不同铁效率玉米品种苗期适应低铁胁迫的根系特征与铁积累差异

[目的]石灰性土壤高pH和高重碳酸盐含量严重影响土壤中有效铁含量,导致作物缺铁黄化、减产,铁高效玉米品种的推广应用是实现石灰性土壤玉米高产稳产的重要途径.本研究探讨不同铁效率玉米品种适应低铁胁迫的根系特征与铁积累差异,旨在为铁高效玉米品种的推广应用提供科学依据.[方法]试验以铁高效玉米品种正红2号(ZH2)、正大619...     

玉米自交系苗期耐低磷的根系生理特性研究

以磷高效型04419和磷低效型04065玉米自交系为材料,研究了砂培试验条件下,二者在需磷临界期(苗期)的根系生理特性差异。低磷处理下,4～8叶期磷低效型04065玉米根系酸性磷酸酶(APase)活性显著高于磷高效型04419玉米,而其根系磷含量显著低于04419,表明根系APase水平能够反映不同基因型玉米磷效率的差异。当低磷处理至6～8叶期,除根冠比外,二者根系APase、根系活力、根系丙二醛(MDA)、根系总长和干物质积累差异显著,表明不同基因型玉米对低磷的耐受能力是多种生理反应综合作用的结果。     

酸胁迫对不同基因型玉米生长和养分吸收的影响

采用盆栽试验研究了4个不同耐酸特性的玉米自交系在几个关键生育期的氮、磷、钾营养特性和生长状况。结果表明,耐酸自交系在苗期、拔节期和开花期对氮、磷、钾的吸收和累积均高于酸敏感自交系;不同生育期耐酸自交系的营养利用率和再分配特征存在差异,苗期表现为氮的利用率较高,开花期表现为磷、钾营养的再分配能力强。不同耐酸材料对酸胁迫土壤反应不同,耐酸自交系在不同生育阶段始终能较好生长,尤其是Z01,即使在pH4.6的酸性土壤上干物质累积几乎不受酸胁迫影响;中等耐酸自交系则受酸的危害,且随着发育进程而加剧,而酸敏感自交系表现出与中等耐酸材料相同的趋势,但各生育阶段受到的危害更大。     

渗透胁迫对玉米幼苗根系活力和K+吸收动力学特征的影响

本试验以三个抗旱性不同的玉米品种作为试验材料,以26％聚乙二醇Polyethylene.glycol(PEG)(分子量4000)溶液对幼苗进行模拟渗透胁迫,研究了渗透胁迫对3个抗旱性不同的玉米品种幼苗根系活力及对K+吸收的动力学的影响。结果表明,玉米幼苗根系对K+的吸收速度符合Michaelis-Menten动力学方程;短期(24h内)的渗透胁迫可在一定程度上促进根系的生长,根系活力增强,NR活力升高,根系与离子的亲和力增加(Km下降),抗旱性强的品种促进程度大于抗旱性弱的品种;较长时间(超过48h)的渗透胁迫则抑制根系的生长,根系活力、NR活性等降低,根系与离子的亲和力下降(Km升高)。抗旱性强的品种受抑程度轻,Km值的升幅小,而抗旱性弱的品种受抑程度重,Km值的升幅大。玉米幼苗根系吸收K+的Km与根数、根重、根系活力、吸收面积、NR活力等极显著相关,可作为玉米抗旱性强弱的指标。     

低钾胁迫下不同耐低钾玉米品种(系)开花后根系生长和结构的变化

[目的]土壤缺钾常引起植株早衰,严重影响玉米产量.从玉米开花后根系形态、结构和活性等参数的变化,研究低钾胁迫下玉米早衰的机理.[方法]以耐低钾玉米自交系90-21-3和钾敏感玉米自交系D937为试材,进行池栽试验.设置天然低钾土壤(低钾,-K)和正常供钾(CK,+K)两个处理,分别于玉米开花后测定根系形态、结构和活性等...     

低氮胁迫对不同耐低氮玉米品种苗期伤流液性状及根系活力的影响

【目的】研究了低氮胁迫对不同耐低氮性玉米品种苗期生长、伤流性状及根系活力的影响,比较不同耐低氮性玉米品种对低氮胁迫响应的差异,以期为西南丘陵地区耐低氮玉米品种的选育提供理论依据。 【方法】以两个耐低氮品种‘正红 311’、‘成单 30’和两个低氮敏感品种‘先玉 508’、‘三北 2 号’为试验材料进行水培试验,营养液设置 4 个氮水平:0、0.05、0.5、5 mmol/L。测定了苗期株高等形态指标、干物质积累量、根系活力,计算了根冠比、活跃吸收面积比、伤流液中可溶性蛋白等转运速度及氨基酸/硝态氮浓度的比值。 【结果】低氮胁迫下玉米苗期苗高、茎粗、叶面积、SPAD、单株干重、地上部干重、伤流强度,伤流液中可溶性蛋白和可溶性糖转运速度,氨基酸和硝态氮转运速度及浓度,根系活力,根系总吸收面积和根系活跃吸收面积均显著下降,但耐低氮品种各指标的降幅均低于低氮敏感品种。根冠比、伤流液中氨基酸/硝态氮浓度比值均显著升高,可溶性蛋白和可溶性糖浓度随胁迫时间的延长表现出先下降后升高的趋势。耐低氮品种根冠比增幅低于低氮敏感品种,而可溶性蛋白浓度的增幅高于低氮敏感品种,且低氮胁迫下耐低氮品种根系活力、伤流液中可溶性蛋白和可溶性糖浓度显著高于低氮敏感品种。 【结论】耐低氮品种在低氮胁迫下能够保持较高的根系活力,进而促进了根系对营养物质的吸收和转运,提高了伤流液中各组分的浓度和转运速度,较好地维持了碳氮循环,从而有效地协调了植株地上、地下部养分和物质的分配,控制了根冠比的增加,维持了地上部的生长。     

低氮胁迫对不同耐低氮性玉米品种幼苗根系形态和生理特征的影响

采用水培方法,以2个耐低氮品种和2个不耐低氮玉米品种为材料,以正常氮处理B3[15 mmol(N)·L?1]为对照,研究2个低氮胁迫水平B1[0.05 mmol(N)·L?1]、B2[0.5 mmol(N)·L?1]对不同耐低氮性玉米品种苗期根系形态和伤流量及氮代谢关键酶活性的影响。结果表明:与正常供氮处理相比,在B1和B2低氮胁迫处理下,玉米幼苗根系伤流量和硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸脱氢酶(GDH)活性均下降,耐低氮品种上述各指标的降幅(29.8%和8.7%、46.9%和39.6%、7.3%和4.4%、31.3%和19.8%)均小于不耐低氮品种(37.0%和27.5%、68.8%和56.6%、24.5%和18.7%、60.7%和42.7%),且在B1处理下耐低氮品种根系NR、GDH活性分别是不耐低氮品种的1.4倍、1.35倍。低氮胁迫对玉米苗期地上部生长的影响大于对地下部生长的影响,使地上部干重显著降低,根冠比显著增大,根数减少;在B1和B2处理下,不耐低氮品种根冠比增幅(81.6%和25.4%)、根数降幅(22.2%和31.1%)均大于耐低氮品种(61.0%和21.1%、19.8%和19.4%)。随着低氮胁迫程度的增大,耐低氮品种根长增长,根粗减小,对低氮胁迫的响应能力增大,表现为根系伸长变细以增加对氮的吸收面积。与不耐低氮品种相比,低氮胁迫下耐低氮品种根系形态较好,根系生理活性和对低氮胁迫的耐性较强,能维持较稳定的生长;随着低氮胁迫时间的延长,耐低氮品种对低氮胁迫的适应性增强,不耐低氮品种则降低。     

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, 0.2 MPa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。     

低钾胁迫下外源生长素对烟草根系生长及钾吸收的影响

【目的】探明生长素参与低钾胁迫下植株根系的生长发育及吸钾机制,同时为提高植物体内钾素水平提供理论依据。【方法】采用室内水培法,以模式植物烟草为试验材料,通过设置2个钾浓度(5、0.15 mmol/L)和5个外源生长素(3–吲哚乙酸)浓度(0、5、10、20、40μmol/L),对植物根系生理特征、内源生长素浓度、钾素累积及钾吸收动力学和相关钾离子通道基因转录表达进行比较研究。【结果】1)与正常钾水平相比,在低钾胁迫条件下,植株地上部干重显著降低15.6%;根系扫描8项指标中,除根平均直径外,其余7项指标值均显著降低;ATPase活性显著降低43.3%;主根尖、侧根尖及叶片内源生长素浓度显著升高;钾吸收动力学参数Vmax、Km值分别显著降低了89.2%、99.6%;植株根系、叶片钾浓度分别显著降低了93.0%、62.2%;根系中内流型钾离子通道基因Ntkc1的表达量显著降低56%。2)添加外源生长素后,正常供钾植株的根系干物质重、根系活力、主根尖及侧根尖内源生长素浓度有增加的趋势,Vmax值和内流型钾离子通道基因NKT2、NtKC1的表达量明显增加;低钾条件下,植株表现出和正常供钾相似的规律,除此之外,低钾植株的根系生长得到明显改善,ATPase活性和地上地下部钾素浓度明显增加,外流型钾离子通道基因Ntork1的表达量明显降低。3)当添加生长素浓度为10μmol/L时,与未添加生长素相比,正常供钾植株的地上地下部干重显著增加了6.05%、8.54%;根体积及根系交叠数显著增加16.5%、23.2%;根系活力显著增加了298%;Vmax值显著增加了118%;低钾植株地上地下部干重与不添加相比显著提高了5.61%、28.6%;根系活力达到113μg/(g·h), FW,为无添加生长素时的3.3倍;根系ATPase活性相对增加了87.5%;根系钾浓度显著增加250%;钾离子通道基因NKT2在根系中表达量显著增加了7.04倍,Ntork1在根系及叶片中表达量显著降低了49.5%、72.5%。【结论】低钾胁迫影响烟草根系生长及植株对钾素的吸收累积,添加适当浓度外源生长素可改善植株根系生长发育状况,增加内流型钾离子通道基因NKT2、NtKC1的表达量,降低外流型钾离子通道基因Ntork1的表达量,且提高植株钾吸收动力学参数Vmax值、降低Km值,从而提高了植株对钾离子的吸收能力与亲和力,进而增加植株钾素浓度。     

干旱胁迫对玉米根系生长及根际养分的影响

通过盆栽模拟干旱试验，测定了干旱胁迫下玉米根系生长情况和根际土壤中速效N、P、K的含量。结果表明，干旱胁迫抑制了玉米拔节期和抽雄-开花期玉米根系的生长，减弱了玉米根系的吸收能力。干旱胁追下玉米根际NH4^＋-N、NO3^--N、速效P和速效K均发生根际富集现象。其中有效N和速效K含量高于正常供水．而速效P却呈现低于正常供水的趋势。干旱胁追抑制玉米根系生长、减弱根系吸收能力是玉米减产的重要原因。     

秸秆覆盖对套作玉米苗期根系发育与生理特征的影响

在西南地区"小麦/玉米/甘薯"三熟制套作模式下,以当地传统耕作为对照(T),秸秆覆盖(TS)、秸秆覆盖+腐熟剂(TSD)作为两种处理,连续两年田间试验研究了不同秸秆覆盖处理对育苗移栽玉米苗期的根系形态与生理特征的影响以及作用机理。研究结果表明:秸秆覆盖处理与对照相比增加了玉米苗期的根长、根表面积,显著增加了直径1.0～2.5mm范围内的根长,且秸秆覆盖+腐熟剂处理与秸秆覆盖处理间差异不大。2008年,与对照处理相比,秸秆覆盖、秸秆覆盖+腐熟剂处理苗期玉米根系活力分别提高19.12%、27.46%,根冠比分别提高36.72%、37.50%,根系生物量分别提高62.53%、69.42%;2009年,上述指标与对照处理相比分别提高17.86%、25.83%,31.54%、33.08%,65.69%、77.37%。同时秸秆覆盖处理有利于改善土壤水分与养分供应状况。可见,秸秆覆盖保护性耕作措施可通过改变农田环境促进套作玉米苗期根系发育,配合腐熟剂效果更佳。     

水分和磷对苗期玉米根系形态和磷吸收的耦合效应

水分亏缺和土壤缺磷已经成为玉米(Zea mays L.)生产的主要限制性因素,但水分和磷如何调节玉米根系形态和磷吸收尚不完全清楚。本研究采用盆栽土培试验,设置4个水分梯度[田间持水量的35%(W1)、55%(W2)、75%(W3)和100%(W4)]和2个磷处理[高磷:205 mg(P)·kg~(-1);低磷:11 mg(P)·kg~(-1)],探究水分和磷对苗期玉米根系生长和磷吸收的耦合效应。结果表明:(1)不管土壤磷供应如何,玉米苗干重、根干重、总根长和根表面积随水分供应强度的增加呈现先增加后降低的趋势,土壤有效磷含量也表现出相似的变化趋势,根质量比和平均根直径随水分供应强度的增加呈现下降的趋势,植株磷含量和磷累积量随水分供应强度的增加呈现稳定增加的趋势;(2)水分亏缺(W1)和过量供应(W4)均不利于玉米根系生长和干物质累积,水分亏缺(W1)抑制玉米对土壤磷素的获取,水分过量供应(W4)引起土壤磷素的奢侈吸收(W4),轻度的水分胁迫(W2)能够促进玉米根系的生长和干物质累积,减少对土壤磷的奢侈吸收,充足的水分供应(W3)能够促进玉米根系的生长、干物质累积和土壤磷素的吸收;(3)磷供应显著增加了玉米苗干重、根干重(W4除外)、总根长、根表面积、植株磷含量(W4除外)和磷累积量,但降低了玉米的根质量比。(4)两因素方差分析结果表明,水分对苗干重、根干重、根质量比、总根长、根表面积、平均根直径、植株磷含量、植株磷累积量和土壤有效磷含量的相对贡献分别为45.94%、36.71%、67.95%、59.63%、58.34%、81.86%、24.75%、35.66%和3.00%,磷对这些参数的相对贡献分别为34.78%、21.19%、14.84%、9.22%、9.21%、1.56%、35.54%、49.75%和94.40%,可见水分是控制玉米根系形态和干物质累积的关键因子,磷是控制玉米地上磷吸收和土壤有效磷含量的关键因子。总体来说,低磷条件下玉米根系对土壤磷的获取偏向于以根形态为主导的适应策略,高磷条件下玉米根系对土壤磷的获取偏向于以根生理吸收为主导的适应策略。水分和磷之间较好的耦合能够促进玉米根系生长、干物质累积,减少对土壤磷素的奢侈吸收。     

玉米杂交种苗期耐低氮指标的筛选与综合评价

为探明耐低氮玉米杂交种的苗期筛选鉴定方法,筛选出耐低氮能力强、可推广应用到生产上的玉米杂交种,本研究采用蛭石和珍珠岩盆栽、Hoagland营养液培养方式,以西南地区生产中应用的51个玉米杂交种为材料,对供试品种进行了2年的低氮胁迫苗期筛选试验。结果表明:低氮胁迫对各玉米品种苗期主要形态、生理指标均有显著影响,但影响的程度在指标间和品种间均有较大差异。根据相对值变异系数大小,筛选出叶面积、氮积累量、根冠比、地上部干重、根体积、根干重和单株干重7个指标作为耐低氮能力的评价指标。以7个指标归一化的变异系数为权重进行耐低氮能力模糊隶属函数综合评价,并与用全部指标(第1年为13个指标,第2年为25个指标)模糊隶属函数评价和主成分分析法评价的结果进行比较,7个指标评价结果与全部指标综合评价结果基本一致,得出的耐低氮能力强和弱的前10个品种的重合率分别达90%和80%,说明筛选指标的代表性和评价方法的可行性。本研究表明上述7个指标可以作为玉米苗期耐低氮能力评价指标,并筛选出‘正红311’、‘成单30’、‘黔北2号’等适宜于中国西南丘陵山区种植的耐低氮品种。     

高温胁迫对观赏百合苗期的生理影响研究

试验研究高温胁迫对2种观赏型麝香百合(‘K1-4’和‘Avita’)幼苗生理影响结果表明,经36℃高温处理2种百合叶片叶绿素、类胡萝卜素和可溶性蛋白质含量持续下降,过氧化氢酶活性则短暂升高后降低,脯氨酸含量先升高至第4天后开始下降。田间表现较耐热的百合基因型‘K1-4’叶绿素降速最慢,脯氨酸含量最高,且可溶性蛋白质含量降解缓慢,过氧化氢酶活性则保持最佳。而田间耐热性表现较差的‘Avita’各项生理指标均低于‘K1-4’。     

硅、磷配施对玉米苗期生长及氮磷钾积累的影响

以‘正红2号’和‘正红115’玉米为材料,采用砂培方式,设置3个纯磷水平[1.0 mmol·L~(-1)(正常磷水平,P_(1.0))、0.1 mmol·L~(-1)(中度缺磷,P_(0.1))和0.01 mmol·L~(-1)(重度缺磷,P_(0.01))]和3个纯硅水平[1.5 mmol·L~(-1)(Si_(1.5))、0.75mmol·L~(-1)(Si_(0.75))和0 mmol·L~(-1)(Si_0)],通过对玉米苗期干物质、叶面积、根系形态和氮磷钾含量的测定分析,研究硅、磷配施对玉米苗期根系生长、各器官干物质及氮、磷和钾养分积累与利用的影响,为磷、硅肥合理配施提供理论依据。结果表明:缺磷抑制玉米苗期生长,降低根长、根体积、根表面积和叶面积,减少磷和氮、钾的吸收以及干物质积累量,这种效应随磷浓度的降低而增强;玉米通过提高根冠比,增加磷、氮在根系中的分配率,提高氮、磷、钾的干物质生产效率来适应低磷环境;低磷胁迫对‘正红115’根系生长和磷吸收积累量的影响大于‘正红2号’,但‘正红115’在低磷条件下大幅度提高磷在根系中的分配率。在正常磷(P_(1.0))条件下加硅可促进玉米根系生长,增加磷和氮、钾积累量,提高其在地上部分配率,增加叶面积和干物质积累量;在中度缺磷(P_(0.1))条件下加硅也可增加玉米的磷和氮、钾积累量,促进根系和地上部生长,缓解低磷胁迫;在重度缺磷(P_(0.01))条件下,增施硅对玉米根系生长和干物质积累无显著的改善作用,但会增加根系中磷、钾素积累量。由此表明,硅和磷存在显著的协同作用和配合效应,生产上硅和磷应配施。     

黑豆种质苗期耐荫性评价及其根系对弱光胁迫的响应

玉米-大豆复合种植是西南地区重要的生态种植模式之一,而目前耐荫型专用黑豆种质十分匮乏,黑豆的耐荫机理也尚不清楚,这严重影响了该模式的进一步推广。本研究旨在建立黑豆苗期耐荫性评价数学模型,筛选出能够判断黑豆耐荫性的有效指标,并探讨不同耐荫型黑豆根系对弱光胁迫的响应差异,为耐荫型黑豆种质的选育及耐荫机理的阐释奠定基础。试验以23个黑豆种质为研究材料,采用盆栽试验方法,设置自然光和遮荫2个处理。在黑豆植株V3期测定株高、茎粗、下胚轴长度、叶片干重、茎干重、主茎节数、总根长、根表面积、总根体积等形态指标和光合参数、叶绿素荧光参数等生理指标。采用多元统计方法建立黑豆苗期耐荫性评价模型,并根据评价结果,关联分析不同耐荫型黑豆根系对弱光胁迫的响应差异。通过逐步回归分析建立了黑豆苗期耐荫性评价数学模型;并通过该模型,筛选出蒸腾速率、株高、叶干重、最大荧光强度和初始荧光强度等5个鉴定指标。在荫蔽条件下测定苗期黑豆的上述5个指标可实现对黑豆苗期耐荫性的综合评价。同时,对23份黑豆种质的耐荫性综合评价值D进行了聚类分析,结果表明,黑豆种质可划分为耐荫型、中度耐荫型和荫蔽敏感型3类。不同耐荫型黑豆种质的根系结构对弱光胁迫的响应程度不同,黑豆的总根长、根表面积、总根体积、根干重等根系强度指标均表现为耐荫型中度耐荫型荫蔽敏感型。这表明耐荫潜力大的黑豆根系更发达。