干旱下氮素营养对不同穗型小麦苗期耐旱性的影响机制

发布时间：2020-05-16 19:57

【摘要】：水分短缺和土壤贫瘠是限制我国北方植物生长和发育的两个重要的环境因素,水分和养分既有各自的特殊作用,又互相作用,影响着作物的产量和品质。本文以两种不同品系小麦(多穗型品种西农979和大穗型品种2036))作为研究材料,采用人工控制实验方法,分别从小麦根系活力、叶片光合、叶绿素荧光、活性氧代谢以及抗氧化物质代谢调控等方面,研究了不同水分和养分处理下两个小麦品种的生理响应及其调控机制,揭示了小麦幼苗耐旱性机理及氮素对缓解干旱的生理调控机制,可为小麦利用自身的营养遗传特征挖掘其吸收、利用氮素的生理潜力提供理论依据。获得的主要研究结果如下:(1)水分与氮素存在着明显的互作效应,重度干旱胁迫和低氮处理都会降低小麦的生物量、根系总吸收面积、活跃吸收面积、根系活力、氮含量和植株的氮素积累量,且低氮处理增加了根长和根冠比。相比于低氮和中氮处理,高氮处理下西农979的根系总吸收面积、活跃吸收面积和根系活力显著提高,且分别比大穗小麦2036提高了11%、14%和27%。西农979植株氮素积累量在中氮和高氮处理之间无显著差异,但中氮处理下西农979的植株氮素积累量比大穗小麦2036提高了13%~62%。低氮处理下,小麦根冠比(R/S)随干旱胁迫程度的增加而略有增加,其中在高氮处理和中度干旱胁迫下根-冠比表现为最小。相关分析结果表明,小麦根系的活跃吸收面积、根系活力与植株氮素积累量呈极显著的正相关关系(P0.01),和根冠比呈极显著的负相关关系(P0.01)。在轻度干旱胁迫下,增加氮素供给能有效提高西农979的根系吸收面积和根系活力,但是过量的氮素供给不利于大穗小麦2036根系的生长,表明不同穗型小麦的根系活力和生长对不同水氮耦合的响应是不同的。通过适宜的水氮耦合调控,有利于良好小麦根系形态的构建与根系活力的提高,从而提高小麦根系对水分和养分的吸收能力。(2)干旱胁迫显著降低了小麦的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs),但提高了瞬时水分利用效率(WUE)。此外,干旱胁迫同样导致了小麦叶片的光化学猝灭系数(QP)、最大光化学效率(Fv/Fm)、光系统Ⅱ(ΦPSⅡ)的量子产量和表观光合电子传递速率(ETR)的下降,但在氮素(N)的供给有效缓解了小麦因干旱胁迫导致的光合效率的下降。在干旱胁迫下,氮素供应的适度增加能够减轻光抑制作用从而提高小麦的光合效率,最终提高小麦的抗旱性;但过量的氮素供应对植物抗旱性的提高并没有显著性作用,甚至对植物的生长产生了不利的影响。在低氮处理下,西农979比大穗小麦2036具有更强的抗旱性。(3)在同样的干旱胁迫条件下,耐旱性品种西农979具有较高的抗氧化和活性氧调控能力。随着氮素浓度的提高,小麦体内活性氧表现出下降的趋势。干旱胁迫下大穗小麦2036根系中的活性氧和膜脂过氧化产物(MDA)都高于西农979。此外,干旱胁迫下,氮素供应增加能够提高小麦植株中超氧化物歧化酶(SOD)和酚过氧化物酶(POD)的活性以及抗氧化剂抗坏血酸(ASA)和谷胱甘肽(GSH)的含量,尤其是在轻度干旱胁迫下,保护酶活性的显著升高有利于活性氧的清除。低氮处理下,西农979小麦的POD和过氧化氢酶(CAT)活性均高于大穗小麦2036,抗氧化剂GSH的含量也较高,表明在相同的干旱胁迫条件下,耐旱性品种西农979具有较高的抗氧化和活性氧调控能力,此外,西农979在低氮处理下适应性也比大穗小麦2036更强。在没有受到干旱胁迫时,适量的氮素供给增加可以提高叶片中抗氧化酶的活性;而在遭受干旱胁迫时,适量氮素供给的增加能够提高酶活性,表明适当的增加氮素供给可以缓解干旱胁迫,减轻自由基对细胞的伤害。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S512.1

【相似文献】