加62.2%和32.4%、40.4%和37.8%、40.8%和34.3%。在MO4中的非水力信号和水力信号点分别下降21.0%和20.8%。在L8275中的非水力信号点增加了66.7%。推测29.7KD的蛋白可能在不同倍体间具有进化上的保守性,是旱地小麦对干旱胁迫做出反应的普适蛋白。26.8KD的蛋白在六倍体中有显著变化。在L8275中非水力信号点显著增加,在和尚头中水力信号点出现显著的增加。(5)根源信号调控下,61.0KD、54.7KD、29.7KD的蛋白与干旱下小麦各个生长、产量指标都有关联性。而33.3KD、26.8KD蛋白与一些指标如最大株高、叶的比值、穗的收获指数没有关联性,其主要功能可能与内源性调控有关,与小麦植株的外在表现型没有直接关联性。基于以上研究结果,可以认为根源信号调控下不同倍体小麦干旱诱导蛋白出现有规律的差异表达现象,该现象与作物适应干旱的分子与细胞水平的信号级联放大过程密切相关,进而调控生物量的差异分配,有利于个体存活与种群繁衍。

关键词：不同倍体小麦根源信号千旱诱导蛋白产量进化

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水分胁迫与种植模式对小麦根源信号、竞争能力及产量的影响

水分胁迫与种植模式对小麦根源信号、竞争能力及产量的影响

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作者：巩擎柱西北农林科技大学

学位级别：硕士

本研究通过水分胁迫与不同种植模式,选用不同小麦品种,测定水分胁迫下小麦叶绿素荧光、根源信号行为、品种竞争能力及保水能力等指标。初步探讨了不同小麦品种对水分胁迫的适应机制、以及不同种植模式下小麦品种之间的竞争策略。为干旱... 详细信息

本研究通过水分胁迫与不同种植模式,选用不同小麦品种,测定水分胁迫下小麦叶绿素荧光、根源信号行为、品种竞争能力及保水能力等指标。初步探讨了不同小麦品种对水分胁迫的适应机制、以及不同种植模式下小麦品种之间的竞争策略。为干旱地区有限水资源的高效利用及小麦抗旱育种提供理论依据。主要研究结果如下: 1.利用叶绿素荧光测定方法,通过对长武135和平凉40两个小麦品种于拔节到成熟期进行水分胁迫处理,结果表明:单种模式下,长武135与平凉40相比较,PSⅡ反应中活性及叶片的光化学效率较高,干旱条件下仍能保持相对较高的净光合速率和叶片水分利用效率;混种模式下,长武135与平凉40相比较,PSⅡ反应中心受到一定程度的损伤,叶片光化学效率、净光合速率均显著下降。 2.利用人工生长箱对单种和混种盆栽小麦（长武135和平凉40）的根信号特征进行测定,结果显示:单播条件下,长武135的非水力根信号（nHRS）和水力根信号（HRS）出现时,土壤相对含水量（FWC）阈值范围为62.1%-49.6%;混播条件下阈值范围为65.4%-48.7%,阈值较“宽”;而平凉40小麦在单播和混播条件下,nHRS-HRS出现时土壤FWC阈值范围分别为53.3%-50%和55.34%-52.1%,阈值较“窄”;单播与混播模式下停止供水后的存活能力,长武135分别为7.8和9.3天;平凉40分别为6.7和8.2天;水分胁迫及单播模式下,长武135产量明显高于平凉40,水分胁迫及混播模式下长武135产量低于平凉40。 3.通过盆栽试验比较不同品种小麦竞争能力及产量变化,结果表明:平凉40在整个生育期耗水量显著高于长武135。在单种模式与水分胁迫下,长武135的水分利用效率、产量及收获指数显著高于平凉40,平凉40对水分胁迫较为敏感;混种模式及水分胁迫条件下,长武135产量低于平凉40,在产量上失去单种模式的优势。 4.土壤水分胁迫诱导了两个不同小麦品种非水力根信号的产生。从非水力根信号产生与生活史对策角度来看,长武135小麦品种非水力根信号产生的时间较早,对植株的前期生长起到一定的调节作用,平衡植物的水分利用,减少分蘖和穗数。但由于穗粒数和单穗重的增加,最终产量却没有明显下降,同时收获指数有所上升。因而其产量表现优于平凉40。并且长武135水信号产生的时间较晚,保水能力较强,表现出较强的耐旱性。

关键词：水分胁迫小麦根源信号竞争产量

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根源信号参与调控气孔行为的机制及其农业生态意义

根源信号参与调控气孔行为的机制及其农业生态意义

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中国气象学会2003年年会

作者：郭安红李召祥刘庚山阳园燕安顺清中国气象科学研究院农业气象和遥感应用研究中心中国灌溉排水发展中心中国气象科学研究院农业气象和遥感应用研究中心中国气象科学研究院农业气象和遥感应用研究中心中国气象科学研究院农业气象和遥感应用研究中心

在土壤干旱的情况下,一方面根源信号向植物体地上部分的长距离传输为地上部分提供了土壤水分获取能力的测度,另一方面根源信号调控气孔开度、抑制蒸腾作用并提高植株体的水分利用效率。本文综述了根源信号参与调控植物体水分利用的生理... 详细信息

在土壤干旱的情况下,一方面根源信号向植物体地上部分的长距离传输为地上部分提供了土壤水分获取能力的测度,另一方面根源信号调控气孔开度、抑制蒸腾作用并提高植株体的水分利用效率。本文综述了根源信号参与调控植物体水分利用的生理机制和理论模型,指出该模型与根系吸水模型、气孔导度模型耦合,能够更好地反映植物体叶片对土壤干旱以及大气干旱的响应。评述了在根源信号参与调控植物体水分关系的基础上发展的RDI和PRD、CAI等有效灌溉手段,有助于合理配置根系层供水量,通过根土相互作用和信号物质的传输,降低蒸腾和提高水分利用效率。另外,根源信号在调控根系生长发育,延缓地上部分生长以调整根冠比例,优化资源分配以利于繁殖生长等方面均有所为,为全面提高农田水分利用效率提供生理生态基础。

关键词：根源信号气孔模型水分利用效率农业节水

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植物对土壤干旱信号的感知、传递及其水分利用的控制

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干旱地区农业研究 1999年第2期17卷 72-78页

作者：梁宗锁康绍忠高俊凤西北农业大学

本文对植物感知土壤干旱信号、传递及其水分利用控制做了综述，讨论了木质部汁液中ＡＢＡ浓度，蛋白质和ｐＨ值的变化，并对ＡＢＡ是否属唯一信号做了论述，介绍了由此理论设计的根系分区交替灌溉原理及其节水效益。

关键词：根源信号土壤干旱木质部汁液

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根系修饰对旱地小麦水分利用和产量形成的影响及生理生态机理

根系修饰对旱地小麦水分利用和产量形成的影响及生理生态机理

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作者：易燕兰州大学

学位级别：硕士

根系生长冗余现象是作物生态与系统进化领域中的基础科学问题。根系大小及构型对旱地小麦生长、水分利用、生物量分配和产量形成具有重要影响,前期研究对该现象做了初步探索,但“控根”方法较为单一,研究结果存在一定的局限性,且根冠调... 详细信息

根系生长冗余现象是作物生态与系统进化领域中的基础科学问题。根系大小及构型对旱地小麦生长、水分利用、生物量分配和产量形成具有重要影响,前期研究对该现象做了初步探索,但“控根”方法较为单一,研究结果存在一定的局限性,且根冠调控机理仍不清楚。本研究以作物生长冗余理论为基础,以容器控水试验为基本方法,采用不同根系修饰方式,开展如下探索。试验研究于2013年-2015年在兰州大学榆中校区农业生态试验站进行,以不同根系大小的旱地春小麦品种为材料,包括大根系的古老六倍体品种和尚头（HST）和小根系的现代六倍体品种陇春8275（LC8275）,开展盆栽实验和管栽试验,通过设计不同空间构型、不同程度断根和不同方向断根（垂直断根和水平断根）的方法对根系进行修饰,测定小麦生长、产量、水分利用效率等主要指标变化及根源信号特征,揭示根系修饰条件下旱地小麦水分利用和产量形成特征及根冠调控机理,主要得出如下结果:1.不同根系空间构型对小麦水分利用和产量形成的影响2013年以LC8275为试验材料,采用不同容器（平底圆盆、常规塑料盆和PVC管）土培试验（各容器内的土壤干重保持一致）方法对小麦根系生长空间进行调控,诱导出横向生长、均衡生长和纵向生长三种根系生长空间构型,水分处理分为充分供水和根系分区交替供水两种方式。结果发现,在充分供水条件下,纵向生长组的产量为8.29 g/pot,显著低于横向生长组18.21 g/pot和均衡生长组19.77 g/pot;全生育期耗水量在横向生长组中最高,达到20.31 kg/pot,均衡生长组为17.23 kg/pot,纵向生长组最低,仅为9.37 kg/pot;籽粒产量的水分利用效率在三种根系生长构型中分别为0.89 g/kg、1.14 g/kg、0.89 g/kg,没有表现出显著差异,而地上生物量的水分利用效率在横向生长组中为2.83 g/kg,显著低于均衡生长组4.16 g/kg和纵向生长组4.30 g/kg。进一步地,根系分区交替供水的试验结果与充分供水的结果基本一致,但均未诱导出根源信号。因此,在根系空间均衡构型条件下小麦的产量和水分利用效率最高,表现出“高产节水”的潜力。2.重度断根对小麦水分利用和产量形成的影响2014年以LC8275为试验材料,采用盆栽土培试验方法进行断根处理,水分处理分为充分供水、中度干旱胁迫和根系分区交替供水三种方式。结果发现断根在充分供水条件下产量为17.10 g/pot,显著低于对照23.65 g/pot,但是在水分胁迫条件和根系分区交替供水条件下,断根后的产量分别为11.37 g/pot和9.03g/pot,与对照组产量14.95 g/pot和9.72 g/pot相比没有显著差异。但是,在根系分区交替供水条件下,产量与对照组的差值（0.72 g/pot）显著低于充分供水（6.55 g/pot）和中度干旱胁迫（3.58 g/pot）。断根后,籽粒产量的水分利用效率在充分供水、中度干旱胁迫和根系分区交替供水条件下分别为1.07 g/kg、0.91 g/kg和0.97 g/kg,与同类对照组的1.14 g/kg、1.10 g/kg和0.95 g/kg相比没有显著差异。地上生物量的水分利用效率在三种水分处理下,断根组与相应的对照组相比没有显著差异（P＞0.05）。比较断根对叶片ABA和ZR含量的影响发现,只有在根系分区供水条件下断根显著增加了叶片ABA并降低了ZR含量。结果表明,根系分区交替供水可诱导根源信号产生,在断根条件下可以通过根源信号调控来缓解干旱胁迫对春小麦生长和产量的影响。3.垂直断根（轻度断根）对小麦水分利用和产量形成的影响2015年以大根系品种HST和小根系品种LC8275为试验材料,采用盆栽土培试验方法,在拔节期和孕穗期进行不同程度垂直断根（轻度断根）,水分处理分为充分供水和中度干旱胁迫两种方式。结果发现,无论是在充分供水还是水分胁迫下,单侧断根没有显著改变HST的产量,双侧断根会显著降低充分供水条件下HST的产量;无论是在充分供水还是水分胁迫下,断根都没有显著降低LC8275的产量。并且断根基本没有显著改变HST和LC8275的产量水分利用效率和地上生物量水分利用效率。从根系冗余角度来看,旱地小麦在横向生长方向存在一定程度的根系冗余,并且根系冗余大小与基因型和水分状况有关。4.水平断根（轻度断根）对小麦水分利用和产量形成的影响2015年以大根系品种HST和小根系品种LC8275为试验材料,采用PVC管土培方法,在拔节期和孕穗期进行水平断根（轻度断根）,水分处理为充分供水和中度干旱胁迫两种方式。结果发现,相比对照组产量（9.77 g/pot）,水平断根会显著降低充分供水条件下HST的产量（7.78 g/pot和8.37 g/pot）,但是断根在中度干旱胁迫下HST的产量（

关键词：小麦根系修饰水分利用产量根系冗余断根根源信号

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