《碳酸酐酶的應答回響及在節水灌溉中的套用》是依託江蘇大學，由邢德科擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：碳酸酐酶的應答回響及在節水灌溉中的套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：邢德科
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳酸酐酶是一種含鋅同工酶，它廣泛地分布在植物和動物甚至微生物中，在作物遭受乾旱的情況下，其葉片中的碳酸酐酶活力升高，將細胞內的碳酸氫根離子轉化成水和二氧化碳，以應對因氣孔導度減小或關閉造成的水分的不足，從而實現作物的水分調虧功能，改變作物的水分需求狀況。本研究選取具有高碳酸酐酶活性的作物為研究對象，低碳酸酐酶活性的作物為對照，篩選碳氫同位素組分合適的重碳酸鹽作示蹤劑，通過對乾旱脅迫下作物碳酸酐酶的應答回響，葉片含水率變化、光合特性及穩定碳、氫同位素比值的研究，建立碳酸酐酶活性與δ13C、δD值之間的關係，推算由碳酸酐酶催化HCO3-轉化而成的H2O的量，並計算其占作物總需水量的比重，評估碳酸酐酶催化HCO3-為作物提供的潛在水源對作物節水灌溉的貢獻，結合葉片含水率的變化，闡明作物的水分調虧策略，全面立體地分析作物的水分需求信息，從而為灌溉時間及頻率的選擇提供科學依據,最終實現節水灌溉。
結題摘要
乾旱脅迫下，作物外觀形態上多表現為葉片捲曲甚至枯黃，作物的生長已經受到影響，此時進行灌溉已經有所延遲。如果不待植物有乾旱生理表現而灌溉，則會造成水分浪費。其中，碳酸酐酶在乾旱下能夠分解胞內HCO3-為H2O，延緩作物對水分的迫切需求。為確定最佳灌水時間點和灌水量，就需充分了解作物對乾旱的生理回響機理，改良灌水模式，提高水分利用效率。本項目通過測定作物碳酸酐酶活性，光合、產量以及穩定碳同位素組成，分析碳酸酐酶作用下植物對HCO3-離子的利用情況，及其對植物水分調控過程和產量品質的影響；對構樹和桑樹葉片在自然失水過程中葉片緊張度的變化進行研究，分析其抗乾旱能力；通過設定乾旱及復水對諸葛菜和甘藍型油菜進行處理，分析各自碳酸酐酶應答回響機制、及其與光合特性、葉片緊張度與水分狀況之間的關係，分析灌水時間點的判定方法，制定基於植物光合生理回響特徵的調虧灌溉策略，並依據土壤水勢和含水量之間關係的數學模型計算作物灌水量。逆境下，植物碳酸酐酶活性被激活而升高，不同植物的碳酸酐酶對逆境的敏感程度不同，且持續回響時間也不同；高碳酸酐酶活性的植物對HCO3-離子具有較強的利用能力，能夠在一定程度上改善植物水分虧缺的狀況，維持植物正常光合作用；葉片緊張度能夠較好反映葉片水分狀況，表征植物抗乾旱能力，葉片緊張與淨光合速率之間關係的數學模型，能夠較為精確的預測淨光合速率的值，實現灌水時間點的快速無損測定，同時還可以保證作物產量免受嚴重損失；復水水分利用效率在本項目中被定義為每增加單位水分含量淨光合速率的增加值，其值越大，復水效果越好，基於復水水分利用效率，本項目得出諸葛菜和油菜的合理灌水點分別為-0.22和-0.44MPa，復水目標時間點則分別為-0.14和-0.22MPa；以壤土或者黏土為例，對諸葛菜來說，上述水勢各自對應的土壤水分含量分別為18.7% 和19.4% 或者17.1%和17.6%，壤土和黏土調虧灌溉量與充分灌水時灌水量的比值則分別為53.8%或者2.8%。對甘藍型油菜來說，各自對應的土壤水分含量分別為17.2%和18.7%或者16.1%和17.1%，壤土和黏土調虧灌溉量與充分灌水時灌水量的比值則分別為53.6%或者11.2%。如果在黏土上種植諸葛菜或者甘藍型油菜，則可以節省更多灌水資源。研究結果既可以為抗乾旱作物的選擇提供依據，而且還具有較高的經濟價值及生理生態意義。
