营养液漂浮育苗棉苗根系形态建成及适应机理研究

论文摘要

我国在棉花育苗上已经发展了营养钵育苗、芦管育苗、无土育苗和穴盘育苗等技术,黄河流域和西北内陆棉区以种子直播为主,长江流域主要种植杂交棉,而采用育苗移栽技术。目前,在棉花育苗移栽上存在出苗、成苗率低,劳动强度大等问题。最近,湖南农业大学棉花研究所在国内外棉花、烟草、蔬菜和花卉等育苗方法的基础上创建了一项新的棉花育苗方法——棉花营养液漂浮育苗技术。该育苗技术通过采用多孔聚乙烯泡沫育苗盘为载体,以混配基质为支撑,以营养液水体为苗床进行漂浮育苗,能使优良棉种的出苗率超过95%,成苗率达到90%以上,与其它育苗方式相比具有省工、省力、节本和增产等优点。自2005年起,棉花营养液漂浮育苗技术已在湖南、湖北、江西和安徽等省进行了大面积的推广应用。本研究以农杂66和湘杂棉8号为试验材料,从形态、细胞学和生理生化水平等方面,对营养液漂浮育苗过程中棉花幼苗根系的形态建成及其适应机制进行详细的研究,以明确棉花幼苗在营养液中漂浮生长发育动态以及对水生环境的适应性过程,为该棉花育苗技术的应用提供坚实的理论基础。1营养液漂浮育苗棉苗根系形态和生理生化特性（1）在营养液漂浮育苗中,采用催芽播种方式,育苗盘中以棉花种子胚根朝下倾斜播放为最佳方式,根系穿孔率达97.0%,戴壳率仅为3.0%。当播种深度为1.0～2.0 cm时,种子所处的基质层面含水量为68%～85%,不仅有利于根系的形成和生长发育,而且有利于侧根的发生及根系形态建成。（2）营养液漂浮育苗棉苗根系分为两种类型:旱生根系和水生根系。旱生根系呈弹簧状,而水生根系白嫩,根尖肥大,柔软并且富有弹性。自棉花幼苗1叶1心至5叶1心,营养液漂浮生长的棉苗根系发达,根系鲜重、干重、根长、根体积和根冠比与营养钵育苗棉苗（对照）的差异均达到显著水平;根系密度增大,一级侧根和二级侧根明显多于对照,从而增加了营养液漂浮生长的棉苗根系总吸收面积和活跃吸收面积。（3）营养液漂浮育苗棉苗旱生根系的表皮细胞完整,表皮细胞体积小,排列紧密、整齐紧凑,细胞壁加厚程度大,皮层薄壁细胞形成了部分通气组织。水生根系的表皮细胞排列松散,皮层薄壁细胞体积较大,大部分皮层薄壁细胞融合形成发达的通气组织,有利于氧气的传送。因此,根系通气组织的形成是棉苗适应水生环境主要特征。与营养钵中生长的棉花幼苗相比,营养液中漂浮生长的幼苗根系皮层厚度明显变薄,而根系中柱半径、导管直径均增大,因此增强了根系对水分的运输能力。（4）对营养液漂浮育苗棉苗根系的生理生化特性研究发现,营养液漂浮育苗增加了幼苗根系的TTC还原强度。在农杂66幼苗从1叶1心至5叶1心5个生长时期中,根系还原强度分别比对照提高12.4%、11.4%、14.2%、22.9%和10.5%。湘杂棉8号幼苗从1叶1心至5叶1心5个生长时期,棉苗根系还原强度分别比对照提高10.3%、12.4%、14.8%、21.0%和8.8%。营养液漂浮育苗棉苗根系中SOD、POD和CAT保护酶活性均有不同程度地提高,而O2-和MDA含量呈下降的变化趋势,表明营养液漂浮育苗能增加棉苗根系保护酶活性,降低膜脂过氧化作用,从而起到保护膜结构的完整性和提高棉苗抗逆性的作用。（5）从1叶1心至5叶1心,农杂66和湘杂棉8号两个品种的营养液漂浮育苗棉苗根系中纤维素酶活性均比营养钵中生长的幼苗高,并在2叶1心时期达到最大值。两个品种营养液漂浮育苗棉苗旱生根系的纤维素酶活性分别为0.548μg/（g·min）和0.668μg/（g·min）,水生根系的纤维素酶活性分别为0.551μg/（g·min）和0.702μg/（g·min）。另外,自1叶1心至5叶1心,营养液漂浮育苗棉苗根系内源乙烯含量及生成速率明显高于对照。在淹水的条件下,促进了营养液漂浮育苗棉苗根系纤维素酶活性的提高,加速了皮层细胞的融合,而内源乙烯含量的增加促进了根系皮层细胞死亡解体,因而有利于根系通气组织的形成。（6）自1叶1心至5叶1心,营养液漂浮育苗棉苗根系的LDH（乳酸脱氢酶）和ADH（乙醇脱氢酶）活性均高于对照。两种不同类型根系中,旱生根系ADH活性高于水生根系;水生根系LDH酶活性高于旱生根系。棉苗根系中ADH、LDH活性的提高,增强有氧呼吸酶活性,并避免乳酸和乙醛大量积累对棉苗的伤害,从而缓解了低氧胁迫对棉苗的伤害,增强了营养液中漂浮生长幼苗耐低氧的能力。2营养液漂浮育苗棉苗茎叶生理生化特性（1）与营养钵育苗方法相比,在棉花幼苗自1叶1心至5叶1心生长发育过程中,营养液漂浮育苗法提高了幼苗叶片的叶绿素、可溶性蛋白质和可溶性糖含量。（2）在棉花幼苗从1叶1心至5叶1心5个生长时期中,营养液漂浮育苗棉苗叶片SOD、POD和CAT保护酶活性均有不同程度地提高,O2-和MDA含量呈下降趋势,表明营养液漂浮育苗能增加棉苗叶片保护酶的活性,降低膜脂过氧化作用,从而起到保护膜结构的完整性和提高棉苗抗逆性的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1 棉花育苗移栽的研究概况
• 1.1 育苗移栽的效应
• 1.2 棉花各种育苗技术
• 1.2.1 营养钵育苗
• 1.2.2 营养块育苗
• 1.2.3 芦管育苗
• 1.2.4 纸管育苗
• 1.2.5 无土育苗
• 1.2.6 穴盘育苗和微钵育苗
• 1.2.7 营养液漂浮育苗
• 1.2.8 芽苗育苗
• 1.2.9 其它育苗技术
• 2 作物淹水根系形态建成的研究进展
• 3 作物淹水根系形态学和细胞学适应机理的研究
• 3.1 作物淹水根系形态学特征适应机理的研究
• 3.2 作物淹水根系细胞学特征适应机理的研究
• 4 作物淹水生理生化适应机理的研究
• 4.1 作物淹水生理特性的研究
• 4.2 作物淹水保护酶活性的研究
• 4.3 作物淹水内源乙烯含量的研究
• 4.4 作物淹水呼吸关键酶的研究
• 5 本研究的目的、意义和内容
• 5.1 本研究的目的、意义
• 5.2 本研究的主要内容
• 5.3 预期目标
• 第二章 营养液漂浮育苗棉苗根系形态建成及生长特征的研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 棉苗根系的形态建成和生物学特性
• 1.2.1 不同播放方式对营养液漂浮育苗棉苗根系穿孔率的影响
• 1.2.2 营养液漂浮育苗棉苗根系形态建成
• 1.2.3 不同苗龄棉苗生物学特性
• 1.3 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 不同播放方式对营养液漂浮育苗棉苗根系穿孔率的影响
• 2.2 营养液漂浮育苗棉苗根系形态建成
• 2.2.1 基质含水量对根系生长的影响
• 2.2.2 不同播种深度对棉苗根系生长的影响
• 2.2.2.1 不同播种深度对棉苗主根长及第一级侧根与主根发生起点距离的影响
• 2.2.2.2 不同播种深度对棉苗一级侧根数及一级侧根长的影响
• 2.3 营养液漂浮育苗棉苗根系形态特征
• 2.4 营养液漂浮育苗对棉苗生物学特性的影响
• 2.4.1 营养液漂浮育苗对棉苗根系鲜重、干重的影响
• 2.4.2 营养液漂浮育苗对棉苗主根长及根长的影响
• 2.4.3 营养液漂浮育苗对棉苗根体积及根冠比的影响
• 2.4.4 营养液漂浮育苗对棉苗根半径的影响
• 2.4.5 营养液漂浮育苗对棉苗根表面积及活跃吸收面积的影响
• 2.4.6 营养液漂浮育苗对棉苗根密度的影响
• 2.4.7 营养液漂浮育苗对棉苗一、二级侧根数的影响
• 3 小结与讨论
• 3.1 不同播放方式对营养液漂浮育苗棉苗根系穿孔率的影响
• 3.2 营养液漂浮育苗棉苗根系的形态建成
• 3.3 营养液漂浮育苗棉苗根系的形态特征
• 3.4 营养液漂浮育苗对棉苗生物学特性的影响
• 第三章 营养液漂浮育苗棉苗根系细胞学特征的研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 试验方法和细胞学观察
• 1.2.1 徒手切片
• 1.2.2 石蜡切片
• 1.3 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 营养液漂浮育苗棉苗根系的解剖结构
• 2.1.1 棉苗根系皮层厚度的变化
• 2.1.2 棉苗根系中柱半径的变化
• 2.1.3 棉苗根系导管直径的变化
• 2.2 营养液漂浮育苗棉苗根系皮层边缘厚壁细胞的形成
• 2.3 营养液漂浮育苗棉苗根系通气组织的形成
• 3 小结与讨论
• 3.1 营养液漂浮育苗棉苗根系的解剖结构
• 3.2 营养液漂浮育苗棉苗根系通气组织的形成
• 第四章 营养液漂浮育苗棉苗生理生化特性的研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 生理生化指标测定
• 1.2.1 生理生化特性的测定
• 1.2.1.1 根系活力的测定
• 1.2.1.2 叶片光合特性的测定
• 1.2.1.2.1 叶绿素含量（Chl）的测定
• 2浓度的测定'>1.2.1.2.2 光合速率、蒸腾速率、气孔导度和细胞间CO₂浓度的测定
• 1.2.1.3 可溶性蛋白质含量的测定
• 1.2.1.4 可溶性糖含量的测定
• 1.2.2 棉苗保护酶活性的测定
• 1.2.2.1 棉苗根系保护酶活性的测定
• 1.2.2.1.1 活性氧含量的测定
• 1.2.2.1.2 丙二醛（MDA）含量的测定
• 1.2.2.1.3 SOD、POD和 CAT活性的测定
• 1.2.2.2 棉苗叶片保护酶活性的测定
• 1.2.2.2.1 活性氧含量的测定
• 1.2.2.2.2 MDA含量的测定
• 1.2.2.2.3 SOD、POD和CAT酶活性的测定
• 1.2.3 棉苗内源乙烯释放量及生成速率和根系纤维素酶活性的测定
• 1.2.3.1 根系内源乙烯释放量及生成速率的测定
• 1.2.3.2 主茎内源乙烯释放量及生成速率的测定
• 1.2.3.3 根系纤维素酶活性的测定
• 1.2.4 棉苗根系呼吸关键酶的测定
• 1.2.4.1 根系乙醇脱氢酶（ADH）活性的测定
• 1.2.4.2 根系乳酸脱氢酶（LDH）活性的测定
• 1.3 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 营养液漂浮育苗对棉苗生理生化特性的影响
• 2.1.1 营养液漂浮育苗棉苗根系活力
• 2.1.2 营养液漂浮育苗棉苗叶片叶绿素含量
• 2.1.3 营养液漂浮育苗棉苗叶片光合特性
• 2.1.4 棉苗叶片可溶性蛋白质及可溶性糖含量
• 2.2 营养液漂浮育苗对棉苗保护酶活性的影响
• 2.2.1 营养液漂浮育苗对棉苗根系保护酶活性的影响
• 2.2.1.1 棉苗根系活性氧含量
• 2.2.1.2 棉苗根系丙二醛含量
• 2.2.1.3 棉苗根系超氧化物歧化酶（SOD）活性
• 2.2.1.4 棉苗根系过氧化物酶（POD）活性
• 2.2.1.5 棉苗根系过氧化氢酶（CAT）活性
• 2.2.2 营养液漂浮育苗对棉苗叶片保护酶活性的影响
• 2.2.2.1 棉苗叶片活性氧含量
• 2.2.2.2 棉苗叶片丙二醛含量
• 2.2.2.3 棉苗叶片超氧化物歧化酶（SOD）活性
• 2.2.2.4 棉苗叶片过氧化物酶（POD）活性
• 2.2.2.5 棉苗叶片过氧化氢酶（CAT）活性
• 2.3 营养液漂浮育苗对棉苗内源乙烯释放量及生成速率和根系纤维素酶活性的影响
• 2.3.1 棉苗根系纤维素酶活性
• 2.3.2 根系内源乙烯释放量及生成速率
• 2.3.3 棉苗主茎内源乙烯释放量及生成速率
• 2.4 营养液漂浮育苗棉苗根系呼吸关键酶的变化
• 2.4.1 棉苗根系乙醇脱氢酶（ADH）活性的变化
• 2.4.2 棉苗根系乳酸脱氢酶（LDH）活性的变化
• 3 小结与讨论
• 3.1 营养液漂浮育苗对棉苗生理特性的影响
• 3.1.1 营养液漂浮育苗对棉苗根系活力的影响
• 3.1.2 营养液漂浮育苗对棉苗叶绿素含量及光合特性的影响
• 3.1.3 营养液漂浮育苗对棉苗氮（N）代谢的影响
• 3.1.4 营养液漂浮育苗对棉苗可溶性糖含量的影响
• 3.2 营养液漂浮育苗对棉苗保护酶活性的影响
• 3.2.1 营养液漂浮育苗对棉苗活性氧含量的影响
• 3.2.2 营养液漂浮育苗对棉苗MDA含量的影响
• 3.2.3 营养液漂浮育苗对棉苗保护酶活性的影响
• 3.3 营养液漂浮育苗对棉苗根系纤维素酶活性及内源乙烯的影响
• 3.3.1 营养液漂浮育苗棉苗根系纤维素酶活性的变化
• 3.3.2 营养液漂浮育苗棉苗内源乙烯释放量的变化
• 3.4 营养液漂浮育苗棉苗根系ADH和LDH活性的变化
• 第五章 本研究主要结论与创新点
• 1 本研究主要结论
• 1.1 营养液漂浮育苗棉苗根系形态和生理生化特性
• 1.2 营养液漂浮育苗棉苗茎叶生理生化特性
• 2 本研究的不足之处
• 3 本研究的创新之处
• 缩略词表
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介