小麦根系构型及抗旱性研究进展

小麦是全球最重要的粮食作物之一,干旱是影响其生长发育最重要的非生物胁迫因子。根系作为作物获取水分和养分的重要器官,直接决定了作物对土壤水分的利用效率。近年来,越来越多的研究表明,根系构型在植物干旱胁迫响应中发挥了重要功能。本文综述了目前根系构型在调控小麦抗旱性方面的研究进展。首先概述了根向性生长,特别是根向重力性生长对植物根系结构的塑造作用,重点总结了目前挖掘到参与根系向重力性生长的相关基因及其分子调控机制,并阐述了根向性生长调控的根系构型是如何介导小麦对干旱胁迫的适应。除了根向性生长,根系的发育过程也参与了对植物根系构型的调控,并决定植物对干旱胁迫的适应能力,因此,本文进一步综述了在干旱胁迫条件下小麦如何通过调控根系发育来改变根系形态,包括增加根长、调控侧根数量和根毛密度等,来增强小麦对土壤水分的吸收和对干旱环境的适应;同时,系统总结了干旱胁迫条件下参与调控作物（尤其是小麦）根系发育的相关基因。此外,根系作为植物地下部分,其构型的解析一直是本领域研究难点,阻碍了对根系结构与植物耐旱性关系的进一步解析,因此,本文也归纳了目前可用于小麦根系二维结构和三维结构表型分析的技术。这些技术可测量...     

不同禾豆间作复合群体根系的时空分布特征

通过土柱栽培试验,研究了小麦间作菜豆、小麦间作蚕豆及不同单作作物根系的时空分布特征。结果表明,小麦间作菜豆的总根干重在小麦苗期、开花期、灌浆期、成熟期与对照相比增减了50.80%、2.42%、31.94%、-4.83%,小麦间作蚕豆根干重的增减幅度分别为-6.82%、7.26%、14.66%和-7.25%。小麦间作菜豆和小麦间作蚕豆全生育期根干重按生育进程呈明显分移特性。两作生长前期,间作作物根系空间分布范围大于单作;生长后期,间作作物根系分布在0~50 cm的土层中,单作主要分布在0~70 cm的范围内。小麦间作蚕豆的总根重在全生育期呈小-大-小-大的双峰变动趋势;小麦间作菜豆根重变化趋势与单作相同,呈以生长盛期为峰值的单峰型。间作作物成熟期深层根系含水量高于单作。     

稻田保耕种植结构调整对小麦、油菜生长和产量的影响

研究了稻田保耕种植结构调整对小麦、油菜根系生长及产量的影响.结果表明,水稻-秋马铃薯/油菜模式中油菜植株个体生长矮小,根系不发达,根体积是传统稻油轮作的1/2,稻-菜-麦模式下小麦植株个体长势好,根系下扎深,根体积受影响小,但均以0～5 cm土层分布较多;在水稻-秋马铃薯/油菜模式的油菜开花期与稻-菜-麦模式小麦拔节期,油菜与小麦根系活力分别为4.94、7.23μg·g-1·h-1,是传统稻-麦(油)轮作根系活力的1/2,油菜、小麦生长后期根系活力几乎不受影响;由于水稻-秋马铃薯/油莱、稻-菜-麦的油菜、小麦中前期生长受抑制,导致油菜减产6.29%,小麦减产不明显.油菜主要由于有效分枝阶段受影响,而小麦主要由于着粒数低造成减产.     

不同栽培模式对小麦根系发育的影响研究进展

根系发育是决定小麦抗旱性的重要影响因素,而不同栽培模式对根系生长发育均有明显的影响,进而影响小麦的产量和水分利用效率。本文综合论述了根系与小麦抗旱性的密切关系,阐述了密度、肥料、覆盖栽培、垄作栽培、间作套种等不同的栽培模式对小麦根系发育的影响,并提出应该如何完善小麦根系生长研究体系,以期为小麦根系研究提供了理论基础。     

微咸水灌溉对小麦根系生长的影响

研究了微咸水灌溉对小麦根系生长数量、根系干重及根系长密度的影响,对在沙漠地区合理利用微咸水种植小麦提供理论依据.     

砷对冬小麦根系生长和养分吸收的影响

[目的]研究砷对冬小麦根系生长和养分吸收的影响,揭示砷对小麦根系的毒害作用与机理。[方法]采用水培试验,设定砷浓度分别为0、5、10、15、20 mg/L,培养30 d,测定小麦根长、根体积和根系活力,分析根系中砷的累积量和养分元素含量。[结果]小麦根系能够累积较高浓度的砷,根系砷含量最高达4 506.11 mg/kg。砷显著抑制了小麦根系总吸收面积、活跃吸收面积、根长、根体积,降低了根系的生物量。溶液砷浓度为5～10 mg/L时,小麦根系中P、K、Mg和Mn、Cu、Zn的含量有增加的趋势;溶液砷浓度为15～20 mg/L时,小麦根系P、Mn、Zn的含量与对照相比均降低。小麦根系N的含量受溶液砷浓度影响不显著,砷显著降低了小麦根系Fe的含量。[结论]砷的毒害作用主要体现在抑制小麦根系生长,降低根系活力及生物量;砷对小麦根系中N、K、Ca和Mg等的含量影响较小,对Fe、Mn、Cu和Zn等微量元素含量影响较大;15～20 mg/L砷处理时,砷与P的竞争作用明显,抑制小麦根系对磷的吸收。     

小麦根系主要生态效果的研究

通过小麦根系对土壤水分、施肥深度和气温变化等生态效应的研究表明：小麦根系生长的适宜土壤相对含水量为７０％－８０％，低于６０％，明显受抑制，在小麦抽穗开花期，根系生理活性对土壤水分的反应量明显：气温变化通过植株生长，会引起根系迅速地反应出来。根系对秋、冬季和春季温度变化的反应有显著区别；上层施肥可使根早期生长健壮，利于壮苗，深层施肥可促使下层根量增多。用＾３２Ｐ示踪试验证明，在一些分蘖死亡的情况下，     

不同氮素营养对小麦苗期根系发育及抗旱性的影响

本文以济麦22为材料,研究了不同氮素形式及浓度对小麦苗期根系生长发育的影响,结果表明在促进小麦根系生长发育上,三种氮素形态（硝态氮、铵态氮、硝酸铵）的表现为：硝态氮>硝酸铵>铵态氮。对于水培生长的小麦幼苗来说,硝态氮更有利于其根系生长,且当硝态氮浓度为1 mmol·L-1时,根系生长最好。而后研究了不同浓度硝态氮对小麦抗旱性的影响,发现适当提高硝态氮浓度可以促进根系的生长发育,增加小麦叶片含水量,使小麦对干旱有更强的抵抗力。上述结果为农业生产上通过合理施用氮肥以培育小麦壮苗及提高小麦的抗旱性提供了理论依据,并为进一步研究小麦吸收氮素的分子机理奠定了基础。     

冬小麦熟相与根系生长特性及旗叶叶绿素含量关系的研究

采用盆栽试验的方法,研究了不同熟相冬小麦品种的根系生长特性。试验结果表明:熟相与小麦生长后期根系活力和根干重的乘积有密切关系,但后期根系活力是影响熟相的主要因素。熟相较好的小麦品种在开花后期根系活力和根干重乘积较大;而熟相差的品种,生长后期根系活力和根干重乘积小。旗叶叶绿素含量与品种熟相基本无关。     

水分胁迫对小麦幼苗根系生长和生理状态的影响

以小麦“徐州25”为材料，采用盆栽种植，研究了水分胁迫对小麦根系生长及生理状态的影响。结果表明：水分胁迫对小麦种子的发芽率、胚芽鞘和主胚根的生长有抑制作用；适度的水分胁迫(土壤含水量为田间持水量的60％)对苗期小麦根系生长有一定的促进作用，可使根冠比增加，根系活力增大；但重度水分胁迫(土壤含水量为田间持水量的35％)抑制根系的生长，根系活力下降；水分胁迫并使苗期小麦的脯氨酸含量上升、细胞膜的透性增加。     

冬小麦籽粒灌浆期旗叶枯尖与根系特征的关联研究

通过盆栽试验研究了不同类型小麦品种籽粒灌浆期旗叶枯尖的发生与根系活力、单株根干重、根鲜重以及根冠比之间的关系。结果表明:发生叶枯尖症状的小麦品种旗叶叶绿素含量低于旗叶生长正常的小麦品种。叶枯尖症状发生与小麦生长后期根系特征关系密切。有枯尖症状的小麦品种后期根系活力相对较低,2个枯尖品种根鲜重、根干重和根冠比等均明显低于4个无枯尖的小麦品种。     

不同作物根系分泌物对小麦全蚀病菌的影响

通过室内进行小麦、玉米、油用向日葵、胡麻、大蒜、蚕豆、油菜7种不同作物根系分泌物对小麦全蚀病菌的影响试验。结果表明：大蒜、蚕豆、玉米的根系分泌物对小麦全蚀病菌具有一定的抑制作用，尤其大蒜根系分泌物的抑菌作用最为显著，其抑菌率高达32．8％；胡麻、小麦的根系分泌物对小麦全蚀病菌具有一定的促进作用，病菌在PDA培养基上生长良好：油菜和油用向日葵的根系分泌物对小麦全蚀病菌可能会有抑制作用．但并未呈现出规律性变化。     

棉花秸秆浸提液对小麦根系生长的影响

[目的]研究棉花秸秆浸提液对小麦根系生长的影响,明确棉花秸秆对小麦根系的化感效应。[方法]以小麦品种扬麦13为材料,设置不同棉花秸秆浸提液水平(0%、1.0%、2.0%、4.0%、8.0%和10.0%),研究浸提液对小麦根系形态指标和生理活性的影响。[结果]棉花秸秆浸提液抑制了小麦根系的伸长,增加了根系平均直径,导致根表面积和根体积降低;浸提液处理诱导了根系活性氧含量升高,导致根系膜脂过氧化程度加剧,进而降低了根系活力,抑制了根系吸水和生物量形成;随秸秆浸提液升高,浸提液中总酚酸含量持续升高,总酚酸含量与根系形态建成和根系生理活性密切相关。[结论]棉花秸秆浸提液通过影响根系活性氧变化限制了根系生长发育并降低了生理活性,浸提液中总酚酸含量是主要限制因子之一。     

基于虚拟植物技术的冬小麦根系3D构型测试与分析

【目的】构建一套由硬件和软件集成且完整而适用的虚拟植物根系技术,定量描述稻茬田冬小麦根系的三维几何构型特征。【方法】自主设计制作“根系构型数字化仪”,该数字化仪为纯机械结构,分别设有一个水平回转臂、一个横向滑动臂和一个竖向滑动臂,回转臂与滑动臂都配有标尺,且3者的组合运动能保证测头在3D范围测取任一点的空间坐标。测量时将置于工作台的根区土壤按3-5 mm厚度逐层清除并进行根系构型数字化,从而测取田间小麦根系的真实空间拓扑数据,实现小麦根系实体构型的数字化。将实测的小麦根系构型数据导入Pro-E软件平台,利用软件的3D造型技术完成小麦根系构型的虚拟重构,实现计算机虚拟根系与实体根系的一致性。利用软件的分析工具对虚拟重构的小麦根系构型进行计算分析,定量小麦不同时期根系的三维空间构型、根系的土体空间搜寻能力、根系总长以及根系平均增长率等指标的变化,通过不同的指标反映田间土壤环境下真实小麦根系构型的时空动态。【结果】植物根系构型数字化仪能够提供＜1 mm的测试分辨率,操作使用方便,耐污染、抗干扰能力强,对工作环境要求不高,可满足作物根系三维空间几何构型测试要求,而使用Pro-E的小麦根系三维空间几何构型重构技术也便于根系构型的深度计算与分析。冬小麦的根系构型分析结果表明,该虚拟根系技术能够直观展示小麦生长期不同时间节点的根系构型状态特征及土体空间搜寻动态,根系构型图可以反映各时期小麦根系在土体中的纵深拓展和周向扩展状态。同一时期植株个体的根系构型变异性较大,越冬期小麦根系很浅,在返青及分蘖旺期小麦的根系迅速向深层土层中伸展,拔节期根系爆发迅速。【结论】由软硬件单元组构的虚拟植物根系三维空间几何构型的测试与分析方法是准确定量根系动态、根-土关系、根系拓扑特征、根系动态空间行为指标等作物根际生理生态行为的技术保障,其不仅直观展示了水稻土条件下冬小麦根系空间几何构型在不同时期的空间拓展状况,也能够定量根系构型的动态,因此能够满足作物根系三维空间几何构型分析的实用要求。     

紫色土施肥对冬小麦根系生长及产量品质的影响

在国家紫色土肥力与肥料效益监测基地长期定位试验小区上，研究了不同施肥对冬小麦根系生长、产量品质的影响。结果表明，施肥有利于小麦根系长度、根表面积的增加，根系活力的提高。有机肥配施化学肥料（MNPK）或NPK配施，有利于小麦获得较高产量。施有机肥或氮肥或磷肥或钾肥对小麦籽粒粗蛋白质、氨基酸总量、必需氨基酸含量均产生一定的积极影响。有机肥配施化学肥料处理（MNPK），小麦籽粒品质得到进一步改善。     

小麦高产在于根

<正> 小麦根系与地上部的生长发育呈正相关,只有根系发达,才能确保地上部分的正常生育。也就是说,地上部分表现的好坏取决于根系的优劣。根系旺,麦苗壮,壮苗必促根,根壮才能获高产。小麦的根系是由初生根与次生根组成的须根系。初生根也叫胚根或种子根,它在种子萌发时最初生长,一般3一7条,最多可达11条。     

小麦根系的生长与活力研究

介绍了小麦根长的动态变化，根重的动态变化，根表面积及根系活力和根系的空间动态分布变化的一些研究结果，提出了今后应加强根系大小对冠层生长的作用与功能及根冠关系，根化学信号对作物产量影响方面的研究。     

小麦/燕麦根系不同分隔方式及施锰对小麦锰营养的影响

通过根系分隔的根盒试验,研究了小麦/燕麦间作体系中根系不同分隔方式及土壤施锰对小麦锰营养的影响.结果表明:与不施锰肥处理相比,施用锰肥显著提高了小麦的地上部干重和吸锰量,小麦/燕麦根系不同分隔方式对小麦的地上部干重、锰浓度和吸锰量均无显著影响.不同作物品种吸收活化土壤锰的能力不同,表现为燕麦＞小麦;9023＞川麦28;坝莜4号＞坝莜3号.与燕麦间作没能改善小麦的锰营养,可能是作物种植密度大,而根系生长空间较小造成的,其具体原因还有待于进一步研究.     

污灌胁迫对春小麦抗氧化酶活性及根系与幼苗生长的影响

通过水培的方式研究了污水直接灌溉和净化处理后灌溉对小麦根系及幼苗生长影响。结果表明:(1)未处理污水浇灌的小麦幼苗与对照组相比,植株矮小,根短,根数少,茎、叶、根的干重、鲜重均明显降低。(2)污灌胁迫加速了小麦幼苗绿叶和根系的衰亡,并使根系活力明显下降,根系MDA含量水平显著上升。(3)污灌胁迫对小麦根系POD和SOD活性具有激活效应,但随胁迫时间的延长,污灌胁迫对SOD活性转为抑制效应,SOD活性迅速下降。(4)净化处理后的污水浇灌的小麦幼苗与对照没有明显差异。     

花生和玉米前茬根系分泌物对冬小麦幼苗 生长及抗旱性的影响

为探明花生和玉米根系分泌物对小麦幼苗生长的化感作用,通过室内盆栽模拟茬口种植,研究了花生和玉米根系分泌物对冬小麦幼苗及根系生长、种子萌发过程及幼苗抗旱生理响应的影响。结果表明,相较于玉米茬口和清水对照,花生茬口可显著促进小麦幼苗地上及地下部分的生长,根冠比相较于对照提高了25.0%,根系总根长、根表面积、根投影面积、根体积分别较对照提高了43.8%、34.5%、37.1%、48.3%(P0.05),而玉米茬口与清水对照之间各生长指标无显著差异。种子萌发试验表明,花生根系分泌物对冬小麦种子发芽率无显著影响,但显著提高了胚根长和胚根生长速率,化感指数较玉米分别增加了0.20和0.16。此外,在干旱胁迫前期,花生茬口处理下的小麦叶片相对含水量相对较高,而在干旱胁迫后期叶片相对电导率和MDA含量则显著低于玉米茬口。综合分析表明,花生茬口处理下,其根系分泌物能够促进冬小麦幼苗生长尤其是对根系发育有正向促进作用,同时可以提高小麦幼苗的抗旱性。