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盐胁迫对不同冬小麦品种的影响及钾营养对其缓解机理研究

郑延海  
【摘要】: 本研究选用高度抗盐小麦品种德抗961(DK961)和中抗品种H6756,以及当前山东省主推品种济南17(JN17)为材料,在德州市农科院试验农场不同盐分浓度(NaCl, 0.0%、0.3%、0.5%、0.7%)的人工盐池,及一块当地有代表性(盐分浓度0.286%)的天然盐碱地内进行了两年试验,结合在山东农业大学温室内进行的砂培实验,分析了不同冬小麦品种在不同浓度盐胁迫下的生理响应、产量表现、品质性状特点,以及钾营养对不同冬小麦品种苗期及花后盐胁迫伤害的缓解作用。探讨了小麦基因型和生长环境及其互作对小麦植株渗透调节物质含量、氮代谢关键酶、抗衰老酶活性以及产量和主要品质性状的影响。以砂培方式进行钾肥浓度试验,在100 mM NaCl胁迫环境中,外源不同浓度(0、5、10、15mM)KNO3,在钾营养对小麦苗期盐胁迫缓解作用的生理机制方面进行了研究;同时对0.5%盐池中的不同冬小麦品种,拔节期叶面喷施0.1%的KNO3溶液,对小麦花后的生长生理及产量和品质变化进行了研究,提出了盐碱地小麦高产优质高效栽培措施。主要结论如下: 1不同冬小麦品种在不同浓度盐胁迫下产量及品质的变化 1.1品种与盐浓度对小麦产量及蛋白质和淀粉品质的影响 同一小麦品种在不同盐浓度胁迫下产量和品质存在显著差异,不同小麦品种在同一盐分浓度胁迫下产量和品质差异也较大,说明盐胁迫下小麦产量和品质与小麦品种耐盐性和受胁迫的程度关系密切。在无盐栽培条件下,三品种的产量次序为H6756JN17DK961最低;在轻度(0.3%)盐胁迫下,高抗品种和中抗品种都获得了较高的产量,分别比无盐处理时仅下降5.79%和6.5%,而盐敏感品种下降了22.94%,此时的产量次序为H6756DK961JN17;高抗品种(DK961)在中度盐胁迫(0.5%)下,产量潜力仍能很好的发挥,产量较无盐处理时下降9.75%,而中抗品种H6756下降24.64%,盐敏感品种JN17下降54.35%,此时三品种产量次序为DK961H6756JN17;在重度(0.7%)盐胁迫环境中,高抗品种、中抗品种和盐敏感品种产量均出现了大幅降低,分别比无盐处理下降42.3%、62.0%和80.31%,此时的产量顺序仍为DK961H6756JN17。试验结果表明,H6756可以在轻度盐胁迫下推广应用,而DK961在中、重度盐胁迫下优势更为明显。盐胁迫下的小麦品质指标表现为:在小麦植株可忍耐(能正常生长)的盐浓度范围内,随着盐分浓度的升高,蛋白质含量升高,淀粉含量下降;当超过这一范围,两者都快速下降。 1.2不同浓度盐胁迫下小麦氮代谢关键酶活性及与籽粒品质的关系 在无盐处理中,三小麦品种旗叶和籽粒谷胺酰氨合成酶(GS)活性差异不显著。在盐胁迫环境中,耐盐小麦品种GS活性均显著高于盐敏感品种,品种间DK961H6756JN17,而且随着盐浓度的升高,耐盐品种GS活性下降的慢,盐敏感品种GS活性下降的快,耐盐品种的优势更为明显,但过重的盐胁迫,会造成两类品种GS活性都下降。在0.3%和0.5%盐浓度下,H6756和DK961蛋白质含量与旗叶GS活性均达显著正相关。 2不同冬小麦品种在不同浓度盐胁迫下生态特征及生理反映的变化 2.1品种与盐浓度对小麦生长特性的影响 盐胁迫造成了小麦的后期衰老加快,光合速率降低,生育期缩短。但这种影响会因小麦的耐盐性不同而有很大的差异,高抗品种在轻、中度盐胁迫下(0.3%、0.5%)和中抗品种在轻度盐胁迫下(0.3%)生育期与无盐处理时变化不大,超过这一范围生育期出现了的明显的缩短。盐胁迫可以导致小麦出苗期、拔节期推迟3-5 d,抽穗期和开花期提前6-7 d,成熟期提前10-15 d。 2.2品种与盐浓度对小麦生理反映的影响 不同冬小麦品种对盐胁迫产生的生理反应程度不同,耐盐小麦品种在其适应的盐浓度范围内,盐胁迫症状不明显,生理反应比较迟钝,光合速率、气孔导度、光饱和点等基本维持在无盐处理的水平,丙二醛和活性氧清除酶活性增加不显著;盐敏感品种在各种浓度盐胁迫下或耐盐品种在过重的盐分浓度胁迫下,盐胁迫症状极为显著,小麦植株生长矮小,光合速率、气孔导度、光饱和点等大幅下降,丙二醛和活性氧自由基含量大幅上升,严重的情况下,小麦植株不能正常生长,甚至出现“干死”现象。 3钾营养对盐胁迫下不同冬小麦品种生理机制及产量与品质的影响 3.1不同浓度钾处理对盐胁迫下小麦幼苗生长机理的影响 小麦植株体内钾/钠比值是衡量小麦抗盐性的一项重要指标。通过砂培实验得出:盐胁迫下,小麦体内钠离子含量快速上升,而钾离子含量相对下降,钾/钠比值快速下降,打破了植株体内离子平衡,对小麦造成“单盐毒害”,严重抑制小麦生长。可溶性糖、脯氨酸等低分子量渗透调节物质含量升高;膜脂过氧化程度加重,丙二醛含量升高;活性氧自由基增多,抗氧化酶活性升高。试验证明,在盐溶液中加入一定浓度的KNO3,可有效缓解这种盐胁迫伤害。外源KNO3提高了外界溶液的K+浓度,也提高了植株对K+的选择吸收性,即增加了其吸收钾的机会,使体内钾/钠比值得到了一定的恢复;小麦盐胁迫症状减轻,可溶性糖、脯氨酸等低分子量渗透调节物质含量比单独NaCl胁迫时降低;膜脂过氧化程度减轻,丙二醛含量降低;活性氧自由基减少,抗氧化酶活性恢复到正常水平。但过量施用钾肥同样不利于小麦的生长。实验结果表明,小麦生长环境中最佳的钾/钠= 1:10。 3.2拔节期叶面喷施钾肥对盐胁迫下小麦籽粒产量及蛋白质和淀粉相关品质的影响 拔节期叶面喷施0.1%KNO3溶液,有利于小麦籽粒产量和品质的提高,DK961、H6756和JN17的穗粒数分别比单纯盐胁迫时提高了1.94%、7.46%和7.09%;千粒重分别提高了2.27%、4.19%和2.76 %;产量分别提高了4.49%、12.80%和12.28%;施钾也提高了蛋白质含量,三品种分别比不施钾时蛋白质含量提高-2.54%、5.15%和8.33%,进而提高了湿面筋、面团形成时间和稳定时间等品质指标。施钾后,盐胁迫对耐盐小麦产量及品质指标影响变小,小麦各项指标皆接近于无盐处理水平。不耐盐小麦品种受盐胁迫的伤害较重,产量和品质下降幅度较大,施钾后盐胁迫症状虽有改善,但仍与无盐处理时相差较远。所以,盐胁迫下小麦高产优质栽培中,耐盐品种的选用是首要的。 3.3钾营养对盐胁迫下小麦光合作用及碳、氮同化物运转机制的影响 盐胁迫下小麦叶面喷施钾肥,旗叶光合速率在灌浆期比不施钾处理显著升高,且维持高光合速率时间延长,小麦后期衰老速率减缓。由于施钾处理使旗叶光合速率提高,功能期延长,使籽粒可溶性总糖含量和蔗糖含量高于不施钾的处理,促进了淀粉合成底物的供应,由此促进了淀粉的合成。 盐胁迫抑制小麦碳水化合物合成,导致小麦淀粉含量下降,蛋白质含量升高,但二者产量都下降。盐胁迫下小麦拔节期施钾,可促进小麦旗叶、籽粒的碳、氮代谢,淀粉合成速率加快。同时游离氨基酸含量增加,籽粒中蛋白质合成底物的供应增加,蛋白质产量提高。适宜的钾肥处理能够显著促进小麦植株碳、氮代谢过程,加速碳水化合物和蛋白质的合成,使籽粒蛋白质、淀粉产量提高。 3.4钾营养对盐胁迫下小麦品质形成的相关代谢酶及小麦衰老进程的影响 盐胁迫下小麦拔节期施用适量的钾肥,可显著提高小麦籽粒的GS活性。高抗品种DK961比不施钾处理提高了3.15%,中抗品种H6756比不施钾处理提高了2.26%,盐敏感品种JN17比不施钾处理提高了2.12%。盐胁迫下小麦施钾,增强了籽粒氮素同化能力,从而提高了籽粒的蛋白质含量;花后小麦旗叶中的GS活性提高更为明显。盐胁迫可使小麦代谢过程中产生的活性氧自由基增多,刺激酶促防御系统的保护酶SOD、POD、CAT活性提高,但当盐浓度超过其上限时,酶活性达到一定的极限,活性氧自由基不能及时的清除,代谢发生紊乱,植株加速衰老或不能正常生长,出现“早死”现象。钾营养可有效缓解这一抑制作用,提高小麦在盐胁迫下的代谢能力,减少活性氧自由基的产生,减轻活性氧清除系统的压力,能更长时间维持叶片细胞结构的完整性,提高小麦抵抗盐胁迫的能力。 4盐碱地小麦优质高产栽培措施 4.1选用高产优质抗盐小麦新品种 在品种选用上,首先要考虑苗期耐盐力好、个体分蘖强、成穗率高三大因素,在此基础上选择多穗、粒大、粒多的性状。 4.2配合施用钾肥 钾肥基施和拔节期叶面喷施皆对盐胁迫下小麦生长有促进作用。钾肥基施的量应根据盐胁迫程度的不同而定,小麦生长环境中最佳的K+/Na+比为1:10。叶面喷施钾肥的浓度也应根据上述比例而定,一般应在拔节期连续喷施三次。


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