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《兰州大学》 2007年
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春小麦适应干旱的生理生态学机制

樊宪伟  
【摘要】: 水分亏缺是限制旱区农业产量与作物布局的主要生态因子,揭示作物适应干旱的生理生态学机制对于改善旱区农业生产管理技术和作物新品种选育具有重要意义。本项工作以半干旱区主要粮食作物—春小麦为研究对象,通过施加渐进干旱处理,研究了三个春小麦品种在适应和应对干旱的生理生态过程、产量特征的变化,取得如下结论: 1、本文采用泥炭土-珍珠岩的混合物培养,结果发现非水力根信号的阈值范围与产量维持率之间表现出正相关关系(r=0.99,P<0.05)。并且在中等水分胁迫下,籽粒的产量随阈值范围的扩大而提高。而在严重干旱胁迫下,并没有表现出籽粒产量和产量维持率与非水力根信号的阈值范围之间正相关关系。这个结果说明非水力根信号的阈值范围有助于中等胁迫下,产量维持率和籽粒产量的提高,而在水分胁迫更为严重的情况下,非水力根信号与产量之间可能没有直接关系。 2、在中等水分胁迫下,产量维持率与渗透调节之间存在显著的正相关的关系(r=0.95,P<0.05),并且增加的产量与渗透调节能力有关。而在严重的水分胁迫下,没有表现出类似的关系。 3、本文的研究结果指出非水力根信号的阈值范围与渗透调节能力呈显著的正相关关系(r=0.93,P<0.05)。因此,非水力根信号的阈值范围与渗透调节能力之间的协同作用是适应干旱的一种机制,在中等水分胁迫下,这种协同作用提高了春小麦产量的形成。 4、干旱严重程度决定植物适应水分胁迫的策略。在逐渐干旱的过程中,非水力根信号首先感应到土壤干旱,它通过降低气孔开度减少了水分损失。在中等水分胁迫下,非水力根信号阈值范围提高了春小麦产量维持率。随着水力根信号的出现,非水力根信号对气孔的调控作用被弱化,而渗透调节通过在叶片中积累渗透调节物质加强了春小麦对于干旱的防御能力。在中等水分胁迫下,产量维持率与渗透调节能力之间呈显著的正相关关系。当土壤水分亏缺进一步加重,在严重胁迫下,渗透调节被削弱,这将导致产量维持率和渗透调节能力之间的关系变得模糊(不一定)。但非水力根信号与渗透调节之间的协同作用对产量的提高是无容置疑的。 5、现代品种的水分利用效率比古老品种高,并且与根系效率、根系吸水效率呈显著的正相关关系,与根重呈显著的负相关关系。 6、非水力根信号的形成是自然选择的结果,而人工选择强化了非水力根信号的阈值范围。在抗旱育种中,非水力根信号的预警阈值被弱化,一个重要的原因可能是从非水力根信号出现到水力根信号出现期间,古老品种ABA含量比现代品种的高,但非水力根信号的阈值较窄。而现代品种通过快速合成适量的ABA含量,从而表现出对干旱有较强的敏感性。 7、非水力根信号是即将面临更为严重干旱的唯一的早期预警反应。氧化还原信号和活性氧是非水力根信号诱发的二级信使,在非水力根信号出现时,它们没有表现出显著性的变化。 8、植物经历逐渐干旱时,有三次防御阶段:早期预警的阈值范围被认为是早期防御的第一阶段(从非水力根信号出现到水力根信号出现)。特征是活性氧和保护酶的活性没有显著提高。但是ABA含量显著提高,靠ABA调节的气孔关闭属于一种主动防御,没有膜损伤。第二个防御阶段从叶片水势开始显著下降到暂时萎蔫出现,这个阶段为被动防御阶段,出现膜损伤。第三个阶段从暂时萎蔫到永久萎蔫被称为是防御崩溃阶段。 本项研究对阐明春小麦水分与抗旱生理机制、为半干旱条件下春小麦品种选育与生产力的提高具有重要的指导意义。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S512.12

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