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气候变化背景下大豆幼苗对土壤干旱和高温的生理生态响应

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近年来，随着气候变暖，极端灾害天气频繁发生，尤其是旱涝和高温灾害的发生，严重威胁着社会、经济和环境的可持续发展。而旱灾是世界上影响最广、造成农业经济损失最大的自然灾害之一。干旱具有发生过程缓慢、影响范围大、造成的非工程性损失难以量化等特点，使得人类对于它的认识与预测上困难重重。因此，如何及时有效地预测干旱的发生发展以及对干旱造成的影响进行有效合理的评估，成为目前国内外研究的热点之一。而另一方面，气温的升高，会增大地表水蒸发量，土壤有效水分减少，从而进一步加剧干旱发生的程度，导致农作物的水分胁迫更加严重，农业生态环境更加脆弱，因此对干旱胁迫下典型农作物的生理响应的研究是干旱风险评价的重要基础。黄淮海地区是我国水资源最紧缺和气候变化影响最敏感的地区之一，而大豆是该地区主要的农作物之一，也是豆类作物中对水分最敏感的一种。所以，为了全面而深入的了解大豆对水分胁迫以及高温的适应机制，本文以豫豆19为实验材料，在人工气候箱中通过盆栽控水实验，设定了对照、轻度干旱、中度干旱和重度干旱四个不同水分胁迫程度，对大豆在水分胁迫下的光合特性、抗氧化系统、渗透调节等生理特性及不同阶段复水条件下幼苗自身的可能修复能力进行研究，以及通过人工气候箱进行两种不同程度下的高温胁迫，对其光合生理特性进行研究，为干旱及高温造成的风险评价及社会经济影响提供理论依据。研究得出的主要结果如下：　　 1.可溶性糖和脯氨酸的含量随着干旱胁迫程度的加剧都呈现增加的趋势。但随着胁迫时间的延长，可溶性糖含量呈现下降趋势而脯氨酸仍持续增加。可溶性糖含量在干旱一复水后均能降低到对照水平，脯氨酸在胁迫后期重度干旱复水后未能降到对照水平。说明大豆在干旱复水后具有一定的补偿生长效应，该补偿效应与胁迫时间和胁迫强度有密切的关系。高温胁迫下大豆幼苗叶片中脯氨酸和可溶性糖含量均高于对照，且随胁迫程度的增强而逐渐增加。　　 2.随着干旱胁迫程度的加重，3个水分处理组的SOD活性均逐渐增强。随着胁迫时间的延长，SOD活性开始下降，丙二醛(MDA)含量呈升-降-升的变化趋势。干旱-复水后SOD含量均有所下降，其中胁迫中期和末期的重度干旱复水后SOD含量未能下降到对照水平，MDA含量也未能下降到对照水平。高温胁迫下，SOD和POD活性先升后降，MDA含量则持续增加。　　 3.随着干旱胁迫时间延长，轻度胁迫下叶绿素含量先升高后降低，中度和重度胁迫下叶绿素含量一直大幅下降，干旱-复水后叶绿素含量都呈现上升趋势，且均能达到对照水平。在35℃和40℃高温胁迫下叶绿素a、b和叶绿素总含量及叶绿素a/b比值基本都呈现先升高后降低的变化趋势。　　 4.干旱胁迫下，大豆的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)显著降低(P<0.05)；水分利用效率(WUE)在轻度水分胁迫条件下有所提高，在中度胁迫下又有一定的下降，在重度胁迫下则明显降低；胞间CO2含量(Ci)在轻度和中度干旱胁迫下降低而在重度干旱胁迫下又明显升高。说明在轻度和中度干旱胁迫下，光合速率的下降是由气孔因素造成的；在重度干旱胁迫下光合速率的下降是由非气孔因素造成的。复水后，光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率等生理指标都有不同程度的恢复。其中在中度水分胁迫条件前，大豆幼苗各指标的恢复程度较大，出现补偿效应。而在重度水分胁迫条件下，大豆幼苗的生理功能受损，上述各指标的恢复程度均较小，说明只有适度的水分胁迫处理才能激发大豆幼苗的补偿效应。高温胁迫均降低了大豆叶片的净光合速率(Pn)，而且胁迫时间越长Pn下降幅度越大。气孔导度也随着胁迫强度增加和胁迫时间延长均呈下降趋势，蒸腾速率出现下降升高然后又降低的趋势，水分利用效率均呈现先下降后又有一定程度的升高。高温胁迫初期大豆幼苗的光合抑制主要是由气孔因素造成的，后期光合速率的降低主要由非气孔因素造成的。

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