氮、钾、甜菜碱对提高作物抗旱性的效果及其生理机制

论文摘要

氮、钾是作物需求量大而旱地土壤往往缺乏的矿质营养元素,除直接营养作物外,又对抗旱有一定效果。甜菜碱是季铵型水溶性生物碱,是作物细胞质中重要的渗透调节剂,喷施可提高作物抗旱能力。旱农地区,水分胁迫是常见现象,确定这3种物质的抗旱效果并揭示其抗旱机理,在理论和实践上都具有重要意义。过去绝大多数试验仅在干旱条件下进行,未能区分氮、钾的营养作用和其影响生理过程而表现出来的抗旱效果,也未区分甜菜碱本身的作用与抗旱功能。本研究在盆栽和水培条件下,以对水分胁迫有不同反应的2个玉米基因型品种和小麦为材料在水分胁迫和适量供水条件进行试验,从生物特性和生理反应等方面揭示它们增强作物抗旱性的效果和机理。主要结论如下:1.水分胁迫下,陕单9号干物质量和籽粒产量降低31.9%和6.8%,抗旱系数为0.93,是抗旱型品种;陕单911降低42.4%和24.4%,抗旱系数为0.76,是水分敏感型品种。水分胁迫下施钾和甜菜碱能显著提高干物质量及籽粒产量和水分利用效率,而在适量供水下无显著效果,表明二者有抗旱作用。水分胁迫和适量供水条件下施氮均有效,但水分胁迫下更突出。对水分敏感型品种效果更好。施用氮、钾和甜菜碱能不同程度降低蒸腾速率,增加叶绿素含量,提高净光合速率,为干物质量和籽粒产量提高奠定了物质基础。2.水分胁迫下,水分敏感型品种的硝酸还原酶活性下降幅度,可溶性渗透物质脯氨酸、甜菜碱、可溶性蛋白质、可溶性糖和K+、Ca2+、Mg2+含量上升幅度均大于抗旱型品种。氮、钾肥对硝酸还原酶活性和渗透物质提高有显著效果。施用甜菜碱对提高硝酸还原酶活性,增加脯氨酸、甜菜碱、可溶性蛋白质和K+含量的效果更显著。适量供水施氮作用降低,施钾和甜菜碱未显示明显效果。表明氮、钾和甜菜碱通过改善氮代谢和提高渗透调节能力是增强作物抗旱性能的机理之一。3.水分胁迫下,抗旱品种的叶片相对含水量、保护酶活性、根系活力下降幅度小,而水分敏感品种下降幅度大。水分胁迫虽能促使叶片抗坏血酸含量上升,丙二醛不同程度累积,质膜透性增大,但抗旱品种的变动幅度小于水分型敏感品种。钾和甜菜碱能显著提高叶片相对含水量、保护酶活性、抗坏血酸含量和根系活力,降低丙二醛含量,减缓水分胁迫下的膜质过氧化作用;而氮肥效果则因品种、生育期和施用量而定。适量供水,上述生理效果明显下降,甚至消失。由此可见,这些物质引起的这些生理变化是增强作物抗旱性的根源所在。4.在加入PEG液培条件下研究了水分和氮素胁迫时,甜菜碱对2种玉米品种苗期生

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一篇 文献综述
• 第一章 水分胁迫对作物生长发育及生理特性的影响
• 1.1 水分胁迫对作物生长发育和水分利用效率的影响
• 1.2 水分胁迫对作物生理特性的影响
• 1.2.1 对氮代谢的影响
• 1.2.2 对抗氧化物保护系统和膜脂过氧化的影响
• 1.2.3 对光合特性的影响
• 1.2.4 对可溶性渗透物质的影响
• 1.2.5 对膜透性和某些其它生理特性的影响
• 1.3 作物的抗旱性与鉴定指标
• 1.3.1 硝酸还原酶活性与作物抗旱性
• 1.3.2 叶水势与作物抗旱性
• 1.3.3 光合作用与作物抗旱性
• 1.3.4 质膜透性和相对含水量与作物抗旱性
• 1.3.5 渗透调节与作物抗旱性
• 1.3.6 抗氧化物保护系统与作物抗旱性
• 1.3.7 ABA与作物抗旱性
• 第二章 矿质元素与作物抗旱性
• 2.1 氮、钾的营养特性与生理功能
• 2.2 氮、钾对干旱胁迫下作物生长发育和水分利用的影响
• 2.3 氮素对干旱胁迫下作物生理特性和抗旱性的影响
• 2.3.1 对氮代谢的影响
• 2.3.2 对抗氧化物保护系统和膜脂过氧化的影响
• 2.3.3 对光合特性的影响
• 2.3.4 对可溶性渗透物质的影响
• 2.3.5 对膜透性和某些其它生理特性的影响
• 2.4 钾素对干旱胁迫下作物生理特性和作物抗旱性的影响
• 2.4.1 对氮代谢的影响
• 2.4.2 对抗氧化物保护系统和膜脂过氧化的影响
• 2.4.3 对光合特性的影响
• 2.4.4 对可溶性渗透物质的影响
• 2.4.5 对膜透性和某些其它生理特性的影响
• 第三章 甜菜碱与作物抗旱性
• 3.1 甜菜碱在植物体内的代谢活性与甜菜碱合成酶基因工程
• 3.2 甜菜碱生理功能与植物抗旱性
• 3.2.1 参与细胞渗透调节作用
• 3.2.2 参与稳定生物大分子的结构与功能
• 3.2.3 影响离子在细胞内的分布和吸收
• 3.3 甜菜碱调控作物的抗旱性研究
• 3.4 甜菜碱的研究热点
• 第二篇 试验研究
• 第四章 氮、钾、甜菜碱对减缓夏玉米水分胁迫的效果
• 4.1 材料与方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 供试品种抗旱性及其对不同水分处理的反应
• 4.2.2 氮肥对减缓夏玉米水分胁迫的效果
• 4.2.3 钾肥对减缓夏玉米水分胁迫的效果
• 4.2.4 甜菜碱对缓解夏玉米水分胁迫的效果
• 4.3 讨论
• 第五章 水分胁迫下氮、钾、甜菜碱对改善夏玉米氮代谢的效果
• 5.1 材料与方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 不同水分处理下供试品种的氮代谢与抗旱性的关系
• 5.2.2 施氮对改善水分胁迫下夏玉米氮代谢的效果
• 5.2.3 施钾对改善水分胁迫下夏玉米氮代谢的效果
• 5.2.4 甜菜碱对改善水分胁迫下夏玉米氮代谢的效果
• 5.3 讨论
• 第六章 氮、钾、甜菜碱对水分胁迫下夏玉米叶片保护酶活性和膜脂过氧化的影响
• 6.1 材料与方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 不同水分条件下玉米叶片保护酶活性、丙二醛含量及其与抗旱性的关系
• 6.2.2 氮对水分胁迫下叶片保护酶活性和膜质过氧化的影响
• 6.2.3 钾对水分胁迫下叶片保护酶活性和膜质过氧化的影响
• 6.2.4 甜菜碱对水分胁迫下叶片保护酶活性和膜质过氧化的影响
• 6.3 讨论
• 第七章 水分胁迫下氮、钾、甜菜碱对夏玉米叶片光合特性的影响
• 7.1 材料与方法
• 7.2 结果与分析
• 7.2.1 不同水分处理下供试品种的叶片光合特性与抗旱性的关系
• 7.2.2 氮对水分胁迫下叶片光合特性的影响
• 7.2.3 钾对水分胁迫下叶片光合特性的影响
• 7.2.4 甜菜碱对水分胁迫下叶片光合特性的影响
• 7.3 讨论
• 第八章 水分胁迫下氮、钾、甜菜碱对夏玉米可溶性渗透物质的影响
• 8.1 材料与方法
• 8.2 结果与分析
• 8.2.1 不同水分处理下供试品种的叶片可溶性渗透物质与抗旱性的关系
• 8.2.2 氮对水分胁迫下叶片可溶性渗透物质的影响
• 8.2.3 钾对水分胁迫下叶片可溶性渗透物质的影响
• 8.2.4 甜菜碱对水分胁迫下叶片可溶性渗透物质的影响
• 8.3 讨论
• 第九章 水分胁迫下氮、钾、甜菜碱对夏玉米质膜透性和某些生理特性的影响
• 9.1 材料与方法
• 9.2 结果与分析
• 9.2.1 不同水分处理下供试品种的叶片质膜透性和某些生理特性与抗旱性的关系
• 9.2.2 氮对水分胁迫下叶片质膜透性和某些生理特性的影响
• 9.2.3 钾对水分胁迫下叶片质膜透性和某些生理特性的影响
• 9.2.4 甜菜碱对水分胁迫下叶片质膜透性和某些生理特性的影响
• 9.3 讨论
• 第十章 水氮胁迫下甜菜碱对夏玉米苗期生长和某些生理特性的影响
• 10.1 材料与方法
• 10.2 结果与分析
• 10.2.1 水氮胁迫对夏玉米干物质量的影响与抗旱性的关系及甜菜碱施用效果
• 10.2.2 水分胁迫对叶片可溶性蛋白含量、保护酶活性及膜质过氧化代谢的影响
• 10.2.3 氮素胁迫对叶片可溶性蛋白含量、保护酶活性及膜质过氧化代谢的影响
• 10.2.4 水氮胁迫下甜菜碱对叶片可溶性蛋白含量、保护酶活性及膜质过氧化代谢的影响
• 10.3 讨论
• 第十一章 水分胁迫下钾、甜菜碱对冬小麦生长发育和某些生理特性的影响
• 11.1 材料与方法
• 11.2 结果与分析
• 11.2.1 冬小麦对不同水分处理的反应
• 11.2.2 钾和甜菜碱对减缓冬小麦水分胁迫的效果
• 11.2.3 钾和甜菜碱对冬小麦某些生理特性的影响
• 11.3 讨论
• 第三篇
• 第十二章 主要结论及研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介