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干旱胁迫及复水条件下玉米根系吸水能力的变化

姚春霞  
【摘要】:水分亏缺是影响干旱、半干旱地区作物生长发育的主要因子,干旱可以使作物从内到外发生一系列生理生态、生化及形态上的响应,一方面是由于气孔关闭及二氧化碳供应减少而引起光合作用的降低,同时限制了根系的生长,减少根系的有效吸收面积。因此在变水条件下根系吸水能力的维持对提高半干旱地区作物的生长发育及农业生产力具有重要的意义。 本试验以玉米品种户单4号为材料,通过盆栽实验研究拔节期和孕穗期不同程度水分亏缺及复水条件下其光合特性、形态指标、根系吸水能力的变化及其与地上部生理过程间的关系,以期为玉米补偿效应机制的阐明提供理论依据。获得如下主要研究结果: 1.拔节期和孕穗期中度水分胁迫(MS)和重度水分胁迫(SS)的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)降低;复水后,Ci和Pn升高,Gs增大,复水4天后基本恢复至对照水平。干旱胁迫下最大光化学效率(Fv/Fm)值降低,说明叶片PSII反应中心的光化学活性降低,同时导致过剩激发能的增大。拔节期重度水分胁迫的气孔限制值(Ls)与对照相比增加了6.85%,Fv/Fm值降低了1.72%,孕穗期重度水分胁迫的Ls增加了9.52%,Fv/Fm值降低了0.61%,表明两个时期干旱胁迫叶片Pn降低主要都是气孔限制造成的。干旱处理下的实际光化学效率(ΦPSⅡ)与光化学淬灭系数(qP)低于对照,表明干旱胁迫导致PSⅡ反应中心的开放度降低,光合电子传递活性下降,原初光能转化效率受到抑制,以致PSⅡ反应中心的光能过剩;同时NPQ增大,消耗了过量的光能,减轻了干旱胁迫对光合机构的损伤。复水后不仅气孔限制解除,叶绿素荧光参数也基本恢复到对照水平。 2.不同生育期重度干旱胁迫处理下玉米的株高、叶面积、干物质积累均显著降低,复水后各生长参数均有不同程度的恢复。其中根叶面积、根长复水5天后与正常水分处理差异不显著,而地上地下部干重复水5天后仍显著低于正常供水。两生育期复水后生长指标表现总体一致,叶片光合能力的恢复是这些形态生长指标恢复的主要原因。 3.严重水分亏缺限制了玉米根系吸水。拔节期不同水分条件下根系导水率(Lpr)表现为:中度水分胁迫(MS)正常供水处理(CK)重度水分胁迫(SS);复水后MS处理的Lpr恢复缓慢,而SS处理的Lpr则迅速升高,复水第4天极显著高于CK及MS。分析发现可能是中度水分胁迫的叶面积较小,在一定程度上减少了蒸腾散失的水分。复水后重度水分胁迫的根干重变化幅度较小,但Lpr迅速升高,原因可能是在重度胁迫下根系大部分死亡,复水后新生根系较多,同时也激发了部分失活根系,增加了根系对水分的吸收功能。 4.孕穗期水分胁迫条件下根系水导表现为:CKMSSS。复水后SS和MS处理的根系水导均升高,在复水第3天,SS处理的根系水导极显著高于CK与MS。由根系生长变化可看出,中度胁迫的根长最大,表面积较大,有利于扩大水分吸收范围,增强根系的水分吸收能力。重度胁迫的根系水导最大,分析可知:重度胁迫的根表面积最小,单位面积上的根系水流通量最大以致Lpr增大;新根的增加及部分失活根系的活性被激发弥补了水分亏缺造成的根系水导下降。两时期干旱后复水,根系吸水能力的恢复带动气体交换、叶绿素荧光参数、叶水势随着Lpr的增加而逐渐恢复,说明复水后根系吸水能力的恢复对于地上部生理过程的变化起着关键作用。


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