水胁迫下典型盐生植被梭梭光谱特征分析

荒漠地区由于气候干燥，降水稀少，水分常成为制约植被生长的因素之一，水分胁迫对植物长势和产量的影响比任何其他胁迫都要大。随着高光谱技术的发展，国内外已有众多学者利用高光谱数据研究植被遭受胁迫作用，然而这些研究对象多集中于甜菜、棉花、玉米、水稻等作物，针对干旱区盐生植被遭受胁迫作用的研究较少。梭梭作为荒漠、半荒漠地区的典型盐生植被之一，具有极高的经济和生态效益。选择梭梭作为研究对象，培育一年生梭梭，并设置三个水分梯度，形成受不同水分量胁迫的梭梭。使用原始光谱、红边位置参数，结合植被指数及二维相关光谱研究其叶片光谱特征，为干旱区利用高光谱遥感监测盐生植被提供借鉴。结果表明：(1)分析梭梭叶片反射光谱曲线发现，在可见光至中红外各波段范围内，受不同水分量胁迫作用的梭梭叶片光谱反射率有显著差异。在可见光(350～610 nm)波段，各水分处理的梭梭叶片反射率依次为100 mL>500 mL>200 mL，这是由于100和200 mL水分促进梭梭内部叶绿素合成，使该波段反射率降低，而过多的水分(500 mL)对梭梭内部的叶绿素合成没有更大的促进作用。在红光区(611～738 nm)，随着水分量的增多，受不同水分量胁迫的梭梭叶片光谱反射率依次减小。在738～1 181和1 228～1 296 nm波段，受不同水分量胁迫作用的梭梭叶片光谱反射率为：200 mL>100 mL>500 mL；在1 182～1 227 nm波段，受不同水分量胁迫作用的梭梭叶片光谱反射率为：100 mL>200 mL>500 mL。这是由于植被细胞结构对近红外区域的反射率影响较大，因而受不同水分胁迫作用的梭梭叶片光谱反射率有显著差异。在1 300～1 365和1 392～1 800 nm波段，受各水分胁迫作用的梭梭叶片反射率为：100 mL>200 mL>500 mL。这表明在500 mL水分胁迫量范围内，水分越多，叶子的细胞液、细胞膜对水分的吸收能力越强，使得反射率下降。通过对原始光谱求取一阶导数并提取红边位置参数发现，各水分处理下的梭梭叶片一阶微分光谱曲线中红边位置未发生移动。这是由于梭梭在长期的干旱环境影响下，形成了特殊的适应机制，水分对其红边位置影响不敏感。(2)选取若干植被指数分析各水分处理下的梭梭光谱指数变化。当水分胁迫量由100 mL增至200 mL时，WI/NDWI，MSI和NDII指数值变化显著，可用于研究水分胁迫下梭梭的光谱特征。(3)使用二维相关光谱技术分析受各水分胁迫作用的梭梭光谱特征，得出在100 mL水分胁迫下，在536，643，1 219和1 653 nm波段处，吸收峰对水分的微扰敏感；在200 mL水分胁迫下，在846和1 083 nm波段处，吸收峰对水分的微扰敏感；在500 mL水分胁迫下，在835和1 067 nm波段处，吸收峰对水分的微扰敏感。总之，在近红外波段，与100 mL水分量相比，梭梭受200和500 mL水分量胁迫时，吸收峰对水分的微扰敏感度上升。由100 mL水分胁迫下梭梭的二维同步相关谱图可知，1 044和1 665 nm，1 072和903 nm，903和1 264 nm，1 230和1 061 nm波段处形成正交叉峰，表明这些波段处光谱强度随水分的干扰同时变化。     

在镉盐胁迫下扇贝鳃组织应激蛋白的研究

采用透射电子显微镜观察了虾夷盘扇贝(Patinopecten yessoensis)鳃组织细胞的超微结构, 发现镉盐能胁迫鳃组织中的腮丝、细胞核和线粒体产生病变. 利用双向凝胶电泳(2D-PAGE)优化分离扇贝鳃组织的全蛋白, 获得约800个蛋白质斑点, 并筛选出37个由于镉盐胁迫而产生的差异蛋白质斑点. 选用基质辅助激光解吸离子化-飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)技术和数据库检索鉴定差异蛋白, 结果发现7个与镉毒性密切相关的蛋白质, 即热休克蛋白70和β-淀粉酶等上调蛋白质及原肌球蛋白、肌动蛋白和钙活化核苷酸酶1等下调蛋白质. 此外, 还发现转录调节子Crp/Fnr家族为低表达蛋白质, 而ABC转运子为高表达蛋白质. 在这些差异蛋白中, 部分蛋白质适合作为连续监测流动海水中镉污染程度及评价其危害性的蛋白指示物.     

高压处理后水稻抗氧化酶活性及对逆境胁迫的响应

 对经高静水压处理的水稻粤香占（Oryza sativa L. cv. Yuexiangzhan）种子播种后的植株进行了抗氧化酶活性的测定和对逆境胁迫响应的研究。结果表明,高压处理抑制了水稻生长早期（12 d）色素和蛋白质含量的增加,并使早期抗氧化酶活性表现较对照低。随着播种天数增加,经高压处理的材料中的色素、蛋白质含量不同程度地增加,抗氧化酶活性发生改变,至播种后32 d时,高压处理的叶绿素含量和可溶性蛋白含量都高于对照粤香占。在自然低温条件下,经高压（干压、湿压）处理的植株其Rubisco大、小亚基含量和光合色素含量较高,抗光抑制能力增强,具一定的耐低温性。     

水涝胁迫对烟草理化特性和几种次生代谢产物的影响

为明确水涝胁迫对烟草的影响,本文以K326烤烟为实验材料,对其进行不同天数水涝胁迫,然后采用分光光度法测定了烟叶中的可溶性糖、抗氧化酶活性等生理生化指标,以及总酚、总黄酮和总生物碱含量,高效液相色谱法进一步检测了6种酚类化合物。结果表明:随着水涝时间的延长,烟叶中的脯氨酸(0.006～0.043mg·g-1)和可溶性糖(14.19～36.36mg·g-1)含量上升,总叶绿素(1.33～0.66mg·g-1)、叶绿素a(0.97～0.47mg·g-1)、叶绿素b(0.37～0.17mg·g-1)、可溶性蛋白(0.003 7～0.001 5mg·g-1)含量以及超氧化物歧化酶（SOD）(179.82～138.04U·g-1)活性下降,丙二醛（MDA）含量先上升后下降,(10.23～19.70～13.45nmol·g-1),于第5天达到最大值19.70nmol·g-1。过氧化物酶（POD）(18.15～30.12～13.33U·g-1)、过氧化氢酶（CAT）活性(0.65～1.07～0.17U·g-1)均先上升后下降;总酚(1.97～3.76mg·g-1)、总生物碱(0.32～1.87mg·g-1)含量上升,总黄酮含量无显著变化。在胁迫过程中没食子酸含量从0.048mg·g-1下降到0.014mg·g-1,芦丁、绿原酸、咖啡酸含量分别从0.008 4,0.34,0.01mg·g-1增加到0.043,3.087,0.085mg·g-1。表儿茶素和原儿茶酸含量变化不显著。研究结果为水涝对烟草的伤害机制及烟草抵抗水涝胁迫的应答机制提供理论依据。     

干旱胁迫对长雄野生稻根际微生物群落结构的影响

干旱胁迫是影响水稻生产的主要障碍。本研究以6种长雄野生稻(Oryza longistaminata)为材料,采用盆栽控水模拟干旱胁迫,通过16SrDNA高通量测序技术,研究干旱胁迫对长雄野生稻根际微生物群落结构的影响。结果表明:细菌的优势门是变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和酸杆菌门(Acidobacteria),相对丰度分别为24.3%～36.49%、11.94%～20.39%和8.9%～17.83%。古菌的优势门是泉古菌门(Crenarchaeota)和广古菌门(Euryarchaeota),相对丰度分别为0.50%～1.05%,0.17%～0.64%。与空白土壤比较,干旱胁迫后的根际土壤微生物菌群多样性未发生明显变化,但群落组成结构发生显著改变(P<0.05)。在干旱胁迫处理下,酸杆菌门(Acidobacteria)、α-变形菌(Alphaproteobacteria)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、放线杆菌门(Actinobacteria)、TM7和泉古菌门(Crenarchaeota)的相对丰度显著升高,而δ-变形菌(Deltaproteobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、OD1、绿菌门(Chlorobi)、螺旋菌门(Spirochaetes)、OP11和NC10的相对丰度显著降低。这些结果表明,长雄野生稻根际微生物能对干旱环境进行响应,发生群落结构改变达到新的平衡,保持同样高的群落结构多样性,来应对干旱环境的变化。     

不同病害胁迫下大豆的光谱特征及识别研究

在英国诺丁汉大学Sutton Bonington校区(52.8°N, 1.2°W)实测感染锈病与普通花叶病大豆的单叶光谱数据,利用连续统去除法对原始光谱数据进行处理,筛选对病害及锈病严重度敏感的波段,构建植被指数对感染锈病与普通花叶病及不同严重度锈病的大豆进行识别研究。研究发现普通花叶病胁迫下的大豆光谱反射率在可见光区域均大于健康大豆的,而锈病胁迫的大豆光谱反射率在绿光区随病情严重度增加而减小,在红光区随病情严重增强而增大。根据大豆光谱变化特征设计了一个植被指数R₅₀₀×R₅₅₀/R₆₈₀对大豆病害进行识别,通过计算不同病害及不同严重度之间的J-M距离对指数识别病害能力进行检验,结果表明指数R₅₀₀×R₅₅₀/R₆₈₀能够较好的识别出大豆锈病与普通花叶病,且该指数在识别大豆锈病严重度方面也有较强的能力。研究结果对农作物病害遥感监测与防治具有重要的理论价值与实际应用意义。     

水稻适应淹水胁迫的分子机理及品种改良

淹水胁迫是继干旱和杂草之后限制水稻产量的第3个重要因素;挖掘水稻适应淹水环境的基因资源,培育适应淹水环境的高产品种,是实现水稻高产稳产的重要措施.本文综述了深水稻和低地雨育稻适应淹水环境的两种策略——避淹和耐淹策略,深水稻和低地雨育稻适应淹水环境的分子机理,以及结合分子标记辅助选择技术利用SK和SUB1A基因培育适应淹水环境的高产水稻品种的前景;提出了转基因技术用于水稻耐逆境品种改良的策略.     

叶绿素荧光及其在水分胁迫监测中的研究进展

水分胁迫是一种常见的植被胁迫状态,能够减小细胞水势,引起气孔关闭,破坏光合进程。叶绿素荧光是植物光合作用的探针,可以很好的反应植物生理特征,能够快速、灵敏、无损伤和深层次监测水分胁迫状态。由于叶绿素荧光的影响因素较多,使得水分胁迫与叶绿素荧光的关系比较复杂。从光合作用角度阐述了叶绿素荧光的产生原理,分析了叶绿素、叶片结构、冠层结构和环境因子等对叶绿素荧光的影响,总结了叶绿素荧光在水分胁迫监测中的应用;针对叶绿素荧光复杂的生理基础、影响因素及其在水分胁迫监测中的研究进展,提出了一些科学问题和未来的研究方向,为叶绿素荧光的进一步深入研究提供参考,为叶绿素荧光遥感的进一步应用提供理论支持,为陆地生态系统的准确评估提供借鉴。     

近红外光谱的北方寒地土壤含水率预测模型研究

我国北方寒地温差大,土壤温差对近红外光谱测量土壤墒情有较大影响。针对这一问题,以北方寒地土壤为研究对象,探究大范围温度胁迫下（-20～40 ℃）土壤的近红外光谱与土壤不同含水率之间的关系预测模型方法。选取黑龙江八一农垦大学农学院试验基地中的黑土,经烘干、过筛等操作处理后配置含水率范围在15%～50%内八种不同湿度的土壤样品,建立北方寒地土壤大范围温度胁迫下土壤的近红外光谱信息与含水率之间的定量预测模型。在全波段光谱数据的基础上,结合五种不同光谱信号预处理方法,采用BP神经网络算法、优化支持向量机算法（SVM）、高斯过程算法（GP）三种智能算法建立北方寒地土壤近红外光谱与含水率的预测模型并验证模型的效果。利用69组数据进行训练建模, BP神经网络相关参数设置为学习速率0.05,最大训练次数设置为5 000,隐层单元数确定为20;SVM采用径向基函数,并利用leave-one-out cross validation确定了最佳惩罚参数为0.87,使模型预测的准确性提高;高斯过程算法内部采用马顿核。模型的定量评估采用决定系数(R2)和均方根误差（RMSE）。结果表明,在建立的全部BP神经网络模型中,效果最佳的为S_G-BP神经网络模型,模型的R2为0.960 9,RMSE为2.379 7;在SVM模型中SNV-SVM模型的效果最好,模型的R2为0.991 1,RMSE为1.081 5;在GP模型中S_G-GP模型的效果最好,模型的R2为0.928,RMSE为3.258 1,综上基于SNV预处理的SVM模型训练效果最优。利用剩余的35组光谱数据作为预测集验证模型性能,经模型对比分析发现基于SVM算法的预测模型效果优于其他两种算法,其中基于S_G的SVM模型效果最优,其预测模型的R2和差RMSE分别为0.992 1和0.736 9。综合建模集与预测集的参数最终确定基于S_G的SVM模型为最佳模型。此模型可以作为大范围温度胁迫条件下（寒地）的土壤含水率有效预测方法,为设计优化适宜寒地便携式近红外土壤含水率快速测量仪提供科学依据。     

葛仙米对丁草胺胁迫的响应

研究了丁草胺对可食用蓝藻葛仙米(Nostoc sphaeroides)生理和代谢活性的影响．用不同浓度的丁草胺处理葛仙米,结果显示低浓度(5 mg·L-1)丁草胺使其光合作用、呼吸作用和光合系统Ⅱ活性增强,高浓度丁草胺(>5 mg·L-1)限制其光合作用、呼吸作用和光合系统Ⅱ活性．同时丁草胺对葛仙米膜结构和功能具有破坏作用,随着丁草胺处理浓度增大,质膜透性不断增大,丙二醛和超氧自由基阴离子含量升高；在低浓度丁草胺处理时,类胡萝卜素含量增加,超氧化物歧化酶(SOD)活性增强,高浓度丁草胺处理时,类胡萝卜素含量降低,SOD活性下降；表明葛仙米对低浓度的丁草胺胁迫具有一定的耐受能力,但高浓度的丁草胺对其生理和代谢构成威胁；针对目前葛仙米野生生境中丁草胺的用量,建议限制丁草胺在葛仙米产地的使用,以保护日益稀缺的葛仙米资源．