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小麦特殊根毛发育的水肥调控效应研究

张均  
【摘要】:研究于2008~2010年在河南农业大学科教试验园区(河南郑州)进行。采用大田试验方式,以国审强筋小麦品种“郑麦9023”为供试材料。2008~2009年度设置2个供磷水平,3个供钾水平;2009~2010年度设置3个供水水平,3个供磷水平。从返青期开始,每5 d取样一次,直到蜡熟末期,共取样22次,观测不同水肥条件下小麦次生根特殊根毛的发生位置、密度、长度、直径,并观察其超微结构。 主要获得了以下研究结果: (1)明确了不同磷钾供应水平下次生根特殊根毛生长的差异随着供磷水平提高,次生根特殊根毛生毛部位长度、根毛密度、长度、直径均增大,拔节~扬花期间P2水平下的根毛密度、长度和直径与对照(不施磷)的差异达显著水平(P0.05)。不同供钾水平下,特殊根毛生毛部位长度、根毛密度、长度、直径均表现为K2K3K1。拔节~挑旗期间,K2水平下的根毛密度和长度与对照(不施钾)的差异达显著水平(P0.05)。磷钾耦合条件下,P1K1处理组合的根毛生毛部位长度、根毛密度、长度、直径均最小,拔节~扬花期间与P2K2、P2K3的差异达极显著水平(P0.01)。说明增施磷肥可显著促进特殊根毛生长,钾肥对特殊根毛发育具有一定促进作用,增施钾肥可缓解低磷对根毛生长的抑制作用,但钾素过量施用(K3)并不能改善根毛生长。 (2)明确了水磷耦合对次生根特殊根毛生长的效应W1水平下的土壤相对含水量与特殊根毛数量呈极显著的正相关,其特殊根毛密度增大,长度增加,与W3水平下的差异达极显著水平(P0.01);W3水平下的土壤含水量与特殊根毛数量、根毛密度和长度呈极显著的负相关,与W2水平相比,拔节~子粒形成期间的根毛长度缩短(P0.01)。随着供磷水平提高,土壤速效磷含量与特殊根毛数量的正相关逐渐达显著水平。随着生育进程推进,特殊根毛长度和直径增加(P0.05),扬花期间P3水平和对照(不施磷)的差异达极显著水平(P0.01)。同一供水条件下随供磷水平提高,或同一供磷水平上随土壤含水量降低,特殊根毛长度和直径均增加(P0.05)。说明土壤水分和供磷水平影响特殊根毛生长,且水、磷具有互作效应,土壤水分较多时增施磷肥或低磷水平下适当控制土壤水分含量,均可补偿水肥过量或不足对特殊根毛生长所造成的不利影响。 (3)阐明了水磷耦合对次生根特殊根毛变化速率的影响小麦次生根特殊根毛生长发育规律呈”S”型变化:返青后,次生根特殊根毛开始发生;挑旗~扬花期间,根毛生长最旺盛;继之以后,根毛逐渐衰亡。生育中、后期,次生根特殊根毛的生毛部位长度、根毛密度、长度、直径的变化速率均呈”N”型曲线。W1水平下,特殊根毛密度、长度、直径的增长速率大,与W3水平的差异达显著水平(P0.05)。P3水平下,根毛密度、长度、直径的变化速率均与P1水平的差异达显著水平(P0.05)。同一供水条件下提高供磷水平,或同一供磷水平下降低土壤水分含量,特殊根毛密度、长度、直径的变化速率均增加(P0.01)。说明不同供水供磷条件下特殊根毛的变化速率存在显著差异。 (4)明确了不同水肥条件下次生根特殊根毛的形态结构不同磷钾耦合处理中,P2K2处理组合的特殊根毛形态多样,分枝、突起现象普遍发生,细胞壁厚、质浓,细胞核明显;而P1K1处理组合的根表皮细胞排列疏松,根毛数量稀少,形态单一,细胞质膜不完整,胞质稀少,细胞器解体,细胞衰亡。不同水磷耦合处理中W1P3处理组合的特殊根毛细胞饱满,结构完整,细胞壁加厚,细胞核、液泡及线粒体清晰可见;而W3P1处理组合的特殊根毛扭曲、变形现象严重,细胞壁变薄,细胞核解体,质膜、微体等消失。说明不同磷钾水平对特殊根毛形态结构影响不同。 (5)阐明了不同水肥条件下次生根特殊根毛数量与子粒产量的相关性生育中期的特殊根毛数量与子粒产量呈正相关。其中,返青期和拔节期的根毛密度与子粒产量间的正相关达显著水平(P0.05),挑旗期与子粒产量的正相关达极显著水平(P0.01)。拔节期的根毛直径与子粒产量呈极显著的正相关。挑旗之后,特殊根毛数量与子粒产量呈负相关,其中,蜡熟期的根毛密度和根毛长度与子粒产量的负相关达极显著水平(P0.01)。表明发生初期的特殊根毛的生长状况为子粒产量具有更重要的影响。(6)建立了次生根特殊根毛生长发育预测模型将不同生育时期的次生根特殊根毛生长发育性状和生育天数分别进行归一化,利用Curve Expert 1.38软件对相对根毛性状和相对生育天数进行模拟,结果表明以有理方程的拟合效果为最好。相对生育天数与相对特殊根毛生毛部位长度、根毛密度、长度和直径的生长模拟模型分别为: y﹦(0.0003+0.0944x)/(1-2.7398x+2.0050x~2) (r2=0.9788**), y= (0.0029+0.0106x)/(1-2.9404x+2.6835x~2) (r2=0.9678**), y﹦(0.0176+0.0144x)/(1-2.5245x+1.8362x~2) (r2=0.9414**), y﹦(0.0056+0.1911x)/(1-2.4176x+1.7202x~2) (r2=0.9690**)。将相对根毛生长发育动态模型y﹦(a+bx)/(1+cx+dx~2)从0到1积分,即为全生育期的平均相对根毛生长数值,其与最大根毛生长数值相乘,即可得到整个生育期内的平均根毛生长数值。对相对特殊根毛性状动态模型y﹦(a+bx)/(1+cx+dx~2)求导,可得到相对特殊根毛生长变化速率模拟方程y’﹦(b-ac-2adx-bdx~2)/(1+cx+dx~2)。利用该模型可精确计算出不同生育时期的特殊根毛变化速率。


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