适度局部水分胁迫提高玉米根系吸水能力

局部根区灌溉可以刺激灌水区根系吸水的补偿效应。为了揭示局部灌溉条件下玉米根系补偿效应的动态变化及其影响因素，以聚乙二醇6000（polyethylene glycol 6000，PEG-6000）营养液的渗透势模拟水分胁迫，采用分根技术，通过水培试验模拟局部根区水分胁迫，设置3个水分胁迫程度处理（-0.2、-0.4、-0.6 MPa）和1个对照处理（无营养液），于处理后0、0.25、0.5、1、3、5、7、9 d连续动态监测各根区根系的生长及导水率。结果表明，局部根区受中度及其以下（≥-0.6 MPa）经水分胁迫0.25 d内，所有处理胁迫区根系总导水率和单位根长导水率均与非胁迫区和对照无显著差异（P＞0.05）。胁迫持续时间超过0.25 d，胁迫区根系总导水率和单位根长导水率均显著小于非胁迫区（P＜0.05），降低程度随水分胁迫程度而增大，各处理间胁迫区根系总导水率的差异随胁迫持续时间延长也逐渐增大。对于非胁迫区，轻度胁迫（-0.2 MPa）持续0.5 d，单位根长导水率较对照高10.11%（P＜0.05），1～9 d与对照持平；-0.4 MPa胁迫持续9 d，单位根长导水率为25.08×10^-11 m^2/（MPa·s），显著高于对照（P＜0.05）；中度胁迫（-0.6 MPa）持续0.5～3 d单位根长导水率显著小于对照（P＜0.05），较对照低19.05%～40.11%，5 d后与对照持平。说明局部根区水分胁迫能有效刺激非胁迫区根系吸水的补偿效应，这种补偿作用在局部水分胁迫0.5 d时就已发生，受到局部水分胁迫程度和持续时间的影响，且根系吸水补偿效应的临界胁迫程度为≥-0.4 MPa。该研究可为更好的发挥局部灌溉在农业节水中的作用提供理论依据。

局部水分胁迫对玉米根系生长的影响

采用分根法进行玉米水培试验,研究局部水分胁迫对玉米根系生长的影响。设4个水分胁迫水平:CK,0.2 MPa,0.4 MPa,0.6 MPa,在整个根系经受一定的水分胁迫之后对部分根系复水处理,测定局部供应后0 h、6 h、12 h、1 d、3 d、5 d、7 d、9 d等不同时期各部分根系的面积、长度及干重。结果表明,各胁迫程度均表现为,与对照相比,复水侧根区的根系面积、根长与根干重出现了明显增长,且始终显著大于持续胁迫侧根区,且随处理时间延长更加明显。不同胁迫程度下复水侧玉米根系的增长幅度不同。水分胁迫预处理后,0.2MPa水平下,复水侧根区根系的面积、长度与干重以及整个根区总根长、总面积均可以达到甚至高于对照水平,其他处理均显著低于对照。轻度胁迫后复水的根区根系产生明显的补偿效应。适度胁迫后复水有利于作物根系总面积增长,但对总根长、根干重无显著影响。根系补偿效应与胁迫强度及复水的时间有关。

局部水分胁迫对玉米根系导水率的影响

【目的】研究局部水分胁迫对玉米根系导水率的影响,为局部灌溉在农业生产中的利用提供理论依据。【方法】采用分根法对奥玉3007玉米进行水培试验,设4个水分胁迫处理(渗透势分别为0(CK),-0.2,-0.4,-0.6MPa),在所有根系经受6d水分胁迫后,对一侧根系恢复正常水分供应,对另一侧根系持续进行水分胁迫,用压力室法测定处理0,6,12,24,72,120,168,216h后两侧根系的导水率。【结果】水分胁迫越严重,玉米的根系导水率越低。经受水分胁迫后再恢复正常水分供应的玉米根系导水率12h后出现了明显的增长,且始终明显大于持续水分胁迫处理。经水分胁迫再恢复正常水分供应的玉米根系导水率的增幅,与水分胁迫强度呈负相关,与恢复水分供应时间呈正相关。【结论】轻度水分胁迫处理后对局部根系恢复正常水分供应,可明显刺激根系产生水分传导的补偿效应,且这种补偿效应的大小与水分胁迫强度呈负相关。

局部根系水分胁迫下氮形态对玉米幼苗光合特性的影响

本文通过测定玉米幼苗光合特性的变化来研究局部根系水分胁迫下氮形态对植物生长的影响及其机理。试验采用分根装置,聚乙二醇(PEG6000)只向一侧根室加入以模拟局部根系水分胁迫。设置3种形态氮(铵态氮;硝态氮;含铵态氮、硝态氮各为50%的混合氮),两侧根室均匀供应。水分胁迫后第4、5、7天测定玉米幼苗光合与叶绿素荧光参数、生物量等的变化。结果发现在局部根系水分胁迫时,相对于另外2种氮形态,在胁迫初期铵态氮供应的植株光合速率(Pn)、实际光化学量子产量(Yield)、电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(qP)较高,玉米幼苗生长较快;而在水分胁迫第7天,铵态氮供应的植株光合速率、Yield、ETR、qP较低,叶绿素含量下降,植株生长滞缓,而硝态氮以及混合氮处理的植株生长相对加快。

局部根区水分胁迫下氮对玉米生长的影响

通过分根培养的方法,用聚乙二醇(PEG6000)模拟水分胁迫,研究3种氮形态(NO 3--N,NH 4+-N,50%NO 3--N+50%NH 4+-N)及其供应部位对局部根区水分胁迫下玉米生长的影响。水分胁迫处理16d后,测定叶绿素荧光参数及茎、叶、根形态指标。结果发现,同一氮形态下,水氮同区处理(氮供应在非水分胁迫一侧)比水氮异区(氮供应在水分胁迫一侧)更有利于玉米植株的生长;水氮同区处理下光能利用与转化效率较高,半饱和光强(Ik)增加;根、茎、叶长势良好;水氮异区处理下,植株生长减缓。在不同的氮形态比较中,混合氮有利于促进植株生长,Yield、ETR、qP、ETRm、Ik较高。PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)和PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)在水氮同区处理中,呈随着混合氮、硝态氮、铵态氮减低的趋势。

供氮形态与部位对局部根区水分胁迫下玉米水分吸收与利用的影响

试验以玉米品种金海五号幼苗为材料,在分根条件下采用聚乙二醇(PEG-6000)模拟局部根区水分胁迫,设置3种供氮形态(硝态氮、铵态氮、两者各占50%的混合氮)和2种供氮部位(水氮同区,氮加入到无PEG侧;水氮异区,氮加入到含PEG侧),研究局部根区水分胁迫下氮形态与供应部位对玉米水分吸收和利用的调节与作用机制,为局部根区灌溉水分高效利用提供理论依据.结果发现:(1)同一氮形态下水氮同区供应的植株蒸腾速率、耗水量、木质部汁液流速和生物量较高,加有硝态氮源处理无PEG侧根系的导管数目及单一氮形态处理无PEG侧根系的导管直径较高,但木质部汁液、叶片中脱落酸(ABA)浓度以及水分利用效率均较低.(2)同一供氮部位下,植株的蒸腾速率、耗水量、木质部汁液流速和生物量的顺序均为混合氮>硝态氮>铵态氮依次,但单一铵态氮处理植株的ABA浓度较高,水分利用效率较高.研究表明,同一氮形态下水氮同区供应植株生长较好、水分吸收能力较强,但水氮异区供应下植株的水分利用效率较高;同一供氮部位下,植株生长和水分吸收能力的顺序为混合氮>硝态氮>铵态氮,但单供铵态氮植株的水分利用效率较高.

局部根区水分胁迫下钙对冬小麦生长及养分吸收的影响

以小偃22为材料,采用Hoagland营养液进行分根培养试验,研究了局部根区水分胁迫下,钙对冬小麦幼苗生长及养分吸收的影响。设置2个钙水平处理(正常供钙和不供钙)、3种水分处理(正常水分、局部根区水分胁迫和全部根区水分胁迫),共6个处理。结果表明:不论是否水分胁迫,缺钙处理冬小麦幼苗的株高、主根长、生物量、叶绿素相对含量(SPAD值)、相对含水量及地上部N、P、Ca含量和根系N、P、K、Ca含量均显著低于正常供钙处理(P<0.05)。正常供钙条件下,局部根区水分胁迫使株高增加4.4%,正常水分、局部根区水分胁迫和全部根区水分胁迫的植株生物量分别为1.54、1.66 g·株-1和0.97 g·株-1,比缺钙处理分别高19.4%、25.8%和4.3%;全部根区水分胁迫下,冬小麦的株高及主根长均显著降低。缺钙条件下,植株对N、P、Ca等养分的吸收显著降低。正常供钙条件下,正常水分、局部根区水分胁迫和全部根区水分胁迫处理地上部全氮含量分别为36.54、36.65g·kg-1和32.70 g·kg-1,比缺钙处理分别高9.5%、6.5%和6.9%;全磷含量分别为7.48、7.51 g·kg-1和6.54 g·kg-1,比缺钙处理分别高3.0%、13.1%和22.7%;全钙含量分别为8.35、8.37 g·kg-1和5.53 g·kg-1,比缺钙处理分别高26.5%、24.4%和19.7%。结果说明钙显著影响冬小麦幼苗生长发育和养分利用,钙可促进局部根区水分胁迫下冬小麦幼苗的生长及其对养分的吸收,缓解全部根区水分胁迫的抑制效应。

局部根系水分胁迫下氮素形态对水稻幼苗生理特性和根系生长的影响

为了探讨局部根系水分胁迫下不同形态氮素对水稻幼苗氮素吸收、生理特性和根系生长的影响,以水稻品种金优402为材料,设置非胁迫、局部根系胁迫、全根胁迫3种水分条件和全硝、铵硝比为50/50、全铵3个氮素形态,采用PEG模拟水分胁迫的室内分根营养液培养方法,研究其氮素吸收和累积、光合速率、蒸腾速率、气孔导度及根长、根表面积、根体积的变化规律。结果表明,在局部根系水分胁迫下,两侧根系同时供应NH_4^+-N和NO_3^--N最有利于水稻氮素的吸收和累积,两侧根系均单一供应NO_3^--N的水稻氮素吸收和累积量最少;与未受胁迫处理的水稻相比,局部根系胁迫下两侧根系同时供应NH_4^+-N和NO_3^--N的水稻光合速率受影响较小,而气孔导度和蒸腾速率则明显下降。不同氮形态处理间,两侧根系同时供应NH_4^+-N和NO_3^--N的水稻光合速率和气孔导度均为最大,单一供应NO_3^--N的最小。在所有处理中,局部根系水分胁迫下两侧根系同时供应NH_4^+-N和NO_3^--N的水稻WUE最高。在局部根系水分胁迫下,两侧同时供应NH_4^+-N和NO_3^--N的水稻根长、根表面积、根体积绝大多数大于其他2种氮素形态,且受胁迫一侧和不受胁迫一侧根系相差较小。除左右根室均单一供应NO_3^--N的水稻外,局部根系胁迫处理的根长、根表面积、根体积均大于非胁迫处理。研究结果表明,局部根系水分胁迫和氮素形态耦合可以提高水稻幼苗的水、氮素吸收。

不同水分胁迫和氮素形态对水稻生长及木质部液流离子含量的影响

为探究木质部液流离子含量调控水稻水分胁迫响应的机制,以水稻品种恒丰优华占为材料,设置非水分胁迫(-PEG)、局部根系水分胁迫(PRD)、全根水分胁迫(+PEG)3种水分条件和铵、硝配比为50/50,100/0,0/1003个氮素形态,采用PEG模拟水分胁迫的室内全根和分根营养液培养方法,研究不同水分和氮素处理植株干质量、叶绿素含量、木质部液流中K+、Ca2+和水溶性磷的变化规律。结果表明,处理5 d后,与-PEG条件相比,+PEG条件下各处理植株干质量显著下降,其中氮素形态为0/100处理下降最多,达到18.09%;PRD条件下各处理干质量下降较小,氮素形态为100/0处理仅下降了3.72%。在不同水分条件下,-PEG条件各处理的叶绿素含量最大,+PEG条件处理的最小,3种水分条件下均以100/0处理的最大,0/100处理的最小,其中处理5达到处理6的1.66倍,处理8达到处理9的2.42倍。处理5 d后,各处理植株的木质部液流钾离子含量和钙离子含量均增加,并且水分胁迫条件的处理均超过非水分胁迫条件的处理,但钾离子以+PEG条件的处理为最大,处理9比处理3提高5.48%,而钙离子则以PRD条件的处理为最大,处理4比处理1增加7.04%,在相同水分条件下,不同氮形态处理之间的钾离子及钙离子含量差异不显著。处理5 d后,试验各处理的木质部液流水溶性磷含量均下降,但-PEG条件的处理下降不显著,+PEG条件和PRD条件的处理下降显著,其中+PEG条件的处理平均下降了14.6%,+PEG和PRD 2种水分胁迫条件下均以50/50处理的降幅最小,0/100处理的降幅最大。这些结果说明,木质部液流中K+和Ca2+等参与了水稻水分胁迫响应过程。

局部根区水氮耦合对玉米幼苗养分吸收利用的影响

研究局部根区水分胁迫下不同氮形态与供应部位对玉米幼苗养分吸收利用的影响。氮设三种形态(50%NO3--N+50%NH4+-N;NO3--N;NH4+-N)。采用分根培养的方法,用聚乙二醇(PEG6000)模拟水分胁迫。PEG和氮只加入到分根装置的一侧根室,形成局部根区水分胁迫下水氮同区、水氮异区六个处理。收获时测玉米幼苗植株生物量和各养分浓度。结果表明,水氮同区比水氮异区更利于玉米幼苗生长,氮、磷、钾、钙、镁、铁总含量和增量都高于相应氮形态的水氮异区处理。不同氮形态相比,混合氮有利于促进玉米幼苗生长和增强氮的吸收能力;相对于铵态氮,硝态氮促进了钾、钙、镁、铁总量和增量的增加;养分利用效率基本上与其地上部分该养分浓度的高低呈负相关。

局部根区水分胁迫下氮形态与供给部位对玉米幼苗生长的影响

通过向玉米幼苗分根装置一侧根室的营养液中加入聚乙二醇(PEG 6000)来模拟植物水分胁迫,并设3种供氮形态(硝态氮、铵态氮、两者各占50%的混合氮),且只加入到一侧根室(当氮加入到和PEG同侧时为水氮异区,加入到无PEG一侧时为水氮同区),测定各处理的光合、生理指标,以研究局部根区水分胁迫下氮形态与供给部位对玉米幼苗生长的影响.结果表明:同一氮形态供给下水氮同区植株的光合速率(Pn)、最大净光合速率(Pmax)、光饱和点(LSP)、CO2饱和点(CSP)、叶绿素a、b及叶绿素总含量、根系活力、氮含量和生物量高于水氮异区,光呼吸速率(Rp)、CO2补偿点(CCP)、木质部汁液脱落酸(ABA)浓度、氮利用效率、水分利用效率低于水氮异区;供混合氮和硝态氮的植株Pn、Pmax、LSP、CSP、氮含量和生物量高于供铵态氮的植株,而CCP、Rp、木质部汁液ABA浓度、氮利用效率、水分利用效率变化趋势则相反.可见,同一供氮形态下,水氮同区比水氮异区更利于植物生长,而水氮利用效率在水氮异区下较高;混合氮和硝态氮对植物生长的促进作用优于单一供给铵态氮,但铵态氮更有利于提高水氮利用效率.