我国北方春季土温回升慢,常使苹果根系遭受亚低温胁迫.糖在根系响应低温胁迫过程中充当着营养成分和信号分子的双重功能.为探究不同外源糖对根区亚低温下山定子生长和养分吸收的影响,本试验设置对照(CK)、根区亚低温(L)、根区亚低温+蔗糖(LS)、根区亚低温+果糖(LF)和根区亚低温+葡萄糖(LG)5个处理,分析了山定子幼苗生长参数、叶片光合特性和不同组织矿质元素含量.结果表明:与CK相比,L处理后山定子株高、根系生长参数、地上部生物量、叶片光合和荧光参数及叶绿素含量均显著降低;除根系钙(Ca)含量显著升高外,山定子幼苗中的氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)和镁(Mg)含量均显著降低.与L处理相比,外源蔗糖、果糖和葡萄糖处理后,山定子叶片光合和荧光参数、叶绿素含量、生长参数均不同程度升高;根中N和P含量显著增加;茎中N、P和K含量显著增加,茎中Ca含量只在蔗糖处理后显著增加;叶中N、P、K、Ca和Mg含量均显著增加.综上,根区亚低温下外源糖处理可提高山定子叶片光合效率,促进矿质元素吸收,进而缓解根区亚低温对植株生长发育的抑制,且蔗糖处理效果好于果糖和葡萄糖处理.

[目的]通过组学技术研究持续喷水处理对芒果叶片产生的影响,揭示喷水处理影响"午休"的分子机制,进一步优化喷水处理条件,为达到最佳效果提供科学依据,并对提高芒果产量和品质以及响应国家减肥增效政策具有理论意义.[方法]以元江"台农一号"芒果为材料,对坐果期芒果在"午休"时段(12:30-14:10)喷水3次,每次喷水20 min,间隔20 min,以不喷水为对照,并以2组3个不同时期叶片进行Illumina Hi SeqTM 6000高通量转录组测序分析,用GO和KEGG数据库分析"午休"时段喷水和不喷水处理的差异表达基因(DEGs).用差异表达基因分析工具(DESeq)对基因表达进行差异分析,以|log2αFC|＞1,P＜0.05为筛选差异表达基因的条件.[结果]3个时期分别获得3 789,2 885,1 667个差异表达基因.GO分析表明差异基因与细胞组分分类中的膜、膜的固有成分、膜的组成成分等密切相关,KEGG分析差异表达基因主要富集在植物激素信号转导、植物MAPK信号通路、植物昼夜节律、氨基糖和核苷酸糖的代谢、类黄酮生物合成、光合生物碳固定、角质和亚硫酸盐及蜡的生物合成、卟啉和叶绿素的代谢、淀粉和蔗糖代谢以及甘油酯质代谢等途径.根据富集结果筛选8个差异表达基因,经实时荧光定量验证,基因表达趋势与转录组测序结果相符.[结论]CAO和POR基因表达延后,表明喷水处理可延长叶绿素的合成时间;FBP和SBP的基因表达略微降低,表明叶面喷水调控基因的表达量降至缓解芒果"午休"的最适范围内,有利于树体积累碳同化物,从而提高光合效率.

乌兰布和沙漠东北段的防护林是保护东部河套平原农业生产的重要生态屏障,由于对人工造林研究缺乏重视,许多防护林体系中的林分有一定的衰退趋势.研究乡土树种人工栽培后的生态适应性,是指导人工防护林建设和可持续经营的重要举措.为了深入探究乌兰布和沙漠乡土树种人工栽培后的生态适应性,本文以 3种乡 土树种沙冬青(Ammopiptathus mongolicus)、霸王(Zygophyllum xanthoxylon)和蒙古扁桃(Prunus mongoli-ca)为研究对象,通过测定功能性叶片表皮形态、解剖结构、生理指标,结合当地气象数据,阐释3种植物对沙漠环境的适应机制.结果表明:3种植物分别以不同方式适应沙漠环境.沙冬青通过增大叶面积来增加受光面积、提高光合效率,利用密集的表皮毛和发达的角质层强化叶片机械防御能力,降低强光灼伤及水分蒸腾,维持细胞水分平衡,从而降低细胞膜脂过氧化.蒙古扁桃叶片簇生,通过增加叶片数量增加受光面积、提高光合效率,通过卷曲叶片躲避强光灼伤,通过特化气孔位置(将气孔全部分布于叶片下表面),利用发达的维管束、丰富的黏液细胞和晶体结构来降低水分蒸腾,维持细胞水分平衡,从而降低细胞膜脂过氧化.霸王叶片呈圆柱状条形结构,通过降低风阻,降低叶片遭受风沙流危害的概率,通过生理代谢调节提高叶片抗氧化物酶活性和渗透调节物质含量,维持细胞水分和活性氧代谢平衡.这些发现揭示了 3种植物在应对荒漠环境时所采取的不同的适应策略,为乌兰布和沙漠东北部乡土树种的引种驯化提供了新思路.

为探究棕鞭金藻生产岩藻黄素的综合性能,以期建立高效合成岩藻黄素的发酵工艺,研究首先对金藻发酵培养基中的碳氮比、维生素添加量进行优化.结果表明,当碳氮比为24、维生素添加量为3.75 mg/L维生素B1和1.25 mg/L维生素B12时,有利于金藻细胞内的岩藻黄素高效合成.此外,通过调控金藻光/暗培养模式,对其在不同条件下的细胞生长、最大光合效率和岩藻黄素积累情况进行比较研究,结果显示从种子培养到上罐发酵全过程进行光诱导后,胞内岩藻黄素含量显著提升.通过系统优化,金藻发酵后的胞内岩藻黄素含量和产量分别达到1.79 mg/g和33.6 mg/L,比优化前的发酵水平提高33.6%和31.2%.研究利用发酵优化技术强化了棕鞭金藻的岩藻黄素积累,为后续进一步进行大规模过程放大奠定了前期基础,也为其他微藻生产岩藻黄素提供了借鉴和参考.

叶片直立是决定作物株型、光合效率和产量的重要农艺性状之一.细胞分裂素(CTK)是调控农作物株型、抗逆和产量的重要激素,但其在水稻(Oryza sativa)叶片直立生长中的作用仍不清晰.该文报道了水稻细胞分裂素氧化酶/脱氢酶9(OsCKX9)影响叶枕发育并正调控叶夹角.组织学切片显示,osckx9突变体叶夹角的变化是由于叶枕近轴端和远轴端细胞的不对称分裂所致.qRT-PCR检测表明,OsCKX9在叶枕中的表达量较高.激素处理表明,OsCKX9能被tZ、iP、cZ、6-BA和eBL等诱导表达.激素测定显示,osckx9突变体的叶枕处积累了大量的CTK,且其对eBL的敏感度显著低于野生型.综上,OsCKX9正调控水稻叶夹角,该研究为解析水稻叶夹角的遗传基础和培育理想株型提供了基因资源.

以丝状产油微藻段殖黄线藻(Xanthonema hormidioides)作为实验材料,经过低温(5℃)预处理后的藻种与常温(25℃)条件下的藻种进行对比实验,研究段殖黄线藻在不同温度(5℃、10℃、15℃、20℃、25℃)和高、低氮浓度(18和3 mmol/L)条件下的生长和油脂积累及低温(5℃)对这两种状态下的藻种光合活性和抗氧化酶系统的影响.结果显示:低温预处理后的段殖黄线藻在各温度下积累的生物量要高于常温条件下的段殖黄线藻,在15℃时可达到最高生物量为10.1 g/L,20℃条件下可获得最高油脂和脂肪酸绝对含量,分别占干重的64.20％和49.05％(3 mmol/L),蛋白质含量在15℃时达到最高为43.5％(18 mmol/L),总碳水化合物则基本维持在10％-25％.5℃下段殖黄线藻对光的利用率(a)及最大电子传递速率(ETRmax)均受到明显抑制,低温预处理后的段殖黄线藻叶绿素a含量、Fv/Fm和Fv/Fo值均在第9天后超过常温实验组,最高分别可达9.98 mg/g、2.99和0.75(3 mmol/L).与常温实验组相反,低温预处理后段殖黄线藻在5℃下ETRmax和对强光的耐受能力(IK)均有所升高.此外,低温预处理后段殖黄线藻超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的最大活性可达65.6和0.56 U/mg protein,均显著高于常温段殖黄线藻(P＜0.05).综上,低温预处理后的段殖黄线藻生长和代谢产物的积累更具优势,并且在低温适应性、光合效率及抗氧化应激方面的能力也得到显著提升.

深色有隔内生真菌(dark septate endophyte,DSE)作为一类植物内生真菌,接菌后如何提高植物应对逆境的生长能力一直是研究热点.为探究接种 DSE 下黄芪光合特征对高温胁迫的响应及其影响因素,本试验设置接菌区(接种 DSE)和对照区,以黄芪为供试对象,分别进行高温胁迫处理,胁迫温度为 42℃,胁迫时间设置 1、3、7 和 11 d共 4 个梯度,每个梯度 3 个重复,测定土壤化学性质、根系指标、叶片形态及光合特征.结果表明:随着高温胁迫时间增加,接菌区与对照区黄芪叶片的面积、气孔张开密度、叶绿素含量与根尖数均呈下降趋势,降低范围分别为55.5%-66.3%、69.6%-81.0%、68.2%-81.2%和 56.7%-59.8%.然而,接种 DSE 提高了黄芪叶片周长、面积、气孔张开密度、叶绿素含量、蒸腾速率及净光合速率(P<0.05),表明接种DSE显著降低了高温对黄芪光合特征指标的影响,提高了黄芪抗高温胁迫的能力.进一步采用主成分与结构方程模型分析发现,土壤速效磷、速效钾、根长、叶绿素 a、气孔张开密度与净光合速率为显著的正向关系(P<0.05),说明接种DSE可以通过调节黄芪根系、叶片光合色素、气孔等指标来提高黄芪的光合速率.本研究重点探讨高温胁迫下接种 DSE 对黄芪光合特征的影响,在利用 DSE 促进植物生长、提高植物耐高温性及光合效率方面具有一定的创新性.研究结果可为 DSE 在高温逆境下资源利用提供科学依据.

以半干旱区马铃薯为试验材料,利用人工补水及自然控水的方法,测定分析马铃薯叶片在不同水分条件下光合生理参数的光响应过程及对土壤水分响应规律的阈值效应,水分梯度设置土壤含水量为田间持水量55％、65％和75％为干旱胁迫处理,土壤含水量为田间持水量80％为对照,土壤含水量为田间持水量85％为渍水处理.结果表明:马铃薯叶片净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)及光响应参数具有明显的水分临界效应.表观量子效率(AQY)、最大净光合效率(Pnmax)、光饱和点(LSP)随土壤含水量的增大呈先增加后降低的变化趋势,光补偿点(LCP)、暗呼吸速率(Rd)则先降低后增加.在渍水或干旱胁迫下,马铃薯叶片在弱光下的吸收、转换光的能力降低,在强光和弱光利用方面受到抑制,并且通过减少呼吸消耗维持干物质积累.Pn、WUE随土壤水分的增加呈先升高后降低趋势,但水分临界值不相同,土壤相对含水量(Wr)为56.7％时为马铃薯叶片气孔限制的临界点,Wr为96.3％时为Pn的水分饱和点,Wr为70.1％时为WUE的高效点,马铃薯在渍水条件下叶片的光合能力高于干旱胁迫处理.通过数学模型确定半干旱区马铃薯的水分阈值,当Wr在70.1％～96.3％时为高产高效水,此时马铃薯的光合生产力和水分利用效率较高.因此,Wr在70.1％～96.3％时是半干旱区马铃薯较适宜生长的土壤水分条件,半干旱地区渍水条件下马铃薯的光合能力明显高于干旱胁迫处理.

为探究莫索湾地区 2 种优势短命植物对光照和温度的光合适应机制,该文测定了卷果涩芥(Malcolmia scorpioides)和硬萼软紫草(Arnebia decumbens)在不同温度下(25～60℃)及恒定常温(25℃)与胁迫高温(50℃)下不同光强间(80～400 μmol.m-2.s-1)的叶绿素荧光参数,以探讨其光损伤情况和光合活性变化.结果表明:(1)随温度升高,2 种短命植物的光合效率和电子传递速率先升后降,40℃时达到最高值,其后快速下降,并伴随着光系统Ⅱ(PS Ⅱ)非调节性能量耗散的量子产量[Y(NO)]和光系统I(PS I)受体端热耗散效率[Y(NA)]的上升,受体端激发压积累,光合系统受损.(2)在 80～400 μmol.m-2.s-1的光照范围内,常温下,光合效率随光照强度增加而增加;而高温下,光照与高温对植物产生了联合胁迫,造成光合活性下降,PS Ⅱ调节性能量耗散的量子产量[Y(NPQ)]降低,并且当光强达 320 μmol.m-2.s-1时,环式电子传递流逐渐消失.综上所述,一定范围内的光照和温度能够提升 2 种短命植物的光合活性,激活热耗散和环式电子传递流,减少光抑制,但温度增加及高温下光强的增加会使 2 种短命植物的适应能力减弱,光保护机制消失,其主要原因为PSI受体侧激发压积累和调节性热耗散保护能力不足使植物光合系统受损.

经济成本过高阻碍了微藻产品的产业化,而国内目前缺乏有关微藻产品技术经济分析的研究.为探究更符合我国国情的降低微藻产品成本的策略,本文采用结合地域气候和藻种特性的微藻生长模型,对基于管道式光生物反应器的藻粉(含水量为 5%的微藻生物质)生产过程进行技术经济分析,讨论了价格和工艺两大类共 12 个参数以及生产规模对藻粉总成本的影响程度,并对影响经济成本的主要参数进行情景设计.结果显示,普通小球藻(Chlorella vulgaris)藻粉产量受地域和季节影响较大,对位于浙江省乐清市规模为 0.1 hm2的生产基地,藻粉年产量约3.8 t,成本为 185.7 ￥/kg.直接人工费、生长温度、光合效率和年运行时间是影响藻粉总成本的四个重要参数,最具成本吸引力的产业化规模约为 10 hm2.考虑了降价空间和技术进步的某未来情景下藻粉成本可降至 22.6 ￥/kg,该值与近年来文献给出的亚洲西南部和欧洲各地商业规模的微藻干物质成本较为接近.本文的研究可为我国微藻产品产业化的发展提供一定的理论和数据参考.