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水分胁迫和高浓度CO_(2)处理下水稻幼苗光合生理响应特征

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生态学杂志 2023年第6期42卷 1381-1388页

作者：崔景会王怡丹齐秀芬王旭昊田露王兰兰沈阳师范大学生命科学学院沈阳110034

试验以水稻(Oryza sativa L.)品种“辽星一号”为材料,在不同CO_(2)浓度(380±10μmol·mol^(-1),760±20μmol·mol^(-1))下,利用PEG⁃6000模拟根系水分胁迫(PEG⁃6000浓度为0、5%、10%和15%),通过对光合参数测定,研究高浓度CO_(2)和水分胁迫对水稻幼苗光合生理影响,为阐明植物如何应对复杂环境变化提供理论依据。结果表明:单一水分胁迫抑制水稻幼苗的生长,株高、根长、鲜重和干重显著降低,且对地上部分的抑制作用大于地下部分,对鲜重的抑制作用大于干重;净光合速率(P_(n))、气孔导度(G_(s))和蒸腾速率(Tr)显著低于对照,轻度(5%)和中度(10%)水分胁迫下胞间CO_(2)浓度(Ci)显著低于对照,P_(n)的降低主要由气孔因素决定,重度(15%)水分胁迫下Ci显著高于对照,P_(n)的降低主要由非气孔因素决定;叶绿体色素含量(Chla、Chlb、Car)、初始荧光产量(F_(o))、PSII最大光化学量子产量(F_(v)/F_(m))及潜在光化学效率(F_(v)/F_(o))在轻度水分胁迫下未发生显著变化;中度水分胁迫下F_(o)无显著变化,重度胁迫下F_(o)显著提高,中度、重度胁迫下,F_(v)/F_(m)、F_(v)/F_(o)和Chla、Chlb、Car显著降低;与对照比较,单独高浓度CO_(2)促进水稻幼苗生长,株高和根长显著增加,且对根长的促进作用大于株高,对干重的促进作用大于鲜重,使地下部分干重显著增加;高浓度CO_(2)显著增加P_(n),显著降低G_(s)、Tr和Ci,且通过提高F_(v)/F_(m)、F_(v)/F_(o)及叶绿体色素含量提高光合作用;复合处理与单一水分胁迫比较,高浓度CO_(2)促进水稻幼苗生长,也使水分胁迫下P_(n)、G_(s)和Tr显著升高,通过降低F_(o),提高F_(v)/F_(m)、F_(v)/F_(o)及叶绿体色素含量促进光合作用,减轻水分胁迫对水稻幼苗的伤害,使重度水分胁迫P_(n)下降由非气孔因素转化为气孔因素。

关键词：水稻高浓度CO_(2) 水分胁迫光合生理响应

水分胁迫对不同年龄沙地樟子松幼苗存活与光合特性影响

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生态学报 2005年第10期25卷 2527-2533页

作者：朱教君康宏樟李智辉王国臣张日升中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳农业大学林学院沈阳110161 辽宁省固沙造林研究所阜新123000

樟子松以其抗寒、抗旱和速生性,自20世纪50年代在科尔沁沙地南缘人工引种用于固沙造林试验成功以来,已成为我国北方荒漠化地区防风固沙造林的首选树种.然而,进入20世纪90年代以来,早期引种的沙地樟子松人工林出现了衰退现象;虽然从理论... 详细信息

樟子松以其抗寒、抗旱和速生性,自20世纪50年代在科尔沁沙地南缘人工引种用于固沙造林试验成功以来,已成为我国北方荒漠化地区防风固沙造林的首选树种.然而,进入20世纪90年代以来,早期引种的沙地樟子松人工林出现了衰退现象;虽然从理论上分析,原因可能有病虫害、地理位置、水分条件、营林技术等,但其中水分条件应该是沙地樟子松人工林提早衰退的最重要的原因之一.以1～5年生樟子松幼苗为材料,采用盆栽控水处理法对苗木进行水分胁迫试验,观测水分胁迫条件下樟子松苗木成活与光合特征及其水分利用效率的变化.结果表明,樟子松苗木成活的临界土壤含水率随苗龄的变化没有显著差异,1～5年生苗木成活的临界土壤含水率均在1.5%～1.8%之间.4种不同水分胁迫处理(对照、20%、30%和40%田间持水量)对光合特性的影响为:轻度胁迫(40%田间持水量)时对光合特性的各个指标影响不大;随胁迫程度加重,光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率逐渐降低;导致樟子松苗木光合速率降低的主要原因应是气孔因素,即在水分胁迫下,气孔的开张度减小,导致胞间CO2浓度和蒸腾速率下降,进而影响光合速率;另外,水作为光合作用的原料之一,当其供应不足时,也直接导致光合速率的降低.2年生、4年生的樟子松幼苗在相同的土壤干旱胁迫条件下,各生理指标比较接近,即生理指标与苗龄之间并没有表现出明显区别.樟子松苗木的水分利用效率在较重度胁迫(20%田间持水量,3.5%)条件下没有降低,而在轻度胁迫条件下,水分利用效率有升高趋势;表明樟子松在较低的土壤含水量条件下,具有忍耐一定干旱胁迫的能力.综合研究表明:樟子松只有在极度水分胁迫时(土壤含水率接近成活的临界土壤含水率值:对于1～5年生苗木约为1.7%)才会出现死亡,这对研究水分与樟子松人工林衰退关系具有参考价值.

关键词：水分胁迫沙地樟子松存活光合作用水分利用率

水分胁迫下AM真菌对沙打旺生长和抗旱性的影响

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生态学报 2010年第21期30卷 5933-5940页

作者：郭辉娟贺学礼河北大学生命科学学院河北保定071002

利用盆栽试验研究了水分胁迫条件下接种AM真菌对优良牧草和固沙植物沙打旺(Astragalus adsurgens Pall.)生长和抗旱性的影响。在土壤相对含水量为70%、50%和30%条件下,分别接种摩西球囊霉(Glomus mosseae)和沙打旺根际土著菌,不接种处... 详细信息

利用盆栽试验研究了水分胁迫条件下接种AM真菌对优良牧草和固沙植物沙打旺(Astragalus adsurgens Pall.)生长和抗旱性的影响。在土壤相对含水量为70%、50%和30%条件下,分别接种摩西球囊霉(Glomus mosseae)和沙打旺根际土著菌,不接种处理作为对照。结果表明,水分胁迫显著降低了沙打旺植株(无论接种AM真菌与否)的株高、分枝数、地上部干重和地下部干重,并显著提高了土著AM真菌的侵染率,对摩西球囊霉的侵染率无显著影响。接种AM真菌可以促进沙打旺生长和提高植株抗旱性,但促进效应因土壤含水量和菌种不同而存在差异。不同水分条件下,接种AM真菌显著提高了植株菌根侵染率、根系活力、地下部全N含量和叶片CAT活性。土壤相对含水量为30%和50%时,接种株地上部全N、叶片叶绿素、可溶性蛋白、脯氨酸含量和POD活性显著高于未接种株;接种AM真菌显著降低了叶片MDA含量;接种土著AM真菌的植株株高、分枝数、地上部和地下部干重显著高于未接种株。土壤相对含水量为30%时,接种AM真菌显著增加了地上部全P含量和叶片相对含水量;接种摩西球囊霉的植株株高、分枝数、地上部和地下部干重显著高于未接种株。水分胁迫40d,接种AM真菌显著提高了叶片可溶性糖含量。水分胁迫80d,接种株叶片SOD活性显著增加。菌根依赖性随水分胁迫程度增加而提高。沙打旺根际土著菌接种效果优于摩西球囊霉。水分胁迫和AM真菌的交互作用对分枝数、菌根侵染率、叶片SOD、CAT和POD活性、叶绿素、脯氨酸、可溶性蛋白、地上部全N和全P、地下部全N和根系活力有极显著影响,对叶片丙二醛和地下部全P有显著影响。AM真菌促进根系对土壤水分和矿质营养的吸收,改善植物生理代谢活动,从而提高沙打旺抗旱性,促进其生长。试验结果为筛选优良抗旱菌种,充分利用AM真菌资源促进荒漠植物生长和植被恢复提供了依据。

关键词： AM真菌水分胁迫生长抗旱性沙打旺

水分胁迫下发草(Deschampsia caespitosa)叶片脯氨酸及其代谢产物变化

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生态学报 2022年第9期42卷 3546-3556页

作者：罗巧玉陈志马永贵王彦龙拉毛叶马玉寿青海师范大学生命科学学院高原科学与可持续发展研究院青海省青藏高原药用动植物资源重点实验室西宁810008 青海大学农牧学院西宁810008

以发草(Deschampsia caespitosa)为供试材料,通过盆栽模拟水分胁迫,研究重度干旱、中度干旱、轻度干旱、植物正常需水量(对照)、轻度水涝、中度水涝、重度水涝处理下发草叶片脯氨酸(Pro)积累状况及其代谢途径中底物、中间产物和关键酶... 详细信息

以发草(Deschampsia caespitosa)为供试材料,通过盆栽模拟水分胁迫,研究重度干旱、中度干旱、轻度干旱、植物正常需水量(对照)、轻度水涝、中度水涝、重度水涝处理下发草叶片脯氨酸(Pro)积累状况及其代谢途径中底物、中间产物和关键酶的动态变化,以期从脯氨酸代谢途径对发草抗旱/涝机理进行初步探讨。结果显示,干旱和水涝胁迫前期发草叶片Pro含量显著升高,谷氨酸(Glu)和鸟氨酸(Orn)含量显著下降,Δ^(1)-吡咯琳-5-羧酸合成酶(P5CS)活性、鸟氨酸转氨酶(δ-OAT)活性、Δ^(1)-吡咯琳-5-羧酸还原酶(P5CR)活性均显著增强,而脯氨酸脱氢酶(ProDH)活性显著降低,表明干旱和水涝胁迫前期发草叶片通过脯氨酸合成代谢的加强和分解代谢的抑制共同积累脯氨酸,以缓解干旱和水涝胁迫产生的危害,Glu途径和Orn途径协同作用于叶片脯氨酸合成代谢过程。中度、轻度干旱和轻度水涝处理21 d后Pro含量趋于稳定,持续21 d的重度干旱处理和持续28 d的重度水涝处理时发草死亡,共同显示了发草对水涝和干旱具有较强的耐受性。结论为高寒沼泽湿地旱涝“共耐性”植物的研究提供理论基础,同时为利用发草开展退化高寒沼泽湿地植被恢复提供科学依据。

关键词：发草水分胁迫脯氨酸代谢途径

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水分胁迫对马瑟兰葡萄果实挥发性物质合成的影响

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果树学报 2023年第8期40卷 1592-1605页

作者：殷梦婷代红军贺琰汪月宁郭学良刘妍王振平宁夏大学农学院银川750021

【目的】探明水分胁迫对马瑟兰葡萄果实挥发性风味物质的影响。【方法】以5年生马瑟兰葡萄为试材,根据黎明前叶片水势设置三个水分处理:对照为无胁迫、轻度胁迫(T1)和中度胁迫(T2),通过控制灌水量使植株维持在目标范围内。分别测定各处... 详细信息

【目的】探明水分胁迫对马瑟兰葡萄果实挥发性风味物质的影响。【方法】以5年生马瑟兰葡萄为试材,根据黎明前叶片水势设置三个水分处理:对照为无胁迫、轻度胁迫(T1)和中度胁迫(T2),通过控制灌水量使植株维持在目标范围内。分别测定各处理葡萄果实挥发性有机化合物及其相关基因表达等指标。【结果】在马瑟兰葡萄成熟期,对照、轻度和中度水分胁迫分别检测出挥发性有机化合物41、45和36种;轻度胁迫(T1)可显著提高果实挥发性物质种类,分别较对照和中度胁迫(T2)提高了9.7%和25.0%。与对照相比水分胁迫下更有利于葡萄果实中VvCCD1的表达,但不利于VvGPPS和VvHPLA的表达。【结论】适度的水分胁迫可以促进果实中挥发性有机化合物种类和含量的增加。

关键词：葡萄水分胁迫挥发性化合物基因表达

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冬小麦物候期对土壤水分胁迫的响应机制与模拟

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农业工程学报 2016年第21期32卷 115-124页

作者：刘健姚宁吝海霞周元刚吴淑芳冯浩张体彬白江平何建强西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所杨凌712100 甘肃农业大学甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室兰州730070

作物模型在农业生产管理和决策中发挥着重要作用,而物候期模拟是作物模型正确模拟作物生长发育和产量形成过程的基础。作物模型模拟物候发育的常用算法一般是基于积温的计算,同时也考虑光周期和春化作用的影响,但是水分胁迫对物候发育... 详细信息

作物模型在农业生产管理和决策中发挥着重要作用,而物候期模拟是作物模型正确模拟作物生长发育和产量形成过程的基础。作物模型模拟物候发育的常用算法一般是基于积温的计算,同时也考虑光周期和春化作用的影响,但是水分胁迫对物候发育的次级影响却较少被考虑在内。该研究以连续2季(2013-2014和2014-2015)的遮雨棚下土柱试验和连续3季(2012-2013、2013-2014和2014-2015)的遮雨棚下大田试验数据和前人研究成果为基础提出了冬小麦物候期对水分胁迫的响应机制理论假设,并以土壤相对有效含水率为水分胁迫指标校正冬小麦物候期水分胁迫响应函数。该研究以2014-2015生长季土柱试验各处理试验数据来建立冬小麦物候期水分胁迫响应函数,确定发育加速点A、发育减速点D和发育停止点S所对应的相对有效含水率值分别为0.30、0.10和0。结果发现拔节期和开花期模拟值和观测值之间的均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为0.8和1.7 d,绝对相对误差(absolute relative error,ARE)分别低于0.68%和2.09%。然后用2013-2014生长季土柱试验各处理数据进行验证,结果发现拔节期和开花期模拟值和观测值之间的RMSE分别约为0.9和1.1 d,ARE分别在1.37%和1.68%以下。最后再用3年独立大田试验数据对上述修正后的冬小麦物候期算法进行验证,结果发现开花期和成熟期的模拟值与观测值之间的RMSE分别约为2.4和2.0 d,ARE分别低于4.21%和2.67%;与DSSAT-CERES-Wheat模型的模拟结果进行比较,发现修正算法能反映出水分胁迫对冬小麦物候期造成的差异(有提前也有推迟),而DSSAT-CERES-Wheat模型无法体现这种差异,且开花期和成熟期的模拟值与观测值之间的RMSE分别约为4.0和5.5 d,误差最大分别为8和6 d。这表明校正后的冬小麦物候期算法模拟精度得到了较大提高,能在一定程度上描述和量化水分胁迫对冬小麦物候期的影响机制,可用来模拟不同水分胁迫条件下不同品种冬小麦的物候期。

关键词：土壤水分模型冬小麦物候期水分胁迫积温相对有效含水率

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辣椒叶片水分胁迫高光谱特性研究

农业机械学报 2024年第7期55卷 336-344页

作者：王东孙欣张岳阳夏鹤宁逯明辉周林凡西北农林科技大学机械与电子工程学院杨凌712100 农业农村部农业物联网重点实验室杨凌712100 西北农林科技大学园艺学院杨凌712100

为精准判别作物需水程度,以生长期辣椒为实验样本,对辣椒进行不同程度的水浸、干旱等水分胁迫处理,分析不同水分胁迫程度下辣椒叶片的高光谱响应特性。样本分为重度干旱、轻度干旱、轻度水浸、重度水浸等4个水分胁迫组和一个实验对照组,... 详细信息

为精准判别作物需水程度,以生长期辣椒为实验样本,对辣椒进行不同程度的水浸、干旱等水分胁迫处理,分析不同水分胁迫程度下辣椒叶片的高光谱响应特性。样本分为重度干旱、轻度干旱、轻度水浸、重度水浸等4个水分胁迫组和一个实验对照组,共5个数据组,每组20株辣椒,待各组叶片外观出现明显差异时,分别采集各组辣椒叶片的叶绿素荧光参数与高光谱数据。比较多元散射校正(MSC)、SG卷积平滑滤波和标准正态变换(SNV)3种不同的预处理方法对背景信息干扰的消除效果。采用SPA算法和CARS算法提取对水分胁迫敏感的特征波长。建立预测辣椒叶片不同水分胁迫程度的支持向量机(SVM)、BP神经网络、径向基函数(RBF)和随机森林(RF)模型。结果说明,SG-SPA-RFB为预测辣椒叶片水分胁迫程度的最优组合,其训练集准确率为99.02%,测试集准确率为94.00%。本研究为判断辣椒植株水分胁迫状态提供了一种便捷可靠的无损检测方法。

关键词：辣椒水分胁迫高光谱图像特征波长神经网络叶绿素荧光参数

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水分胁迫对银中杨耗水特征与水分利用的影响

生态学杂志 2006年第3期25卷 290-294页

作者：刘丹陈祥伟东北林业大学

在不同供水条件下,采用LI-6400光合作用系统(LI-COR,1995,USA)和电子天平等仪器,对银中杨苗木气体交换、蒸腾耗水量和水分利用效率及其有关环境因子进行了测定。结果表明,在研究的诸环境因子中,土壤含水量是制约苗木蒸腾耗水的主导因子... 详细信息

在不同供水条件下,采用LI-6400光合作用系统(LI-COR,1995,USA)和电子天平等仪器,对银中杨苗木气体交换、蒸腾耗水量和水分利用效率及其有关环境因子进行了测定。结果表明,在研究的诸环境因子中,土壤含水量是制约苗木蒸腾耗水的主导因子;苗木的蒸腾耗水量随土壤干旱胁迫的加重而减少,并且当土壤含水量低于田间持水量的50%时,气象因子对苗木蒸腾耗水的影响不再明显;土壤含水量为田间持水量的70%时,银中杨苗木的净光合速率和蒸腾速率下降不显著,而水分利用效率有所提高,为2.579μ***-1,在土壤含水量大于田间持水量的70%的水分条件下,银中杨苗木可以正常生长。

关键词：银中杨水分胁迫蒸腾耗水水分利用效率

水分胁迫对小麦幼苗抗氰呼吸和交替氧化酶基因表达的影响

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Acta Botanica Sinica 1999年第3期41卷 340-342页

作者：何军贤韦振泉林宏辉梁厚果四川大学生物系

抗氰呼吸作为植物线粒体的两条主要呼吸电子传递途径之一，已证明在植物界普遍存在，与植物的许多生理过程和功能密切相关；它的发生或运行程度除与植物自身发育和内在生理状态有关外，还受许多外界条件（逆境因子）的影响［１～３］。... 详细信息

抗氰呼吸作为植物线粒体的两条主要呼吸电子传递途径之一，已证明在植物界普遍存在，与植物的许多生理过程和功能密切相关；它的发生或运行程度除与植物自身发育和内在生理状态有关外，还受许多外界条件（逆境因子）的影响［１～３］。有证据表明，机械损伤［４］、高温［...

关键词：水分胁迫交替氧化酶基因小麦抗氰呼吸