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断根对紫花苜蓿生理生态效应的影响研究

寇建村  
【摘要】:在大田条件下,于紫花苜蓿返青期,分别在离地面40cm、80cm、120cm、160cm、200cm、240cm、280cm、320cm、360cm、400cm、450cm、500cm土层处水平切断其根系而造成吸水胁迫,研究了断根后不同时间、不同生育期紫花苜蓿的生长发育、冠层温度和生理生化过程的变化。研究结果如下: 1.断根对紫花苜蓿生长和生理生化指标的影响,因断根深度、生育期和断根后恢复生长的时间而异。根据紫花苜蓿对断根的响应,可将处理分为三类:第一类,浅层处理(≤80cm),在生长和抗性等方面经过了和对照差异最大到和对照表现最接近的变化过程;第二类,中间层处理(120~320cm),始终较对照、其余处理差;第三类,深层处理(≥360cm),和对照始终较接近。断根后,第一年第一茬从分枝期到初花期,各项指标变化较大;断根对紫花苜蓿的影响,第二年较第一年、高温干旱时较其他时期大。 2.断根使紫花苜蓿株高降低、叶面积减小、茎变细、叶片数减少、产量降低,节间数和茎叶比分别呈减少、增加的趋势,鲜干比无显著变化。浅层处理(≤80cm)和深层处理(≥360cm)紫花苜蓿植株较高、叶面积较大、茎较粗、节间数较多、茎叶比较小,中间层(120~320cm)处理则相反,此规律在断根后第二年尤为明显;断根后第二年第二茬及以后各茬,浅层处理(≤80cm)叶片数和对照无显著差异,而深度≥120cm的各处理叶片数显著减少;浅层处理(≤80cm)产量最高,深层处理(≥360cm)次之,中间层(120~320cm)处理最低。 3.断根后紫花苜蓿叶片光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、水分利用效率(WUE)降低,蒸腾速率(Tr)呈升高趋势,而各处理胞间二氧化碳浓度(Ci)无显著变化,但也因断根深度和测定时期不同而异。浅层处理(≤80cm)和深层处理(≥360cm)Pn、Gs、WUE和Tr较高,中间层(120~320cm)处理较低;在断根后第一年,Gs、Tr和WUE基本无显著变化,80~360cm间的处理Pn均显著降低,而在断根后第二年,各处理Pn和Gs、80~320cm间的处理WUE基本都显著降低,160~240cm间的各处理Tr极显著升高。 4.在多数时期,断根对紫花苜蓿PSⅡ非环式电子传递的光化学量子产量(ΦPSⅡ)、表观电子传递效率(ETR)影响较小。而在高温干旱时,断根使PSⅡ的光化学效率(Fv/Fm)、叶片获取光能能力的效应(1/Fo-1/Fm)和PSⅡ潜在光化学效率(Fv/Fo)降低,初始荧光(Fo)升高,呈断根对浅层处理(≤80cm)和深层处理(≥360cm)影响较小、中间层处理(120~320cm)较大的趋势。同时,荧光参数曲线表现为Fm’逐渐下降、光化学猝灭(qP)、ΦPSⅡ和非光化学淬灭(qN)逐渐升高;断根对曲线的影响,中间层(120~320cm)处理较浅层和深层处理大,第二年较第一年大,从0~280S,浅层和深层处理曲线变化平稳,中间层处理曲线骤变明显,变化幅度较大。从第一年到第二年,浅层处理Fm’由升高到降低,ΦPSⅡ由降低到无显著变化,qP却由降低到升高,变化较大,深层处理qN均降低,qP均升高,Fm’和ΦPSⅡ都基本无显著变化,而中间层处理Fm’、qN、ΦPSⅡ和qP影响在两年中均达显著水平。在断根后第二年,Fm’和ΦPSⅡ基本都呈浅层处理(≤80cm)降低、中间层(120~320cm)处理升高、深层处理(≥360cm)无显著变化的趋势, qP表现出浅层(≤80cm)和深层(≥400cm)处理升高、中间层处理(120cm~360cm)降低,而qN各处理均降低。 5.断根使紫花苜蓿叶片硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性降低,总体上,浅层处理(≤80cm)和深层处理(≥400cm)硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性较高、中间层(120~360cm)较低。硝酸还原酶活性在各个测定时期基本都显著降低,而谷氨酰胺合成酶活性在断根后第一年,部分处理降低,部分处理升高,在断根后第二年,各处理基本都显著降低。 6.不同深度断根造成了不同程度的水分胁迫,200cm~320cm间的断根加重了土壤水分胁迫;断根使紫花苜蓿叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性降低、丙二醛含量升高,不同深度断根处理对紫花苜蓿叶片保护酶活性和丙二醛含量的影响不同,且这种作用随断根后生长时间的延长而变化,但总体表现为浅层(≤80cm)和深层(≥360cm)断根保护酶活性高、丙二醛含量低,而中间层(120~320cm)断根处理保护酶活性低、丙二醛含量高。 7.断根后,紫花苜蓿叶片中可溶性蛋白和可溶性糖含量降低,总体呈浅层处理(≤80cm)和深层处理(≥360cm)较高、中间层(120~320cm)较低的趋势,而对脯氨酸的影响规律性较差。断根后,脯氨酸含量在多数时期,部分处理升高,部分处理降低;少数时期出现各处理显著降低或升高的现象,呈浅层处理(≤80cm)和深层处理(≥400cm)脯氨酸含量较高的趋势;叶片中可溶性蛋白含量在断根初期(第一年第一、二茬的分枝期和现蕾期)部分处理升高,部分处理降低,规律性较差,在第一年第一茬初花期、第一年第三茬和第二年第一茬,各处理均降低,在第二年第三茬,中间层(120~360cm)处理可溶性蛋白含量降低,浅层和深层处理升高,而在两年的第四茬,各处理基本无显著变化;叶片中可溶性糖含量仅在第一年第一茬分枝期和现蕾期,部分处理降低,部分处理升高,而以后各处理可溶性糖含量均降低。 8.断根使紫花苜蓿冠层温度升高,总体表现出浅层(≤80cm)和深层(≥320cm)处理显著低于中间层处理(120~280cm)的趋势。断根后,在第一年第一茬及第四茬、两年第二茬的雨后,处理间冠层温度差异较小,而在第一年第三茬(高温干旱)和第二年第四茬时,中间层处理较对照显著升高,在第二年第三茬(高温干旱),各处理基本都显著升高。 9.断根后在水分的胁迫下,光合作用中心电子传递效率改变,光合作用速率和水分利用效率降低,和氮代谢密切相关的酶活性下降,保护酶活性和渗透物质含量降低,丙二醛含量升高,生理生化过程受抑制,对外界胁迫的抗性降低,导致了紫花苜蓿生长发育受阻,产量降低,地面覆盖度降低,冠层温度升高,而不利用于土壤水分的保持,从而,维持利于自身生存环境的能力下降。


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