基质湿度影响下嫁接黄瓜（Cucumis sativus L.）根系生长冗余的初步研究

论文摘要

任何作物的栽培都是以提高产品的产量、质量、降低成本为目标。根系作为一个土壤资源的利用者和产量的贡献者对作物的生长发育和土壤环境起着重要的作用。在生产实践中,人们发现抗旱性越强的作物其根系越庞大。因此,长期以来人们对干旱条件下作物庞大的根系抱有极大的偏爱。现代生态学认为,生物生存活动中任何功能的发挥都要付出代价,根系也不例外。根系的主要功能是为地上部分提供水分和矿质营养,同时依靠地上部分提供能量。对作物生产而言,根系功能的高效性一部分是来源于作物生长的环境条件。然而,过大的种植密度及不良的土壤条件都会使根系的生长空间受到限制,进而影响作物对水分和养分的吸收及产量的形成。黄瓜(Cucumis sativus L.)是我国北方冬春季设施栽培中最重要的蔬菜之一,也是对水分敏感且需水量较多的蔬菜,其根系浅、再生能力弱,嫁接换根是当前设施栽培中提高抗性,增加水、肥吸收能力行之有效的一项措施。近些年来,国内外对嫁接黄瓜生态适应、抗旱机理、栽培技术等研究颇多,而对地下部分的“根土系统”由于条件所限(如工作量大,研究方法欠缺等)研究颇少。前人研究表明:虽然在干旱瘠薄的条件下作物需要庞大的根系以维持其对水分和养分的需求,但在水肥供应良好条件下,作物的根系却存在明显的冗余生长部分;而设施栽培的黄瓜大多数生长在水肥良好的条件下,基本沿袭以往的经验进行灌溉,缺乏科学的指导。传统上普遍认为:根系越大,获得的水分就越多,产量就越高。所以,长期以来,人们栽培黄瓜时习惯大量灌水并且人为有意识的选择砧木。如果从生态学的冗余理论角度分析:植物把获取的有限资源向某一器官分配量的增加必然造成对其它器官分配量的减少。那么,嫁接后黄瓜的大根系是否存在冗余生长就值得探讨。因此,研究不同水分条件对设施蔬菜生长发育的影响,寻求根系生长的合理范围,对于有效利用水资源、提高水分利用效率具有一定的实践意义。本文以嫁接黄瓜幼苗为试材,在人工控制条件下研究了不同基质湿度对黄瓜/黑籽南瓜嫁接苗和黄瓜自接苗根系发育、地上部生长、光合特性、生理生化代谢产物的影响,取得如下主要结果:1、黄瓜/黑籽南瓜嫁接苗的株高、叶面积、地上部干(鲜)重、根系干(鲜)重、根冠比、根系体积、根系活力和吸收面积均显著大于同一水分梯度下的黄瓜自接苗,在供水充足(基质湿度为85%)时,黄瓜/黑籽南瓜嫁接苗的根系所产生的地上部干物质量与基质湿度为65%时差异不显著,且R/T65%<R/T85%。初步推测,在基质含水量为85%时黄瓜/黑籽南瓜嫁接苗的大根系可能存在“生长冗余”现象。即:大根系在充足的水分中没有发挥足够的作用,而是投入到冗余器官的生长,其壮苗指数下降是在情理之中。2、黄瓜/黑籽南瓜嫁接苗的净光合速率、蒸腾速率、叶绿素含量、水分利用效率(WUE)均大于同一水分梯度下的黄瓜自接苗。随着基质湿度的降低,黄瓜嫁接苗的净光合速率、叶绿素含量呈现出先升高后降低的趋势,即基质湿度为65%最高,85%次之,45%最低。可见水分充足条件下黄瓜/黑籽南瓜嫁接苗的大根系存在对WUE不利的冗余,并且说明黄瓜的光合生理对土壤水分胁迫具有一定的适应范围。因此,在以水分高效利用为目标的嫁接黄瓜栽培中不应片面追求强大根系在吸收方面的作用,而应以减少根系生长冗余、增加地上部干物质生产为主。3、MDA含量和细胞膜透性随基质湿度的降低而增加。与基质湿度为85%的水平相比,MDA含量和细胞膜透性在65%时增加不显著,在45%时显著增加;在同一水分梯度下黄瓜自接苗的MDA含量和细胞膜透性大于黄瓜/黑籽南瓜嫁接苗。由此说明:黄瓜/黑籽南瓜嫁接苗的大根系具有强的抗旱性和保护能力。黄瓜/黑籽南瓜嫁接苗的SOD、POD、CAT、APX酶活性在基质湿度为65%时有增加的趋势,表现出其对轻度干旱胁迫具有一定的适应性。4、黄瓜/黑籽南瓜嫁接苗的叶片相对含水量、叶水势、叶片中可溶性蛋白质均大于同一水分梯度下的黄瓜自接苗。随着基质湿度的降低,黄瓜/黑籽南瓜嫁接苗的叶片相对含水量和叶水势呈下降趋势。而叶片中可溶性糖含量、游离脯氨酸、可溶性蛋白质均呈现一致的上升趋势。处理14d后轻度水分胁迫(65%),黄瓜/黑籽南瓜嫁接苗游离氨基酸、可溶性糖积累量显著低于其它两个处理。可见适度干旱有利于嫁接黄瓜植株生长,从而体现出嫁接后大根系在轻度水分胁迫下具有生理代谢补偿。从某种意义上表现了根系生长冗余对于提高系统稳定性的保险价值。

论文目录

• 摘要
• 缩略词表
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 对生物冗余的研究
• 1.1.1 冗余的定义
• 1.1.2 冗余的性质
• 1.1.3 冗余的程度
• 1.1.4 生长冗余产生的原因
• 1.1.5 作物生长冗余的意义
• 1.1.6 作物生长冗余在农业生产中的应用
• 1.1.7 根系的冗余
• 1.2 根系与环境条件的关系
• 1.2.1 水分
• 1.2.2 养分
• 1.2.3 光照
• 1.2.4 温度
• 1.3 根系与地上部生长的关系
• 1.3.1 根系大小和水分利用效率
• 1.4 根系生长冗余的生理分析
• 1.4.1 根系对水分胁迫的适应
• 1.4.2 根系吸收活力与根活性吸收面积
• 1.5 作物产量对根系冗余的响应
• 第二章 不同基质湿度对黄瓜嫁接苗根系发育的影响
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料与处理
• 2.1.2 测定指标与方法
• 2.1.2.1 根系鲜重、干重的测定
• 2.1.2.2 根系体积的测定
• 2.1.2.3 根系活力的测定
• 2.1.2.4 根系吸收面积的测定
• 2.1.3 数据分析
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗根系大小的影响
• 2.2.1.1 基质湿度对黄瓜嫁接苗根系鲜重的影响
• 2.2.1.2 基质湿度对黄瓜嫁接苗根系干重的影响
• 2.2.1.3 基质湿度对黄瓜嫁接苗根系体积的的影响
• 2.2.2 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗根系功能的影响
• 2.2.2.1 基质湿度对黄瓜嫁接苗根系总吸收面积、活跃吸收面积的影响
• 2.2.2.2 基质湿度对黄瓜嫁接苗根系活力的影响
• 2.2.3 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗根冠比的影响
• 2.3 讨论
• Abstract
• 第三章 不同基质湿度下根系大小对黄瓜嫁接苗地上部生长的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料培养
• 3.1.2 测定方法
• 3.1.2.1 地上部形态指标
• 3.1.2.2 地上部鲜重、干重的测定
• 3.1.3 数据分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗地上部生长的影响
• 3.2.1.1 基质湿度对黄瓜嫁接苗株高、茎粗、叶面积的影响
• 3.2.1.2 基质湿度对黄瓜嫁接苗壮苗指数影响
• 3.2.2 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗地上部鲜重的影响
• 3.3.3 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗地上部干物质积累量的影响
• 3.3 讨论
• Abstract
• 第四章 不同基质湿度下根系大小对嫁接黄瓜幼苗光合特性及水分利用效率的影响
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 材料培养
• 4.1.2 测定指标与方法
• 4.1.2.1 光合色素含量的测定
• 4.1.2.2 光合与蒸腾速率的测定
• 4.1.3 数据分析
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗叶片光合色素的影响
• 4.2.2 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗净光合速率的影响
• 4.2.4 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗瞬时水分利用效率的影响
• 4.3 讨论
• Abstract
• 第五章 不同基质湿度下根系大小对嫁接黄瓜叶片膜脂过氧化及保护酶活性的影响
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 材料培养
• 5.1.2 测定方法
• 5.1.2.1 叶片细胞膜透性测定
• 5.1.2.2 膜脂过氧化产物丙二醛（MDA）含量的测定
• 5.1.2.3 酶活性测定
• 5.1.3 数据分析
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗叶片细胞膜透性的影响
• 5.2.2 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗叶片MDA 含量的影响
• 5.2.3 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗叶片保护酶活性的影响
• 5.2.3.1 基质湿度对黄瓜嫁接苗叶片SOD 活性的影响
• 5.2.3.2 基质湿度对黄瓜嫁接苗叶片POD 活性的影响
• 5.2.3.3 基质湿度对黄瓜嫁接苗叶片CAT 活性的影响
• 5.2.3.4 基质湿度对黄瓜嫁接苗叶片APX 活性的影响
• 5.3 讨论
• Abstract
• 第六章 不同基质湿度下根系大小对嫁接黄瓜幼苗叶片水分状况和渗透调节物质含量的影响
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 材料培养
• 6.1.2 测定方法
• 6.1.2.1 叶片相对含水量（RWC）的测定
• 6.1.2.2 水势（Ψw）的测定
• 6.1.2.3 脯氨酸（Prolin,Pro）含量的测定
• 6.1.2.4 可溶性糖含量的测定
• 6.1.2.5 可溶性蛋白质含量的测定
• 6.1.3 数据分析
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗叶片相对含水量的影响
• 6.2.2 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗叶片水势的影响
• 6.2.3 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗叶片脯氨酸含量的影响
• 6.2.4 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗叶片可溶性糖含量的影响
• 6.2.5 基质湿度和种植方式对黄瓜嫁接苗叶片可溶性蛋白质含量的影响
• 6.3 讨论
• Abstract
• 致谢
• 参考文献
• 个人简介
• 导师简介