Drought stress triggers alterations of adaxial and abaxial stomatal development in basil leaves increasing water-use efficiency

The physiological control of stomatal opening by which plants adjust for water availability has been extensively researched.However,the impact of water availability on stomatal development has not received as much attention,especially for amphistomatic plants.Therefore,the acclimation of stomatal development in basil(Ocimum basilicum L.)leaves was investigated.Our results show that leaves developed under water-deficit conditions possess higher stomatal densities and decreased stomatal length for both the adaxial and abaxial leaf sides.Although the stomatal developmental reaction to water deficit was similar for the two leaf surfaces,it was proven that adaxial stomata are more sensitive to water stress than abaxial stomata,with more closed adaxial stomata under water-deficit conditions.Furthermore,plants with leaves containing smaller stomata at higher densities possessed a higher water use efficiency.Our findings highlight the importance of stomatal development as a tool for long-term acclimation to limit water loss,with minimal reduction in biomass production.This highlights the central role that stomata play in both the short(opening)and long-term(development)reaction of plants to water availability,making them key tools for efficient resource use and anticipation of future environmental changes.

红豆草幼苗叶片光合和叶绿素荧光对干旱胁迫的响应

为探究红豆草(Onobrychis viciaefolia)幼苗叶片光合及叶绿素荧光在不同干旱胁迫下的响应和适应能力,以国内外20份红豆草为试验材料,用PEG-6000模拟干旱胁迫环境,在不同渗透浓度(0、−0.5、−1.0、−1.5和−2.0 MPa)处理下,研究干旱胁迫对红豆草幼苗光合作用、荧光参数及叶绿素含量的影响。结果表明:干旱胁迫抑制了红豆草株高,随胁迫程度增加,叶绿素含量、类胡萝卜素含量、蒸腾速率、净光合速率和气孔导度均降低,水分利用效率上升,气孔限制值先升后降,在−1.0 MPa时最大,胞间CO_(2)浓度先降后升,在−2.0 MPa时最高,说明此时非气孔因素限制了光合作用;除非光化学猝灭系数上升外,其余荧光参数(潜在光化学活性、最大光化学效率、表现光合电子传递速率、光化学猝灭系数和光化学量子产量)均降低。经主成分分析及综合指标评价可知,新品系P1、GS和1626的耐旱性较强,材料1668、6和2049的耐旱性较弱。本研究结果为抗旱红豆草新品种选育提供了理论依据和种质材料。

爆破开挖对下穿既有隧洞动力响应的数值评估

文中以新林隧洞下穿引水电站为工程背景,通过ANSYS/LS-DYNA有限元软件分析了新林隧道下穿引水隧洞爆破震动响应规律,并结合现场实测数据验证了模型的可靠性.对不同开挖推进距离造成既有隧道断面振动响应进行分析,并提出既有隧道破坏限值,确定了隧道破环范围;针对实际工程存在的问题,考虑到既有隧道安全运营和保证周边围岩的稳定,模拟了37个工况,给出了优化后爆破方案.

一种基于LS-DYNA的炮弹破片极限穿透速度仿真方法

为研究弹药破片效应对目标装甲的毁伤效能,对预制破片战斗部爆炸后的破片场速度分布进行了有限元仿真,并进行后处理得到钨柱预制破片在爆轰作用下的飞散情况以及速度变化曲线,随后利用有限元分析软件LS-DYNA进行破片对靶板的侵彻过程仿真,得到破片对靶板的极限穿透速度,并设计试验进行了验证,试验结果表明该仿真方法的可行性。

采用ANSYS(隐式)、LS-DYNA(显式)和两者共同分析法对薄壁结构进行有限元极限荷载分析

在分析了采用ANSYS隐式有限元分析和LS-DYNA显式分析的一般情况之后,得到显式时间积分法对准静态极限荷载分析进行瞬态分析的时间和方式。然后将重点关注隐式分析的优点,探讨如何更有效地将ANSYS和LS-DYNA进行组合,使其能具有更好的瞬态分析效果。最后,概述了模型的离散化,控制方案的选择,缺陷的考虑和结果校核。

植物光合作用限制因素与植被生产力研究进展

随着全球气候变化的加剧,陆地生态系统中植物光合作用限制影响程度的增加已成为降低全球植被净初级生产力的主要因素。系统了解植物光合作用限制因素是科学评估植被生产力的重要前提,也是缓解植物光合作用限制,增加植物光合碳同化能力的先决条件。对植物光合作用限制因素进行了系统解析,分析了光合作用三种限制因素生化限制(Biochemical limitation,lb)、气孔限制(Stomatal limitation,ls)、叶肉限制(Mesophyll limitation,lm)的环境响应,重点讨论了叶肉限制及其影响机理,述评了光合作用限制定量分析方法及改善措施,最后以提高植被生产力为驱使目标,对未来植物光合作用限制因素研究提出以下内容:(1)基因工程技术与系统生物学数据相结合提高植被生产力;(2)气孔响应速度对植物光合作用的影响机制;(3)水通道蛋白(Aquaporin,AQPs)和碳酸酐酶(Carbonic anhydrase,CAs)感知环境信号变化的驱动基因。以期为未来气候变化背景下,深入认识和降低植物光合作用限制,提高植物光合碳同化能力提供参考。

土壤氮添加对水曲柳和蒙古栎光合限制作用的影响

本文以试验地常年大气氮(N)沉降量(23 kg·ha^(−1)·year^(−1))为依据,设计了低度(LN,23 kg·ha^(−1)·year^(−1))、中度(MN,46 kg·ha^(−1)·year^(−1))和高度(HN,69 kg·ha^(−1)·year^(−1))3种氮添加水平以模拟大气氮沉降,以无氮添加处理为对照(CK),探究过度氮沉降对森林阔叶树种水曲柳(Fraxinus mandshurica Rupr.)和蒙古栎(Quercus mongolica Fish.ex Ledeb)的生理生态效应。结果显示:(1)两树种CO_(2)扩散性限制作用(即气孔限制lsc和叶肉限制lm)在氮添加后减弱,而后随氮量的增加先减弱后增强;其生化限制lb则在氮添加后增强,后随氮量增加先增强后减弱;(2)3种光合限制作用均在MN下达到最值,中度土壤氮添加量对植株光合的促进效应最高;(3)土壤氮添加期间植株光合能力的增强主要源于CO_(2)扩散性限制作用的减弱,而gsc变化(即lsc)为扩散性限制的主角作用因子;(4)3种光合限制作用(lsc、lm和lb)在不同生长期(7月和8月)均未表现出显著差异,表明lsc的光合主角限制“角色”无季节性差异;(5)一定范围内的土壤氮添加不会对植株的水分利用潜力产生显著影响。

干旱及复水对冬小麦叶片生理指标和光合特性的影响

为了探究干旱胁迫及复水条件下,冬小麦叶片生理指标和光合特性的变化规律,选用‘济麦22’为研究对象,在拔节期开始时以正常补水量的80%、50%、25%和0%4个水平条件进行一次性灌水,之后不再补水,进入开花期后统一复水,并以正常灌溉管理的冬小麦作为对照,测定不同时段各处理冬小麦叶片抗氧化酶的活性、丙二醛(MDA)的含量,以及叶片的光合参数。结果表明,干旱胁迫条件下,冬小麦叶片超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量明显升高,冬小麦光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、细胞间隙CO_(2)浓度(Ci)和叶片水分利用效率(WUE)呈下降的趋势,气孔限制值(Ls)呈升高的趋势,并且干旱胁迫程度越重,变化幅度越大,在达到特旱条件时,SOD值、CAT值较其他处理略有降低,Ci值略有升高,Ls值略有降低。复水后的冬小麦产生补偿效应,干旱胁迫较轻的处理各项指标均能恢复到正常水平,而干旱胁迫较重的处理未能恢复到正常水平。

盐胁迫对枸杞光合作用的气孔与非气孔限制

Na Cl胁迫后 ,枸杞叶片的 Pn、gs、Tr随盐浓度的增加呈现下降趋势。在 0 .0 8%～0 .6%的 Na Cl胁迫范围内 ,枸杞叶片的 Ci降低 ,Ls升高 ,gs下降主要受气孔限制 ,这可能由于盐刺激根系产生的某些物理或化学信号运输到地上部所致 ;而在盐分浓度大于 0 .6%的胁迫条件下 ,枸杞叶片的 Ci则升高 ,Ls降低 ,gs下降的原因是由于 Na+、Cl-的大量积累对光合酶活性产生直接的毒害作用 ,从而使非气孔限制因素成为主要限制因子。

壳寡糖对干旱胁迫下油菜光合参数的影响

采用酶解法获得壳寡糖,利用CIRAS-2型便携式光合仪测定干旱胁迫下油菜光合参数。其叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)显著降低;气孔限制值(Ls)显著提高。说明气孔限制是油菜在干旱胁迫下Pn降低的主要原因。用50mgL-1壳寡糖溶液喷施油菜的幼苗叶片后发现干旱胁迫下油菜叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)显著提高;气孔限制值(Ls)显著降低。说明壳寡糖有助于减轻气孔限制引起的净光合速率的降低。壳寡糖还能促进幼苗根系生长。

梯度干旱胁迫对水稻叶片光合和水分状况的影响

采用温室营养液培养方式,通过添加0%、10%、20%、30%PEG6000模拟干旱胁迫,对水稻幼苗叶片的光合作用和水分状况进行比较分析。结果表明:1)在干旱胁迫下,水稻叶片的光合速率、气孔导度、叶肉导度、总导度和叶绿体内CO2浓度等都显著降低;2)在干旱胁迫条件下,限制光合作用的非气孔限制值并没有显著提高,而气孔限制值则大幅提高;与正常水分条件相比,扬稻6号和汕优63在30%PEG干旱胁迫下气孔限制值分别提高了42%和81%;3)光合速率与气孔导度、叶肉导度、总导度及叶绿体内CO2浓度呈正相关;4)在重度干旱胁迫下(20%和30%),叶片水势和含水量都显著下降,并且叶片水势与气孔导度、叶肉导度和总导度呈正相关。因此,气孔关闭导致的叶绿体内CO2浓度降低是限制光合作用的最主要因素,同时叶片水势的降低增加了叶片内CO2传输的阻力。

低温胁迫下钼对冬小麦光合作用特性的影响

研究了低温胁迫下施钼对冬小麦钼高效品系97003和钼低效品系97014叶片光合参数的影响。结果表明，低温胁迫下施钼显著提高2个品系叶片的净光合速率（Pn）和气孔限制值（Ls），显著降低叶片气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）。随着低温处理时间的延长叶片Pn下降，施钼处理Ci降低、Ls升高，说明其Pn下降主要由气孔限制因素引起；不施钼处理低温胁迫前期（0～4d）Ci下降、Ls升高，而后期（4～6d）Ci升高、Ls下降，说明不施钼处理Pn下降在低温胁迫前期可能主要由气孔限制因素引起，而低温胁迫后期可能主要由非气孔因素引起。钼对冬小麦叶片光合参数的影响存在基因型差异，低温处理前后钼低效品系施钼处理叶片Pn上升幅度和Tr下降幅度均显著高于钼高效品系。

水分胁迫对梭梭叶片气体交换特征的影响

对梭梭叶片在自然水分胁迫下的气体交换特征进行了研究 .结果表明 ,梭梭在旱季与雨季时的光合作用日变化曲线均呈双峰型 ,具有光合午休现象 ,在旱季 ,植物气孔开度减小 ,从而减少了水分的散失 ,而严重的水分胁迫引起叶肉细胞光合活性的降低 .根据 Farquhar和 Sharkey提出的关于区分光合作用的气孔限制与非气孔限制的两个标准 ,在水分亏缺较严重的旱季 ,光合午休主要是由非气孔因素引起的 ;而在雨季 ,光合午休主要是由气孔因素导致的 .通过光合午休、梭梭叶片 1天中的气体交换主要发生在上、下午光合较高而蒸腾较低的那部分时间里 ,从而使水分利用效率比较高 ,这是梭梭对干旱生境的一种适应方式 .

节水灌溉水稻叶片胞间CO_2浓度及气孔与非气孔限制

为了揭示节水灌溉水稻叶片光合作用的气孔与非气孔限制特征,在研究节水控制灌溉水稻叶片胞间CO2浓度的动态变化规律基础上,进一步探讨了气孔限制与非气孔限制情况。结果表明:水稻叶片胞间CO2浓度呈现v型的日变化规律,在12:00-14:00达到最低值,非气孔限制指标Ci/C与气孔限制值Ls变化规律相反;节水灌溉条件下未出现重度水分亏缺,没有改变胞间CO2浓度与光合作用速率的关系;较低的土壤含水率情况下,控制灌溉水稻的叶片气孔限制值Ls出现增加,非气孔限制没有增加,光合速率没有出现明显降低;气孔限制值增大、光合速率增加的现象表明Ls夸大了叶片光合作用的气孔限制情况。与常规灌溉相比,节水灌溉水稻叶片胞间CO2浓度的变化及其与影响因子间的关系并未发生变化,节水灌溉水稻叶片光合作用的气孔限制有所增加,但光合速率未出现明显降低。

土壤水分对温室盆栽番茄叶片生理特性的影响及光合下降因子动态

以温室盆栽番茄(LycopersiconesculentumMill.)为试验材料,研究了土壤水分对叶水势(LWP)、细胞液浓度(CSC)、气孔导度(Gs)、气孔限制值(Ls)和叶片光合特性的影响,以及引起光合下降的因子动态。结果表明,随着土壤水分胁迫程度的增加,净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、LWP明显下降,Gs具有相同的趋势,而CSC显著升高。土壤水分胁迫和高水分处理的Pn与Tr日变化呈双峰曲线,但在适宜土壤水分下为单峰曲线。随着土壤含水量的增加,光合下降的非气孔限制出现的时间具有滞后现象。本文对非气孔限制出现的临界点动态作了进一步的探讨。

民勤绿洲荒漠过渡带植物白刺和梭梭光合特性

研究了民勤绿洲荒漠过渡带两种优势植物白刺(Nitraria tangutorum)和梭梭(Haloxylon ammodendron)气体交换特征参数和叶绿素荧光参数的日变化,结果表明:梭梭同化枝日均净光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、水分利用效率(WUE)和早晨PSII最大光化学效率(Fv/Fm)明显低于白刺叶片;同时它们在中午都呈现明显的光合'午休'现象.通过气孔限制值(Ls)、胞间二氧化碳浓度(Ci)和叶绿素荧光参数(Fv/Fm)变化趋势分析表明:梭梭同化枝净光合速率的下降在9:00～12:00 主要是由于气孔关闭引起的,而在12:00～15:00主要是非气孔因素光抑制的影响;而白刺叶片光合速率的下降主要是气孔关闭引起的.同时,梭梭在一天中其同化枝的温度(Tleaf)高于大气温度尤其在中午差值更大,而白刺叶片的温度却低于大气温度,因此说明梭梭同化枝在中午不仅遭受着干旱和强光的胁迫而且面临严酷的高温胁迫.总之,在绿洲荒漠过渡带生境中白刺比梭梭具有更好的适应性,这可能是民勤绿洲荒漠过渡带人工梭梭林衰退的重要原因之一.

土壤水分胁迫对杜仲叶片光合及水分利用特征的影响

通过实验研究了华北石质山区4种不同土壤水分条件下3a生杜仲苗木叶片光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔限制值(Ls)、水分利用效率(WUE)等参数的光响应过程。结果表明:(1)杜仲叶片在土壤水分轻度(W1)、中度(W2)和重度(W3)胁迫条件下的光饱和点分别比对照(CK)下降12.5%、44.8%、68.5%,晴天日光合速率最大值分别比对照(CK)下降21.5%、47%、69.7%;(2)叶片蒸腾速率(Tr)呈现随光合有效辐射(PAR)增加而上升的趋势。对比CK,Tr在W1、W2和W3条件下分别下降了17%、52%和93%;(3)Gs随着PAR的增加而逐渐上升。对比CK,Gs在W1、W2和W3条件下分别下降了22.6%、67.9%、88.7%。从无水分胁迫一直到中度水分胁迫条件下,气孔限制是影响光合作用的主要原因,而土壤水分严重胁迫条件下,当PAR小于1000μmol.m-2.s-1时,气孔限制是影响光合作用的主要原因,尔后转变为非气孔限制;(4)叶片水分利用效率(WUE)对光强的适应范围比较广,W3条件下,WUE值最高。CK、W1、W2条件下,WUE相差不大,对比W3,分别下降68.6%、69.5%、67.3%。

盐胁迫对枸杞光合作用的气孔与非气孔限制

Na Cl胁迫后 ,枸杞叶片的 Pn、gs、Tr随盐浓度的增加呈现下降趋势。在 0 .0 8%～ 0 .6 %的 Na Cl胁迫范围内 ,枸杞叶片的 Ci降低 ,Ls升高 ,gs下降主要受气孔限制 ,这可能由于盐刺激根系产生的某些物理或化学信号运输到地上部所致 ;而在盐分浓度大于 0 .6 %的胁迫条件下 ,枸杞叶片的 Ci则升高 ,Ls降低 ,gs下降的原因是由于 Na+、Cl-的大量积累对光合酶产生直接的毒害作用 ,从而使非气孔限制因素成为主要限制因子。

砧木对盐处理下‘丰水’梨幼树光合特性的影响

用CIRAS 1便携式光合作用测定系统研究不同盐浓度处理下 ,分别以‘豆梨’、‘杜梨’作砧木的‘丰水’梨幼树叶片光合作用。结果表明 :(1)不同砧木对盐处理下的丰水梨叶片光合作用反应有显著影响 ;(2 )在相同条件下杜梨上的丰水较豆梨上的丰水有更高的净光合率 (Pn)、气孔导度 (Gs)、蒸腾速率 (Tr)和羧化效率 (CE) ,而在高浓度盐处理下 ,前者较后者有较低的细胞间隙CO2 浓度 (Ci)。 (3)低盐胁迫对梨叶片光合作用的抑制 ,初期主要表现为气孔性限制 ,而在高盐处理和低盐处理后期主要表现为非气孔性限制 ;(4)不同砧木对梨叶片光合作用的影响在高盐处理后期差异不明显。

干旱胁迫对大豆气孔特征和光合参数的影响

利用盆栽法对大豆进行了不同梯度的水分处理,以研究不同水分胁迫条件对大豆气孔特征和光合特征的影响。试验结果表明:随着水分胁迫强度的增加,大豆叶片的气孔长度、宽度、周长、面积均呈减小趋势,气孔密度呈增加趋势。轻度水分胁迫条件下,大豆叶片的净光合速率(Pn)日均值较高,而在充分灌水条件下,大豆叶片的最大光量子效率值(Fv/Fm)较高,不同水分胁迫处理之间叶绿素含量没有显著差异。不同水分胁迫下大豆的净光合速率与气孔导度间均存在极显著相关关系,而气孔导度与单一气孔特征之间无显著相关关系,表明气孔传导力是大豆光合能力的主要限制因素之一,但同时也存在非气孔限制因素。实验中大豆生长的最适宜土壤相对含水量是60%～65%,此时的光合速率下降是由气孔限制引起。当土壤相对含水量低于60%时,光合作用的非气孔限制因素开始出现。当土壤相对含水量在35%～40%时,非气孔限制逐渐成为大豆叶片光合能力下降主导因子,并可能导致光合器官受到损伤。