狗牙根叶片相对含水量高光谱反演估算

为了探讨高光谱技术在监测植物受干旱胁迫程度及筛选抗旱材料中的应用,以18个狗牙根基因型为材料,进行为期12 d的自然干旱,测定各材料土壤含水量和叶片相对含水量,同时利用美国SVC HR-768便携式光谱仪,获取不同干旱时间各材料的高光谱相片,以经过高光谱SG平滑和SG平滑+一阶导数结合处理的光谱反射率作为自变量,经Pearson相关性分析和连续投影筛选与叶片相对含水量相关性较好且各材料共有的特征波段,并利用方差膨胀因子检验其共线性,之后通过BP神经网络、支持向量机和随机森林3种机器学习算法建立狗牙根叶片相对含水量的反演模型。结果表明:1)通过连续投影算法共筛选出5个SG平滑+一阶导数特征波段,分别为406、569、706、736、786 nm,与叶片相对含水量的相关性较高(P>0.5),且波段间共线性较弱,可作为抗旱监测的敏感波段。2)以敏感波段为基础建立的随机森林反演模型,决定系数(R^(2))和均方根误差(RMSE)分别为0.939和8.552,相较于支持向量机和BP神经网络,R^(2)分别提高了5%和8%,表现出最好的预测效果和普适性,其测试集的R^(2)为0.925,RMSE为9.008。研究结果可为未来利用高光谱进行广谱性狗牙根叶片相对含水量无损高精监测提供技术支撑。

不同抗旱性狗牙根地上地下表型特征及内源激素对干旱胁迫的响应

为了研究干旱胁迫对不同抗旱性狗牙根形态建成及内源激素的影响,明确不同抗旱性狗牙根响应干旱的表型特征及内源激素差异,探讨狗牙根表型特征与内源激素的相关性,丰富狗牙根抗旱理论以及生产实践中利用外源激素调控其抗旱性提供参考。采用PVC管栽植狗牙根,控制不同水分达到预设梯度维持10 d,对其叶、根相对含水量、相对电导率、内源激素[吲哚乙酸(IAA)、脱落酸(ABA)、赤霉素(GA_(3))、玉米素核苷(ZR)、油菜素内酯(Br)]、叶部特征(叶长、叶宽、叶面积)、根部特征(总根长、根表面积、根体积、根平均直径、根干重、最长根长、根系活力)进行测定,分析干旱胁迫下不同抗旱性狗牙根叶、根内源激素比例变化及表型特征与激素的相关性。结果表明,随着干旱胁迫加剧,显著降低了2类狗牙根的叶长、叶宽、叶面积、根平均直径,促进了根部生长发育;提高了叶、根ABA含量,降低了IAA、GA_(3)、ZR、Br含量,且IAA/ABA、GA_(3)/IAA与叶部指标、根部指标呈相反相关性,这均从侧面表明狗牙根叶、根在干旱胁迫下选择了相反的生存策略,即促进地下部生长,抑制地上部生长。抗旱狗牙根通过本身具有较大叶面积或者更发达的根系系统,以及相同胁迫下较高的ZR/ABA、GA_(3)/ABA、IAA/ABA、Br/ABA来维持一定的生长以及减缓衰老来更好地适应干旱胁迫环境。

狗牙根叶与根氮代谢对不同干旱胁迫的响应机制

干旱会影响植物氮代谢过程,从而制约其生长及品质。为了明确狗牙根在干旱胁迫下其叶与根氮代谢指标的变化,探讨狗牙根叶与根氮代谢对不同干旱胁迫的响应机制,筛选关键抗旱氮代谢指标,丰富狗牙根抗旱氮代谢理论,本试验将不同抗旱性狗牙根在不同干旱梯度处理下培养10 d,测定其叶及根有机氮化物(脯氨酸、可溶性蛋白、游离氨基酸)、无机氮化物(全氮、硝态氮、铵态氮)、氮代谢相关酶活性(硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶)等生理指标。结果表明:随着干旱胁迫加剧,各供试材料的叶及根全氮降低,有机氮化物增加,叶片硝态氮先降后升,根系硝态氮降低,叶、根铵态氮、氮代谢酶则呈先增后降趋势。抗旱材料在胁迫下因具有较高的氮代谢酶活性及无机氮化物含量,加速了氮代谢进程,致使抗旱材料叶、根的有机氮化物含量快速上升且显著高于敏旱材料。干旱下狗牙根通过对根系吸收的氮素进行转运再分配、同化,与其地上部分共同抵御干旱。冗余分析表明谷氨酸合成酶(GOGAT),谷氨酰胺合成酶(GS)与中度胁迫时抗旱材料叶、根的相关性较强,脯氨酸、游离氨基酸、可溶性蛋白与重度胁迫时抗旱材料有较强的相关性。通径分析得根系可溶性蛋白(决策系数为-0.739)、叶片(0.530)与根系游离氨基酸(0.498)与干旱下狗牙根抗旱性关联度高。本试验结果可丰富、补充狗牙根抗旱氮代谢响应研究,也可为其抗旱资源选育提供参考。