干旱胁迫及复水对高粱水分传导特性的影响

论文摘要

水分亏缺是限制干旱、半干旱地区作物生长发育的重要因子之一,严重影响作物生长发育等一系列生理过程。目前,对高粱、甜高粱的研究主要是集中在逆境胁迫下生理生态指标的变化分析上,而对干旱胁迫及复水条件下根系水分运输能力的变化及与地上部光合特性、植株生长之间关系的研究较少。本研究通过盆栽抗旱性较强的高粱栽培品种晋杂4号和甜高粱雅津13号,较系统地研究和分析了高粱、甜高粱在不同程度水分亏缺及复水条件下叶片气体交换参数、根系水导及生长形态指标的变化,并分析了其间的关系。主要研究结果如下:1)高粱叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）均随胁迫程度的加剧而降低;复水四天后恢复至对照水平。中度水分（MS）处理叶片的胞间CO2（Ci）最低,气孔限制值（Ls）最高,表明MS处理叶片Pn降低的主要原因是气孔限制;重度水分（SS）处理叶片的Ci最高,Ls最低,Gs最低,表明SS处理叶片Pn降低的主要原因是叶肉细胞光合能力下降引起的,表现为非气孔限制;复水后,胁迫处理叶片的Ls降低,Ci升高。可见,随着干旱胁迫程度的加剧,高粱叶片光合能力的下降有一个从气孔限制到非气孔限制的变化过程。MS处理叶片复水第一天时,Ls急剧下降,Ci迅速升高;SS处理叶片复水第二天时,Ls急剧降低,Ci迅速上升。高粱叶片的光化学效率（Fv/Fm比值）随着干旱胁迫程度的加剧逐渐降低,表明干旱胁迫增大了高粱叶片的光抑制程度,降低了光系统Ⅱ的原初光能转化效率;复水四天后,基本恢复至对照水平。随着干旱胁迫程度的加剧,胁迫处理叶片的实际光化学效率（ΦPSⅡ）、光化学猝灭系数（qP）逐渐降低;复水第二天开始升高,可见ΦPSⅡ、qP的恢复存在滞后效应。SS处理叶片的非光化学猝灭系数（NPQ）最大,MS处理次之,CK最小。表明胁迫过程中高粱叶片通过光合电子传递过程中的热耗散途径减少了过剩激发能的产生,减轻了干旱对高粱的伤害。2)水分条件显著影响了高粱根系吸水,不同水分条件下根系导水率（Lpr）表现为:中度水分（MS）处理>对照（CK）处理>重度水分（SS）处理;复水后,MS处理植株的Lpr缓慢上升;SS处理植株的Lpr急剧升高,复水第五天,极显著的高于MS处理,并且超过CK处理。进一步分析发现高粱在MS及CK处理下根长的增大有利于水分的吸收及传导,同时MS处理植株的叶表面积较CK的小,有效降低了叶片的水分散失;复水后,SS处理植株的根系各参数变化幅度不大,但Lpr迅速升高,主要原因可能是复水增大了根系的活性。其原因有待于进一步研究。3)不同水分条件下,甜高粱气体交换参数的变化为:SS处理叶片的Pn高于CK及MS处理;复水四天,三个处理间无显著差异。水分亏缺下,Gs表现为:重度水分处理>对照处理>中度水分处理;Ci的大小顺序为:CK处理叶片的Ci极显著的高于胁迫处理;胁迫处理叶片的Ls极显著的高于CK处理;复水三天后,三个处理叶片的Gs、Ci和Ls均维持稳定,处理间差异不大。干旱胁迫下,MS处理叶片的Ls较高,Ci及Gs较低;复水后,Ls逐渐降低,Ci升高,Gs增加,Pn逐渐上升至对照水平,表明气孔限制是影响Pn的主要原因。CK处理叶片的Ls最低,Ci最高,Gs较低,较低Pn的主要原因可能是叶肉细胞光合能力较低,CO2的利用率较低。SS处理叶片的Ls最高,Ci最低,Gs最高,可能与其较高的Pn有关;复水后,Ls降低,Ci升高,Gs降低,与CK的表现一致。随着干旱胁迫程度的加剧,甜高粱叶片的Fv/Fm比值逐渐降低;复水四天,三个处理间差异不显著。SS处理叶片的ΦPSⅡ极显著的高于CK及MS处理;复水后降低。MS处理叶片的ΦPSⅡ在水分亏缺时降低;复水后逐渐升高。qP的变化趋势与ΦPSⅡ一致。甜高粱荧光参数的变化与其光合参数的变化相一致,在荧光水平上解释了甜高粱光合的变化。4)不同水分处理下,甜高粱根系Lpr表现为:重度水分处理>对照处理>中度水分处理;复水后,SS处理植株的Lpr与CK处理植株之间的差异不显著,MS处理植株的Lpr低于SS及CK处理的植株。研究发现,甜高粱在MS处理下具有较高的根系表面积,使其在单位时间内,单位压力梯度下流经单位根表面积（或长度）的水流降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 干旱胁迫及复水对作物生长发育的影响
• 1.1.1 干旱胁迫及复水对作物根系生长发育的影响
• 1.1.2 干旱胁迫及复水对作物冠部生长发育的影响
• 1.1.3 干旱胁迫及复水对作物根冠关系的影响
• 1.2 干旱胁迫及复水对根系水分传导的影响
• 1.2.1 干旱胁迫及复水对根系吸水机制的影响
• 1.2.2 根系水导的测定技术
• 第二章 试验方法及研究内容
• 2.1 研究目的及意义
• 2.2 试验材料与设计
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验设计
• 2.3 测定指标与方法
• 2.3.1 气体交换参数的测定
• 2.3.2 根系水导的测定
• 2.3.3 根系形态指标的测定
• 2.3.4 干物质量的测定
• 2.3.5 株高的测定
• 2.3.6 茎粗的测定
• 2.3.7 叶面积的测定
• 2.3.8 叶水势的测定
• 2.3.9 产量的测定
• 2.4 试验数据分析及处理
• 第三章 干旱胁迫及复水对高粱和甜高粱生长的影响
• 3.1 引言
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 干旱胁迫及复水对高粱、甜高粱株高的影响
• 3.2.2 干旱胁迫及复水对高粱、甜高粱茎粗的影响
• 3.2.3 干旱胁迫及复水对高粱、甜高粱叶面积的影响
• 3.2.4 干旱胁迫及复水对高粱、甜高粱根系生长的影响
• 3.2.5 干旱胁迫及复水对高粱、甜高粱生物量的影响
• 3.2.6 盆栽及水培条件下高粱、甜高粱分析图
• 3.3 小结
• 3.3.1 高粱形态分析
• 3.3.2 甜高粱形态分析
• 第四章 干旱胁迫及复水对高粱和甜高粱气体交换参数的影响
• 4.1 引言
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 干旱胁迫及复水对高粱、甜高粱光合特性的影响
• 4.2.2 干旱胁迫及复水对高粱、甜高粱荧光特性的影响
• 4.3 小结
• 4.3.1 高粱和甜高粱气体交换参数的分析
• 4.3.2 高粱和甜高粱荧光参数的分析
• 第五章 干旱胁迫及复水对高粱和甜高粱根系水导的影响
• 5.1 引言
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 干旱胁迫及复水对高粱根系水导的影响
• 5.2.2 高粱相关性分析
• 5.2.3 干旱胁迫及复水对甜高粱根系水导的影响
• 5.2.4 甜高粱相关性分析
• 5.2.5 干旱胁迫及复水对高粱、甜高粱叶水势的影响
• 5.3 小结
• 第六章 干旱胁迫及复水对高粱和甜高粱产量的影响
• 6.1 引言
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 干旱胁迫及复水对高粱、甜高粱产量及千粒重的影响
• 6.2.2 干旱胁迫及复水对高粱、甜高粱水分利用效率的影响
• 6.3 小结
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介