不同棉花品种对水分胁迫的形态、生理生化反应

发布时间：2017-01-03 18:20

  本文关键词：不同棉花品种对水分胁迫的形态、生理生化反应，由笔耕文化传播整理发布。

《河北农业大学》 2015年

不同棉花品种对水分胁迫的形态、生理生化反应

孙红春  

【摘要】：目前,干旱对棉花生产的影响已成为倍受关注的问题。改良棉花抗旱性进而提高水分利用效率已成为日前该作物栽培领域研究的重要内容之一。由于棉花不同材料和不同生育阶段的抗旱指标不尽相同,因此,应采用多指标的方法对棉花的耐旱性能进行准确评价。本研究选用转基因抗虫棉33B、中R16、中H1717和衡棉3号抗旱性不同的棉花品种为材料,通过设置不同水份胁迫处理,采用室内水培与大田旱棚盆栽相结合的方法,对供试棉花品种进行了全程耐旱能力鉴定和评价。通过对不同水分条件下茎流特征、萌发种子特性及不同生育时期植株生理生化特征的全面研究,筛选了棉花不同生育时期的抗旱指标,研究结果为棉花节水栽培和抗旱育种提供了理论支撑。主要研究结果如下：1.采用不同浓度PEG-6000(0、2.5%、5%、7.5%和10%)模拟干旱胁迫,研究了3个不同棉花品种(中R16、中H1717和衡棉3号)种子萌发过程对干旱胁迫的形态及生理生化特征反应。结果表明,随着水份胁迫程度加剧,各供试品种的种子发芽势和发芽率下降,表现为在较低浓度处理下(2.5%和5%PEG),在处理后第3至第7天种子发芽能力较强；但在10%浓度PEG处理下,各棉花品种的发芽能力受到严重抑制。不同浓度PEG-6000处理对幼苗胚根和下胚轴伸长均有明显抑制效应,表现为随着水分胁迫加强,胚根和下胚轴生长受抑制的程度增大。研究发现,种子萌发各指标与胁迫水势之间呈显著负相关。2.不同棉花品种萌发种子可溶蛋白含量和抗氧化酶活性受到干旱胁迫的明显调控。中H1717萌发种子中的SOD和POD活性表现为随干旱胁迫程度增大而有所下降；而CAT活性则表现为先上升后下降再趋近平稳特征。中R16棉花萌发种子的SOD和POD活性受到干旱胁迫的影响程度较大,总体上表现为随PEG浓度增加而不断降低；其CAT活性随PEG浓度增加层先下降进而保持稳定状态特征。衡棉3号萌发种子SOD和POD活性随干旱胁迫程度增强,表现为上升、下降再上升趋势,其CAT活性受干旱胁迫的影响较大,但无明显变化规律。结果表明,中轻度胁迫(2.5%)下,各棉花品种的萌发种子内部膜系统修复减缓,但对最终发芽率的影响较小；而在高度PEG-6000(7.5%)胁迫时,各棉花品种的发芽各指标显著低于对照,这与过高PEG浓度破坏种子内部膜系统使其不能有效修复有关。高PEG胁(10%)条件下,棉花种子萌发受到的抑制进一步加大。3.PEG处理使萌发种子内的多种激素含量及平衡发生改变。处理第3天,PEG对衡棉3号和中H1717品种萌发种子中的ZR和GA3含量影响较小,且对上述激素的影响程度相近。随着PEG浓度增加,衡棉3号萌发种子较中H1717合成更多的ABA,由此造成前者种子萌发进程的抑制；在处理第7天,2.5%和5%PEG处理对萌发种子的IAA含量产生较大影响。处理第3天,供试棉花品种萌发种子的ZR/ABA、GA3/ABA和、IAA/ABA的变化趋势基本一致,表明在该处理时期ABA可能分别与ZR、GA3和IAA协同作用实现激素互作中的平衡；而处理第7天,供试品种萌发种子中的GA3/ABA和(ZR+GA3)/ABA比值呈相同变化趋势,说明在该萌发时期GA3和ABA在调控萌发种子中的激素平衡中发挥更大作用。4.利用5%和10%PEG进行棉花幼苗处理,发现随PEG浓度升高和胁迫时间延长,叶片的萎蔫指数不断上升。其中,5%PEG处理下叶片可通过自身调节能力维持植株的正常生长；而10%和15%PEG对植株进行72h处理后,诱导植株全部叶片萎蔫。不同品种相比以中H1717的萎蔫率较低。PEG处理后,叶水势和叶绿素含量降低,叶片Pn、Tr和Cond受到抑制,PS Ⅱ光能转化效率下降,热能散增加,光化学活性受到抑制,致使光合作用显著降低,进而使植株生长受到较大影响。不同PEG处理相比,表现为随浓度升高及迫时间延长,各光合性能指标的下降幅度增大。研究表明,脯氨酸和可溶蛋白在抵御干旱胁迫引起的光合抑制中发挥重要作用,其中,脯氨酸含量与光合参数呈显著或极显著相关,与抗氧化系统中的MDA含量呈显著相关；而可溶蛋白含量与POD(5%、10%)和SOD(10%)呈极显著相关,与其它指标相关不显著。5%PEG-6000处理下,抗氧化系统中MDA积累量与光合参数及渗透调节物质相关性较高,而在10%PEG-6000处理下,MDA与各指标相关性较差,POD与各指标呈高度相关。因此,不同干旱胁迫强度对抗氧化系统中各指标的影响程度不同。研究发现,叶片和根系中的ABA含量对植株的抗旱性强弱的调控发挥决定性作用。5%PEG处理下,根系IAA在与ZR、GA和ABA呈极显著相关,但在10%PEG处理下,上述相关性下降。叶片中激素含量间相关性在各PEG处理下的相关性均较低。不同器官相比,根系以5%PEG胁迫下的各激素含量变化较大,而叶片则以10%PEG处理下的各激素含量变化较大。5.持续土壤干旱胁迫能加快棉花生育进程,降低叶面积指数和主茎叶水势。其中,不同品种相比,衡棉3号进入生殖生长阶段的时间较早,其叶面积指数下降幅度较大,中H1717和中R16生育进程和叶面积指数受干旱胁迫的影响相近。中H1717具有较强的叶水势恢复能力,表明该品种对长时间干旱的胁迫的适应能力较强。研究发现,抗旱性强的品种在长时间干旱胁迫后,可溶蛋白含量的上升幅度较大,尽管干旱条件下其SOD、POD舌性仍维持较高水平,但其保护酶系统清除自由基能力降低,诱发MDA含量增加,质膜透性增大,细胞膜系统受到伤害。研究表明,干旱胁迫下MDA含量和SOD活性的相对值与品种的抗旱系数呈显著或极显著相关。6.CK处理下,Cond和POD含量对Pn具有较大影响。干旱胁迫条件下,除上述生理参数外外,可溶蛋白含量和MDA含量对Pn也具有较大的影响,表明持续干旱条件下非气孔光合抑制效应是造成Pn下降的重要原因。因此,干旱胁迫条件下,初生代谢过程(光合作用)和次生代谢过程(渗透调节物质和保护酶)紧密相关,但不同生理生化指标对棉花抵御干旱的能力存在差异。其中,可溶性蛋白质含量及保护酶系中POD和MDA对植株耐旱的贡献较大。干旱胁迫下,干旱导致棉花叶片光合速率下降,呼吸作用增强,造成植株的生物积累量降低。此外,干旱导致株高明显降低,单株结铃减少,铃重下降,对籽棉产量及纤维品质也产生重要影响。3个供试品种中,H1717的产量各构成因素及抗旱系数相比优于其他品种。7.利用植物生理监控系统,研究了不同水分条件下盆栽棉花的土壤水分,以及棉花养分输送速度和生态环境的关系。结果表明,不同水分条件下,植株主茎叶叶柄茎流速率的日变化规律发生改变。高水分条件下,其峰、谷期的出现较早；中、低水分条件下,则其峰、谷期的出现较晚。不同环境条件下,植株主茎叶柄茎流速率在13：00前后均存在午休现象。此外,研究表明,高水分条件下,RHS和ST对茎流速率影响较大,并且ST与其呈极显著负相关,RHS与AT也呈极显著负相关。中水分条件下,AT与茎流速率呈显著负相关,RHS与茎流速率呈显著正相关。RHS与AT和ST呈极显著负相关,与LT呈显著负相关。低水分条件下,仅TIR与主茎叶叶柄茎流速率呈显著正相关；RHS与AT、ST、LT的关系同中水分条件下的结果表现一致,与AT、ST呈极显著负相关,与LT呈显著负相关。

【关键词】：
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S562
【目录】：

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