检索
E-mail
RSS
高级检索 图表检索

当期目录 我要投稿 过刊浏览
高级检索 图表检索

作物杂志,2024, 第5期: 181–187 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2024.05.026

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

CO2浓度升高对不同薏苡品种生长及生理特性的影响

雷云(), 熊露露, 王健健()   

  1. 贵州大学生命科学学院/农业生物工程研究院/山地植物资源保护与种质创新教育部重点实验室，550025，贵州贵阳
  • 收稿日期:2023-08-23 修回日期:2023-12-04 出版日期:2024-10-15 发布日期:2024-10-16
  • 通讯作者: 王健健，主要从事植物生理生态研究，E-mail：wangjj33209@163.com
  • 作者简介:雷云，主要从事植物生理生态研究，E-mail：504149938@qq.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金“喀斯特地区典型药用植物对气候变化的响应及其气候调控机制研究”(31760155);贵州省生物学一流学科建设项目“大气CO2浓度升高对几种药用植物生长及品质的影响”(GNYL[2017]009)

Effects of Elevated CO2 Concentration on Growth and Physiological Characteristics of Different Coix Cultivars

Lei Yun(), Xiong Lulu, Wang Jianjian()   

  1. College of Life Sciences / Institute of Agro-Bioengineering, Guizhou University / Key Laboratory of Plant Resource Conservation and Germplasm Innovation in Mountainous Region, Ministry of Education, Guiyang 550025, Guizhou, China
  • Received:2023-08-23 Revised:2023-12-04 Online:2024-10-15 Published:2024-10-16

RichHTML

2

PDF (PC)

11

摘要：

以兴仁白壳和安国黑壳薏苡为材料，设置CO2浓度[自然CO2浓度（400±20 μmol/mol）和高CO2浓度（800±20 μmol/mol）]，测定相关指标，分析CO2浓度变化对薏苡生长及生理特性的影响。结果显示，CO2浓度升高显著促进薏苡形态生长及生物量积累，兴仁白壳和安国黑壳的总生物量增幅分别为30.00%和20.85%。CO2浓度升高，2个品种的薏苡素含量均显著下降，兴仁白壳降幅更大；CO2浓度升高，兴仁白壳的过氧化氢酶（CAT）活性显著升高，增幅达133.89%，过氧化物酶（POD）活性及丙二醛（MDA）含量显著降低，安国黑壳的CAT、POD活性显著降低，降幅分别为69.25%、56.37%；CO2浓度升高，兴仁白壳的玉米素（ZA）、赤霉素（GA3）含量显著升高，生长素（IAA）、脱落酸（ABA）含量显著降低，降幅分别为38.04%、27.91%，安国黑壳的ZA、IAA、ABA含量均降低，IAA含量变化显著，降幅达64.91%，GA3含量显著增加，增幅达66.39%。综上，CO2浓度升高促进薏苡生长，对薏苡生理特性的影响存在品种间差异，安国黑壳薏苡对CO2浓度变化更敏感。

关键词: CO2浓度, 薏苡, 生长, 生理特性

Abstract:

Utilizing Xingren white husk and Anguo black husk Coix as test materials, the study examined the effects of changing CO2 concentration on the growth and physiological characteristics of Coix. Relevant indicators were identified and two CO2 concentrations were set: natural (400±20 μmol/mol) and high (800±20 μmol/mol). The results showed that the increase of CO2 concentration significantly promoted the morphological growth and biomass accumulation of Coix, and the total biomass of Xingren white husk and Anguo black husk increased by 30.00% and 20.85%, respectively. The CO2 concentration increased, and the coixin content of two cultivars decreased significantly, and the decrease in Xingren white husk was even greater. With the increase of CO2 concentration, the catalase (CAT) activity of Xingren white husk increased significantly by 133.89%, the activity of superoxide dismutase (POD) and malondialdehyde (MDA) content decreased significantly, and the activities of CAT and POD of Anguo black husk decreased significantly, with a decrease of 69.25% and 56.37%, respectively. With the increase of CO2 concentration, the zeatin (ZA) and gibberellin (GA3) contents of Xingren white husk increased significantly, the content of auxin (IAA) and abscisic acid (ABA) decreased significantly, the decrease rate were 38.04% and 27.91%, respectively, the contents of ZA, IAA and ABA in Anguo black husk decreased significantly, the IAA content changed significantly by 64.91%, and the GA3 content increased significantly by 66.39%. In conclusion, a rise in CO2 concentration could encourage the growth of Coix, and the impact of Coix's physiological traits varied throughout varieties, and the Anguo black husk Coix was more susceptible to CO2 levels.

Key words: CO2 concentration, Coix lacryma-jobi L., Growth, Physiological characteristic

表1

CO2浓度升高对不同薏苡品种形态指标的影响

指标Index 兴仁白壳Xingren white husk 安国黑壳Anguo black husk
aC eC aC eC
根长Root length (cm) 32.50±2.77ab 30.35±5.37b 41.43±8.91a 35.65±6.22ab
根粗Root width (mm) 3.90±0.10a 4.14±0.08a 3.00±0.31c 3.40±0.15b
株高Plant height (cm) 57.58±3.89b 84.68±5.39a 50.10±3.84c 63.47±4.35b
茎粗Stem diameter (mm) 0.98±0.08ab 1.02±0.04a 0.88±0.12b 0.97±0.08ab
叶长Leaf length (cm) 40.52±4.33b 46.93±2.86a 33.28±1.79c 37.77±3.02b
叶宽Leaf width (cm) 2.75±0.10b 3.00±0.06a 2.42±0.12c 3.00±0.13a
叶面积Leaf area (cm2) 80.12±1.50c 108.75±0.52a 61.45±2.20d 83.72±1.98b
叶片数Number of blades 10.33±1.75b 11.83±1.33b 17.17±1.72a 17.17±1.17a

表2

CO2浓度升高对不同薏苡品种生物量积累与分配的影响

指标
Index		 兴仁白壳Xingren white husk 安国黑壳Anguo black husk
aC eC aC eC
根生物量Root biomass (g) 1.86±0.11c 2.53±0.22a 2.04±0.29bc 2.43±0.20ab
茎生物量Stem biomass (g) 1.22±0.05c 1.74±0.01a 1.13±0.02d 1.59±0.04b
叶生物量Leaf biomass (g) 1.11±0.01b 1.19±0.04a 1.05±0.04c 1.08±0.00bc
总生物量Total biomass (g) 4.20±0.07c 5.46±0.23a 4.22±0.23c 5.10±0.19b
根生物量比Root biomass ratio 0.44±0.02a 0.46±0.02a 0.48±0.04a 0.48±0.02a
茎生物量比Stem biomass ratio 0.29±0.02ab 0.32±0.01a 0.27±0.02b 0.31±0.02a
叶生物量比Leaf biomass ratio 0.27±0.01a 0.22±0.01b 0.25±0.02a 0.21±0.01b
根冠比Root-shoot ratio 0.80±0.07a 0.86±0.07a 0.94±0.16a 0.91±0.08a

表3

CO2浓度升高对不同薏苡品种叶绿素及从次生代谢物含量的影响

指标
Index		 兴仁白壳Xingren white husk 安国黑壳Anguo black husk
aC eC aC eC
SPAD 23.85±3.02b 22.20±0.71b 27.13±1.94a 27.95±1.50a
薏苡素Coix content (mg/100g) 44.60±0.16a 31.10±0.06c 34.31±0.68b 28.54±0.64d
总酚Total phenolic content (mg/100g) 2.56±0.14a 2.40±0.13a 2.44±0.04a 2.39±0.21a
类黄酮Flavonoid content (mg/100g) 60.99±6.23a 56.11±5.34a 59.59±2.07a 60.77±2.01a

图1

CO2浓度升高对不同薏苡品种抗氧化酶活性及MDA含量的影响 不同小写字母表示差异达到5%显著水平，下同。

图2

CO2浓度升高对不同薏苡品种内源激素含量的影响

[1] 张凯, 王润元, 王鹤龄, 等. CO2浓度升高对半干旱区春小麦生长发育及产量影响的试验研究. 干旱气象, 2017, 35(2):306-312.
doi: 10.11755/j.issn.1006-7639(2017)-02-0306
[2] 王娇, 李萍, 宗毓铮, 等. 大气CO2浓度和气温升高对玉米灌浆期碳氮代谢的影响. 中国生态农业学报, 2023, 31(2):325-335.
[3] 熊露露. CO2浓度和温度升高对薏苡生理生态特性的影响.贵阳: 贵州大学, 2022.
[4] Madhu M, Hatfield J L. Dynamics of plant root growth under increased atmospheric carbon dioxide. Agronomy Journal, 2013,105:657-669.
[5] 黄兴敏, 邓小红, 彭海兰, 等. CO2浓度和温度升高对吉祥草生理生态特性的影响. 北方园艺, 2022(14):101-108.
[6] 田露. 水稻幼苗对高浓度CO2和水分胁迫的生理响应研究. 沈阳: 沈阳师范大学, 2016.
[7] 洪凯, 李茂, 许珊珊, 等. CO2浓度升高对杉木幼苗生长及其光合特性和养分含量的影响. 西北植物学报, 2020, 40(6):1011-1021.
[8] 潘鸿, 曹吉鑫, 陈展, 等. CO2浓度升高对木荷幼苗光合特征的影响. 生态学杂志, 2022, 41(5):865-872.
[9] 李秀华, 苏文华, 周鸿, 等. 大气二氧化碳倍增对短葶飞蓬生长和有效成分积累的影响. 应用生态学报, 2009, 20(8):1852-1856.
[10] 徐辉. 茶树对大气CO2浓度与温度升高的响应机制研究. 南京: 南京农业大学, 2016.
[11] 夏晔, 胡正华, 刘超, 等. 不同大气CO2浓度升高与施氮互作对冬小麦光合与生长的影响. 农业现代化研究, 2019, 40(2):333-341.
[12] 姜倩倩, 刘超, 胡正华, 等. 不同CO2浓度升高和氮肥水平对水稻叶绿素荧光特性的影响. 生态学报, 2021, 41(12):4953-4962.
[13] 李常鑫, 闫琪, 倪莉莉, 等. 大气CO2浓度升高对玉米非结构性碳水化合物和籽粒品质的影响. 应用生态学报, 2023, 34 (1):123-130.
doi: 10.13287/j.1001-9332.202301.010
[14] 赵振然. 薏苡仁提取液与替莫唑胺联合应用对神经胶质瘤的协同治疗作用. 青岛: 青岛大学, 2022.
[15] 周红灿, 尹伟丹, 揭红东, 等. 薏苡种质资源性状评价及遗传多样性研究. 热带作物学报, 2022, 43(7):1365-1374.
doi: 10.3969/j.issn.1000-2561.2022.07.007
[16] 姬拉拉. 薏苡(Coix lacryma-jobi)对CO2浓度升高与氮肥施加的生理响应研究. 贵阳: 贵州大学, 2021.
[17] 程丽萍. 柑橘药用资源枳雀功能成分及药用价值挖掘与机制研究. 武汉: 华中农业大学 2020.
[18] 王兴瑞, 陈昀昀, 韩玉泽, 等. 青海亚麻籽总酚含量测定及其抗氧化活性研究. 中国油脂, 2020, 45(8):121-124,137.
[19] 杨阳, 杜疏炀, 孙艺琦, 等. 不同产地薏苡中有效成分甘油三油酸酯和薏苡素的测定. 中草药, 2017, 48(3):578-581.
[20] 李合生, 孙群, 赵世杰. 植物生理生化试验原理和技术. 北京: 高等教育出版社, 2000.
[21] 陈千思, 卢紫舒, 沈少君, 等. HPLC-MS/MS法测定烟叶中7种植物内源激素. 烟草科技, 2018, 51(11):51-57.
[22] 刘紫娟, 杨宗鹏, 李萍, 等. 大气CO2浓度升高对八宝景天生长及光合生理的影响. 应用生态学报, 2017, 28(6):1969-1976.
[23] 圣倩倩, 高顺, 顾舒文, 等. CO2浓度升高对植物生理生化影响的研究进展. 西部林业科学, 2021, 50(3):171-176.
[24] 袁蕊, 聂磊云, 郝兴宇, 等. 大气CO2浓度升高对辣椒光合作用及相关生理特性的影响. 生态学杂志, 2017, 36(12):3510-3516.
[25] 高宇, 崔世茂, 宋阳, 等. CO2加富对温室辣椒幼苗生长及光合特性的影响. 作物杂志, 2017(5):80-84.
[26] 刘士玲, 陈琳, 庞圣江, 等. 施N、P肥对西南桦无性系幼苗生长及叶片N、P含量的影响. 华南农业大学学报, 2020, 41 (2):111-116.
[27] 任朝辉, 田浩, 廖卫琴, 等. 磷肥不同施用量对辣椒生长农艺性状及产量的影响. 辣椒杂志, 2021, 19(1):10-13.
[28] Ainsworth E A, Rogers A, Vodkin L O, et al. The effects of elevated CO2 concentration on soybean gene expression. An analysis of growing and mature leaves. Plant Physiology, 2006, 142(1):135-147.
[29] 杨昊天, 李新荣, 王增如, 等. 腾格里沙漠东南缘4种灌木的生物量预测模型. 中国沙漠, 2013, 33(6):1699-1704.
doi: 10.7522/j.issn.1000-694X.2013.00254
[30] 肖列. CO2浓度升高、干旱胁迫和施氮对白羊草生长和根际微生物的影响. 杨凌: 西北农林科技大学 2015.
[31] 黄兴敏, 邓小红, 彭海兰, 等. CO2浓度升高和氮沉降对吉祥草生长及品质的影响. 北方园艺, 2023(6):104-111.
[32] 刘月炎, 邓小红, 王锐洁, 等. CO2浓度升高和干旱对虎耳草生长及有效成分的影响. 北方园艺, 2023(2):96-103.
[33] 郭丽丽, 房蕊, 李彦生, 等. 长期大气CO2浓度和温度升高对玉米生物量及根际磷组分的影响. 土壤与作物, 2022, 11(3):248-260.
[34] 肖昱承, 杜彦磊, 周永贤, 等. 微塑料添加对小麦苗期生长及干物质分配的影响. 中国沙漠, 2023, 43(1):142-149.
doi: 10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00081
[35] 郭芳芸, 哈蓉, 马亚平, 等. CO2浓度升高对宁夏枸杞苗木光合特性及生物量分配影响. 西北植物学报, 2019, 39(2):302-309.
[36] 高苗琴. CO2浓度和温度升高、氮添加对杂交杨光合特性及生物量分配的影响. 晋中: 山西农业大学 2020.
[37] 刘晟彤. 模拟CO2浓度升高及降水变化对红砂幼苗生物量分配及植株—土壤碳氮特征的影响. 兰州: 甘肃农业大学, 2018.
[38] 张凤哲, 谢立勇, 赵洪亮, 等. 大气CO2浓度升高条件下施加生物炭对水稻生物量分配及产量的影响. 植物营养与肥料学报, 2021, 27(6):929-937.
[39] 金殿玉, 谢立勇, 赵洪亮, 等. 大气CO2浓度升高条件下稻稗共生系统中稗草对水稻光合生理的影响. 中国农业气象, 2022, 43(3):204-214.
[40] 王璐, 张小琴, 李萍, 等. 温度和CO2浓度升高对甜椒光合生理和虫害发生的影响. 生态学杂志, 2020, 39(12):4022-4030.
[41] 赵天宏, 孙加伟, 付宇, 等. CO2和O3浓度升高对春小麦活性氧代谢及抗氧化酶活性的影响. 中国农业科学, 2009, 42(1):64-71.
[42] 翟晓朦, 臧春鑫, 王敏, 等. CO2浓度升高对不同秋眠型苜蓿内源激素含量的影响. 草业科学, 2016, 33(3):442-449.
[43] 黄桃鹏, 李媚娟, 王睿, 等. 赤霉素生物合成及信号转导途径研究进展. 植物生理学报, 2015, 51(8):1241-1247.
[44] 胡鹏伟, 黄桃鹏, 李媚娟, 等. 脱落酸的生物合成和信号调控进展. 生命科学, 2015, 27(9):1193-1196.
[45] Li X M, He X Y, Zhang L H, et al. Influence of elevated CO2 and O3 on IAA, IAA oxidase and peroxidase in the leaves of ginkgo trees. Biologia Plantarum, 2009,53:339-342.
[46] Wang Y, Du S T, Li L L, et al. Effect of CO2 elevation on root growth and its relationship with indole acetic acid and ethylene in tomato seedlings. Pedosphere, 2009, 19(5):570-576.
[47] 翟开恩, 潘伟槐, 叶晓帆, 等. 高等植物局部生长素合成的生物学功能及其调控机制. 植物学报, 2015, 50(2):149-158.
doi: 10.3724/SP.J.1259.2015.00149
[1] 肖晓, 钟坤权, 屠小菊, 易镇邪. 低温锻炼持续时间对菜用甘薯幼苗耐寒生理特性的影响[J]. 作物杂志, 2024, (5): 140–145
[2] 张旭丽, 王瑞军, 郗小倩, 冯学金, 李洪. 干旱胁迫及复水对黄芪幼苗生长、生理特性及次生代谢产物积累的影响[J]. 作物杂志, 2024, (5): 204–211
[3] 王富贵, 邹润厚, 高聚林, 王振, 程志鹏, 郝琪, 张悦忠, 王志刚. 秸秆还田方式对内蒙古东部地区土壤水热及春玉米苗期生长和产量的影响[J]. 作物杂志, 2024, (4): 223–231
[4] 张子怡, 王学虎, 苑莹, 沈志峰. 腐植酸悬浮剂对NaCl胁迫下小麦种子萌发和幼苗生长的影响[J]. 作物杂志, 2024, (4): 263–268
[5] 吴永兵, 袁华恩, 张瑛, 陈泳纬, 阳苇丽, 何正川, 赵铭钦. 不同垄高下雪茄烟根组织结构及根系与地上部生长动态变化[J]. 作物杂志, 2024, (3): 148–155
[6] 刘亚军, 逯昀, 王文静, 胡启国, 储凤丽, 李志杰. 有机肥与土壤调理剂对连作甘薯生长发育及土壤肥力的影响[J]. 作物杂志, 2024, (3): 168–174
[7] 李智, 郭晓霞, 黄春燕, 菅彩媛, 田露, 韩康, 任霄云, 任惠敏, 张鹏, 刘佳, 孔德娟, 王珍珍, 苏文斌. 浅埋滴灌条件下氮肥基追比对甜菜生长、产量和含糖率的影响[J]. 作物杂志, 2024, (3): 186–191
[8] 张瑞浦, 王娜, 王可心, 刘晋东, 高小丽. 植物生长调节剂S3307对绿豆源库生理代谢的影响[J]. 作物杂志, 2024, (2): 198–205
[9] 合佳敏, 张永清, 张萌, 梁萍, 王丹, 严翻翻. 烯效唑浸种对盐碱胁迫下藜麦农艺性状及生理特性的影响[J]. 作物杂志, 2024, (2): 234–241
[10] 胡昊驰, 王富贵, 朱孔艳, 胡树平, 王猛, 王志刚, 孙继颖, 于晓芳, 包海柱, 高聚林. 秸秆还田年限及施磷水平对玉米根系生长和产量的影响[J]. 作物杂志, 2024, (2): 80–88
[11] 刘红杰, 任德超, 葛君, 张素瑜, 吕国华, 何勋. 积温和播种密度对小麦越冬前生长状况的影响[J]. 作物杂志, 2024, (1): 141–147
[12] 王洪博, 唐茂淞, 李国辉, 高阳, 王兴鹏. 基于Logistic模型的南疆无膜滴灌棉花产量模型构建与评价[J]. 作物杂志, 2024, (1): 97–103
[13] 修俊杰, 刘学良. 水氮互作对花针期花生生理特性及生长的影响[J]. 作物杂志, 2023, (6): 174–180
[14] 段俊雅, 赵园园, 韦建玉, 王德勋, 王政, 王婷婷, 史宏志. 叶面喷施聚天冬氨酸对烤烟生长及产量和质量的影响[J]. 作物杂志, 2023, (6): 195–201
[15] 刘晨, 杨明峰, 杨龙, 张楠, 于涛. 双行凹垄模式下宽窄行配置对烤烟上部叶生长发育及质量的影响[J]. 作物杂志, 2023, (5): 151–156
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!