21水分胁迫和断根对冬小麦根源信号竞争能力及与产量形成的关系.PDFVIP

21．水分胁迫和断根对冬小麦根源信号、竞争能力及与产量形成的关系 硕 士 生：王振宇 学科专业：植物生理生态 导 师：李凤民研究员 摘 要:本文通过断根模拟小根系，以长武－135 为实验材料，利用盆栽试验，研究了在花期土壤逐渐 干旱条件下根源信号的特点，以及以产量为主要目标、以根系特征为中心的不同根系大小小麦对干旱 的适应机制，同时也探讨了断根对冬小麦竞争能力和光合特性的影响及与产量形成之间的关系。在下 面的阐述中，非水力根信号（non-hydraulic root-sourced signal, nHRS ）主要是指，在植物遇到水分胁 迫时，叶片气孔导度显著下降而叶片水分状况却没有发生显著变化的现象。这是作物在土壤水分出现 干旱初期对干旱胁迫所作出的早期预警反应；随着土壤含水量的进一步下降，植物地上部分水分状况 显著下降，进一步降低气孔导度，这就是传统意义上的水力信号（hydraulic root signal,HRS ）。 主要结果如下： 2004-2005 年利用人工生长箱对盆栽冬小麦（长武 135）（Triticum aestivum L.cv ‘changwu135’ ） 在拔节期断根，然后在花期进行土壤逐渐干旱处理，以充分供水为对照，通过断根降低小麦根系，对 不同根系大小的根信号特征进行了比较，发现土壤水分亏缺引起明显的非水力根信号（nHRS ）和水 信号（HRS ）现象。nHRS 和 HRS 相继出现时的土壤相对含水量（RWC ）临界值随不同根系大小出 现有规律的变化趋势，其变化区间为 60 ％－48 ％ FWC （Field water capacity ）之间。代表小根系的断 根处理 nHRS 和 HRS 出现的土壤RWC 阈值范围为 58.7 ％－48.1 ％ FWC ，阈值范围较宽。代表大根 系的未断根处理的阈值范围较窄，为 55 －48.9 ％ FWC 。结果显示，小根系小麦具有“高上限，低下 限”。 盆栽试验通过断根模拟小根系，比较了不同根系大小小麦的非水力气孔敏感性的差异性。从土壤 含水量 75 ％ FWC 的充分供水下降到40 ％ FWC 的极度干旱胁迫的过程中，植物经历了从75 ％ FWC 到根信号出现（过程 1）、从根信号出现到水信号出现（过程2 ）以及从水信号出现之后（过程3 ）三 个过程。结果表明，当非水力根信号出现后，未断根处理小麦（大根系）较断根处理小麦（小根系） 气孔导度有一个更快的加速下降过程，表现为其所在的直线的斜率角度较大，当水信号出现时，其气 孔导度基本相同，无显著性差异，但随着土壤水分状况的进一步降低，断根处理小麦的气孔导度开始 迅速下降，表现出过程 3 所在的直线斜率角度更大。因此通过断根模拟小根系，断根处理和未断根处 理的根信号特征可以近似的表现地看作双“Z ”型曲线。 通过盆栽干死试验比较了上述处理的冬小麦的耐旱能力和产量形成的关系。在充分供水条件下同 时停止供水，土壤水分逐渐下降，盆内植物自然干死。未断根处理小麦存活天数最短，为 5-6 天；断 根处理小麦的存活时间较长，为 7-9 天。通过对株高、叶面积和地上部生物量的比较，中度干旱胁迫 条件下，未断根处理小麦受到的干旱伤害较断根处理重，这也表明小麦断根处理提高了耐旱能力。 采用简化的 deWit 替代系列法研究了盆栽冬小麦（长武 135）在拔节初期断根对冬小麦根冠关系、竞 争能力及其与产量性状的关系。无论干旱或湿润，单栽条件下断根降低了小麦的根冠比，在混栽条件 下，断根小麦的相对穗重和相对地上部生物量均显著低于未断根小麦，说明断根降低了小麦的竞争能 力。根冠比越大竞争能力越强，即作物的竞争能力与根冠比存在正相关关系。单栽湿润条件,断根降 低了小麦的穗重和籽粒产量，而在中等干旱条件下，断根小麦穗重和籽粒产量高于未断根小麦。说明 在水资源充分的条件下，较高的作物个体竞争能力则具有较高的生产能力，而在水资源有限的情况下， 降低作物个体竞争能力反而提高了群体籽粒产量。 用荧光淬灭分析技术研究了断根对冬小麦荧光特性的影响以及不同水分条件下断根对产量的影 响。结果表明，在不同生育期中小麦断根与未断根处理相比其最大量子产量(Fv/F0)和 PS Ⅱ潜在活性 (Fv/Fm)无显著差异。通过对不同生育期荧光特性研究表明，断根初期小麦电子传递速率和有效光量 子产量降低，而 PSII 光合电子传递活性增加，孕穗期，随着更多的能量向地