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《山东农业大学》 2002年
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冬小麦断根调控机理和断根与施肥的互作效应研究

李絮花  
【摘要】: 本研究于2000-2001年在山东农业大学教学农场和资源与环境学院网室进行。选用烟农15和鲁麦22作为供试小麦品种,采用大田和土柱相结合的研究方法,系统研究了断根对小麦生长的调控机理,小麦根系生长量及分布与地上部的关系,特别是根系活力、根系各种内源激素的含量及相互关系、以及这些内源激素对小麦生长发育的影响,并探讨了断根与氮肥和有机肥施用对小麦生理生化指标和产量、品质性状的影响。断根是采用深耘断根的方法,切断10cm以下部分次生根;根据试验中小麦的生长状况、特别是小麦的分蘖情况,于返青期进行断根。主要研究结果如下: 1.小麦根系与地上部的关系 小麦根系总鲜重及表层0-20cm根鲜重与地上部总干重、籽粒干重、养分吸收量、分蘖数或成穗数等呈显著或极显著的正相关。小麦生长后期不同土层中根系的活力与养分吸收量、籽粒灌浆速率、粒重、旗叶光合速率和旗叶叶绿素含量均呈显著或极显著的正相关;且根系活力显著影响小麦的成穗数或成穗率。小麦生长发育后期根系与旗叶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性、丙二醛(MDA)的含量、氮素代谢特性是相互联系、密切相关的;小麦生长后期根系活力的提高和保持为籽粒形成构建了良好的生理基础。并且从研究中还发现,小麦根系、叶片和籽粒中同一部位的不同内源激素间和不同部位的同一内源激素间也存在显著的相关性。 2.断根与施肥的互作对小麦生长发育及养分吸收、分配的影响 断根与施肥、特别是与有机肥的互作可显著促进根系生长,提高不同土层特别是深层根系的ITC还原强度(活力),促进根系对氮磷钾的吸收和氮磷钾向籽粒中的分配。断根与施肥的互作,提高了小麦旗叶光合速率和根系及旗叶的SOD、POD、CAT活性、降低了MDA的含量,从而增强了小麦植株抵御膜脂过氧化作用的能力,延缓了植株的衰老进程,保证了小麦籽粒灌浆期充足的光合产物供应。 3.断根与施肥的互作对小麦产量、品质的影响 断根可减少小麦的无效分蘖、提高成穗率,增加小麦亩穗数、穗粒数和粒重,从而创建合理的群体结构;同时也提高了经济系数。氮肥和有机肥的施用也可不同 -2-李絮花:冬小麦断根调控机理和断根与施肥的互作效应研究 程度的提高成穗数、穗粒数和粒重;并且施肥与断根存在显著的正交互作用。施氮 虽然改变了籽粒的灌浆进程,但对最终粒重增加的影响相对较小;随施氮量的增加, 氮肥的增产效应显著降低。断根则通过提高灌浆速率,增加粒重。 断根和有机肥及氮肥的互作提高了旗叶磷酸蔗糖合成酶(SP)的活性、可溶性糖 和蔗糖的含量,使淀粉沉积过程中籽粒可溶性总糖、蔗糖含量增加,从而提高了籽 粒中淀粉总含量和籽粒灌浆前期的淀粉积累速率。断根与施肥互作还可提高小麦根 系和叶片硝酸还原酶mR厂谷氨酞胺合成酶(GS)的活性和可溶性蛋白质的含量,使 籽粒发育过程中籽粒蛋白质的含量和单粒蛋白质积累量增加,并且两种栽培措施也 存在显著的正交互作用。 4.内源激素对小麦生长发育的调控 小麦自起身期开始根系和功能叶片内源激素含量的变化基本同步,小麦起导期、 拔节期根系与叶片中内源激素的含量特别是它们的比值与小麦分荚的发生与衰亡密 切相关。断根处理小麦根系IAA、ABA含量增加、(Z+ZR)含量降低,使IAA/(Z+ZR) 比值升高、IAA/ABA和(Z+ZR)/ABA比值降低,从而抑制小菜的发生;与此同时叶片 中IAA/(Z+ZR)比值的相对提高,产生明显的顶端优势,促进小麦分桑的两极分化和 成桑的健壮生长。 在籽粒的发育过程中,籽粒(Z+ZR)峰值与胚乳细胞快速分裂期重合,IAA峰值 与小麦的最大灌浆速率期重合,GA3的峰值在IAA之前,与籽粒灌浆速率快速增长 期吻合,而ABA的峰值则出现在籽粒灌浆速率大幅度降低时。籽粒干重、最大灌浆 速率与灌浆期籽粒、根系和旗叶中GA。、(Z+ZR)和IAA的平均含量和最高含量均呈 显著或极显著的正相关,而与灌浆期ABA的平均含量和最高含量均呈显著或极显著 的负相关。断根和施肥能显著提高小麦灌浆期根系、叶片和籽粒GA3、(Z+ZR)和IAA 的平均含量,降低ABA的含量,从而促进小麦籽粒的发育、增加粒重。 小麦开花期以后,旗叶叶绿素含量与根系和旗叶中(Z+ZR)和IAA的含量呈极显 著或显著正相关,而与ABA的含量呈极显著的负相关;通过逐步回归和通径分析结 果表明,(Z+ZR)、mA和ABA直接调控旗叶的衰老,GA3通过影响M、(Z+ZR) 和ABA的含量对旗叶的衰老起间接作用。断根处理提高了小麦旗叶和根系IAA、 (Z+ZR)和GA。的含量、降低了ABA的含量,从而延缓了植株的衰老。 上述结果表明,内源激素调控小麦根系的生长发育、分孽的发生、籽粒形成和 植株的衰老,这种作用是各种内源激素共同作用的结果;各种内源激素的含量特别 是激素间的平衡,调控着小麦的生长发育进程。 5.小麦断根与施肥处理的基因型差异 鲁麦22分桑成穗数和成穗率较低,穗粒数和千粒重较高,籽粒蛋白质含量较低, 是增产潜力较大的高产品种;烟农历分荚成穗数和成穗率较
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