番茄果实营养丰富备受人们喜爱。 番茄生长周期长, 需水量大, 水分含量是影响番茄植株生长发育的主要因素; 快速发现番茄植株水分亏缺状态, 对于科学有效地进行番茄的灌溉管理, 保障和提高番茄的产量和品质具有重要意义。 利用高光谱成像技术, 实时识别番茄叶片干旱胁迫程度, 提出了一种基于高光谱成像技术的番茄叶片干旱胁迫的识别方法。 首先, 选取红樱桃番茄为实验品种, 在室内培养12盆番茄幼苗。 在保证其他管理措施相同的基础上, 通过控制施水量来控制番茄的胁迫状态, 干旱胁迫程度设计3个处理(适宜水分、 中度和重度胁迫)。 分批次采集不同干旱程度番茄幼苗嫩叶在400~1 000 nm范围的高光谱图像, 并提取了每个样本的光谱和纹理特征。 使用标准化(Norm)、 多元散射校正(MSC)、 一阶导数(1st)和标准正态变量变换(SNV)四种预处理方法对光谱数据进行预处理去除光谱中的噪声。 使用连续投影算法(SPA)、 竞争性自适应重加权算法(CARS)以及竞争性自适应重加权算法结合连续投影算法(CARS-SPA)选取光谱重要特征波段, 用灰度梯度共生矩阵(GLGCM)提取番茄叶片的纹理特征, 用SPA选择纹理特征的重要变量。 融合重要光谱特征与重要纹理特征结合支持向量机(SVM)构建识别番茄干旱胁迫模型, 同时选用自适应增强算法(AdaBoost)与K-近邻(KNN)与SVM模型对比。 结果表明, 融合重要光谱特征与重要纹理特征后, 基于CARS-SPA波长选择的SNV-SVM模型具有最好的分类效果, 训练集的分类准确度(ACCT)为94.5%, 预测集的分类准确度(ACCP)为95%, AdaBoost模型分类效果次之ACCT为86.5%, ACCP为87%, KNN模型分类效果最差ACCT为81.5%, ACCP为79%。 因此, 该方法对番茄叶片干旱胁迫程度实时识别有较好的效果, 可为构建智能化的干旱胁迫分析技术提供参考。

油体钙蛋白(caleosin)是参与油体合成的一类蛋白质。本研究从紫苏转录组数据库中筛选获得caleosin的PfClo1和PfClo2两个基因片段, 通过表达特性分析发现, PfClo2基因在紫苏不同组织中几乎不表达, 故选定PfClo1基因进行克隆及实时荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)分析, 探究基因PfClo1在紫苏不同品种中的表达特性及对干旱胁迫的响应。紫苏caleosin的PfClo1基因序列分析结果表明, PfClo1基因的开放阅读框(ORF)序列为609 bp, 共编码202个氨基酸, 理论等电点为5.19, 亲水性系数为0.678, PSORT软件预测PfClo1蛋白定位于细胞质; BLAST同源序列比对表明, PfClo1与丹参和芝麻的caleosin序列相似性较高, 属于典型的caleosin家族成员; qRT-PCR分析结果表明, PfClo1基因在‘晋紫苏1号’的花和种子中均有表达, 且在开花后30 d的种子中表达量最高; 通过分析不同紫苏品种的差异表达发现, PfClo1基因的表达与紫苏油脂合成存在一定的正相关关系; 用20%聚乙二醇(PEG)对‘晋紫苏1号’幼苗进行干旱胁迫处理后发现, PfClo1基因在胁迫处理12 h时表达量达到最高, 为对照的6.78倍, 推测该基因可能在紫苏干旱胁迫诱导中发挥调控作用。该研究结果为深入探究PfClo1基因在紫苏种子发育及干旱胁迫应答中的功能提供了理论依据。

为了探究LaCl3对干旱胁迫下水稻幼苗生长及生理特性的影响, 采用15% PEG6000模拟干旱胁迫, 研究不同浓度LaCl3对干旱胁迫下水稻幼苗生物量、壮苗指数、根系形态、抗氧化系统、丙二醛含量等的影响。研究结果表明, 喷施外源LaCl3后, 干旱胁迫下水稻幼苗的各项指标呈现低促高抑的浓度效应, 其中, 1 μmol/L的LaCl3可以显著促进植株鲜重及地上部分干重; 100 μmol/L的LaCl3可以显著提高地下干重和壮苗指数、叶片和根系SOD活性、叶片CAT活性, 降低根系MDA含量。本研究为LaCl3调控水稻幼苗耐旱机制研究奠定了基础。

脉冲电场(pulsed electric field, PEF)对作物抗旱性的影响是电场生物学效应研究的重要课题, 作物叶片延迟荧光动力学参数可以从不同角度灵敏地反映叶片细胞光合系统发生的变化。 为了从活体细胞角度揭示脉冲电场对作物幼苗抗旱性的影响及其机理, 使用频率为1 Hz、 场强为200 kV·m-1、 脉宽为80 ms的PEF处理萌发玉米种子, 再采用渗透势为-0.1 MPa的PEG-6000溶液形成干旱胁迫, 研究了玉米幼苗生长过程中叶片干质量和LED诱导的叶片延迟荧光动力学参数的变化。 结果发现, 在-0.1 MPa的PEG-6000溶液形成的干旱胁迫下, 玉米幼苗叶片干质量逐渐增加, 经过PEF处理的玉米幼苗叶片干质量大于对照, 相对增长率在5.8%～18.7%之间(p＜0.05)。 叶片延迟荧光动力学分析显示, 干旱胁迫下玉米幼苗叶片延迟荧光动力学参数初始光子数I0、 相干时间τ、 衰减参数β和延迟荧光积分强度I(T)都发生了波动性的变化, 这些变化是叶片细胞对干旱胁迫的适应性反应, PEF处理使玉米幼苗叶片延迟荧光各动力学参数和延迟荧光积分强度均明显大于对照组, 表明PEF处理使玉米幼苗叶片细胞的光合潜力、 组织序性和功能分子之间的相互作用都有所加强, 叶片综合光合能力提高了。 研究结果为阐明PEF对作物幼苗抗旱性的影响及其机理提供参考。

以山西农业大学培育的冬小麦031165为供试材料, 对水、旱地小麦采用浓度均为1 000 mg/kg的稀土溶液［La(NO3)3, Ce(NO3)3］进行浸种, 研究其对小麦根苗生长、抗氧化酶系活性及产量的影响。结果表明: 干旱胁迫抑制了小麦根苗生长, 降低了小麦的实际产量。无论干旱胁迫与否, 稀土浸种均能显著提高不同生育期小麦株高、地上干重、叶面积及根系生物量; 稀土浸种可提高部分生育期旗叶中SOD、POD活性, 降低胞内MDA含量, 显著提高小麦产量和经济系数, 且在干旱胁迫下作用较明显。从整体上看, Ce浸种对小麦生长的促进作用比La浸种明显。

通过监测辽宁锦州地区不同干旱胁迫条件下春玉米拔节-吐丝期冠层高光谱分布, 研究其可见光、 红边区和近红外光的光谱分布特征, 分析不同波长光谱反射率与各深度土壤湿度的相关关系, 结果表明: 拔节-吐丝期, 0～20 cm层土壤湿度与350～710 nm区间光谱反射率存在显著的负相关关系, 各层土壤湿度(0～60 cm)与710～1 300 nm区间光谱反射呈正相关关系, 其中40 cm深度土壤湿度与光谱反射率正相关性较好; 红边区(680～760 nm)光谱反射率较好的反映了植株的生长状况, 该区间单位波长光谱反射率变化由增加-减小, 为相对较稳定的光谱区间。 各层土壤湿度与红边参数的多项式回归趋势相似, 表层0和20 cm土壤湿度与红边参数关系曲线呈先增加后减小趋势, 40和60 cm土壤湿度则先减小后增加。

用CO₂激光(20.1 mW/mm2)辐照小麦种子3 min,待幼苗长至二叶一心时,用质量浓度为100 g/L的聚乙二醇6000(PEG6000)胁迫其幼苗,并通过添加过氧化氢酶(catalase,CAT;H2O2清除剂)、抗坏血酸(ascorbate,AsA;H2O2清除剂)和二苯基碘(diphenylene iodonium,DPI;NADPH氧化酶抑制剂),研究过氧化氢在CO₂激光预处理提高小麦耐旱性中的作用。结果表明,激光预处理可使干旱胁迫的小麦幼苗丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量显著降低(p<0.05),而超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)和CAT活性、叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量和株高、根长和根干重却显著增加(p<0.05)。而经过适当剂量激光辐照干旱胁迫小麦幼苗再加外源CAT(L+P+C),AsA(L+P+A)或DPI(L+P+D)处理能有效逆转激光对干旱胁迫小麦幼苗的防护作用。从而说明激光预处理主要通过诱导内源H2O2产生而对植物在生理生化水平上起到一定的防护作用,且H2O2的形成与NADPH氧化酶途径有关。

用CO2激光(20.1 mW/mm2)辐照小麦种子3 min, 待其长至12天时, 用质量浓度10%聚乙二醇6000(PEG6000)胁迫其幼苗, 并通过添加NO的供体硝普钠(SNP)和血红蛋白(Hemoglobin,Hb; NO清除剂), 研究NO在CO2激光预处理提高小麦耐旱性中的作用。结果表明, 外源NO和激光预处理可使干旱胁迫的小麦幼苗丙二醛(MDA)含量显著降低(p<0.05), 而超氧化物歧化酶(SOD), 过氧化物酶(POD), 过氧化氢酶(CAT)活性, 叶绿素a, 叶绿素b含量和根干重却显著增加(p<0.05)。而经过适当剂量激光辐照干旱胁迫小麦幼苗再加外源血红蛋白(Hb, NO清除剂)处理则没有这种作用。

用He-Ne激光以不同的时间辐照油松种子,在聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱胁迫条件下对其进行萌发实验.结果表明:激光辐照油松种子在干旱胁迫条件下的发芽率、活力指数、生物量等分别提高32.23%、81.19%和46.58%;萌发期油松种子幼苗保护酶系统的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性显著提高,与对照组相比分别提高28.70%、46.52%.膜脂的过氧化物丙二醛含量明显下降,防止或降低了膜脂过氧化作用对膜的伤害.激光辐照油松种子其保护酶活性的提高,可能是激光促进干旱胁迫条件下种子发芽率、活力指数、生物量等生物学效应增强的原因.

以低能氮离子束为诱变源,对甘草种进行注入处理后,以萌发的幼苗为材料对其在干旱胁迫条件下保护酶活性及MDA含量变化进行研究.结果表明:注入后甘草种的存活率呈现马鞍形曲线变化,其中在4.1×1016N+/cm2剂量处达到鞍点,在剂量4.6×1016N+/cm2处存活率高于对照.在干旱胁迫下,随着胁迫时间的延长,离子束注入后萌发的幼苗MDA含量明显低于对照.酶活结果显示,在干旱胁迫后期,剂量4.6×1016N+/cm2处理后的甘草幼苗SOD和CAT酶活性都高于对照,说明该注入剂量处理甘草种有助于提高甘草幼苗的抗旱性能,SOD同工酶结果也证明该剂量的离子注入对干旱胁迫下同工酶谱带有所影响.