植物的生长和生产面临各种生物和非生物胁迫,其中盐胁迫严重影响植物的正常生长发育、品质和产量形成。植物在长期的演化过程中,进化出了适应盐胁迫的形态结构、生理生化反应和遗传基础。在形态结构上,耐盐植物的叶片具有蜡质层、气孔密度低于盐敏感植物,另外具有泌盐或者阻断功能的盐腺、毛状体、盐囊泡、凯氏带等结构;在生理活动调节方面,一方面耐盐植物具有高的酶促和非酶促抗氧化物质,如SOD、CAT、酚类物质等,另一方面耐盐植物具有较高的渗透调节物质含量,或者在盐胁迫下可以合成渗透调节物质,包括有机物质可溶性蛋白和糖以及无机盐离子等;在分子机理方面,SOS途径是研究得最为清晰的离子调控途径,通过SOS1、SOS2和SOS3协同作用维持细胞内Na⁺/K⁺平衡;此外,植物激素及碳代谢途径在植物耐盐过程中亦具有重要作用。本研究通过综述植物耐盐研究进展,探讨耐盐植物在形态结构、生理基础、遗传分子基础和转基因手段在响应盐胁迫的潜在研究重点和方向,有助于研究人员快速找到切入点,逐步完善植物的耐盐机理体系,加快耐盐植物的高效利用。

旨在明确外源甜菜碱(GB)对高温干旱复合胁迫(TD)下玉米幼苗叶片抗氧化系统及光合系统的调控机制,为缓解作物极端环境胁迫提供理论依据。以先玉335为材料,于三叶一心期对叶片喷施用不同浓度(0,50,100,200,400 mmol/L)GB溶液,24 h后,通过人工气候箱模拟高温(昼/夜温度40 ℃/28 ℃)并利用20% PEG-6000诱导中度干旱构建复合胁迫环境,探讨GB对TD下玉米幼苗叶片抗氧化系统及光合作用的调控效应。结果表明,100 mmol/L GB显著促进植株生长,与TD处理相比,玉米株高、叶面积、茎叶及根系干质量分别增加27.48%,27.45%,28.33%,78.26%,根冠比提高14.91百分点。在胁迫后5 d,100 mmol/L GB显著增强了抗氧化酶活性,其中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性分别显著提升69.09%,69.02%,41.81%;同时,丙二醛(MDA)、超氧阴离子($\mathrm{O}^{\bar{.}}_{2}$)和过氧化氢(H₂O₂)含量分别降低21.92%,6.50%,25.33%。此外,可溶性糖(SS)和可溶性蛋白(SP)含量分别提升31.69%,18.98%。光合特性分析显示,GB可有效改善叶绿体基粒和基质类囊体的片层系统结构,从而显著提升复合胁迫下叶片的SPAD值,并减轻胁迫对光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心的损伤,具体表现为初始荧光(F0)降低,可变荧光(Fv)和最大荧光(Fm)提高。此外,通过缓解复合胁迫引起的气孔与非气孔限制,100 mmol/L GB处理显著提升了叶片的光合性能,使胁迫后5 d的净光合速率(Pn)增加24.14%。综上,高温干旱复合胁迫下,外源GB可通过提高抗氧化酶活性和细胞渗透调节能力来保护光合系统,从而缓解胁迫伤害并促进玉米幼苗生长。

研究干旱对花生农艺及生理生化性状的影响,并探究抗旱分级方法,筛选花生抗旱品种。以27个花生种质为试验材料,播后30 d测定花生干旱胁迫下农艺性状指标,并通过相关性分析、主成分分析、聚类分析和隶属函数法等相结合的方法进行抗旱性分级,选取抗旱型花生冀农花3号(JNH3)、中间型L231、敏旱型L236进行生理生化指标测定和显微结构观察,对不同抗旱型进行鉴定,获得不同抗旱性花生种质。结果表明:不同环境下干旱处理后主茎高降幅为2.26%~34.06%,第一对侧枝长降幅为1.11%~57.20%,主茎基粗降幅为1.54%~38.36%,根冠比降幅为65.01%~92.83%。据综合加权隶属函数将花生材料聚类为抗旱型、中间型和敏旱型3类,其中中间型和敏旱型花生上述性状较对照均达到显著水平。干旱胁迫下花生功能叶片ROS升高,通过NBT、DAB染色,发现不同抗旱类型花生ROS差异表达,其中NBT和DAB染色由浅到深均为冀农花3号、L231和L236,符合抗旱型分类。不同抗旱型花生各项酶活指标和渗透调节物质含量与对照相比均有显著提高,POD活性冀农花3号提高42.71%,L231提高26.04%,L236提高20.59%,不同品种间差异均达到显著水平,CAT活性趋势与上述一致。SOD活性冀农花3号提高48.01%,L231提高63.49%,L236提高73.15%,不同品种间差异均达到显著水平;MDA活性趋势与上述一致。脯氨酸含量冀农花3号提高1.10倍,L231提高1.07倍,L236提高1.03倍;可溶性糖含量冀农花3号提高44.06%,L231提高31.54%,L236提高38.62%,不同品种间差异均达到显著水平。干旱胁迫下花生根系生长受限,根总长和根总面积显著降低,根尖细胞部分坏死,程度由浅至深分别为冀农花3号、L231和L236。

探究不同程度干旱胁迫对小麦抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)含量、光合特性以及产量构成的影响,为优化小麦节水生产提供理论依据和技术支撑。于2023—2025年在山东省农业科学院龙口试验田设置重度干旱(I-hd)、中度干旱(I-md)、轻度干旱(I-fd)和适宜水分(I-sm)4种土壤水分梯度,系统分析了不同干旱胁迫下小麦抗氧化酶活性、MDA含量、光合特性以及籽粒产量构成。结果表明:相较于中度和重度干旱,轻度干旱和适宜水分均有利于优化穗数、穗粒数和千粒质量,从而显著提高籽粒产量,增产幅度2 a均值达11.1%~51.0%。轻度干旱和适宜水分下各生育时期超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶活性显著提升,各生育时期叶片MDA含量显著降低,对降低细胞膜脂氧化程度和延缓植株衰老具有重要作用。轻度干旱和适宜水分条件下孕穗、开花和灌浆中期叶片叶面积指数(LAI)、叶绿素相对值(SPAD值)和净光合速率(Pn)均维持在较高水平,为光合速率的提升提供生理基础,而中度及重度干旱条件下上述指标全生育期大幅降低。相关分析表明,抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性与MDA含量呈显著负相关,与光合特性(LAI、SPAD、Pn)及产量构成要素(穗数、穗粒数、千粒质量)呈显著正相关,为保持较高光合能力提供生理保障。综上,轻度干旱与适宜水分均会大幅提高各生育时期叶片SOD、POD、CAT等抗氧化酶活性,降低MDA等有害物质含量,并且优化叶片LAI和SPAD值进而改善叶片Pn,最终籽粒产量提高11.1%~51.0%。然而,轻度干旱与适宜水分下籽粒产量、抗氧化酶活性及光合特性间差异较小,因此,本研究认为轻度干旱条件下,可通过优化光合特性和叶片抗氧化能力来实现小麦稳产高产,为作物节水生产提供可靠的实践途径。

为了探讨干旱和品种对小麦灌浆期旗叶下午净光合速率(Pn)、光合关键酶活性和产量的影响,2019—2021年度在池栽全生育期遮雨条件下设置包括重度(W1)、中度(W2)、轻度(W3)干旱和适墒(W4)的4个水分处理,在灌浆前期、中期的14:00—16:00测定了强抗旱性品种晋麦47(JM47)和弱抗旱性品种偃展4110(YZ4110)的旗叶Pn、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)、Rubisco活化酶(RCA)、ATP合成酶(ATPase)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)和丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)活性以及成熟期的产量。结果表明,干旱使小麦灌浆期旗叶下午Pn、多数光合酶活性以及产量降低,总体表现为干旱胁迫程度越大,上述指标的降幅也越大,但其影响效应存在品种和年际差异。W1、W2和W3与W4相比,旗叶下午Pn,JM47分别降低33.6%~40.6%,12.0%~30.5%和5.0%~13.5%,YZ4110分别降低44.0%~52.0%,22.5%~38.1%和11.5%~20.5%;旗叶下午Rubisco活性,JM47灌浆前期降低、灌浆中期增加,而YZ4110分别降低13.3%~25.6%,7.1%~14.0%和11.2%~11.6%;旗叶下午RCA活性,灌浆前期多显著降低,灌浆中期JM47在W2和W3下增加,而 YZ4110在W1和W2下降低;旗叶下午ATPase活性,JM47在W1下降低、W3下提高,而YZ4110分别降低19.3%~48.7%,7.2%~24.2%和0.1%~8.9%。不同水分处理的旗叶下午PEPC活性因生长季和品种而异,但W1与W4相比,JM47和YZ4110的旗叶下午PPDK活性分别降低12.4%~18.8%和16.7%~18.2%。与YZ4110相比,JM47旗叶下午Pn和光合酶活性在适墒下多无显著差异,但干旱下多表现为升高。相关性分析结果表明,产量、旗叶下午Pn与灌浆期旗叶下午ATPase活性和灌浆前期旗叶下午PEPC活性呈极显著正相关,因而在灌浆期下午保持较高的旗叶ATPase和PEPC活性有利于提高小麦旗叶下午Pn和籽粒产量。

为缓解谷子连作障碍,为优化谷子种植模式提供参考,以谷子连作(Si)为对照(CK),设置了谷子-玉米(Si-Zm)、谷子-马铃薯-玉米(Si-St-Zm)、谷子-玉米-大豆(Si-Zm-Gm)和谷子-大豆-马铃薯(Si-Gm-St)4种轮作模式,分析不同轮作模式对谷子关键生育期生理指标、光合特性、农艺性状、产量和白发病发病率的影响。结果表明,与CK相比,Si-St-Zm、Si-Zm-Gm和Si-Gm-St这3种轮作模式下谷子旗叶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和多酚氧化酶(PPO)的活性均显著增加,最大增幅分别为45.55 %,41.55 %和109.09 %;Si-Zm-Gm和Si-Gm-St轮作模式下谷子株高、茎粗、根长和根分枝数均显著增加,最大增幅分别为30.48%,30.50%,31.76%和13.79%;Si-Gm-St轮作模式下谷子旗叶H₂O₂和MDA含量均显著减少,最大减少幅度分别为18.78%和47.29%;气孔导度、净光合速率、蒸腾速率和叶绿素相对含量分别显著增加31.94%~101.43%,35.74%~234.00%,16.44%~46.97%和24.15%~66.16%,谷子穗长、千粒质量和产量分别显著增加14.90%,17.09%和10.58%,谷子白发病发病率显著降低12.33%。综上所述,与CK相比,Si-Gm-St模式下谷子旗叶SOD、POD和PPO活性显著增加,光合效率显著提高;谷子产量和抗病能力最高。因此,与Si-Zm、Si-St-Zm和Si-Zm-Gm轮作模式相比,Si-Gm-St轮作模式对缓解谷子连作障碍的效果最好。

为揭示半干旱区马铃薯在关键生育阶段生长发育及光合特性对不同水分梯度的响应特征,通过开展渍水(土壤含水量保持85%田间持水量)和干旱胁迫(土壤含水量为65%田间持水量时开始持续干旱)的模拟试验,对马铃薯各项生长发育及光合指标进行研究。结果表明,随着生育进程,渍水处理下马铃薯株高、生物量积累与正常灌溉处理相差不大,干旱胁迫下显著降低马铃薯株高生长及生物量的积累,同时干旱胁迫明显降低马铃薯叶片光合特性,其中净光合速率、气孔导度分别下降43%,55%,渍水处理各光合参数(除气孔导度外)与正常灌溉处理无显著差异。干旱胁迫及渍水处理不同程度降低马铃薯叶片的光合能力及对光能的利用,其中渍水条件下马铃薯叶片遇强光时生长发育更易受到抑制,并且降低马铃薯叶片活性,马铃薯叶片在干旱条件下遇弱光时生长发育更易受到抑制,但未降低马铃薯叶片活性。综合分析发现,半干旱区马铃薯在块茎膨大期更易受到干旱胁迫的影响,其次是渍水持续时间较长影响马铃薯的生长发育。

探讨接种丛枝菌根真菌(AMF)对干旱胁迫下药用牡丹凤丹生理特性及活性成分积累的影响,为利用AMF增强药用牡丹抗旱能力及提升其药材品质提供理论依据。以凤丹实生苗为试验材料,设置正常水分(CK)、干旱胁迫(DR)、正常水分下接种AMF(AMCK)及干旱胁迫下接种AMF(AMDR)共4个处理,分别测定植株氧化还原稳态(包括超氧化物歧化酶(SOD)活性、脯氨酸和可溶性糖含量)、光合特性(包括光合色素含量、光合与叶绿素荧光参数)以及根皮中活性成分(总黄酮、丹皮酚、芍药苷等)含量。结果表明,干旱胁迫导致凤丹植株体内丙二醛(MDA)和活性氧(ROS)含量分别显著增加了33.53%和50.04%,光合性能受到明显抑制,具体表现为净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、最大光化学效率(Fv/Fm)和光合性能指数(PIabs)均显著下降。接种AMF有效缓解上述干旱胁迫引起的不利影响:不仅使SOD活性显著提高6.36%,可溶性蛋白、可溶性糖及脯氨酸等渗透调节物质含量分别显著提升23.72%,53.31%和14.70%,并降低活性氧含量,增强细胞膜稳定性,还使光合色素含量以及Pn、Gs、Tr、Fv/Fm、PIabs等光合荧光相关参数得到显著恢复。此外,在干旱胁迫条件下接种AMF进一步促进了根皮中总黄酮、丹皮酚和芍药苷等次生代谢产物的积累,三者含量较DR处理分别提升18.67%,11.39%和5.17%。综上,AMF能够通过增强凤丹的抗氧化能力、促进渗透调节物质积累、改善光合性能,有效缓解干旱胁迫对植株造成的生理损伤,同时提高根皮中次生代谢物质的含量。

为探明外源H₂O₂对NaCl胁迫下棉花幼苗的生理调节机制,以棉花品种新陆早48号为供试材料,使用室外盆栽法,设置盐胁迫(NaCl,浓度梯度0,100,200 mmol/L) 和H₂O₂(浓度梯度0,0.005,0.010,0.020,0.050 mmol/L) 两因素随机组合,探究棉花幼苗鲜质量、干质量、叶绿素含量、叶绿素荧光参数、光合气体参数、抗氧化酶活性和渗透调节系统的变化规律。结果表明,外源H₂O₂有效缓解盐胁迫对棉花幼苗生长的抑制效应,提高棉花幼苗叶绿素含量、光合气体参数、叶绿素荧光参数,维持棉花幼苗光合作用正常运行,保证了干物质的积累;同时,外源H₂O₂提高抗氧化酶(POD、APX、CAT)活性,加速清除棉花幼苗体内ROS,降低了电解质渗出率、MDA含量及Pro、游离氨基酸、SS等渗透调节物质含量,提高棉苗抗盐性。其中0.020 mmol/L外源H₂O₂对棉花幼苗所受盐胁迫缓解作用最佳。综上,外源H₂O₂通过提高盐胁迫棉花幼苗光合性能,保持棉花幼苗稳定的光合作用,维持棉花幼苗体内ROS产生与消除的动态平衡,从而提高棉花幼苗对盐胁迫的适应性。

为探讨谷子全生育期耐旱性鉴定的有效方法,筛选谷子全生育期耐旱性鉴定指标,加快谷子耐旱育种进程,2019—2020年以30份谷子种质为试材,采用随机不完全区组设计(alpha-格子设计),设干旱胁迫(DS)和正常供水(CK)2个处理,考察相关农艺性状和产量指标的耐旱系数。联合方差分析结果表明,土壤水分环境对千粒质量影响显著,对其他指标影响极显著,基因型对单株穗质量和单株粒质量影响显著,对其他指标影响极显著,基因型与土壤水分环境互作极显著影响谷子的生长性状,对产量性状的影响不显著(千粒质量除外)。在干旱胁迫下,各指标性状值较CK均发生不同程度下降,且各指标性状对干旱胁迫反应的敏感性不同。t检验结果表明,干旱胁迫处理效果显著(千粒质量除外)。GGE双标图解释了数据总变异的71.15%,各指标耐旱系数间存在不同程度的相关性,其中株高、穗长、茎叶干质量和倒二叶叶面积的耐旱系数显著正相关,穗质量、穗粒质量、穗粒数和产量的耐旱系数显著正相关。谷子的耐旱性可以通过不同的农艺性状体现。依据与理想耐旱品种和理想耐旱鉴定指标的距离对供试谷子材料耐旱性和耐旱评价指标进行了排序,其中太选26号、朝谷62号和朝谷13号等材料耐旱性较强,株高和穗质量可作为谷子全生育期耐旱性鉴定首选指标。GGE双标图为谷子耐旱品种选育提供了一个客观有效的新的可视化鉴定方法。

为探明外源褪黑素(MT)对大豆幼苗耐盐性的调节作用,筛选出不同盐胁迫下适宜的施用浓度。以大豆品种田友-2986为试验材料,设置3个盐浓度(低盐S₃:3 g/L、中盐S₅:5 g/L、高盐S₇:7 g/L )和6个MT浓度(M₀:0 μmol/L、M₁:25 μmol/L、M₂:50 μmol/L、M₃:75 μmol/L、M₄:100 μmol/L、M₅:150 μmol/L ),分析了大豆幼苗形态参数、生物量、抗氧化酶活性及渗透调节物质含量。随着盐胁迫程度的增大,大豆幼苗的根系形态参数、生物量、根冠比、抗氧化酶活性和渗透调节物质含量降低,丙二醛含量增加。低盐(S₃)和中盐(S₅)胁迫下,外施50 μmol/L MT大豆根系总长度、侧根数、SOD和POD较不施加分别提高了52.30%,19.98%,74.10%,40.03%(低盐)和68.52%,19.24%,81.72%,37.42%(中盐);高盐(S7)胁迫下,外施75 μmol/L MT分别提高了71.17%,19.11%,80.79%和27.01%。盐胁迫下,外源25~100 μmol/L 的MT不同程度上促进了大豆幼苗生长,提高耐盐性。隶属函数综合评价表明,在低、中盐胁迫下,50 μmol/L MT的缓解盐害效果最好;高盐胁迫下,MT这一适宜浓度在75 μmol/L。MT缓解大豆幼苗盐害主要在于它提高抗氧化酶活性和渗透调节物质含量,降低了丙二醛含量,从而缓解了盐胁迫下大豆的氧化胁迫和渗透胁迫。

为探明长期施肥对双季晚稻产量形成的影响及其生理调控机制,基于进贤红壤稻田化肥长期定位试验(1981年设),选取不施肥(CK)、单施氮磷钾肥(NPK)、两倍氮磷钾肥(HNPK)、有机无机配施(NPKM)4个典型处理,比较了长期施肥后第42年双季晚稻产量、干物质积累、叶绿素动态特征、齐穗期和灌浆期叶片基因表达差异。结果表明,长期施肥下晚稻产量表现为NPKM>HNPK>NPK>CK,其中HNPK和NPKM处理显著高于NPK处理,增幅分别为29.63%,57.18%。与NPK处理相比,NPKM和HNPK处理显著改善晚稻产量构成,有效穗、穗粒数和着粒密度分别增加了16.98%~46.42%,8.68%~15.26%,3.69%~7.37%。在干物质积累方面,与NPK相比,NPKM和HNPK均显著提高了晚稻各时期干物质质量,同时促进了齐穗期至成熟期茎叶干物质向穗的转运。NPKM和HNPK处理各时期叶绿素含量均显著高于CK和NPK处理,其中NPKM处理延缓了灌浆期至成熟期叶绿素的衰减;相关分析表明,长期施肥下晚稻产量与分蘖期至齐穗期干物质积累量(△DM1)和灌浆期至成熟期干物质积累量(△DM3)呈极显著正相关,与灌浆期至成熟期叶片叶绿素减少量(△S3)呈极显著负相关。叶片转录组分析结果表明,长期施肥显著影响晚稻齐穗期、灌浆期叶片基因表达,差异表达基因主要富集于光合作用、碳代谢、氮代谢、信号转导及逆境相关的代谢途径。综上所述,长期施肥调控双季晚稻基因表达,有机无机配施改善了产量构成,促进了早期干物质积累,增强了灌浆期至成熟期茎叶干物质向穗的转运,同时,提高了晚稻各时期叶片叶绿素含量,并延缓了灌浆期后叶片的衰老,对水稻增产起到强源(提高光合生产力)、扩库(增加干物质储存容量)和畅流(促进同化物转运)的作用。

为筛选适宜新疆奇台县种植的酿酒高粱品种,同时为新疆地区高粱新品种的选育及推广提供参考依据,2020-2022年对省外引入的20个高粱新品种进行了生育期、农艺性状及产量进行比较,同时分别对籽粒淀粉、赖氨酸、单宁、可溶性总糖、粗蛋白、粗灰分、粗纤维等营养品质进行了鉴定,分析了各品种的丰产性和稳产性。结果表明,不同高粱品种的生育期、农艺性状、产量和营养成分不一致,品种及种植年限之间有差异。20个品种的平均生育期为84~146 d,株高为68.44~250.46 cm,其中属于极早熟特矮品种有龙杂18和龙杂20等2个品种,株高150 cm以下适合于机械化栽培的矮秆品种有凤杂4、辽糯11、吉杂124、吉杂127、辽杂37、辽粘3、冀酿3号、晋杂34、晋糯3、通杂108、锦杂109、赤杂106、金糯粮5等13个品种。晚熟高秆品种只有红缨子1个品种。平均产量为4 364.32~13 779.84 kg/hm²,锦杂109产量最高,沈杂5产量最低。籽粒品质在各品种之间存在差异,其中辽杂10号淀粉含量高达759.93 g/kg,而晋杂34单宁含量最低1.80 g/kg。综上,考虑生育期、农艺性状、产量及品质等特性,参试品种锦杂109属于矮杆、中熟品种产量为最高、稳产性最好、综合表现为最佳,可作为适合机械化栽培的首选品种在奇台地区进行推广种植。

为揭示萌发期不同水稻的抗旱性机理,以水稻旱敏感材料(Calrose、京宁10号、山形86)和抗旱性材料(Farry、松粳3号、宁粳36)为研究对象,开展了模拟干旱胁迫(15% PEG-6000)对不同水稻萌发种子生长指标、生理指标及相应基因表达量的影响研究。结果表明:正常条件下,旱敏感和抗旱性材料萌发种子各生长指标、抗逆相关基因表达量之间无显著差异;但生理指标有明显变化,表现为不同材料间超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性、可溶性糖(SS)和过氧化氢(H₂O₂)含量无显著差异,旱敏感性材料山形86的丙二醛(MDA)、超氧阴离子($\mathrm{O}_{2}^{\bar{.}}$)含量显著高于其他材料;抗旱性材料宁粳36的过氧化氢酶(CAT)活性、脯氨酸(Pro)、可溶性蛋白(SP)含量显著高于其他材料。干旱胁迫下,相比于旱敏感性材料,抗旱性材料萌发种子的相对发芽势(RGP)、相对芽长(RSL)、萌发期抗旱指数(GDRI)和活力指数(VI)分别增加了0.03~0.07百分点,0.32~0.39百分点,0.12~0.18百分点和92.41%~108.39%;抗旱性材料萌发种子中MDA和活性氧($\mathrm{O}_{2}^{\bar{.}}$、H₂O₂)含量分别降低了2.54%~61.64%,19.60%~46.30%和35.61%~62.02%;渗透调节物质(Pro、SS、SP)含量分别增加了5.93%~18.29%,1.08%~7.97%和3.47%~6.03%;抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性分别提高17.29%~33.12%,15.24%~76.06%和14.68%~18.61%;脯氨酸合成关键基因OsP5CS、抗氧化酶合成基因(OsALM1、OsPOX1、OsCATC)的相对表达量分别上调了2.66%~182.31%,57.14%~513.27%,0.38%~109.06%和63.39%~184.25%。综合分析表明,干旱胁迫抑制了水稻种子的萌发,影响了萌发期种子中的生理特性及其相应基因的表达。干旱胁迫下,无论是抗旱性材料还是旱敏感性材料,活力指数(VI)、过氧化物酶(POD)以及过氧化物酶合成基因(OsPOX1)是影响水稻种子萌发的关键指标。除以上指标外,可溶性蛋白(SP)、脯氨酸合成基因(OsP5CS)、过氧化氢酶基因(OsCATC)是影响抗旱性材料的其他关键指标,相对芽长(RSL)、过氧化氢(H₂O₂)、超氧化物歧化酶基因(OsALM1)是影响旱敏感性材料的其他关键指标。

为探究盐碱胁迫对甘蓝型油菜的生理及分子机制的影响,以甘蓝型油菜华油杂62为试验材料,对油菜种子及幼苗进行不同浓度的复合盐、复合碱及复合盐碱溶液处理,测定种子的发芽率以及甘蓝型油菜叶片中叶绿素含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、抗氧化酶活性等生理指标,以高效液相色谱法测定油菜叶片中甜菜碱积累量,利用qRT-PCR 技术对甜菜碱合成途径中的关键酶基因胆碱单加氧酶基因(CMO)进行分析。结果表明,人工模拟的不同浓度盐碱溶液中,对种子萌发的伤害程度大小表现为复合盐碱>碱>盐;低浓度盐碱溶液促进油菜叶片叶绿素形成,高浓度盐碱溶液抑制叶绿素形成;盐碱胁迫显著提高了脯氨酸与可溶性糖含量,高盐碱溶液(YJ75,含盐碱75 mmol/L)处理21 d,脯氨酸与可溶性糖含量分别为对照组的65.99,5.21倍;盐碱胁迫增加了丙二醛的含量;盐碱胁迫显著提高了过氧化物酶(POD)活性,与对照组相比,高盐碱(YJ75)溶液处理21 d后的POD含量提高了2.26倍,在复合盐与复合碱处理第14 天,POD含量达到最高值,而超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性变化规律不明显,且在盐胁迫过程中发挥作用较低;盐碱胁迫显著提高了关键酶基因CMO的表达量,从而调控甜菜碱的积累量增多。综上,盐碱胁迫对甘蓝型油菜的伤害程度大小表现为复合盐碱>碱>盐,在高盐碱胁迫下,甘蓝型油菜会大量积累甜菜碱以降低自身所受的伤害。

探究翻耕深度和有机肥用量对潮土麦田光合特性、产量形成的影响,为潮土或相近土壤类型下小麦高产稳产提供理论依据和技术支撑。于2022-2024年小麦季,在山东省德州市齐河县的典型潮土区麦田开展双因素裂区试验,主区为2种翻耕深度,包括15~20 cm(D1)与30~35 cm(D2);副区为3种有机肥施用量,分别为800(L),1 200(M),1 600 kg/hm²(H)。分析了不同翻耕深度与有机肥施用量下潮土麦田光合特性、地上部干物质积累特性、产量构成。D2M和D2H较其他处理均利于提高小麦产量及构成要素,穗数、穗粒数、千粒质量与籽粒产量的2 a均值分别显著提高了5.5%~8.5%,3.5%~12.1%,6.7%~13.2%和6.6%~12.8%。D2M和D2H处理还通过提升各生育时期的地上部干物质积累速率,不同程度地提升了拔节、开花与成熟期小麦地上部干物质积累量,较其他处理2 a均值分别提高了9.0%~22.1%,8.9%~25.8%和10.7%~24.3%。与D1翻耕深度相比,D2处理进一步提升了有机肥对各生育时期叶片SPAD的促进作用,且D2M和D2H处理在灌浆中期至后期时仍能保持较高的叶绿素含量;在M和H有机肥用量下,D2翻耕深度各生育时期叶片Pn均显著高于D1,在拔节、孕穗、开花、灌浆中期和灌浆后期,2 a均值分别显著提高12.0%~16.7%,13.7%~16.8%,13.8%~19.7%,20.2%~25.8%,24.6%~44.8%;相同有机肥用量条件下,叶片LAI 在2种耕作深度间的差异随着生育进程的推进逐渐增加,在开花和灌浆中期均以D2M和D2H表现最佳,2 a均值分别提高13.2%~27.2%,13.4%~29.4%。D2M和D2H处理均能改善植株光合特性和地上部干物质积累能力,进而优化产量构成要素实现小麦产量的大幅提升,但因D2M和D2H处理在各指标间差异均不显著,因此,基于资源节约的前提,认为翻耕深度30~35 cm和有机肥用量1 200 kg/hm²组合即可实现潮土麦田籽粒高产。

为研究植物生长调节剂对春玉米冠层-根系的协同调控特性,进一步揭示植株抗倒机理,于2021—2022年以玉米品种迪卡159和先玉335为试验材料,在75 000,90 000株/hm² 2个种植密度下,设置植物生长调节剂处理(PGR)和清水对照(CK),分析比较了不同处理下的冠层结构、茎秆基部节间性状、根系形态特征和伤流液理化指标。结果显示,PGR对玉米冠层和根系均有调控作用。PGR处理后,植株株高、穗位高和重心高度降低,穗位以上叶片叶倾角增大,植株穗位层无截取散射(DIFN)平均增加23.59%,穗下层DIFN平均增加18.60%,基部节间茎秆质量显著提高。同时PGR处理下0~40 cm土层根条数、根长和根系干质量增加,地表以下10 cm处的根幅增大,根系伤流量和养分流量增加,根系形态和运输能力明显优化。伤流液中CTK和IAA的流量增加,GA的流量减少。PGR通过对冠层-根系的协同调控,有效地减少了茎折和根倒的发生,玉米的田间倒伏率从13.43%降低到6.47%,玉米产量平均增加了16.10%,从而实现稳产高产。

为了揭示干旱半干旱区夏玉米品种对干旱胁迫的光合生理响应机制，以3个常用夏玉米品种（浚单20、津北288和迪卡667）为研究对象，分别对其实施不同程度的干旱胁迫处理（对照CK，轻度胁迫LD和重度胁迫HD），利用便携式光合作用系统Li-6400测定了叶片净光合速率-光合有效辐射强度响应（Pn-PAR）和净光合速率-细胞间隙二氧化碳浓度响应（A-Ci），并利用便携调制叶绿素荧光仪MINI-PAM测定了叶绿素荧光参数对光合有效辐射强度的响应。结果发现：3个玉米品种，Pn与气孔导度（Gs）随光合有效辐射强度增加的变化规律相似，干旱胁迫程度的增加，Pn-Gs响应关系左移；无论何种处理，Pn下降的同时Ci值不变或升高；重度胁迫（HD）显著降低了3个品种的初始羧化效率（CE）和光合能力（Amax）；与对照相比，干旱胁迫（包括LD和HD）降低了浚单20和迪卡667 2个品种的非光化学淬灭系数（qN）和调节性能量耗散的量子产量（Y（NPQ））2个指标的响应，增大了非调节性能量耗散的量子产量（Y（NO））的响应值；仅在重度胁迫（HD）下，津北288的光化学淬灭系数（qP）降低；与对照相比，在轻度胁迫（LD）下，津北288的最大净光合速率（Pmax）和初始量子效率（AQY）有少许提高。相对于其他2个品种，津北288在轻度干旱胁迫条件下可降低qQ，增大Y（NO）来维持高的Pmax和AQY，这些结果不仅表明津北288具有较强的干旱胁迫耐受性，且能为作物耐旱性品系的筛选提供技术参考。

为研究全生育期持续干旱处理对棉花生长发育和最终产量的影响，采用盆栽法，对新陆早19号、新陆早27号和新陆早54号进行轻度和中度干旱胁迫处理，在苗期、蕾期、花铃期和吐絮期测定形态学指标、生理指标和光合作用参数，收获时调查产量构成因素。结果表明：棉花的株高和茎粗随干旱胁迫的加强而下降；活性氧含量和抗氧化酶活性在不同生育期存在较大差异，相关性分析显示，活性氧含量与抗氧化酶活性间存在显著或极显著相关性，说明抗氧化酶活性随活性氧含量有规律变化，以清除体内过多活性氧，防止活性氧伤害；棉花蕾期光合作用随干旱胁迫的加强而降低，吐絮期（除新陆早27号）则随干旱胁迫加强而升高，可能由持续干旱处理使棉花生育后期所处发育阶段不同造成；干旱胁迫降低新陆早27号和新陆早54号的单株产量和纤维长度，轻度干旱胁迫对单铃重的影响较小，甚至起促进作用；棉花花铃期有4项指标与单株产量存在显著相关性，说明花铃期可能是受环境影响最大且决定最终产量的关键时期。

为探明春大麦可溶性糖含量与籽粒淀粉组分含量的关系,以蒙啤3号和蒙啤5号为试材,设375,450,525,600万株/hm²共4个密度处理,于2018—2019年研究不同种植密度下大麦灌浆期叶片、茎秆和籽粒可溶性糖与淀粉组分含量的动态变化,分析了其对籽粒淀粉组分形成的影响。结果表明,2 a 2个品种各处理叶片、茎秆和籽粒可溶性糖含量随着灌浆进程均呈单峰曲线变化,峰值在花后21 d出现;随着种植密度增加先升高后降低,最大值在525万株/hm²密度处理出现。2 a 2个品种各处理籽粒总淀粉、直链淀粉和支链淀粉含量随着灌浆进程呈逐渐上升趋势,随着种植密度增加先升高后降低,峰值均为525万株/hm²处理。相关分析显示,各灌浆阶段叶片、茎秆和籽粒可溶性糖含量与成熟期籽粒淀粉组分含量均呈极显著正相关关系;通径分析显示,对成熟期籽粒总淀粉含量影响最大的是花后21 d叶片、花后7 d茎秆和籽粒可溶性糖含量,通径系数分别达到1.002 3,0.580 4和0.745 5;对直链淀粉含量影响最大的是花后35 d叶片、花后7 d茎秆和籽粒可溶性糖含量,通径系数分别达到0.776 6,0.469 7和0.715 6;对成熟期籽粒支链淀粉含量影响最大的是花后21 d叶片、花后7 d茎秆和花后14 d籽粒可溶性糖含量,通径系数分别达到1.046 9,0.638 2和0.775 6。525万株/hm²是该试验条件下提高大麦籽粒淀粉组分含量最适宜的种植密度;花后7 d茎秆和灌浆初期籽粒可溶性糖含量对大麦产量和品质提高具有重要意义。

为了明确干旱胁迫对不同抗旱性冬小麦灌浆期下午旗叶光合荧光特性和产量的影响,2018—2019年度和2019—2020年度,在防雨棚池栽条件下,以强抗旱性冬小麦品种晋麦47(JM47)和弱抗旱性冬小麦品种偃展4110(YZ4110)为材料,采取测墒补灌的方法,设置重度干旱(W1:播前65% MFC(最大田间持水量)+拔节后45%~55% MFC)、中度干旱(W2:播前75% MFC +拔节后55%~65% MFC)、轻度干旱(W3:播前75% MFC +拔节后65%~75% MFC)、适宜供水(W4:播前75% MFC +拔节后75%~85% MFC)4个处理,测定了灌浆前期、中期和中后期14:00—16:00的旗叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO₂浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、瞬时水分利用效率(IWUE)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)以及成熟期的产量及其构成因素。结果表明,水分和品种对小麦灌浆期下午的旗叶光合、荧光特性和成熟期的产量均有显著影响。从2 a均值来看,与W4相比,干旱胁迫处理(W1、W2和W3)灌浆期下午的旗叶Pn、Gs和ΦPSⅡ,JM47分别降低2.07%~68.92%,-3.23%~50.00%和-1.89%~30.19%;YZ4110分别降低7.71%~80.19%,11.11%~59.26%和0~73.47%;JM47和YZ4110灌浆中期下午的旗叶Tr分别降低6.30%~32.87%和6.49%~41.74%,灌浆中后期下午旗叶Fv/Fm分别降低1.20%~18.52%和2.50%~30.00%,且上述指标的降幅基本表现为JM47<YZ4110。与YZ4110相比,干旱胁迫处理(W1、W2和W3)JM47灌浆期下午的旗叶Pn、Gs、ΦPSⅡ和Fv/Fm分别提高0.86%~64.89%,8.33%~36.36%,1.96%~184.62%和1.25%~17.86%,JM47的产量分别提高28.91%,8.06%和5.40%。除IWUE外,灌浆期下午旗叶光合荧光参数与产量均显著或极显著相关,但相关系数因品种和灌浆时期而异,JM47以灌浆前期旗叶Tr,灌浆中期旗叶ΦPSⅡ,灌浆中后期Pn、Gs和Fv/Fm的相关系数最大;YZ4110以灌浆前期旗叶Pn、Gs和Tr,灌浆中期旗叶ΦPSⅡ,灌浆中后期旗叶Fv/Fm的相关系数最大。综上,干旱会导致灌浆期下午旗叶光合能力和籽粒产量降低,强抗旱性品种JM47在灌浆期下午能保持较好的旗叶光合荧光特性,可在干旱胁迫下显著提高灌浆中期下午的旗叶ΦPSⅡ和灌浆中后期下午的旗叶Pn、Gs和Fv/Fm,从而提高籽粒产量。

为研究播期对冬小麦产量及产量构成的影响,生长发育及株型结构对积温的响应特征,明确适应气候变化的小麦生育特点及合理株型结构。2017年秋至2019年夏在河北藁城进行大田试验,设置5个播期,9月25日、10月5日、10月15日、10月25日和11月4日。结果表明,10月5-15日播种,冬前≥0 ℃积温410~549 ℃,小麦产量较高,该条件下穗数较高,穗粒数适中;积温过高达733 ℃时,无效分蘖多,分蘖成穗率降低,穗数下降;积温低于279 ℃时,穗数和穗粒数均下降。提出高产稳产小麦冬前个体指标:单株主茎和分蘖数量2.3个,次生根数量2.5条,主茎叶片数4.1片,单棱期越冬。积温对小麦株型结构有明显影响,随播期推迟,旗叶变长、变宽、叶面积增加,倒3叶至倒5叶变窄、叶面积降低,基部茎粗增加,上部1~2节节间增长,下部3~5节节间缩短,株高显著降低。由产量和冬前积温的拟合方程得出,气候变暖背景下高产稳产小麦适期晚播期限为10月8-14日,该条件下冬前积温范围为433~541 ℃,植株冬前生长发育适中,旗叶较小、茎节较短,倒3~5叶较大、茎节稍长,株型结构合理。

为研究干旱胁迫对嫁接烤烟生理特性的影响，以KRK26为接穗，KRK26、K326和Anyan 2为砧木，采取盆栽方式，分析了不同处理根系形态、植株形态、抗性生理指标。结果表明，在前期干旱条件下，烟株的叶绿素相对含量（SPAD值）降低，脯氨酸含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性以及过氧化物酶（POD）活性升高。随着干旱胁迫的加剧，嫁接烟株的根系长度、表面积、株高、茎围、节距、LAI等呈降低趋势，Pro含量持续升高；随着生长发育，SPAD值、SOD活性、CAT活性、POD活性则呈现下降趋势，但降幅不同，异根嫁接苗降幅较低。KRK26/Anyan 2受到干旱胁迫的影响小于KRK26/K326、KRK26/KRK26，其中KRK26/KRK26受损最重。通过相关分析，嫁接烤烟形态指标与抗性指标间存在正相关关系。不同嫁接烟株的生长特性对干旱的响应存在明显差异，综合看来，嫁接烟株抗旱能力强弱依次为KRK26/Anyan 2、KRK26/K326、KRK26/KRK26。

为明确大兴安岭沿麓黑土区秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤水分动态变化规律及玉米产量的影响,基于连续6 a耕作定位试验,分析秸秆全量粉碎深翻还田(SCD)、秸秆全量粉碎深松浅翻还田(SSS)、秸秆全量粉碎深松还田(SCS)、秸秆全量粉碎重耙还田(SCR)、秸秆全量粉碎旋耕还田(STR)、秸秆全量粉碎免耕还田(NTS)、秸秆不还田常规耕作(CK)7种耕作方式对2022年和2023年玉米不同生育时期0~60 cm土层土壤水分特征、耗水量、水分利用效率及玉米农艺性状和产量影响的差异。结果表明,2022年和2023年土壤质量含水率呈双峰型变化。0~10 cm土层土壤质量含水率显著高于CK,NTS处理在多个时期土壤质量含水率最高;10~20 cm土层中,SSS、NTS处理拔节期土壤质量含水率低于CK;20~40 cm和40~60 cm土层中,各处理土壤质量含水率较CK均有提升。2022年和2023年,不同生育期除NTS处理外,各处理玉米株高显著高于CK;成熟期SCD处理玉米株高最高,NTS处理最矮。各处理玉米苗期叶面积指数差异较小,拔节期后STR处理叶面积指数最大,大喇叭口期各处理叶面积指数均显著高于NTS处理。除SCS、NTS处理外,各处理干物质积累量均显著高于CK,成熟期SCD处理干物质积累量最高,NTS处理最低。与CK相比,各处理均可提高玉米产量和水分利用效率,但SCD处理显著高于CK。综合各指标分析,大兴安岭沿麓黑土区秸秆全量粉碎深翻还田和秸秆全量粉碎深松浅翻还田2种耕作方式有利于改善土壤结构、提升玉米产量和水分利用效率。

旨为研究不同时期、不同程度干旱对大豆品种生理的影响，选取2个不同抗旱性的大豆品种，采用盆栽控水试验，分别设置湿润（CK）、持续轻度干旱（T1）、持续中度干旱（T2）、鼓粒期干旱（T3）处理，研究不同生育时期干旱胁迫下大豆抗逆指标及生理特征，探讨大豆响应不同发育期、不同干旱强度的生理机理。结果表明，在干旱条件下，2个大豆品种的叶绿素含量都有所上升，晋大早春2号在前期上升比较明显，鼓粒期晋大早春2号的上升幅度不如晋大74；晋大早春2号在轻度干旱及中度干旱处理的各个发育期MDA含量增加显著，晋大74中度干旱处理的POD活性和MDA含量均显著增加；在分枝期时，晋大74在中度干旱时还原糖含量显著下降，在鼓粒期，晋大早春2号大豆叶片还原糖含量均显著增加，晋大74只有鼓粒期中度干旱处理下还原糖含量显著增加，但在开花期时，晋大早春2号的还原糖含量下降，晋大74的还原糖含量显著增加；2个大豆品种的株高、节数、茎粗在干旱胁迫下均下降，其中，晋大74的株高、茎粗下降更明显。晋大74的综合抗逆能力要高于晋大早春2号，这可能与晋大74在干旱条件下可以通过减少植株高度，从而减少水分消耗，提高其抗旱性有关。

干旱对农业生产影响巨大，开展干旱胁迫对大豆生理及产量影响的研究，将为干旱地区大豆生产提供理论依据。利用塑料整理箱进行了干旱胁迫对大豆光合生理、叶片抗氧化物酶和渗透调节物以及生物量、产量影响的研究，土壤水分为干旱（45%~55%的田间土壤最大持水量）和湿润（80%~100%的田间土壤最大持水量，CK）2个水平，进行了2年的试验研究。结果表明，干旱胁迫使大豆净光合速率、气孔导度、蒸腾速率均明显下降，使水分利用率增加；干旱胁迫对大豆叶片过氧化酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）含量无显著影响；干旱使大豆叶片丙二醛（MDA）含量、还原糖含量和可溶性总糖含量增加25.00%，47.09%和47.16%。干旱胁迫使大豆株高、节数、茎粗明显下降。干旱使大豆地上部分生物量明显下降，其中2013年下降39.4%，2014年下降69.6%。干旱使大豆籽粒产量明显下降，2013，2014年分别下降46.9%和81.6%。干旱胁迫下，大豆叶片气孔导度显著下降，使CO₂供应受到严重影响，降低叶片净光合速率。干旱胁迫还会使大豆细胞膜结构造成一定的破坏，影响植物正常的光合作用，使大豆光合代谢产物下降。虽然大豆可以通过渗透调节物质来保持细胞的水分，但干旱仍然抑制了植株的正常生长，使大豆生物量和产量下降。

为了解干旱对不同类型小麦籽粒灌浆期糖类、淀粉、蛋白质和微量元素的动态规律，明确干旱对营养物质在高产小麦、优质小麦和节水小麦灌浆过程中的差异，以黄淮北片麦区的小麦品种冀麦325、冀麦418、冀麦323为试验材料。选取同一天抽穗、开花的植株进行标记，于花后7～31 d每6 d取各品种籽粒样本，研究了灌浆期间干旱对籽粒中可溶性总糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、蛋白质、Fe、Zn、Mn、Cu含量、直链和支链淀粉积累量、淀粉积累速率及淀粉合成关键酶活性的影响。结果表明，在灌浆过程中，干旱胁迫显著降低了小麦籽粒蔗糖和葡萄糖的含量，对果糖含量的影响相对较小，高产品种冀麦325的蔗糖和果糖受干旱影响较小。干旱胁迫降低了小麦籽粒支链淀粉和总淀粉含量，对直链淀粉含量的影响相对较小。干旱胁迫对高产品种和优质品种淀粉含量的影响明显大于耐旱品种冀麦418。干旱胁迫在灌浆初期和中期提高了淀粉合成酶的活性，中后期活性较灌溉对照迅速下降。随籽粒灌浆的进行，4种微量矿质元素的含量呈下降趋势，在小麦籽粒中的表现为Mg > Fe > Zn > Mn。冀麦325籽粒的Fe、Zn和Mg积累量较高。研究干旱条件下不同类型小麦籽粒灌浆过程中营养物质积累差异，为优化栽培措施，实现专用小麦优质、高产、节水提供理论数据和参考依据。

为确定不同边行优势玉米品种与大豆复合种植的优势带型,在河南省许昌市建安区和周口市商水县2个不同生态区开展试验,以前期筛选出的边行优势强的玉米品种MC121和登海3206(DH3206)、边行优势弱的玉米品种豪玉16(HY16)和MY73,及大豆品种金豆99(JD99)为试验材料,设置大豆玉米6∶4(6S4M)和4∶2(4S2M)2种带型模式,以单作大豆(CKS)及玉米(CKM)为对照,研究边行优势不同的玉米品种在不同带型模式下各行植株农艺性状、单株干质量、产量及其构成因素的变化,比较土地当量比(LER)的差异。结果表明,两生态区4个玉米品种在2种带型配置构成的16个处理中,12个处理的LER大于1,玉米品种HY16和MY73在各试验点各带型配置下的LER均大于1。边行优势强的品种MC121和DH3206的LER在4S2M带型配置下高于6S4M带型配置,边行优势弱的品种HY16的LER在6S4M带型配置下高于4S2M,而MY73相反。在两试验点6S4M模式下,边行优势强的玉米品种DH3206,茎粗、冠层透光率、穗位叶和穗下叶的叶绿素a和叶绿素b含量随边行增加而降低;MC121底层透光率、穗位叶和穗下叶的叶绿素b含量随边行增加而降低。建安区和商水县两试验点边行优势强的玉米品种MC121、DH3206边2行产量较边1行分别降低23.71%,27.00%和20.03%,9.05%,边2行单株干质量较边1行分别显著下降15.87%,19.93%和13.82%,24.56%;边行优势弱的玉米品种边1行产量及单株干质量与边2行均无显著差异。综上,相同带型配置下边行优势弱的品种LER均值高于边行优势强的品种,复合种植中玉米产量与单作的差异受玉米品种类型影响较大。筛选和搭配适宜玉米品种对提升大豆玉米带状复合种植产量和效益至关重要。

为了探寻快速高效筛选冬小麦抗旱品种的方法，给冬小麦抗旱品种筛选提供参考依据，以烟农999、泰麦1918、济麦22号、济麦23号、泰山27和师栾02-1 6个冬小麦品种为供试材料，设置正常水分处理（土壤相对含水量75%）、轻微干旱处理（土壤相对含水量55%）和中度干旱处理（土壤相对含水量40%），研究了苗期叶绿素荧光参数、生物量、根冠比、SPAD、超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）含量及其之间相关关系。结果表明：与其他冬小麦品种相比，干旱胁迫下，泰麦1918的抗旱系数（DTC）最大，根冠比降低程度最小，SPAD值、光系统Ⅱ最大光合效率（Fv/Fm）、光系统Ⅱ实际光合效率（φPSⅡ）和相对电子传递速率（ETR）的降低程度最小，SOD活性的降低程度最小，非光化学淬灭（NPQ）升高程度最大，丙二醛含量升高程度最小。6个供试冬小麦品种的抗旱性强弱依次为泰麦1918 > 烟农999 > 济麦22号 > 济麦23号 > 泰山27 > 师栾02-1。通过相关性分析发现，叶绿素荧光参数与抗旱系数、SOD活性以及MDA含量的相关性均达到极显著水平。综上，供试材料中泰麦1918的抗旱性最强，叶绿素荧光参数可作为在苗期筛选冬小麦抗旱性品种的重要依据。

为了明确不同类型大麦源库关系差异及影响产量的主要源库指标,选用叶面积差异较大的4个大麦品种(系)GP6、GKP7、GK6和C2-1,研究花后7~28 d光合特性、干物质、可溶性碳水化合物、灌浆特征参数差异及与产量的关系。结果表明,GP6、GKP7旗叶长宽比低于GK6、C2-1,而旗叶和倒二叶叶绿素含量、净光合速率以及叶可溶性糖较高,GKP7旗叶和倒二叶叶绿素含量降低比例最高,GK6和C2-1降低幅度较小;GK6灌浆初期叶、茎鞘干质量最高,灌浆过程中干物质降低幅度也最大,GP6和GKP7干质量低于GK6,高于C2-1,但整个灌浆期降低幅度较小;GP6和GKP7籽粒快速增质量时间为7~21 d,长于GK6和C2-1(7~14 d),GP6平均灌浆速率(R)和达到最大灌浆速率时间(Tmax)最高,在灌浆初期茎鞘和籽粒可溶性糖含量低于C2-1,高于其他参试材料,随着籽粒灌浆含量迅速降低,运转率较高;GKP7灌浆活跃期(D)和最大灌浆速率(Rmax)均最高,灌浆初期茎鞘可溶性糖含量低于GP6、C2-1,其余灌浆期叶和茎鞘含量均高于其他品种。GK6各器官可溶性糖含量均较低,C2-1灌浆初期茎鞘和籽粒可溶性糖含量最高,但7~14 d含量迅速降低,灌浆后期含量较低。千粒质量、产量均为GP6和GKP7显著高于GK6和C2-1,GK6和C2-1库容较小;穗粒质量/叶面积为GKP7>GP6>C2-1>GK6。相关性分析结果表明,旗叶长宽比与产量极显著负相关,成熟期茎鞘、叶干质量、叶可溶性糖含量、穗粒数、穗粒质量/叶面积与产量显著或极显著正相关,花后7 d旗叶叶绿素含量、光合速率和茎鞘蔗糖含量、花后14~28 d籽粒干质量、R和Rmax与产量极显著正相关。综上,GKP7源库关系最合理,GP6次之,C2-1源库均小,GK6源大库小;旗叶长宽比、灌浆初期叶绿素含量和光合速率、籽粒干质量、最大灌浆速率、平均灌浆速率可以作为高产育种主要衡量指标。

为探究土壤盐胁迫对不同生育时期（拔节期、开花期、成熟期）高粱植株生长及生理特性的影响，在4个盐处理水平（CK：0 g/kg，S3：3 g/kg，S5：5 g/kg，S7：7 g/kg）种植2个耐盐性不同的高粱品种高粱蔗（耐盐）和河农16（盐敏感），比较了2个品种在不同盐处理水平下、不同生育时期植株形态、根系形态、叶片光合特性及抗氧化酶活性的差异。研究结果表明：随盐胁迫程度增加，2个品种的抗氧化酶活性和叶绿素相对含量（SPAD）先升高后降低，抗氧化酶活性在S3处理或S5处理下达到最大值，且该最大值与对照间存在显著差异。2个高粱品种的丙二醛（MDA）含量，随盐处理浓度的增大而升高，在S7处理下显著高于对照，同一处理下耐盐品种高粱蔗的抗氧化酶活性高于盐敏感品种河农16，但丙二醛含量低于盐敏感品种。2个品种的光合能力受到盐胁迫的显著影响，在拔节期，S7处理显著降低了高粱蔗的Pn值，而2个品种的胞间CO₂浓度（Ci）在S7处理下均高于对照。盐胁迫下高粱地上和地下部分生长都受到影响，2个品种的基部茎粗、总根长、根面积、根尖数和分支数在S3处理下达到最大值，基部节长、株高、总根长及根体积在S7处理下达到最低值。2个高粱品种在盐胁迫下籽粒脂肪、淀粉含量下降，单宁含量在低盐处理下显著高于对照，盐胁迫使籽粒品质下降。综上，低盐（3 g/kg）能促进高粱生长，而中盐（5 g/kg）和高盐（7 g/kg）条件对高粱生长有显著的抑制作用，高粱蔗比河农16的耐盐性更强。

为明确内蒙古草原多根葱的抗旱性及抗旱机制。采用盆栽控水法,设置最大田间持水量的75%为对照(CK),25%土壤相对含水量干旱胁迫30 d为处理,在干旱胁迫下对不同来源多根葱根系形态、生理特性及叶片光合特征进行分析。结果表明,四子王旗多根葱在干旱胁迫下与赤峰、鄂尔多斯相比,保持相对较高的根系表面积、根系体积和直径为0~0.5 mm的根长,根系生长受到干旱胁迫的影响相对较小,叶绿体在干旱胁迫下的稳定性相对较好,抗旱性较强;干旱胁迫显著降低了赤峰、鄂尔多斯多根葱地上生物量、地下生物量和总生物量(P<0.05),但对四子王旗多根葱无显著影响(P>0.05)。干旱胁迫处理下多根葱叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO₂浓度和相对含水量显著下降,叶片细胞质膜相对透性显著上升;干旱胁迫促进了多根葱叶片气孔关闭,降低了蒸腾,减少水分的散失。不同样地多根葱根系特征、相对含水量、叶绿素和光合特性在相同处理下存在一定的差异;四子王旗多根葱受干旱胁迫的影响相对较小,耐旱性较强。

为了揭示冬黑麦应对低温胁迫的生理机制,以冬牧70黑麦和白BK-1黑麦为供试材料,研究对比了这2个品种在冬前抗寒锻炼期和翌年初春返青期叶片及分蘖节的渗透调节物质、抗氧化酶活性等生理变化。结果表明,抗寒锻炼期黑麦主要通过在叶片和分蘖节中积累渗透调节物质来提高耐寒性,其间半致死温度逐渐降低,土壤封冻时白BK-1半致死温度达到-9.93 ℃,较冬牧70低1.95 ℃。白BK-1叶片及分蘖节部位的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量升高幅度大于冬牧70,这些生理途径在提高白BK-1对冬季低温的耐受力中发挥重要作用。对返青期黑麦的研究发现,随着低温胁迫时间的延长,黑麦丙二醛含量先增后减,黑麦通过增加渗透调节物质含量,提高叶片抗氧化酶活性,来抵御返青期低温。白BK-1受到返青期低温的损伤较轻,恢复生长后丙二醛含量低于冬牧70;此外,2种黑麦恢复生长后在分蘖节积累了较高含量的脯氨酸和可溶性蛋白,为返青后生长发育提供较为充足的营养物质。

旨在探究不同干旱胁迫程度对东北半干旱地区玉米生长性状及产量的影响，为深入研究玉米抗旱的生理机制奠定理论基础。采用抗旱棚微区试验，选用3种不同耐旱程度的玉米品种，于玉米拔节期、抽雄期及灌浆期分别设置正常供水（CK）、轻旱（LS）、中旱（MS）、重旱（SS）及持续干旱处理（S）5个水分梯度，综合性分析不同干旱胁迫程度对3个玉米品种生长性状及产量相关指标的影响。随干旱程度的不断加重，玉米株高、穗位及干物质量逐渐降低，茎粗随干旱程度的增加无明显差异，其中金庆707玉米品种株高、穗位及干物质积累量最高，嫩单19及富单16次之。玉米于抽雄期干旱胁迫时果穗性状变化最明显，且重旱下玉米产量最低，持续干旱无产量。同一干旱程度下玉米品种耐旱性越差，减产越大，玉米品种产量大小具体表现为金庆707>嫩单19>富单16。采用多个指标进行综合性分析得出，玉米抽雄期为玉米需水关键期，较易受到干旱胁迫的影响，同时指出抽雄期干旱胁迫亦或干旱胁迫程度严重是最终导致玉米产量降低的主要因素。

黄籽油菜因菜油的外观、品质好等优势深受消费者欢迎,但后代性状分离不稳定,严重影响其大面积应用。为解析黄籽油菜性状分离不稳定的内在原因,探寻黄籽油菜中黄色籽粒和黑色籽粒之间内在生理机制存在的差异,以甘蓝型黄籽油菜(CK)为材料,对其分离后代中的黄色(Y)、黑色(B)籽粒植株的农艺性状、生理生化指标、种皮颜色相关基因等之间的表达差异开展了研究。结果表明:分离后代中,Y的根茎粗和株高均优于CK和B,B的株高分别与CK、Y呈显著差异,B的根茎粗与Y呈显著差异。Y的病害指数为1.97,CK和B的病害指数分别为2.55,3.33,表明Y在抗病性方面优于CK和B。在9—10叶期Y叶片中的丙二醛(MDA)含量最低,花期Y和CK花中的过氧化物酶(POD)活性持续上升,表明黄籽油菜抗逆能力较强。7—8叶期和9—10叶期B和Y中TT18、TT8基因的表达量均高于CK,终花期B和Y中TT18基因的表达量显著低于CK。授粉后28 d Y种子中MYB47基因的表达量最高,分别为CK的5.56倍和B的5.79倍。TT8基因在授粉后21 d的Y中表达量最高,分别为CK和B的3.30,2.29倍。黄籽油菜在含油量、抗逆等方面均有明显优势,因而大力发展黄籽油菜可为提高菜油供应量,解决我国食用油安全提供新思路。

土壤酸化会降低玉米的产量和氮素积累量,但生理机制尚未明确。在大田设置中性(pH=7,CK)、弱酸(pH=6,T1)、中酸(pH=5,T2)和强酸(pH=4,T3)4种土壤酸度处理,比较各处理下玉米产量、氮素积累量、籽粒蛋白含量、叶片与茎秆中氮代谢相关酶活性、基因表达量以及硝态氮( {{\mathrm{NO}}_3}^{-})、铵态氮( {{\mathrm{NH}}_4}^{+})、可溶性蛋白、游离氨基酸含量的差异。结果表明,相比于CK,T1、T2、T3处理产量分别降低4.2%,30.7%,52.3%;穗粒数分别降低1.8%,28.1%,42.8%;籽粒蛋白质含量呈现下降趋势,其中T3处理显著降低14.5%。在大喇叭口期,随着酸度增加,叶片氮素积累量显示出下降趋势,其中T2和T3处理分别显著降低28.1%和56.2%;茎秆中氮素积累表现出先增加后降低的趋势,T1处理显著增加33.1%,T3显著降低65.4%。大喇叭口期,T3处理下叶片和茎秆中硝酸还原酶、谷氨酸脱氢酶、谷氨酸合成酶活性均显著高于CK,而叶片中谷氨酰胺合成酶活性显著下降;茎秆中氨基酸表现先下降后上升的趋势。转录组分析表明,随着土壤酸度的增加,ZmGln2与ZmFd-GOGAT表达量上调,促进了光呼吸释放 {{\mathrm{NH}}_4}^{+}与 {{\mathrm{NO}}_3}^{-}还原产生 {{\mathrm{NH}}_4}^{+}的同化;ZmGln1.2~ZmGln1.4、叶片中ZmNADH-GOGAT2和茎秆中ZmNADH-GOGAT1表达量下调,降低了蛋白质分解代谢释放产生 {{\mathrm{NH}}_4}^{+}的同化。玉米通过上调或下调相关基因表达,促进氮代谢产生更多的游离氨基酸、可溶性蛋白等渗透调节物质用以抵御酸胁迫,但也因此减少了氮积累量,导致产量、籽粒蛋白质含量降低。

旨在研究华北地区小麦玉米轮作体系下,玉米秸秆还田在培肥地力、提高产能方面的作用,探寻秸秆最佳还田方式和适宜还田量。2021—2023年,在河北省曲周县,通过田间裂区试验,对比了玉米秸秆不同还田方式及用量对小麦生长发育、产量构成及土壤有机质含量的影响。主区设2个处理,分别为秸秆切段还田和秸秆粉碎还田;副区为秸秆还田量,4个水平,分别为当年玉米秸秆量的0,0.5,1.0,1.5倍。研究表明:与秸秆粉碎还田相比,2023年玉米秸秆切段还田小麦产量提高4.3%,穗数提高7.6%,收获指数提高1.4%,均达显著水平;小麦秸秆N含量高0.04百分点,差异显著;小麦地上部N、P吸收量分别显著提高10.8%,14.3%(2022年),但秸秆切段还田显著降低了小麦秸秆K含量,降低0.13百分点(2023年);切段还田能够明显促进小麦越冬前后生长,拔节期NDVI值提高11.9%(2022年);土壤pH值增加0.22个单位(2023年)。随着秸秆还田量的增加,小麦产量和拔节期NDVI值呈现先升后降的趋势,地上部小麦N、P、K吸收量呈现显著下降趋势,土壤有机质呈现持续显著增加趋势。综合小麦生长势和产量,秸秆切段处理适宜还田比例为58%~62%,粉碎处理适宜还田比率为29%~42%。在设置试验条件下,玉米秸秆切段还田在促进小麦生长、提高小麦产量等方面有明显优势;将58%~62%的玉米秸秆进行切段还田,可在小麦玉米轮作区域推广应用。

观赏羽衣甘蓝作为秋冬季节重要的园林绿化植物，抗寒性直接影响其推广和应用。为了阐明羽衣甘蓝响应低温的生理特性，揭示抗寒机理，以北京市农林科学院蔬菜研究中心生物技术课题组选配的优良F₁杂种作为研究试材，分析不同低温处理下叶片电导率变化和半致死温度，以及渗透调节物质含量和抗氧化酶活性的变化。结果显示，羽衣甘蓝叶片电导率在-5℃以下迅速升高，-10℃左右达到最大值；半致死温度为-10.3～-13.7℃，红色类型低于白色类型，羽叶和圆叶低于皱叶类型。上述研究结果与观赏羽衣甘蓝田间抗寒表现一致。低温处理下渗透调节物质含量和抗氧化酶活性响应特性表明，不同指标呈现不同的变化趋势，除了可溶性糖在-10℃含量最高外，可溶性蛋白和游离脯氨酸含量，以及超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性均在-5℃或-8℃达到最大值，并随温度进一步降低而下降。主成分分析结果表明半致死温度、可溶性糖和游离脯氨酸含量是导致羽衣甘蓝抗寒性差异的主要因素。研究结果为建立羽衣甘蓝抗寒性评价体系，进一步解析抗冻机理，培育抗寒新品种奠定理论基础。

为了明确盐胁迫下甜菜是否存在自噬现象及其与植株耐盐生理特性的关系，以耐盐型甜菜品种LS2004和盐敏感型甜菜品种KWS7125为试验材料，研究在不同盐梯度处理下甜菜的自噬发生情况、活性氧含量、渗透调节物质含量及其之间的作用关系。结果表明：盐胁迫可诱导甜菜幼苗体内自噬现象的发生，自噬参与了甜菜幼苗对盐胁迫的防御过程，具体表现为随着盐浓度升高自噬作用增强，在300 mmol/L盐胁迫条件下，LS2004的自噬作用最强、自噬体数最多，为KWS7125的1.22倍。KWS7125的活性氧含量高于LS2004，在200 mmol/L处理下二者的过氧化氢含量达到峰值，分别较对照增加了40.06%及41.54%。在各处理下，KWS7125的超氧阴离子含量与相对电导率均高于LS2004。LS2004的可溶性蛋白含量、脯氨酸含量及可溶性总糖含量均随着盐浓度的升高而呈现先上升后下降的变化规律，但与KWS7125之间变化规律存在差异。综上，盐胁迫下甜菜幼苗存在自噬现象，并且甜菜幼苗可通过自噬作用、缓解氧化损伤与渗透调节物质含量等综合作用来提高甜菜耐盐能力。

研究了炭化温度对小麦秸秆生物炭产率及理化特性的影响，为小麦秸秆生物炭的制备及还田作用机制提供理论依据。通过低氧炭化法，以20℃/min的升温速度将小麦秸秆炭化至特定温度（100，200，300，400，500，600，700，800℃），然后对其炭化产率和理化性质（孔隙状况、全碳及无机碳含量、CEC含量、表面含氧官能团情况及pH值、FTIR）进行分析，结果表明，低温炭化时小麦秸秆生物炭呈酸性，400℃之后呈碱性；随热解温度的升高，小麦秸秆生物炭的炭化程度逐渐增大，100~400℃产率自91.32%降至18.52%；炭化过程中，小麦秸秆生物炭孔隙增加，结构疏松；比表面积、孔径和比孔容均表现出先增大后减小的趋势，且均在400℃时达到最大，分别为6.675 m²/g、13.992 nm、0.015 cm³/g；有机碳含量在200~400℃较高；CEC含量于400~800℃维持在较高水平，处于69.13~84.35 cmol/kg；FTIR和表面含氧官能团的结果显示，小麦秸秆生物炭的芳香化程度随着热解温度的升高而增大，结构也愈加稳定。小麦秸秆的制备以400℃左右的炭化温度条件较为理想。

为探究锌肥在干旱胁迫下对冬小麦根系生长发育及产量的影响，以洛旱6号小麦为供试材料，采用盆栽控水的方法模拟干旱胁迫，设置T1（正常灌溉+0 mg/kg锌）、T2（正常灌溉+1 mg/kg锌）、T3（干旱胁迫+0 mg/kg锌）、T4（干旱胁迫+1 mg/kg锌）4个处理，研究了锌肥对干旱胁迫下小麦根系形态结构、生理活性及单株产量的影响。结果表明，与T1处理相比，T3处理总体上小麦总根长、根平均直径、根总表面积和根总体积显著降低，根毛密度和根毛直径显著减少，而根毛长度差异未达显著水平。根毛结构因干旱胁迫受损，细胞壁变薄，未见细胞核，大部分细胞器解体，内含物消失，根毛衰亡。根系锌含量、生长素含量及根系活力下降，最终表现为单株产量显著降低。与T3处理相比，总体上T4处理的根系总长、根平均直径、根总表面积和根总体积显著增加，根毛密度和直径明显增大，根毛结构完整，细胞核清晰可见，内含物充实，根毛生长良好。根系锌含量、生长素含量和根系活力显著上升。研究还发现，与T3处理相比，T4处理下小麦单株穗数、穗粒数、千粒质量和单株产量分别增加了6.25%，8.01%，6.87%和50.00%。综合分析可知，在豫西旱地生态条件下，增施锌肥能增强小麦根系在干旱胁迫下的稳定性，改善小麦根系发育状况。因此，增施锌肥对缓解干旱胁迫下小麦减产有重要作用。