黃土高原旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力穩(wěn)定提升的生物：環(huán)境調(diào)控

序
前言
第一篇 旱地作物生產(chǎn)力穩(wěn)定提升的分子生理機(jī)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(jī)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(zhǎng)發(fā)育中的功能14
1.2.2 調(diào)節(jié)植物體半乳糖脂合成的關(guān)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(xiàn)26
第2章 硅提高植物抗旱抗鹽的作用機(jī)制32
2.1 硅通過調(diào)控水孔蛋白表達(dá)提高植物根系的水導(dǎo)增強(qiáng)吸水來(lái)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(diào)控根系水孔蛋白表達(dá).增強(qiáng)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(diào)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(xiàn)50
第3章 轉(zhuǎn)抗逆基因甘薯對(duì)干旱和復(fù)水的生理響應(yīng)54
3.1 轉(zhuǎn)抗逆基因甘薯研究進(jìn)展54
3.1.1 引言54
3.1.2 甘薯遺傳轉(zhuǎn)化體系的建立和轉(zhuǎn)化方法 55
3.1.3 轉(zhuǎn)化甘薯的主要抗逆基因56
3.2 PEG脅迫及復(fù)水對(duì)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(fù)水對(duì)甘薯幼苗葉片光合作用的影響63
3.2.2 PEG脅迫及復(fù)水對(duì)甘薯幼苗葉片抗氧化酶系統(tǒng)的影響68
3.3 PEG脅迫及復(fù)水對(duì)甘薯幼苗根系抗氧化酶系統(tǒng)及水力學(xué)導(dǎo)度的影響73
3.3.1 水分脅迫時(shí)間及復(fù)水對(duì)轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因甘薯根系SOD活性的影響73
3.3.2 水分脅迫時(shí)間及復(fù)水對(duì)轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因甘薯根系A(chǔ)PX活性的影響74
3.3.3 水分脅迫時(shí)間及復(fù)水對(duì)轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因甘薯根系CAT活性的影響75
3.3.4 水分脅迫時(shí)間及復(fù)水對(duì)轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因甘薯根系水力學(xué)導(dǎo)度的影響76
3.4 土壤干旱對(duì)甘薯生長(zhǎng)?產(chǎn)量?收獲指數(shù)和水分利用效率的影響78
3.4.1 土壤干旱對(duì)轉(zhuǎn)基因和非轉(zhuǎn)基因甘薯生長(zhǎng)的影響79
3.4.2 土壤干旱對(duì)甘薯生物量形成的影響80
3.4.3 土壤干旱對(duì)甘薯耗水量以及水分利用效率的影響80
3.5 轉(zhuǎn)基因甘薯應(yīng)用前景及目前抗性研究中存在的問題83
參考文獻(xiàn)84
第4章 外源Ca2+調(diào)控玉米根系吸水的生理生態(tài)機(jī)制90
4.1 引言90
4.2 干旱及旱后復(fù)水條件下外源Ca2+對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)?鈣含量和水分狀況的影響93
4.2.1 外源Ca2+對(duì)干物質(zhì)積累和鈣含量的影響93
4.2.2 外源Ca2+對(duì)玉米幼苗根系形態(tài)和解剖結(jié)構(gòu)的影響95
4.2.3 外源Ca2+對(duì)玉米氣體交換參數(shù)和葉水勢(shì)的影響100
4.3 干旱及旱后復(fù)水下外源Ca2+對(duì)玉米根水分運(yùn)輸特性的影響103
4.3.1 外源Ca2+對(duì)玉米幼苗整根系導(dǎo)水率的影響103
4.3.2 外源Ca2+對(duì)玉米幼苗根皮層細(xì)胞導(dǎo)水率的影響104
4.3.3 外源Ca2+調(diào)控玉米幼苗根吸水特性的生理機(jī)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(xiàn) 107
第5章 不同抗旱性玉米和高粱品種水力結(jié)構(gòu)特性比較112
5.1 供試材料的抗旱性評(píng)價(jià)114
5.1.1 壓力-容積曲線 (PV曲線 )114
5.1.2 葉表皮導(dǎo)度115
5.1.3 快速離體過程中光合速率的變化115
5.1.4 產(chǎn)量及水分利用效率116
5.2 莖木質(zhì)部水分傳輸效率及栓塞脆弱性118
5.2.1 玉米?高粱莖導(dǎo)水率及脆弱性曲線118
5.2.2 玉米?高粱莖木質(zhì)部解剖結(jié)構(gòu)特征120
5.3 葉木質(zhì)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(duì)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(shì)和氣孔導(dǎo)度日變化126
5.4 討論128
5.4.1 莖水力學(xué)特性128
5.4.2 葉水力學(xué)特性130
5.5 下一步研究的問題132
參考文獻(xiàn)136
第6章 植物整體水分平衡的調(diào)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(jié)構(gòu)差異145
6.2.2 葉氣體交換參數(shù)和水分狀況146
6.2.3 根系和葉導(dǎo)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(zhì)部薄壁細(xì)胞是否可以調(diào)節(jié)Kleaf151
6.2.7 根導(dǎo)水率的響應(yīng)差異與整株水分平衡151
6.3 玉米根?葉導(dǎo)水率變化與ZmPIPs基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的關(guān)系152
6.3.1 短期水分脅迫下玉米葉片水分狀況參數(shù)變化152
6.3.2 短期水分脅迫對(duì)玉米葉?根系以及整株導(dǎo)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(dǎo)水特性相互關(guān)系157
6.3.5 ZmPIPs參與調(diào)節(jié)根?葉導(dǎo)水阻力短期響應(yīng) 159
6.3.6 通過調(diào)節(jié)ZmPIP1.2表達(dá)改變水分跨膜阻力的優(yōu)勢(shì)159
參考文獻(xiàn)160
第7章 大穗型小麥品系高產(chǎn)生理機(jī)制研究165
7.1 大穗型小麥產(chǎn)量形成過程中光合特性的動(dòng)態(tài)變化167
7.1.1 小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的變化167
7.1.2 不同生育期小麥葉綠素含量的動(dòng)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(shù)變化169
7.1.5 不同生育期小麥葉面積系數(shù)的動(dòng)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(zhì)含量 (LDMC )的變化174
7.2.3 小麥不同生育期葉片營(yíng)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(yíng)養(yǎng)元素的相關(guān)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(dòng)態(tài)182
7.3.2 小麥籽粒千粒重動(dòng)態(tài)變化182
7.3.3 小麥籽粒灌漿速率動(dòng)態(tài)變化183
7.3.4 小麥籽粒灌漿參數(shù)及次級(jí)參數(shù)的差異與變化185
7.3.5 討論189
7.4 大穗小麥品系產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性及通徑分析191
7.4.1 大穗小麥產(chǎn)量及構(gòu)成特點(diǎn)191
7.4.2 小麥主要農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性194
7.4.3 小麥產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀的關(guān)系194
7.4.4 討論195
參考文獻(xiàn)196
第二篇 旱作農(nóng)田生產(chǎn)力穩(wěn)定提升的生物環(huán)境調(diào)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(yáng)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(shì)差?不同養(yǎng)分及種植方式對(duì)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(guān)系及水分養(yǎng)分調(diào)節(jié)效應(yīng)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(guān)系217
8.3.4 根系提水作用與作物產(chǎn)量效應(yīng)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(jié)論221
參考文獻(xiàn)222
第9章 花后干旱及復(fù)水對(duì)小麥物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)控226
9.1 干旱對(duì)小麥葉片和葉鞘碳水化合物代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制226
9.1.1 干旱對(duì)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(duì)小麥旗葉和旗葉鞘蔗糖含量的影響228
9.1.3 干旱對(duì)小麥旗葉中SPS和SS活性的影響229
9.1.4 干旱對(duì)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(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)的影響231
9.2 干旱對(duì)小麥莖稈碳水化合物代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制234
9.2.1 干旱對(duì)小麥莖中可溶性總糖含量的影響234
9.2.2 干旱對(duì)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(guān)系238
9.2.4 干旱對(duì)小麥莖中果聚糖外水解酶活性的影響238
9.2.5 干旱對(duì)小麥莖中蔗糖磷酸合成酶活性的影響239
9.2.6 干旱對(duì)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(dòng)員241
9.3 干旱對(duì)小麥籽粒中蔗糖向淀粉轉(zhuǎn)化的調(diào)節(jié)機(jī)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(guān)酶活性的關(guān)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(chǔ)藏物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)與穗粒重的關(guān)系251
9.4.1 干旱對(duì)小麥花后干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)的影響251
9.4.2 干旱對(duì)小麥各營(yíng)養(yǎng)器官花前儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響256
9.4.3 干旱對(duì)小麥莖稈及組成節(jié)間花后儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響260
9.4.4 小麥營(yíng)養(yǎng)器官儲(chǔ)藏物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)與穗粒重積累的關(guān)系261
9.4.5 干旱條件下的小麥源庫(kù)關(guān)系調(diào)控263
9.5 干旱對(duì)小麥產(chǎn)量?收獲指數(shù)和水分利用效率的影響266
9.5.1 干旱對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響266
9.5.2 干旱對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響267
9.5.3 干旱對(duì)小麥地上生物產(chǎn)量及收獲指數(shù)的影響267
9.5.4 干旱對(duì)小麥耗水量和水分利用效率的影響268
9.5.5 干旱對(duì)小麥產(chǎn)量形成要素的影響268
9.6 旱后復(fù)水對(duì)小麥灌漿期蔗糖代謝和淀粉積累的補(bǔ)償機(jī)制271
9.6.1 旱后復(fù)水對(duì)小麥光合作用的補(bǔ)償效應(yīng)272
9.6.2 旱后復(fù)水對(duì)小麥蔗糖合成的補(bǔ)償效應(yīng)273
9.6.3 旱后復(fù)水對(duì)小麥產(chǎn)量形成的補(bǔ)償效應(yīng)274
9.6.4 旱后復(fù)水對(duì)小麥產(chǎn)量水分利用效率的補(bǔ)償機(jī)制277
參考文獻(xiàn)279
第10章 高產(chǎn)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(chǎn)現(xiàn)狀284
10.3 不同氮肥用量對(duì)旱地玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響286
10.3.1 干物質(zhì)和氮素積累286
10.3.2 植株氮濃度287
10.3.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成288
10.4 不同氮肥用量對(duì)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(chǎn)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(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響292
10.6.2 不同氮肥用量對(duì)氮肥利用效率及氮素平衡的影響293
10.6.3 高產(chǎn)高效旱地玉米最優(yōu)供氮量293
參考文獻(xiàn) 294
第11章 旱地小麥高產(chǎn)高效施氮研究297
11.1 不同施氮量對(duì)小麥干物質(zhì)積累和運(yùn)轉(zhuǎn)的影響297
11.1.1 不同施氮量對(duì)小麥花后干物質(zhì)積累及運(yùn)轉(zhuǎn)的影響297
11.1.2 不同施氮量下花前干物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)302
11.1.3 施氮量與小麥物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)系303
11.2 不同施氮量對(duì)小麥氮素積累分配和轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)節(jié)305
11.2.1 不同施氮量對(duì)小麥花后氮積累和運(yùn)轉(zhuǎn)的影響305
11.2.2 不同生長(zhǎng)階段小麥植株對(duì)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