滴灌春小麦根系形态特征及内源激素含量对花期干旱及复水的响应.pdf
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1、为探明北疆地区不同抗旱性滴灌春小麦品种根系形态及内源激素在开花期干旱后复水过程中的变化特征及其与生物量的关系,以春小麦耐旱性强品种新春6号和耐旱性弱品种新春2 2号为材料,在土柱栽培下设置常规灌溉(C K)、开花期轻度干旱和中度干旱3种水分条件,分析了干旱胁迫后复水条件下不同耐旱性小麦品种根系形态特征、渗透调节物质及内源激素和生物量的差异。结果表明,两个品种的根长密度(R L D)、根体积密度(R V D)、根表面积密度(R S A D)、可溶性糖(S S)含量、脯氨酸(P r o)含量、生长素(I AA)含量、赤霉素(G A3)含量、玉米素(Z T)含量、地上部干物质积累量(S DM)以及产
2、量均在干旱复水后随时间呈先增后降趋势,以轻度干旱后复水条件下表现最佳。两个品种比较,在轻度干旱后复水条件下新春6号的R L D、R V D、R S A D、S S含量、P r o含量、I AA含量、GA3含量、Z T含量、A B A含量、S DM及产量较新春2 2号平均高出3.3 8%、4.3 0%、4.2 9%、2 1.8 4%、1 0.8 1%、5.9 9%、1 0.0 2%、1 6.0 5%、3.1 3%、6.8 6%和3.4 7%。经相关分析,两个品种于各处理下的R L D、R V D、R S A D、S S含量、P r o含量与I AA含量、G A3含量和Z T含量间均呈显著正相关,
3、与A B A含量呈显著负相关。综上所述,较优的根系生长及生理代谢是春小麦具有较高抗旱性的原因;轻度干旱后复水可调节滴灌春小麦根系渗透调节物质和内源激素含量变化,进而优化根系形态,促进干物质向穗部转运及产量形成,可作为新疆滴灌春小麦灌溉模式。关键词:滴灌小麦;花期干旱;根系形态;内源激素;干物质积累中图分类号:S 5 1 2.1;S 3 1 1 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 9-1 0 4 1(2 0 2 3)0 9-1 1 7 4-1 3R e s p o n s eo fR o o tM o r p h o l o g ya n dE n d o g e n o u sH o r m
4、 o n e so fD r i pI r r i g a t e dS p r i n gW h e a t t oD r o u g h t S t r e s sa n dR e w a t e r i n ga tA n t h e s i sS t a g eWA N GR o n g r o n g,X I EB i n g y i n g,WA N GH a i q i,J I A N GG u i y i n g,Y I NH a o j i e,Z H A N GT i n g(C o l l e g eo fA g r o n o m y,S h i h e z iU n
5、i v e r s i t y,S h i h e z i,X i n j i a n g8 3 2 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:T o i nv e s t i g a t et h ee f f e c t so fr e h y d r a t i o no nr o o tm o r p h o l o g ya n de n d o g e n o u sh o r m o n e so fd i f f e r e n td r o u g h t-t o l e r a n ts p r i n gw h e a tv a r i e t i
6、e sa n di t sr e l a t i o n s h i pw i t hb i o m a s si nN o r t h e r nX i n-j i a n ga f t e rd r o u g h t a t a n t h e s i s s t a g e,ad r o u g h t-t o l e r a n t v a r i e t yX i n c h u n6a n dad r o u g h t s e n s i t i v ev a-r i e t yX i n c h u n2 2w e r eu s e da sm a t e r i a l s
7、.T h r e et r e a t m e n t si n c l u d i n gc o n v e n t i o n a l i r r i g a t i o n(C K),m i l dd r o u g h t(T 1)a n dm o d e r a t ed r o u g h t(T 2)a t a n t h e s i ss t a g ew e r es e tu pu n d e r s o i l c o l u m nc u l t i-v a t i o n,a n d t h ed i f f e r e n c e so f r o o tm o r
8、 p h o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s,o s m o r e g u l a t o r ys u b s t a n c e s,e n d o g e-n o u sh o r m o n e sa n db i o m a s so fd i f f e r e n td r o u g h t-t o l e r a n tw h e a tv a r i e t i e su n d e rd i f f e r e n t c o n d i t i o n so fr e h y d r a t i o na f t
9、 e rd r o u g h ts t r e s sw e r ea n a l y z e d.T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h er o o tl e n g t hd e n s i t y(R L D),r o o tv o l u m ed e n s i t y(R V D),r o o t s u r f a c ea r e ad e n s i t y(R S A D),s o l u b l es u g a r(S S)c o n t e n t,p r o l i n e(P r o)c o n t e n t,a u
10、x i n(I AA)c o n t e n t,g i b b e r e l l i n(GA3)c o n t e n t,z e a t i n(Z T)c o n t e n t,s h o o td r ym a t t e ra c c u m u l a t i o n(S DM),a n dy i e l do f t h e t w ov a r i e t i e s i n c r e a s e d f i r s t a n d t h e nd e c r e a s e dw i t ht i m ea f t e r r e h y d r a t i o n
11、a f t e rd r o u g h t,w i t ht h eb e s tp e r f o r m a n c eu n d e rt h ec o n d i t i o n so fr e h y d r a t i o na f t e rm i l dd r o u g h t.C o m p a r e dw i t hX i n c h u n2 2,t h eR L D,R V D,R S A D,S Sc o n t e n t,P r oc o n t e n t,I AAc o n t e n t,GA3c o n t e n t,Z Tc o n t e n
12、t,A B Ac o n t e n t,S DM,a n dy i e l do fX i n c h u n6w e r e3.3 8%,4.3 0%,4.2 9%,2 1.8 4%,1 0.8 1%,5.9 9%,1 0.0 2%,1 6.0 5%,3.1 3%,6.8 6%a n d3.4 7%h i g h e rt h a nt h o s eo fX i n c h u n2 2u n d e r t h ec o n d i t i o n so f r e h y d r a t i o na f t e rm i l dd r o u g h t.C o r r e l a
13、 t i o na n a l y s i ss h o w e d t h a t t h eR L D,R V D,R S A D,S Sc o n t e n t,P r o c o n t e n t a n d I AAc o n t e n t,GA3c o n t e n t,a n dZ Tc o n t e n to f t h e t w ov a r i e t i e su n d e re a c ht r e a t m e n tw e r es i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t e
14、 d,a n ds i g n i f i-c a n t l yn e g a t i v e l yc o r r e l a t e dw i t hA B Ac o n t e n t.T os u mu p,b e t t e r r o o tg r o w t ha n dp h y s i o l o g i c a lm e-t a b o l i s ma r et h er e a s o n sw h ys p r i n g w h e a th a sh i g h e rd r o u g h tr e s i s t a n c e;r e h y d r a
15、t i o na f t e r m i l dd r o u g h t c a na d j u s t t h ec h a n g e so fo s m o t i c r e g u l a t i n gs u b s t a n c e sa n de n d o g e n o u sh o r m o n ec o n t e n t s i ns p r i n gw h e a t r o o t su n d e r d r i p i r r i g a t i o n,t h u s o p t i m i z i n g t h e r o o tm o r p
16、 h o l o g y,p r o m o t i n g t h e t r a n s l o-c a t i o no fd r ym a t t e rt ot h ee a ra n dy i e l df o r m a t i o n,w h i c hc a nb eu s e da st h ei r r i g a t i o n m o d e lf o rs p r i n gw h e a tu n d e rd r i p i r r i g a t i o n i nX i n j i a n g.K e y w o r d s:D r i p i r r i
17、g a t e dw h e a t;D r o u g h t a t a n t h e s i s;R o o tm o r p h o l o g y;E n d o g e n o u sh o r m o n e s;D r ym a s sa c c u m u l a t i o n 小麦是新疆最重要的粮食作物之一,2 0 2 0年全疆种植面积达到1.0 71 06h m2,占粮食作物总播种面积的4 7.9 3%1。干旱是制约新疆小麦生产的主要因素之一。在6-7月份的小麦开花灌浆期,新疆常年温度在3 0 左右,小麦生长处在高温环境下,极易受到干旱胁迫2,而此时是小麦生长发育和需
18、水关键时期,缺水造成的产量损失一般在2 0%左右3。前人研究表明,小麦开花期适度干旱后复水有利于同化物的积累与产量的形成4-5,说明受旱小麦可高产稳产。因此,研究滴灌小麦开花期抗旱机理及干旱后复水的补偿效应,挖掘其生物节水潜力,对新疆小麦高效生产具有指导意义。根系是作物吸收土壤水分的主要器官。水分亏缺条件下,根系通过生长及代谢的补偿效应,可维持必要的生长发育6。补偿效应是小麦根系对水分亏缺的适应策略,也是在其生育期间进行水分调控、充分挖掘根系高效利用水分潜力、实现生物节水的重要生理依据7。小麦根系的形成、分化主要受内源激素的调控,干旱时根系通过内源激素调节根系生育过程以适应干旱8-9。研究表明
19、,适度干旱后复水根系形态特征、渗透调节物质等迅速恢复是作物产生补偿效应的主要原因,水分调控对作物根系生长发育有显著的调控作用,适度干旱可促进根系向下生长,有利于干物质积累1 0-1 1。干 旱 胁 迫 下 生 长 素(I AA)、赤 霉 素(GA3)、玉 米 素(Z T)浓 度 的 下 降 以 及 脱 落 酸(A B A)浓度的升高抑制了根系的生长1 2-1 3,同时导致渗透调节物质在根系中失去平衡,使根长密度(R L D)、根体积密度(R V D)和根表面积密度(R S A D)出现下降趋势1 4,干物质向生殖器官运输受阻,造成减产1 5。干旱胁迫下小麦喷施外源A B A在 渗透调节物 质方
20、面产生 拮抗Z T的 作用1 6。在干旱区滴灌条件下,当小麦根系从干旱逆境转入正常水分条件时,内源激素的变化对根系形态及渗透调节物质有何影响?复水后内源激素是否有相同的作用及其调节机制尚不清楚。基于上述原因,本研究在新疆生态条件下,分析了开花期不同程度干旱后复水条件下滴灌春小麦根系形态、内源激素含量及干物质积累的变化特征,了解干旱胁迫后复水条件下内源激素对滴灌春小麦根系形态及渗透调节物质的调控作用,以期为干旱区滴灌春小麦高效用水技术体系的完善提供理论依据。1 材料与方法1.1 试验地概况试验于2 0 2 1年4-7月在石河子大学农学试验站(4 4 1 8 N,8 5 5 9 E)进行。供试土壤
21、为灌溉灰漠土,试验地06 0c m土壤中有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量分别为1 7.8 4gk g-1、1.3 7gk g-1、5 8.7 1m gk g-1、1 6.9 6m gk g-1和1 3 9.0 2m gk g-1,土壤电导率为0.1 5d Sm-1,p H值为7.8 0,容重为1.3 8gc m-3,田间持水量为1 9.8%。生育期内最高气温出现在5月下旬至7月,开花期最高温度可达3 9.0。年均降水量2 0 8mm,年蒸发量16 6 0mm。小麦生育期间4-7月份的降水量和温度见图1。5711第9期王荣荣等:滴灌春小麦根系形态特征及内源激素含量对花期干旱及复水的响应图
22、1 2 0 2 1年春小麦生育期最高温(Tm a x)、最低温(Tm i n)和降水量(Pr)F i g.1 M a x i m u mt e m p e r a t u r e(Tm a x),m i n i m u mt e m p e r a t u r e(Tm i n),a n dp r e c i p i t a t i o n(Pr)d u r i n g t h eg r o w t hp e r i o do f s p r i n gw h e a t i n2 0 2 11.2 试验设计试验采用裂区设计,品种为主区,水分条件为副区。供试春小麦品种为经抗旱性鉴定的新春2 2
23、号(耐旱性弱)和新春6号(耐旱性强)。设置3个水分条件:(1)全生育期正常供应水分(7 5%8 0%田间持水量),全生育期内灌水量为5 4 0mm(C K);(2)开花期轻度干旱(6 0%6 5%田间持水量)后复水,全生育期内灌水量为4 8 0mm(T 1);(3)开花期中度干旱(4 5%5 0%田间持水量)后复水,全生育期内灌水量为4 4 0mm(T 2)。T 1和T 2处理除开花期外其余时期土壤水分保持7 5%8 0%的田间持水量。于2 0 2 1年5月2 7日开始控水,2 0 2 1年6月8日进入开花期,为保证轻度干旱和中度干旱复水时间一致,中度干旱较轻度干旱提前5d进行控水,在达到相应
24、的土壤含水量后,干旱处理1 0d,当干旱结束后,加大滴水量使土壤水分恢复至7 5%8 0%的田间持水量(称为复水),复水日期为2 0 2 1年6月1 3日(花后5d)。于各小区埋设厚1c m、直径1 0c m的硬质P E管进行土柱栽培试验,每3个P E管纵向连接成一个整体管,管与管之间用铁环固定,每根管总长为6 0c m。灌 溉 采 用 滴 灌,滴 灌 带(管 径1 6mm,滴头间距3 0c m,流量2.6Lh-1)放置在P E管中央。在土柱中装土的过程中,通过向土柱中浇水的方式模拟大田水分分布情况,先将过筛后的干土装入P E管口下4 06 0c m,然后反复向P E管中灌水达到田间持水量后,
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