黃土高原旱地農業(yè)生產力穩(wěn)定提升的生物：環(huán)境調控

序
前言
第一篇 旱地作物生產力穩(wěn)定提升的分子生理機制
第1章 抗壞血酸及糖脂在提高植物抗逆中的作用3
1.1 抗壞血酸在植物抗逆中的作用3
1.1.1 抗壞血酸在植物中的作用及其再生途徑3
1.1.2 鋁脅迫引起植物的氧化傷害4
1.1.3 抗壞血酸在植物耐鋁中的作用機理5
1.2 半乳糖脂在植物抗逆中的作用14
1.2.1 半乳糖脂在植物生長發(fā)育中的功能14
1.2.2 調節(jié)植物體半乳糖脂合成的關鍵酶16
1.3 半乳糖脂在提高植物抗鹽中的作用17
1.4 半乳糖脂在提高植物耐低磷脅迫中的作用22
1.5 半乳糖脂在提高植物耐鋁脅迫中的作用24
參考文獻26
第2章 硅提高植物抗旱抗鹽的作用機制32
2.1 硅通過調控水孔蛋白表達提高植物根系的水導增強吸水來提高植物抗旱能力35
2.2 硅通過緩解鹽脅迫引起滲透脅迫提高植物的抗鹽能力38
2.3 硅通過調控根系水孔蛋白表達.增強根系吸水能力緩解鹽引起的滲透脅迫40
2.4 在干旱脅迫下硅調節(jié)多胺的累積和1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸(ACC)的減少可能參與了硅提高植物的抗旱能力46
參考文獻50
第3章 轉抗逆基因甘薯對干旱和復水的生理響應54
3.1 轉抗逆基因甘薯研究進展54
3.1.1 引言54
3.1.2 甘薯遺傳轉化體系的建立和轉化方法 55
3.1.3 轉化甘薯的主要抗逆基因56
3.2 PEG脅迫及復水對甘薯幼苗葉片光合系統(tǒng)和抗氧化酶系統(tǒng)的影響63
3.2.1 PEG脅迫及復水對甘薯幼苗葉片光合作用的影響63
3.2.2 PEG脅迫及復水對甘薯幼苗葉片抗氧化酶系統(tǒng)的影響68
3.3 PEG脅迫及復水對甘薯幼苗根系抗氧化酶系統(tǒng)及水力學導度的影響73
3.3.1 水分脅迫時間及復水對轉基因和非轉基因甘薯根系SOD活性的影響73
3.3.2 水分脅迫時間及復水對轉基因和非轉基因甘薯根系APX活性的影響74
3.3.3 水分脅迫時間及復水對轉基因和非轉基因甘薯根系CAT活性的影響75
3.3.4 水分脅迫時間及復水對轉基因和非轉基因甘薯根系水力學導度的影響76
3.4 土壤干旱對甘薯生長?產量?收獲指數和水分利用效率的影響78
3.4.1 土壤干旱對轉基因和非轉基因甘薯生長的影響79
3.4.2 土壤干旱對甘薯生物量形成的影響80
3.4.3 土壤干旱對甘薯耗水量以及水分利用效率的影響80
3.5 轉基因甘薯應用前景及目前抗性研究中存在的問題83
參考文獻84
第4章 外源Ca2+調控玉米根系吸水的生理生態(tài)機制90
4.1 引言90
4.2 干旱及旱后復水條件下外源Ca2+對玉米幼苗生長?鈣含量和水分狀況的影響93
4.2.1 外源Ca2+對干物質積累和鈣含量的影響93
4.2.2 外源Ca2+對玉米幼苗根系形態(tài)和解剖結構的影響95
4.2.3 外源Ca2+對玉米氣體交換參數和葉水勢的影響100
4.3 干旱及旱后復水下外源Ca2+對玉米根水分運輸特性的影響103
4.3.1 外源Ca2+對玉米幼苗整根系導水率的影響103
4.3.2 外源Ca2+對玉米幼苗根皮層細胞導水率的影響104
4.3.3 外源Ca2+調控玉米幼苗根吸水特性的生理機制105
4.3.4 冠層水分狀況?根吸水特性與整株水分平衡106
參考文獻 107
第5章 不同抗旱性玉米和高粱品種水力結構特性比較112
5.1 供試材料的抗旱性評價114
5.1.1 壓力-容積曲線 (PV曲線 )114
5.1.2 葉表皮導度115
5.1.3 快速離體過程中光合速率的變化115
5.1.4 產量及水分利用效率116
5.2 莖木質部水分傳輸效率及栓塞脆弱性118
5.2.1 玉米?高粱莖導水率及脆弱性曲線118
5.2.2 玉米?高粱莖木質部解剖結構特征120
5.3 葉木質部水分傳輸效率及栓塞脆弱性122
5.3.1 玉米?高粱的葉水分傳輸效率及對栓塞的脆弱性122
5.3.2 玉米?高粱的水力安全范圍閾值124
5.3.3 玉米?高粱的水勢和氣孔導度日變化126
5.4 討論128
5.4.1 莖水力學特性128
5.4.2 葉水力學特性130
5.5 下一步研究的問題132
參考文獻136
第6章 植物整體水分平衡的調控142
6.1 引言142
6.2 不同抗旱性玉米品種維持整株水分平衡的策略差異145
6.2.1 形態(tài)與解剖結構差異145
6.2.2 葉氣體交換參數和水分狀況146
6.2.3 根系和葉導水率變化146
6.2.4 植物整合多方面特性以維持冠層失水147
6.2.5 維持葉片水分平衡的策略差異149
6.2.6 木質部薄壁細胞是否可以調節(jié)Kleaf151
6.2.7 根導水率的響應差異與整株水分平衡151
6.3 玉米根?葉導水率變化與ZmPIPs基因轉錄調節(jié)的關系152
6.3.1 短期水分脅迫下玉米葉片水分狀況參數變化152
6.3.2 短期水分脅迫對玉米葉?根系以及整株導水率的影響152
6.3.3 短期水分脅迫下ZmPIPs基因的mRNA含量變化154
6.3.4 葉蒸騰與根?葉導水特性相互關系157
6.3.5 ZmPIPs參與調節(jié)根?葉導水阻力短期響應 159
6.3.6 通過調節(jié)ZmPIP1.2表達改變水分跨膜阻力的優(yōu)勢159
參考文獻160
第7章 大穗型小麥品系高產生理機制研究165
7.1 大穗型小麥產量形成過程中光合特性的動態(tài)變化167
7.1.1 小麥產量及其構成因素的變化167
7.1.2 不同生育期小麥葉綠素含量的動態(tài)變化168
7.1.3 不同生育期小麥葉片光合速率變化169
7.1.4 不同生育期小麥葉片熒光參數變化169
7.1.5 不同生育期小麥葉面積系數的動態(tài)變化171
7.1.6 討論172
7.2 大穗型小麥葉片性狀與養(yǎng)分含量及氮素分配特征的研究173
7.2.1 小麥不同生育期旗葉比葉面積 (SLA )的變化173
7.2.2 小麥不同生育期旗葉干物質含量 (LDMC )的變化174
7.2.3 小麥不同生育期葉片營養(yǎng)元素平均含量的變化175
7.2.4 小麥抽穗期葉片性狀與營養(yǎng)元素的相關性177
7.2.5 小麥成熟期氮素在小麥不同器官的積累與分配177
7.2.6 討論180
7.3 大穗型小麥單穗及不同穗位籽粒灌漿過程研究181
7.3.1 小麥旗葉全展后光合速率的變化動態(tài)182
7.3.2 小麥籽粒千粒重動態(tài)變化182
7.3.3 小麥籽粒灌漿速率動態(tài)變化183
7.3.4 小麥籽粒灌漿參數及次級參數的差異與變化185
7.3.5 討論189
7.4 大穗小麥品系產量與主要農藝性狀的相關性及通徑分析191
7.4.1 大穗小麥產量及構成特點191
7.4.2 小麥主要農藝性狀間的相關性194
7.4.3 小麥產量與主要農藝性狀的關系194
7.4.4 討論195
參考文獻196
第二篇 旱作農田生產力穩(wěn)定提升的生物環(huán)境調控
第8章 旱地作物根系提水作用203
8.1 引言203
8.2 黃土高原旱地作物根系提水特征及影響因子 205
8.2.1 揚花期冬小麥淺層土壤24h含水量變化205
8.2.2 作物根系提水作用生育期特征206
8.2.3 不同水勢差?不同養(yǎng)分及種植方式對作物根系提水作用的影響209
8.2.4 不同作物生育期提水總量213
8.3 根系提水作用與作物根系特征關系及水分養(yǎng)分調節(jié)效應214
8.3.1 夏玉米根系特征215
8.3.2 不同冬小麥品種根系特征216
8.3.3 根系提水作用與根系生物量和體積的關系217
8.3.4 根系提水作用與作物產量效應218
8.3.5 根系提水作用下不同處理冬小麥耗水量及水分利用效率219
8.4 討論與結論221
參考文獻222
第9章 花后干旱及復水對小麥物質轉運的調控226
9.1 干旱對小麥葉片和葉鞘碳水化合物代謝的調節(jié)機制226
9.1.1 干旱對小麥旗葉和旗葉鞘可溶性總糖含量的影響227
9.1.2 干旱對小麥旗葉和旗葉鞘蔗糖含量的影響228
9.1.3 干旱對小麥旗葉中SPS和SS活性的影響229
9.1.4 干旱對小麥旗葉鞘中SPS和SS活性的影響231
9.1.5 干旱與葉源光合產物的轉運的影響231
9.2 干旱對小麥莖稈碳水化合物代謝的調節(jié)機制234
9.2.1 干旱對小麥莖中可溶性總糖含量的影響234
9.2.2 干旱對小麥莖中糖組分含量的影響235
9.2.3 小麥莖稈中可溶性總糖和糖組分含量之間的關系238
9.2.4 干旱對小麥莖中果聚糖外水解酶活性的影響238
9.2.5 干旱對小麥莖中蔗糖磷酸合成酶活性的影響239
9.2.6 干旱對小麥莖中蔗糖合成酶活性的影響239
9.2.7 干旱與小麥莖中碳水化合物的動員241
9.3 干旱對小麥籽粒中蔗糖向淀粉轉化的調節(jié)機制243
9.3.1 干旱條件下小麥籽粒淀粉積累量及其積累速率的變化243
9.3.2 干旱條件下小麥籽粒蔗糖合成酶活性及蔗糖含量的變化245
9.3.3 干旱條件下小麥籽粒淀粉合成酶活性的變化246
9.3.4 干旱影響籽粒淀粉積累速率與淀粉合成相關酶活性的關系249
9.3.5 干旱影響籽粒淀粉合成的原因 249
9.4 干旱條件下小麥儲藏物質積累轉運與穗粒重的關系251
9.4.1 干旱對小麥花后干物質積累動態(tài)的影響251
9.4.2 干旱對小麥各營養(yǎng)器官花前儲藏物質轉運的影響256
9.4.3 干旱對小麥莖稈及組成節(jié)間花后儲藏物質轉運的影響260
9.4.4 小麥營養(yǎng)器官儲藏物質積累轉運與穗粒重積累的關系261
9.4.5 干旱條件下的小麥源庫關系調控263
9.5 干旱對小麥產量?收獲指數和水分利用效率的影響266
9.5.1 干旱對小麥生長的影響266
9.5.2 干旱對小麥產量及其構成因素的影響267
9.5.3 干旱對小麥地上生物產量及收獲指數的影響267
9.5.4 干旱對小麥耗水量和水分利用效率的影響268
9.5.5 干旱對小麥產量形成要素的影響268
9.6 旱后復水對小麥灌漿期蔗糖代謝和淀粉積累的補償機制271
9.6.1 旱后復水對小麥光合作用的補償效應272
9.6.2 旱后復水對小麥蔗糖合成的補償效應273
9.6.3 旱后復水對小麥產量形成的補償效應274
9.6.4 旱后復水對小麥產量水分利用效率的補償機制277
參考文獻279
第10章 高產高效旱地玉米適宜土壤供氮量284
10.1 引言284
10.2 旱地玉米生產現(xiàn)狀284
10.3 不同氮肥用量對旱地玉米生長發(fā)育的影響286
10.3.1 干物質和氮素積累286
10.3.2 植株氮濃度287
10.3.3 產量及產量構成288
10.4 不同氮肥用量對氮肥利用效率及氮素平衡的影響289
10.4.1 氮肥利用效率289
10.4.2 氮素平衡290
10.5 高產高效旱地玉米適宜供氮量291
10.6 討論292
10.6.1 不同氮肥用量對玉米生長發(fā)育的影響292
10.6.2 不同氮肥用量對氮肥利用效率及氮素平衡的影響293
10.6.3 高產高效旱地玉米最優(yōu)供氮量293
參考文獻 294
第11章 旱地小麥高產高效施氮研究297
11.1 不同施氮量對小麥干物質積累和運轉的影響297
11.1.1 不同施氮量對小麥花后干物質積累及運轉的影響297
11.1.2 不同施氮量下花前干物質對籽粒的貢獻302
11.1.3 施氮量與小麥物質運轉的關系303
11.2 不同施氮量對小麥氮素積累分配和轉運的調節(jié)305
11.2.1 不同施氮量對小麥花后氮積累和運轉的影響305
11.2.2 不同生長階段小麥植株對氮素的吸收307
11.2.3 不同施氮量下氮素在植株不同器官的分配309