干旱胁迫对水稻光合作用和水力导度的影响及其机理研究

发布时间：2018-10-07 18:11

【摘要】：水稻是世界上最重要的粮食作物之一,超过世界上一半以上的人口以水稻为主要口粮。水稻是农业生产中的耗水大户,消耗了中国大约70%左右的农业用水。干旱是农业生产中主要的非生物胁迫之一,随着全球气候的逐渐变暖,干旱胁迫将持续威胁农业尤其是水稻生产。叶片是植物进行光合作用的场所,叶片形态、结构、生理状况等功能性状及其相互关系被称为叶片经济频谱。自本世纪以来,叶片经济频谱成为植物学家们的研究热点。但是,叶片经济频谱在作物尤其是水稻中的研究较少。光合作用是作物生产的关键生理过程,大约95%的干物质来源于光合产物,并且光合作用对环境胁迫非常敏感。植物水力结构能够通过调控植物的水分状况来影响光合作用,叶片是水分在植物体内传输的主要阻力之一。但是目前尚不清楚(1)不同水稻品种之间叶片结构特征(包括比叶重、叶脉密度、大小叶脉厚度等)是否存在差异;(2)干旱胁迫如何影响叶片结构特征;(3)叶片结构特征是否能够影响植株和叶片水力导度,干旱胁迫是否能够调控它们之间的关系;(4)叶片结构特征是否能够通过调节植株水力导度来调控光合作用,并且干旱胁迫是否能够影响它们之间的关系。在本研究中,选取8个或2个抗旱能力不同的水稻品种进行营养液培养,并采用添加PEG6000的方式模拟干旱胁迫。测定叶片光合特性、叶片结构特性、植株水力导度(Kplant)和叶片水力导度(Kleaf),主要结果如下:(1)干旱胁迫条件下净光合速率(A)、气孔导度(gs)、蒸腾速率(Tr)和Kplant均显著降低,而比叶重、叶片氮素含量、SPAD值、叶脉密度和小叶脉与大叶脉的比值等均显著提高。无论在对照还是在干旱胁迫条件下,净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和植株水力导度均呈现显著的正相关关系。与对照相比,干旱胁迫下净光合速率的降低幅度与植株水力导度的降低幅度呈现显著的正相关关系,同时叶脉密度与光合速率的降低幅度呈现显著的负相关关系。(2)不同品种之间叶脉发育存在显著的差异,并且水分胁迫显著提高了叶脉密度,但显著降低了叶脉的厚度。干旱胁迫显著降低了Kplant和Kleaf,并且Kplant的降低幅度显著高于Kleaf。无论在对照还是在干旱胁迫条件下,叶脉密度均与Kleaf呈现显著的正相关关系。但是,叶脉密度与Kplant仅在对照条件下才呈现出显著的正相关关系。同样,Kleaf与Kplant也仅在对照条件下才呈现出显著的正相关关系。(3)干旱胁迫显著降低了叶片净光合速率、羧化效率、rubisco酶最大羧化能力、最大电子传递速率、气孔导度、叶肉导度和kplant。同时,净光合速率与气孔导度、叶肉导度和kplant均呈现出显著的正相关关系。(4)干旱胁迫显著抑制了净光合速率、气孔导度和kplant,并且hanyou-3的降低幅度显著高于ir-64。同时,ir-64的叶脉密度显著高于hanyou-3。净光合速率、气孔导度和kplant均呈现出显著的正相关关系,并且与叶脉密度呈现出显著的负相关关系,而与叶脉间的距离和叶脉厚度呈现出显著的正相关关系。因此,叶脉发育显著影响了叶片水力导度,但是叶片水力导度仅在对照处理下与植株水力导度呈现显著的正相关关系。气孔关闭是干旱胁迫下光合速率降低的主要原因,同时也与叶肉导度和叶片同化能力的降低有关。光合速率与植株水力导度呈现显著的正相关关系,提高叶脉密度有利于缓解干旱胁迫下光合速率的降低。
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【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S511

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