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前期干旱对小麦穗粒数形成的影响及其生理基础

王妮妮  
【摘要】:干旱是影响我国小麦产量的主要因素之一,近年来我国冬春季节干旱发生的频率逐渐增加,导致穗粒数降低。因此明确前期干旱对小麦穗粒数的影响及其生理基础具有重要的指导意义。本研究采用盆栽方式进行,以中穗型品种扬麦13和小穗型品种豫麦49为材料,在分蘖期和拔节期分别进行为期10天的干旱处理,干旱处理设置轻度干旱和重度干旱两个水平。从生长发育、维管束系统、水分代谢、光和特性、抗氧化代谢、碳氮代谢等方面综合研究了前期干旱对小麦穗粒数的影响,为我国小麦抗逆高产栽培提供了理论依据。主要研究结果如下:1.前期干旱对小麦产量及生长发育的影响。分蘖期和拔节期的轻度干旱处理提高了两个品种小麦的产量,重度干旱处理显著降低了产量;分蘖期和拔节期的轻度干旱处理对两品种穗粒数无影响,分蘖期重度干旱处理降低了主茎的穗粒数(扬麦13未形成显著性的差异),拔节期重度干旱处理下茎蘖的穗粒数均显著减少。产量和穗粒数的降低与植株叶面积和干物重的下降,以及维管组织的受阻有关。分蘖期和拔节期重度干旱处理显著降低了两品种小麦功能叶的叶面积和植株的干物重,而且影响了小麦生育后期干物质的积累。同时茎蘖小维管束的数目、大维管束面积、导管孔径和韧皮部面积均显著低于正常处理。说明前期的重度干旱胁迫影响了小麦干物质的积累和光合产物向穗部的及时运输,导致了穗粒数和产量降低。2.前期干旱对小麦叶片光合特性和抗氧化系统的影响。分蘖期和拔节期的轻度干旱处理对两品种小麦的各个生理指标影响不大,且在复水后可以迅速恢复。重度干旱处理显著降低了叶片的水势和SPAD值;叶片中MDA的含量和O2-产生速率也明显增加,两品种趋势一致。虽然体内超氧化物歧化酶和过氧化物酶的活性也迅速提高,但不能及时的消除活性氧自由基产生的影响,细胞膜的受损进一步抑制了叶片的净光合速率。光合作用的下降是导致光合同化产物产生、积累减少的主要原因。3.前期干旱对小麦碳氮代谢的影响。分蘖期和拔节期的干旱处理影响了两品种小麦植株中碳氮代谢的正常进行,其中重度干旱处理显著提高了小麦植株中的可溶性糖含量,明显降低了植株体内的全氮含量,糖氮比严重失衡。茎蘖间表现一致,主茎的糖含量及氮含量高于两个分蘖,且各干旱胁迫对主茎的影响大于分蘖,拔节期表现的较为显著。前期干旱处理同时影响了两品种小麦孕穗期正常的碳氮代谢,小麦孕穗期的可溶性糖含量、全氮含量和糖氮比仍然未恢复至正常水平。小花的分化和发育与植株体内的碳氮代谢密切相关,重度干旱胁迫造成的碳氮营养供应不足和糖氮比的失衡是导致穗粒数降低的主要原因。综上所述,前期干旱降低了两品种叶片水势、叶绿素含量和气孔导度等,过量产生的丙二醛和活性氧自由基损伤了细胞膜,导致小麦的净光合速率下降,影响了光合产物的合成,植株的叶面积和干物重显著低于对照处理。同时,干旱处理使可溶性糖含量增加的同时,也降低了小麦对氮素的吸收和转运,导致植株体内全氮含量降低,碳氮比严重失衡。干旱胁迫导致穗分化进程的缩短和碳氮营养的供应不足,严重影响了穗分化的正常进行,降低了小麦的穗粒数。


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