玫瑰（Rosa rugosa）根系生物学特性及对水肥空间异质性响应的研究

论文摘要

本文以玫瑰（Rosa rugosa）野生类型和栽培品种为试材,研究了盆栽、根窖栽培和大田栽培玫瑰根系周年生长动态、根系生长与地上部的相关性以及野生玫瑰和栽培玫瑰根系生理生化代谢动态;探讨了营养元素、土壤紧实度、土壤质地、施肥量等多种因素对玫瑰生长、根构型与生理特性的影响以及玫瑰根系对水肥空间异质性的响应。结果如下:一、以玫瑰野生类型和栽培品种为试材,采用盆栽法、根钻法和改良根窖法等对玫瑰根系生长动态进行调查,对根系生长与地上部的相关性、根系的生理生化代谢等进行了研究,结果表明:1.玫瑰新根在一年中有3次生长高峰,高峰期出现的时间因栽培方式、植株年龄不同而有所变化。盆栽幼株的生长高峰分别出现在6月、7月和9月,大田栽植幼株的高峰出现时间比盆栽略有延迟。大田多年生玫瑰根系生长高峰分别出现在3月末、5月和9月。盆栽玫瑰根系发生数量明显多于大田玫瑰。大田多年生玫瑰野生类型和栽培品种根系生长高峰出现的时间基本一致。2.玫瑰根系生长与地上部生长既相互促进又相互矛盾,呈交替生长现象。新栽植株的根系大量生长之后出现新梢生长高峰,而新梢旺长又抑制新根的发生。大田多年生玫瑰第1次生长高峰是为了积累营养物质供生枝、展叶、开花所需,而地上部迅速生长又抑制根系生长;花后进入第2次根系生长高峰,随着果实的生长,根系生长量减少,果实成熟以后又迅速增加,出现根系生长高峰。3.在新根生长季节,玫瑰根系中可溶性糖和淀粉含量在春季形成1次高峰,然后总体呈下降趋势,生长后期随着根系生长而缓慢积累;游离氨基酸含量随地上部的快速生长而增加,春、夏季形成3次高峰,秋季随气温的下降而急剧上升;蛋白质含量变化相反;SOD和POD活性变化基本一致,春、夏季形成3次高峰,秋季随着地上部生长停止而呈上升趋势,但变化幅度不大。春夏季节野生玫瑰根系中淀粉、游离氨基酸、蛋白质含量和SOD、POD活性均明显高于栽培玫瑰,但秋季随着生长的停止而栽培玫瑰高于野生玫瑰;可溶性糖含量则野生玫瑰一直高于栽培玫瑰。不同时期碳氮物质含量和SOD、POD活性的不同也影响着野生玫瑰与栽培玫瑰的抗性以及进入休眠的时间。二、以玫瑰实生苗为试材,在沙培条件下研究氮磷钾营养亏缺对玫瑰幼苗根系总长度、表面积、体积、根尖数、分枝角度、分形维数等根构型参数与根系活力的影响。结果表明:氮磷钾营养亏缺条件下,玫瑰幼苗细根数量占总根量的比例减小;根系密度增大;根系平均直径变大;根系分枝角度整体增大,根系趋向水平分布;根系活力显著下降,氮磷钾营养亏缺时分别比对照下降19.08%、29.96%和55.59%;根系分形维数减小;其中缺氮或缺磷处理后,玫瑰幼苗侧根数量、长度、根系总长度、表面积、根系体积明显增大,缺钾与之相反,上述指标分别比对照下降了8.70%、3.95%、47.75%、56.03%和70.00%;缺钾比缺氮、缺磷时根系活力和分形维数下降得更多。三、采用盆栽方式,以盆栽玫瑰实生苗为试材,研究土壤紧实度对玫瑰幼苗根构型和氮代谢的影响。结果表明,在不同土壤紧实度条件下玫瑰幼苗生长指标及生物量顺序为:1.30g·cm–3处理>1.50g·cm–3处理>1.10g·cm–3处理;根冠比随土壤容重的增加而下降,1.50g·cm–3处理根冠比下降显著。土壤紧实度的增加抑制了地下部的生长,表现为根系长度、侧根数量、主根直径等均随土壤容重的增加而降低,根系平均直径和总面积有所增加;根系活力以1.30g·cm–3处理的最高,1.50g·cm–3处理的最低;根系中硝态氮、氨态氮含量和硝酸还原酶活性（NR）变化趋势一致,均是1.30g·cm–3处理的最高,1.50g·cm–3处理次之,1.10 g·cm–3处理最低;谷氨酰胺合成酶活性（GS）随着容重的增加而升高。试验结果表明土壤紧实度显著影响玫瑰植株氮代谢活动,进而影响植株对养分的吸收和利用。容重1.30g·cm–3的土壤紧实度较适宜于玫瑰生长。四、采用盆栽方式,对栽培于沙土、壤土、黏土中的玫瑰幼苗根构型与生理特性进行了研究,结果表明,壤土中生长的玫瑰幼苗侧根数最多,主根直径和根平均直径、根系总长度和表面积、地上部生长量均最大;沙土中生长的玫瑰侧根数最少,主根直径和根平均直径、根系总长度和表面积、地上部生长量最小;黏土中玫瑰地上部生长量、根构型参数介于二者之间,但根冠比明显小于沙土和壤土;沙土和壤土处理的玫瑰根活力明显高于黏土,且以壤土中最高;根系中氨态氮、硝态氮含量和硝酸还原酶的活性（NR）变化一致,均以壤土处理的最高,沙土处理的最低,谷氨酰胺合成酶活性（GS）表现为黏土>壤土>沙土处理。五、以玫瑰实生苗为试材,探讨了在盆栽条件下不同施肥量对玫瑰根构型及根系活力的影响。结果表明,玫瑰幼苗植株高度、茎粗、地上部鲜重随施肥量的增加而增加,但施肥量过大（9g/盆）则呈下降趋势;根冠比随施肥量增加而减小;主根直径,根系平均直径、根尖数、根系总长和表面积等根构型参数均随施肥量增加而逐渐增加,C处理（9g/盆）比B处理（6g/盆）减少。根系活力在施肥量增加时呈上升趋势,以B处理（6g/盆）的根系活力最大,适当施肥有利于玫瑰的生长发育,但施肥过量则对植株生长不利。六、利用基质培的试验方法,研究了温室条件下玫瑰幼苗在养分和水分空间异质条件下根构型、根系生物量的分布、地上部生长量、根冠比、细根直径及比根长等特征。结果表明,玫瑰根系对养分和水分空间异质性反应敏感,空间异质性对玫瑰根系生长和分布影响明显;水肥空间异质性处理的玫瑰幼苗地上部生长量及根系总量明显小于空间同质性,根冠比下降;在施肥区和浇水区根系生长快,生物量高,而在非施肥区和非浇水区根系生长受到抑制,生物量低;施肥区与非施肥区相比,细根直径减小,比根长增大,有利于养分和水分的吸收运输,而非浇水区,虽然细根直径下降,但是比根长小,获取水分的能力下降,生物量小,导致细根直径下降,不利于植株生长。水分空间异质性对玫瑰生长的影响大于养分空间异质性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 玫瑰研究进展
• 1.1.1 国外玫瑰研究现状
• 1.1.2 国内玫瑰研究现状
• 1.1.2.1 生态学及濒危机理的研究
• 1.1.2.2 生物学特性的研究
• 1.1.2.3 栽培繁殖技术研究
• 1.1.2.4 生理生化研究
• 1.1.2.5 品种分类学及亲缘关系研究
• 1.2 植物根系研究进展
• 1.2.1 国外根系研究现状
• 1.2.2 国内根系研究现状
• 1.3 植物根构型研究进展
• 1.3.1 根构型的概念
• 1.3.2 根构型研究
• 1.3.2.1 根构型与营养的关系
• 1.3.2.2 根的空间分布与营养吸收
• 1.3.2.3 养分、水分空间分布与根构型
• 1.3.2.4 根构型与土壤质地
• 1.3.2.5 根构型对养分空间异质性的反应
• 1.4 土壤紧实度对植物的影响
• 1.4.1 对地上部生长的影响
• 1.4.2 对根系生长的影响
• 1.4.3 对根系吸收能力的影响
• 1.4.4 对植株根冠比的影响
• 1.4.5 植物对土壤紧实度的反应
• 1.4.5.1 根系对土壤紧实度的感知以及感知信号载体和信号的传递
• 1.4.5.2 根系对土壤紧实度感知的后续性
• 1.4.5.3 土壤紧实胁迫下根系的补偿作用和自我调节能力
• 1.4.5.4 植株根系活力及叶片抗氧化系统的响应
• 1.5 本研究的目的意义
• 2 材料与方法
• 2.1 试验地概况
• 2.2 试验材料
• 2.2.1 植物材料
• 2.2.2 栽培基质
• 2.3 试验设计
• 2.3.1 玫瑰根系年生长动态研究
• 2.3.1.1 盆栽试验
• 2.3.1.2 根窖栽培试验
• 2.3.1.3 大田多年生玫瑰根系生长动态观察
• 2.3.2 玫瑰根系生理生化代谢动态研究
• 2.3.3 N、P、K 营养亏缺对玫瑰幼苗根构型及生理特性的影响
• 2.3.3.1 营养液的配制
• 2.3.3.2 材料培养及处理
• 2.3.4 土壤紧实度对玫瑰幼苗根构型及生理特性的影响
• 2.3.5 土壤质地对玫瑰幼苗根构型及生理特性的影响
• 2.3.6 施肥量对玫瑰幼苗根构型及生理特性的影响
• 2.3.7 玫瑰幼苗根系对水肥空间异质性的响应
• 2.3.7.1 空间同质性试验
• 2.3.7.2 空间异质性试验
• 2.4 测定方法
• 2.4.1 新梢生长量测定
• 2.4.2 生物量测定
• 2.4.3 根构型参数测定
• 2.4.4 根系生理生化指标测定
• 2.4.5 土壤理化性状测定
• 2.5 数据处理
• 3 结果与分析
• 3.1 玫瑰根系生长动态
• 3.1.1 盆栽玫瑰根系生长与地上部生长的相关性
• 3.1.1.1 新根生长动态
• 3.1.1.2 新梢生长量
• 3.1.2 根窖新栽玫瑰根系与地上部生长的相关性
• 3.1.2.1 新根数量和长度
• 3.1.2.2 新梢生长量
• 3.1.3 大田多年生玫瑰新根发生动态
• 3.1.4 大田玫瑰根系生理生化代谢动态
• 3.1.4.1 碳水化合物代谢
• 3.1.4.2 氨基酸和蛋白质代谢
• 3.1.4.3 SOD 和POD 活性变化
• 3.2 N、P、K 营养亏缺对玫瑰幼苗根构型及生理特性的影响
• 3.2.1 根系长度和数量
• 3.2.2 根系组成
• 3.2.3 根系平均直径和体积
• 3.2.4 根系分枝角度
• 3.2.5 根系活力和表面积
• 3.2.6 根系分形维数
• 3.3 土壤紧实度对玫瑰幼苗根构型及生理特性的影响
• 3.3.1 根构型参数
• 3.3.2 根系活力
• 3.3.3 根系硝态氮、氨态氮含量
• 3.3.4 根系NR、GS 活性
• 3.3.5 地上部生长量
• 3.3.6 生物量及根冠比
• 3.4 土壤质地对玫瑰幼苗根构型及生理特性的影响
• 3.4.1 根构型参数
• 3.4.2 根系活力和表面积
• 3.4.3 根系硝态氮、氨态氮含量
• 3.4.4 根系NR、GS 活性
• 3.4.5 地上部生长量及根冠比
• 3.5 施肥量对玫瑰幼苗根构型及生理特性的影响
• 3.5.1 根构型参数
• 3.5.2 根系活力
• 3.5.3 地上部生长量
• 3.5.4 生物量及根冠比
• 3.6 水肥空间异质性对玫瑰幼苗根系的影响
• 3.6.1 根构型参数
• 3.6.2 根系生物量空间分布
• 3.6.3 细根直径和比根长
• 3.6.4 地上部生长量及根冠比
• 4 讨论
• 4.1 玫瑰根系周年发生动态
• 4.2 玫瑰根系与地上部生长的相关性
• 4.3 玫瑰根系生理生化代谢动态
• 4.4 N、P、K 营养亏缺对玫瑰根构型的影响
• 4.5 N、P、K 营养亏缺对玫瑰根生理特性的影响
• 4.6 土壤紧实度对玫瑰根系生长的影响
• 4.7 土壤紧实度对玫瑰根构型的影响
• 4.8 土壤紧实度对玫瑰根系吸收的影响
• 4.9 玫瑰根构型在不同土壤质地中的构建
• 4.10 土壤质地对玫瑰根系吸收能力的影响
• 4.11 施肥量对玫瑰根构型及生理特性的影响
• 4.12 水肥空间异质性对玫瑰生长的影响
• 5 结论
• 本文的创新之处
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况