棉花不同土壤深度根系形态、生理变化及对矿质元素的响应

发布时间：2020-08-07 10:06

【摘要】：棉花作为重要的经济作物,也是国计民生重要的战略物资,其棉株生长发育总是受到矿质元素的限制。根系是植株与土壤环境连接的桥梁,是对矿质元素吸收运输储存的直接器官。为了揭示根系形态、生理对矿质元素的响应关系,本研究从根系的形态性状、生理性状、组织结构入手,研究不同土壤深度下根系形态、生理的变化规律及与矿质元素的响应关系,明确了矿质元素对根系形态、生理特性、组织结构的调节关系。探讨根系构型与矿质元素的吸收运输储存能力,研究结果可为棉花培育高效吸收运输养分的根系构型奠定理论基础。主要研究的内容和结果如下所示:1)随着土壤深度增加,比根长、比根面积、比根体积、根系含氮量逐渐增大,根系密度逐渐降低。氮素与0-20 cm土壤中比根长、比根面积、比根体积表现为正相关关系,与根系密度表现为负相关关系。位于30-50 cm土壤中,氮素与比根长、比根体积、比根面积、根系密度均表现为正相关关系。位于20-30 cm和50-60 cm土壤中,氮素与比根长、比根体积、比根面积、根系密度均表现为负相关关系。从不同矿质元素水平分析可知,氮、镁、硫元素分别对根系形态性状参数表现为正相关关系,氮素对比根长的作用效果更显著。磷、钾元素分别对比根体积表现为正相关关系。主成分分析表明氮、钾元素对比根长、比根面积、比根体积表现出正相关关系,氮素对比根面积表现出较强的正相关关系。钙、镁、硫元素对根系密度表现出负相关关系,硫元素对根系密度的作用效果更显著。2)氮素与中上层(0-30 cm)土壤中的蛋白质的含量、硝酸还原酶的表现出正相关关系,同时随着土壤深度增加,蛋白质含量、硝酸还原酶活性均增大,而谷氨酰胺合成酶的活性会减小。位于中下层(30-60 cm)土壤中,氮素与蛋白质的含量、硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶相关关系不显著。从不同矿质元素水平分析可知,氮素对蛋白质的含量、氮代谢酶均表现出正相关关系。磷、镁、硫元素分别对蛋白质的含量、硝酸还原酶表现出正相关关系。主成分分析表明氮素与氮代谢酶表现出正相关关系,氮素对硝酸还原酶的作用效果更显著,硫、镁元素与氮代谢酶表现出负相关关系,硫元素与硝酸还原酶的作用效果更显著。3)从根系截面中不同区域分析可知,氮素促进皮层区面积、射线细胞的数量增加,增强了根系径向运输和轴向运输能力。磷、钾元素促进中柱面积增加,增强了根系轴向运输能力。钙、镁、硫元素促进了根系截面总面积及皮层区面积,均增强了根系轴向运输能力,另外,钙、硫元素增加射线细胞数量,因而增强了根系径向运输能力。从根系中柱区不同组织结构分析可知,氮素促进了初生木质部平均直径、初生木质部细胞数量和射线细胞面积,增强了根系中柱轴向运输能力和径向运输能力。磷、钾元素均增加了初生木质部平均直径,增强了根系轴向运输能力。钙、镁、硫增加了初生木质部细胞的数量和射线细胞的面积,间接增加了根系轴向运输能力及径向运输能力,另外,硫元素还增加初生木质部平均直径,进一步增强根系中柱轴向运输能力。从根系皮层区不同组织结构分析可知,氮、钙元素促进次生木质部细胞数量及木薄壁细胞数量,增强了皮层区根系轴向运输能力及储存能力。磷元素促进木薄壁细胞平均直径,增强根系储存能力。钾元素对皮层区各组织结构促进作用效果不明显。镁、硫元素均促进次生木质部平均直径、次生木质部细胞数量、木薄壁细胞数量,增强了根系皮层区轴向运输及储存能力。主成分分析表明钙元素与初生木质部细胞数量表现为较强的正相关关系,与皮层区域面积:截面总面积表现为较强的负相关关系,进而增强根系轴线运输能力。氮素与射线角度表现出较强的负相关关系,与皮层区木薄壁细胞平均直径表现出较强的正相关关系,进而增强根系储藏物质能力和径向运输能力。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S15;S562
【图文】：

示意图,示意图,根系,实验原理

图 2-1 人工挖掘示意图Figure 2-1 Schematic diagram of manual excavation3.2 根系氮、磷、钾、钙、镁、硫含量的测定方法采用 H2SO4-H2O2联合消煮－半微量凯氏定氮法（鲍士旦，2010）测定根系氮含量系磷、钾、钙、镁、硫含量的测定方法采用 HNO3-H2O2完全消解酸体系，微波消消煮 Mile-stone Ethos（A，Italy）（赵明等，2006; 杨锐明等，2011），用电感耦合子体发射光谱仪 Thermo Scientific iCAP 6000（USA）测定根系磷、钾、钙、镁、硫算含量（于学敏等，2001）。实验原理如图 2-2 所示（唐兴敏等，2013）。图 2-2 实验原理图Figure 2-2 Experimental schematic3.3 变异系数计算公式

【参考文献】