实时、准确获取叶绿素含量信息对及时了解农作物受害程度、指导农业生产和估测产量等具有重要意义.为探索受渍冬小麦各层叶片叶绿素相对含量(SPAD)的最优估测模型,本研究设置排灌可控的冬小麦渍害胁迫梯度微区试验,分析了15个常用高光谱特征指数与SPAD的相关关系,并对基于多元线性回归、支持向量机、BP神经网络、决策树和随机森林模型的受渍冬小麦各层叶片SPAD的估算结果进行了对比分析.结果表明:短期渍水(≤3d)对冬小麦分层叶片的SPAD值影响不明显,当渍水时间大于9 d时,SPAD值随着渍水时间的增加降低较为明显,在生长后期为0;15个高光谱特征指数与SPAD均达到极显著相关水平(P＜0.05),其中Ctr2、Dy、NDVI和SIPI 4个指数与SPAD的相关性最好,其相关系数的绝对值分别达到0.880、0.868、0.868和0.833;与基于L1、L2和L3层叶片SPAD相比,基于平均SPAD的高光谱估算结果最好,其R2达到0.719;与其他4个估算模型相比,随机森林模型可较好地估算各层叶片的SPAD值,其R2、RMSE、RE分别为0.824,4.359和2.96％.可见,利用高光谱信息进行受渍冬小麦SPAD估算时可采用平均SPAD值,且基于随机森林模型的估算结果较好.

涝渍胁迫是农业生产中的主要非生物逆境之一.涝渍胁迫包括渍害和涝害,通过低氧胁迫、离子毒害、能量短缺等方面抑制植物的生长发育.为了适应涝渍环境,植物在不同生态条件下形成了多样且复杂的响应和适应机制.本文综述了涝渍胁迫对植物的危害,植物适应涝渍胁迫的形态多样性与主要分子响应机制,讨论了提高植物耐涝渍性的遗传途径,以期为深入研究植物抗涝渍胁迫机制和培育抗涝渍作物提供理论指导.

全球气候变化导致近年来渍害频发,而旱地作物小麦对渍害敏感.受气候、土壤、轮作制度等因素的影响,我国长江中下游小麦主产区的渍害灾情严重.渍害引起的土壤溶氧量降低可以导致小麦根系生长受到抑制,进而限制植株生长,最终降低小麦产量和品质.本文基于国内外相关研究,从根系呼吸代谢、水分传导、矿质养分吸收、光合作用、氧化还原代谢等方面概述了渍害胁迫抑制小麦生长的生理机理;讨论了小麦通过无氧呼吸维持能量供应和改变根系形态维持氧气供应等渍害适应机制;总结了肥料调控、生长调节剂调控和胁迫记忆等栽培措施在小麦抗渍上的应用及其机理,并对未来小麦抗渍研究进行了展望,以期为小麦的耐渍栽培和稳产高产管理提供理论支撑.

为了探索基于高光谱和数字图像技术的受渍冬小麦SPAD最优监测方法,本研究基于排灌可控的微区试验,通过分析常用的15个高光谱特征指数和14个数字图像特征指数与受渍冬小麦叶绿素相对含量(SPAD)的相关关系,构建了基于最优监测特征指数的BP神经网络模型,对受渍冬小麦的SPAD进行估算.结果 表明:与正常小麦相比,短期渍水(≤7 d)对冬小麦的SPAD值和高光谱反射率影响不明显,当渍水时间大于12d时,SPAD值随着渍水时间的增加急剧降低,在生长后期接近于0;基于数字图像特征指数(绿红差值植被指数、超红指数、红光标准化值和超绿指数)的冬小麦SPAD估算结果,与基于相对应的高光谱波段的估算结果基本一致,估算模型实测值与预测值的R2最高达到0.86,均方根误差(RMSE)为3.98;与基于数字图像特征指数相比,基于类胡萝卜素反射指数、黄边幅值、归一化植被指数和结构不敏感指数4个高光谱特征指数的冬小麦SPAD估算模型的实测值与预测值的R2最高达到0.97,RMSE低至1.95.可见,基于高光谱和数字图像技术均可以进行受渍冬小麦SPAD估算,且基于高光谱特征指数的BP神经网络模型的估算结果较好.

探究油菜播种期内的涝渍害时空变化特征及危险性,有利于增加油菜种植气候适应能力,,从而为种植结构调整、农业政策制定、防灾减灾提供依据.基于四川盆区105个气象站点逐旬气象数据、油菜生育期观测数据、统计资料,利用显著性检验、地理信息技术,分析了 1981-2020年4个年代际油菜播种期涝渍指数、轻/中度涝渍害发生频率、涝渍害危险性的时空变化特征.结果表明:1981-2020年,油菜播期涝渍害指数均值为0.12～0.56,且各年代际、各区域间差异明显.在各年代际,中度涝渍害发生频次均高于轻度涝渍害发生频次.危险性指数的平均值和最高值在1991-2000年均为最低水平,空间分布上盆南和盆周较高,盆西和盆东较低.研究结果与四川盆区气候变化趋势、气象灾害时空分布相吻合.在涝渍害较重且种植面积较大的区域,推广育苗移栽和耐湿品种,减轻涝渍害影响.

以河南、江苏、山东三个种源流苏树3年生播种苗为试材,测定不同淹水程度(CK、T1、T2、T3,分别表示对照、轻度渍害、渍害和涝害)对三个种源流苏树的生理影响,并结合隶属函数值对供试材料的耐涝性进行综合评价.结果显示:在淹水胁迫期间,各种源流苏树的相对电导率(REC)、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖(SS)和可溶性蛋白(SP)含量、超氧化物岐化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性总体呈上升趋势;叶绿素含量(Chl)、净光合速率(Pn)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)总体呈下降趋势.流苏树的11个单指标的主成分分析结果与隶属函数值合成的综合指数表明:三个种源流苏树抗淹水能力由强到弱的顺序为:河南种源(0.78)>江苏种源(0.66)>山东种源(0.51).

以美国流苏2年生实生苗为材料,测定不同程度淹水处理(对照、轻度淹水、渍害、涝害)及其不同胁迫时间下幼苗生理指标和叶片结构特征,分析淹水胁迫对美国流苏幼苗生理生化和叶片结构的影响,探讨其耐涝性及其生理机制,为引种和栽培应用提供理论依据.结果表明:(1)美国流苏叶片过氧化物酶(POD)活性在轻度淹水和涝害处理下呈"下降-上升-下降"趋势,在渍害处理下呈先降后升趋势;在各淹水处理下,叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性均呈先升后降趋势,相对电导率呈上升趋势,丙二醛(MDA)不同程度积累.在轻度淹水处理下,叶片可溶性糖(SS)、可溶性蛋白质(SP)含量呈先升后降趋势;在渍害和涝害处理下,叶片SS含量呈上升趋势,SP含量呈先降后升趋势.(2)随着淹水胁迫程度的加深,叶片厚度总体呈上升趋势,上、下表皮厚度总体呈下降趋势,栅栏组织厚度、海绵组织厚度、组织结构紧密度(CTR)和栅海比(P/S)总体呈先降后升趋势,组织结构疏松度(SR)总体呈先升后降趋势.(3)淹水胁迫使叶绿体形态膨胀变圆,多数不贴细胞壁,边缘降解,嗜锇颗粒和淀粉粒膨胀增多,基粒片层空泡化;随着淹水胁迫加剧,细胞核与叶绿体降解,淀粉粒大量聚集,细胞死亡.(4)叶片上表皮厚度与SOD、POD活性分别呈极显著和显著正相关关系;栅栏组织厚度与MDA和SS含量呈极显著正相关关系,与SP含量呈显著正相关关系;叶片厚度与叶片相对电导率、MDA、SS、SP含量均呈极显著正相关关系;海绵组织厚度与叶片相对电导率和SS含量呈显著正相关关系.研究发现,轻度淹水和渍害处理对美国流苏幼苗叶片生理特性和结构影响较小,幼苗能通过调节生理指标和叶片结构来适应胁迫,表现出一定的耐涝性;而涝害处理下,幼苗生理指标和叶片结构发生明显变化,植株大量死亡.