节水抗旱稻旱优113号的根系生长对土壤干旱的响应

【摘要】：水稻是最主要的粮食作物之一,其耗水量高达农业用水的70%。全球气候变化导致水稻遭受干旱胁迫的面积不断扩大,如何在缺水时维持较高的籽粒产量,对保障粮食安全至关重要。为缓解水资源匮乏与水稻生产之间的矛盾,科学家育成了栽培稻新类型—节水抗旱稻。节水抗旱稻理论上既有水稻的高产优质,又有旱稻的节水抗旱特性。本研究旨在研究水分亏缺条件下节水抗旱稻的根系形态和生理指标的变化规律,以揭示其节水抗旱的特异性生理基础。试验于2015年和2016年采用盆栽试验,以节水抗旱稻品种旱优113号(HY113)和高产水稻品种扬两优6号(YLY6)为试验材料,通过设置淹灌(对照)、湿润(土壤饱和含水量无水层)和干旱(土壤水势-38 k Pa左右)处理,对水稻植株农艺性状、地上生理指标、根系生理指标、根系形态与解剖结构、生物量与产量等进行了测定,来研究干旱对节水抗旱稻与高产水稻根系形态结构和生理指标的影响及其与地上部生物量积累关系。本研究主要得出以下结果:(1)与传统淹水比较,干旱条件下两水稻品种生育期延长,主要原因是干旱显著延长了水稻营养生长阶段。干旱使植株株高显著降低,且HY113株高高于YLY6。干旱使叶片水势和气叶温差显著降低,但HY113能在干旱条件下维持较高的叶片水势和气叶温差。(2)干旱处理下,两个品种的水稻根系活力均显著增加,但HY113的增加幅度显著高于YLY6,乳熟期HY113在两年的平均增幅为38.7%,而YLY6为22.8%,其中2015年乳熟期时HY113根系活力从86μg.g-1.h-1增加至174μg.g-1.h-1。干旱处理也显著降低了两水稻品种的根系吸收面积,但HY113的减小幅度显著低于YLY6。(3)与传统淹水相比,干旱下两品种根系生理生化特性均发生显著变化,可溶性糖含量、SOD活性、POD活性、ABA含量均显著增大;与YLY6相比,HY113增长幅度较大,相应的表明干旱条件下HY113渗透调节植株水势能力、抗衰老能力和叶片气孔调节能力都比YLY6强。(4)干旱缺水时,水稻根的外皮层边缘厚壁细胞加厚,可有效阻止氧从通气组织向根外扩散,并防止通气组织的崩溃和瓦解,使水稻根系对干旱胁迫产生抗性同样干旱处理也使得根系导管数显著增加,而且HY113后生木质部导管数目增加显著高于YLY6,表明水分亏缺下HY113仍保持较强的输水能力。(5)与高产水稻YLY6相比,HY113的根数、根体积和根干重均较少,但其根系活力和根系有效吸收面积较大。与淹灌相比,水分亏缺显著降低了两个水稻品种的地上地下干物质积累,同时显著降低了节水抗旱稻HY113的根冠比(由0.18降为0.12),高产水稻YLY6的根冠比无显著变化。节水抗旱稻HY113具有根量少,但根系吸收效率高的特点;并且在缺水条件下能维持较高的根系活力和根系吸收面积,并通过适当调根冠比,使得更多的干物质留在地上部分以保证籽粒产量。研究结果可为节水抗旱稻品种的培育和推广提供理论基础。