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。

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。

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。

固定根区水分胁迫下氮形态对玉米幼苗水分利用的调节与作用机制

通过研究固定根区水分胁迫下氮形态对玉米水分利用的调节与作用机制,为局部根区灌溉水氮高效利用提供理论依据。实验采用分根装置,氮处理设3种形态(NH4+-N;NO3--N;50%NO3--N+50%NH4+-N),并向一侧根室加入聚乙二醇模拟局部根区水分胁迫。结果发现固定根区水分胁迫下,随着胁迫时间延长,混合氮处理能相对维持植株较高的水分运输速率;叶肉和叶片厚度大,导管数目较多,直径较大,有利于促进水分吸收与运输,适应水分胁迫。而NH4+-N对木质部汁液pH及ABA的调节作用较强,各部位ABA浓度高于其他两个氮形态;在胁迫后期NH4+-N供应的植株木质部汁液pH增加,从而更有利于调节蒸腾作用,提高水分利用效率。因此,在局部根区水分胁迫下,混合氮相对促进玉米生长,而铵态氮有利于提高水分利用效率。

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。

不同灌溉模式下草莓对水分胁迫的生理响应研究

【目的】探究不同灌溉模式下草莓对水分胁迫的生理响应,确定草莓节水灌溉适宜模式。【方法】采用3种灌溉模式:充分灌溉(FI,CK)、分根灌溉(PRI)和亏缺灌溉(DI),PRI和DI模式下设置3个水分胁迫水平:轻度(LS)、中度(MS)和重度(SS),研究了不同灌溉模式下水分胁迫对草莓叶片叶绿素量、光合与蒸腾速率、渗透调节物质和丙二醛(MDA)量的影响。【结果】DI与PRI灌溉模式下,草莓叶片叶绿素a(Chl a)和叶绿素b(Chl b)量都显著低于CK,且随着基质水分胁迫程度的加剧而呈下降趋势;与DI模式相比,PRI模式下草莓叶片叶绿素量相对较高;随着水分胁迫程度的增强,DI和PRI草莓叶片蒸腾速率下降幅度明显,分别为35.2%~44.7%和21.0%~47.0%,而净光合速率变化不明显;MS和SS水平下DI和PRI的水分利用效率(WUE)分别较CK高101.8%~117.9%和68.8%~149.8%;不同水分胁迫水平下,PRI草莓叶片脯氨酸(PRO)累积量显著高于CK(19.0%~26.0%),且在LS和MS水平下显著高于DI;PRI草莓叶片MDA累积量仅在SS水平下显著高于CK(30.2%),而DI草莓叶片MDA累积量在MS和SS水平下显著高于CK,分别为34.4%和56.4%。【结论】PRI模式草莓比DI模式具有更强的渗透调节能力和耐旱性,PRI-MS组合为草莓节水灌溉适宜模式。

温室甜椒对不同灌溉方式的生理响应

为了分析不同灌溉方式的节水效果和作物对不同灌溉方式条件下的生理响应,通过对温室甜椒进行常规灌溉(GI)和分根交替灌溉(APRI)的试验,分析了不同灌溉方式对甜椒叶片光合特性、水分参数、叶绿素相对含量(CC)、根冠比(R/S)和根系导水率(RHC)的影响,以及不同灌溉方式甜椒对水分胁迫和复水的生理响应。试验结果表明:分根交替灌溉处理能够有效地调节气孔开度,减少无效蒸腾失水,比常规灌溉处理节水25.93%,WUE、叶片细胞液浓度(CSC)、叶绿素相对含量(CC)和R/S分别提高了3.19%、6.56%、8.04%、15.38%,RHC减小了3.01%。两种灌溉方式受水分胁迫复水后都表现出叶片光合速率(Tr)、水分饱和亏(WSD)、CSC值下降,叶鲜重含水率(FWC)值上升,且分根交替灌溉甜椒(APRI)对水分胁迫和复水都具有更优的生理调节功能。

局部恢复供水对苗期玉米生长、根系吸收能力及解剖结构的影响

【目的】作物对局部灌溉的响应研究已受到广泛关注,能否采用局部灌溉还需考虑局部灌溉前的土壤水分状况。研究水分亏缺后局部恢复供水下玉米生长、水分吸收的动态变化以及补偿效应的生理机制有重要意义。【方法】以聚乙二醇6000(polyethylene glycol 6000,PEG-6000)调控营养液的渗透势模拟水分亏缺,采用分根技术,通过水培试验模拟前期水分亏缺后局部根区恢复供水,设置3个水分亏缺程度(-0.2、-0.4、-0.6 MPa)和1个对照(无PEG),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和导水率状况,玉米干物质累积以及叶水势。并在此基础上,于处理后0、1、5、9 d连续动态测定对照和-0.2 MPa两个处理各根区根系解剖结构特征。【结果】水分亏缺6 d后局部恢复供水,恢复供水区根干重和导水率平均增长速率显著大于持续胁迫区(P<0.05);-0.2 MPa亏缺后局部恢复供水下,0—0.25 d时,恢复供水区根干重平均增长速率较对照明显增大(P<0.05),且持续到局部恢复供水后5 d,表现出根系生长的补偿效应;-0.4和-0.6 MPa亏缺后局部恢复供水处理分别于0.25—0.5 d和0.5—1 d时恢复供水区根干重平均增长速率较对照明显增大(P<0.05),产生根系生长的补偿效应,可见,根系生长的补偿效应发生随水分亏缺程度增大而延迟;-0.2 MPa亏缺后局部恢复供水5 d时,恢复供水区根系导水率平均增加速率恢复到对照水平,产生根系吸水的补偿效应,继续增大亏缺程度或延长恢复供水时间,补偿效应均消失,说明局部恢复供水有效刺激恢复供水区根系吸水补偿效应的临界水分亏缺程度为≥-0.2 MPa。此外,-0.2 MPa亏缺后局部恢复供水5 d,恢复供水区根系直径与导管直径显著小于1 d(P<0.05),但仍维持或超过对照水平,皮层厚度占根系直径的比例与对照无显著差异(P>0.05),9 d时,根系直径与导管直径明显减小(P<0.05),较对照减小19%,皮层厚度占根系直径的比例仍显著大于对照(P<0.05),与根系吸水补偿效应的产生与消失同步,从根系解剖结构特征方面揭示了恢复供水区根系吸水补偿效应的生理机制。【结论】局部恢复供水可有效刺激恢复供水区根系生长和吸水的补偿效应,但与局部恢复供水前水分亏缺程度和局部恢复供水时间有关,恢复供水区根系解剖结构的变化是补偿效应产生或消失的一个生理机制。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。

不同胁迫时长后玉米幼苗对局部复水的响应

【目的】揭示前期不同水分胁迫条件下局部恢复供水时玉米生长及水分吸收的动态变化,了解玉米生长对土壤水分条件变化的响应特征。【方法】以PEG 6000模拟水分胁迫,采用分根方法,以玉米幼苗整个根系均持续正常供水为对照(CK),在全部根系经受-0.4 MPa预水分胁迫0,1,3和6d后,对1/2根区恢复正常供水,另1/2根区维持-0.4 MPa胁迫水平,在局部供应0,0.25,0.5,1,3,5,7和9d后,测定幼苗各部分的生长及水分吸收状况。【结果】胁迫0d,即前期正常供应后局部-0.4 MPa胁迫,会在一定时间内刺激供应区根系导水率与根干物质量的补偿效应;局部供应3d内维持玉米幼苗地上部干物质量与CK持平,继续局部亏水会使地上部干物质量及根系导水率、尤其胁迫侧的根系导水率、根长和根干物质量明显降低,而对供应区根干物质量、根长、根面积无显著影响。对于-0.4 MPa胁迫1,3,6d,玉米叶片相对含水量分别在局部复水3,5,5d时恢复至CK水平(胁迫0d始终与CK持平);地上部干物质量不能完全恢复,但其占CK的相对比例最终趋于稳定;复水侧根系导水率、根干物质量、根长与根面积会有一定的恢复,但复水9d时仍不能恢复到CK水平,恢复程度均随胁迫时长的增大而减小;持续胁迫侧根系仍持续下降。根冠比有所不同:胁迫时间越长根冠比越大,局部复水后各处理根冠比均呈增大趋势,胁迫0,1,3,6d各处理显著大于对照的时间分别为局部复水后7,3,1和1d,增幅随局部复水时间延长而减缓(除胁迫0d外)。【结论】作物对局部复水的响应与前期亏水持续时间有关,适当的亏水可通过局部复水得到恢复。

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.