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不同土壤水分状况下锌对玉米生长、养分吸收、生理特性及细胞超微结构的影响

汪洪  
【摘要】: 我国北方土壤水分十分亏缺,缺锌也非常普遍,对二者之间相互关系的研究甚少。本文以(土娄)土为供试土壤,以玉米为供试作物,通过盆栽试验,结合生理生化分析和电子显微镜观察,探讨不同水分供应下锌对玉米生长、水分生理特征(叶水势、叶片持水量、光合作用、渗透调节、气孔反应、叶绿素荧光动力学)以及活性氧代谢和叶片细胞超微结构的影响;通过分层土培试验探讨分层供水和表层施锌对苗期玉米根系土壤中分布以及植株生长和养分吸收的影响;通过根盒试验研究不同水分和锌供应下根际土壤锌形态转化。得到了以下结果与进展: (1)施锌显著提高植株干重,3.0~27.0mg Zn/kg用量锌处理之间差异不明显。但施用81.0mg Zn/kg,生物量有所降低。在土壤水分充足情况下,施锌提高植株生长的效果更好。 (2)干旱胁迫下,尤其是上层土壤干旱情况下,玉米植株生长严重受阻。在上层土壤干旱情况下,下层土壤水分增加,有利于植株生长,但上层土壤水分充足时,下层土壤水分对苗期植株增长效果不明显,根重甚至有所下降。 (3)干旱和缺锌情况下,植株根冠比都增加。上层土壤干旱情况下,上层土壤中根重下降,根系在下层分布相对增加,当上层土壤水分充足时,上层土壤中根重增加,分布相对增多。下层土壤干旱情况下,上下层土壤中根重都增加,但根系在上层土壤分布相对较多。表层土壤施锌并没有改变根重在上下层土壤中的分配。 (4)上层土壤干旱胁迫下,苗期植株地上部Fe吸收量增加,N,P,K,Ca,Mg,Mn,Cu以及Zn吸收量减少,土壤水分增加,施锌更显著提高植株K,Ca,Mg及Zn吸收量。上层土壤干旱情况下,下层土壤水分供应增加,并没有提高植株养分吸收量,若上层土壤水分充足,下层土壤水分供应增加反而降低根系Mn和Cu吸收量和整株Fe吸收量。表层土壤施锌并没有促进下层土壤水分对苗期植株养分吸收的作用。干旱情况下,养分向地上部转移受抑,而施锌促进了养分向上运输。 (5)干旱胁迫下,铁锰氧化物结合态锌含量及在全量中比例显著增加,0-4mm根际土壤中碳酸盐结合态锌出现积累,而水分供应充足时,积累区域为0-2mm。施锌显著提高了土壤中交换态锌、碳酸盐结合态锌和铁锰氧化物结合态锌的含量及其在全量中比例,而且0-2mm根际土壤中铁锰氧化物结合态锌出现积累,若土壤水分充足,施锌0-2mm根际土壤中有机态锌出现积累。 (6)施锌叶片叶水势和鲜重含水量没有明显的变化,但气孔阻力降低,气孔导度增大,蒸腾速率和光合作用速率提高,叶片中脯氨酸含量增加,缺锌情况下,干旱胁迫叶片中脯氨酸含量下降。 (7)干旱胁迫下,叶片叶绿素a含量没有变化,叶绿素b和总叶绿素含量下降,叶绿素a/b的比值增加,同时缺锌,总叶绿素含量最低。在土壤水分供应正常时,缺锌叶片中叶绿素b和总叶绿素含量比干旱胁迫下降低得更多,叶绿素a/b比值增加程度较大。 (8)干旱叶片光合PSII系统原初光能转化效率降低,缺锌加重了干旱胁迫对PSII原初 光能转化效率的抑制,施锌有一定的改善作用。施锌还增加了于旱胁迫下光合PSll 系统还原侧的电子接受库。 四)干旱胁迫引起玉米叶片中活性氧OZ””和HZOZ形成增多,膜脂发生过氧化,细胞膜 系统透性增加。同时缺锌胁迫下,OZ”产生速率和HZOZ含量最高,膜脂过氧化程度 加重,膜透性增加,而水分和锌正常条件下,OZ产生最少。施锌对干旱胁迫下活性 氧产生有一定的调节作用。 (l)干旱胁迫下,叶片中超氧化物歧化酶侣OD)活性升高,尤其是缺锌时,干旱 胁迫玉米叶片中SOD活性比施锌情况下上升更多。 *)土壤水分供应正常时,缺锌玉米叶片SOD、抗坏血酸过氧化物酶活性、愈创木酚 过氧化物酶、脱氢抗坏血酸还原酶活性降低程度比在干旱情况更大,谷脐甘肽还原 酶活性降低程度较小,而过氧化氢酶活性较高。土壤水分充足时,缺锌玉米叶片与活 性氧代谢的有关酶活性变化更明显。 *)缺锌情况下,干旱胁迫叶片愈创木酚过氧化物酶活性没有变化,脱氢抗坏血酸还 原酶活性比水分正常时增加,而施锌情况下,干旱胁迫叶片中愈创木酚过氧化物酶和 脱氢抗坏血酸还原酶活性反而下降。 *3)土壤水分正常供应下,缺锌导致细胞结构受损程度比干旱情况下更大。细胞膜皱 缩,维管束鞘细胞叶绿体片层结构受损,缺锌严重时细胞内溶物消失,叶绿体中残存 淀粉粒和少许片层。叶肉细胞叶绿体片层结构少,有些片层收缩、断裂。 * 锌对干旱胁迫下玉米叶片结构的破坏有一定的缓解作用,缺锌干旱叶肉细胞叶绿 体膜受损,基质片层皱缩,基粒片层减少。而施锌干旱处理维管束鞘细胞和叶肉细胞 叶绿体结构基本保持完好。叶绿体周围的线粒体数目增多。但叶肉细胞叶绿体中脂肪 颗粒增多。施锌叶片维管束鞘细胞与叶肉细胞之间胞间连丝清晰可见。 干旱胁迫T,施锌增加了叶片中脯氨酸含量,提高 PSll原初光能转化效率和 PSll 系统还原侧电子接受库,增强光合作用,减少活性氧OZ”和HZOZ形成,减轻了细胞 结构破坏,促进跪生长,对玉米植株适应千旱环境有一定的调节作用,但是在土壤 水分充足时,缺锌对植物生长、生毗谢和细胞


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