不同抗旱性花生品种的根系形态发育及其对干旱胁迫的响应

为明确不同抗旱性花生品种的根系形态发育特征,探讨其根系形态发育特征对不同土壤水分状况的响应机制,在防雨棚旱池内进行土柱栽培试验,研究抗旱型品种“花育22号”、“唐科8号”和干旱敏感型品种“花育23号”3个不同抗旱性花生品种根系形态发育特征及其对干旱胁迫的响应.结果表明:抗旱型品种根系较发达,具有较大的根系生物量、总根长、总根系表面积.干旱胁迫使抗旱型品种根系总表面积和体积增加,而干旱敏感型品种则相反.干旱胁迫显著增加抗旱型品种“花育22号”20 cm以下土层内根长密度分布比例及根系表面积和体积,但“唐科8号”相应根系性状仅在20-40 cm土层内增加;干旱胁迫使干旱敏感型品种“花育23号”40 cm以下土层内各根系性状升高,但未达显著水平且其深层土壤内各根系性状增加幅度小于“花育22号”.花生根系总长、总表面积及0-20 cm土层内根系性状与产量间呈显著或极显著正相关.土壤水分亏缺条件下,花生主要通过增加深层土壤内根长、根系表面积和体积等形态特性,优化空间分布构型,以调节植株对水分的利用.     

水分胁迫和氮肥对花生根系形态发育及叶片生理活性的影响

以"花育22号"花生为试验材料,在中度干旱胁迫和充足灌水两个水分条件下,分别设置不施氮肥(N0)、中氮(N1,90 kg·hm-2)、高氮(N2,180 kg·hm-2)3个施氮水平,研究不同土壤水分和氮肥条件对花生叶片生理活性及根系形态发育特征的影响.结果表明:与不施氮肥处理相比,两个水分条件下中氮处理均显著增加花生产量,但对收获指数无显著影响.干旱胁迫条件下,中氮处理对总根系生物量和总根长无显著影响,但显著增加花生总根系表面积;中氮和高氮处理均显著增加20~40 cm土层内根长和根系表面积,且高氮处理显著增加40 cm以下土层内根系生物量和根系表面积;施用氮肥显著提高叶片过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性,而丙二醛(MDA)含量随施氮量的增加而降低.正常供水条件下,施用氮肥显著降低了花生根系表面积和40 cm以下土层内根系生物量、根长和根系表面积,中氮处理可提高叶片保护酶活性.相关性分析表明,20~40 cm土层内根长和叶片超氧化物歧化酶(SOD)、CAT、POD活性与产量呈显著相关.     

不同抗旱性冬小麦根系时空分布与产量的关系

为明确不同抗旱性冬小麦品种(Triticum aestivum L.)根系时空分布及其与产量的关系,以抗旱性品种长武134、长旱58和干旱敏感性品种小偃22、西农979为材料,采用根箱试验研究干旱胁迫和充分供水条件下4个品种在拔节期、开花期和成熟期根系总生物量、总根长密度、根系在表层(0—20 cm)和深层(20 cm以下)土壤中的垂直分布、动态变化及其对产量的影响。结果表明,干旱胁迫下抗旱性品种产量显著高于干旱敏感性品种,其中长旱58产量最高,西农979最低;充分供水条件下,西农979产量最高,长武134最低,长旱58与小偃22之间没有差异。相关分析表明,产量与各生育时期根系性状均有显著关系。多元逐步回归分析的结果显示,干旱胁迫和充分供水条件下,拔节期深层根生物量对产量有正效应,而成熟期总根长密度对产量表现为负效应。通径分析表明,干旱胁迫下,根系性状对产量的直接贡献大小为开花期总根长密度(|0.54|)拔节期深层根生物量(|0.36|)成熟期总根长密度(|-0.31|);充分供水时,成熟期总根长密度(|-1.56|)拔节期深层根生物量(|0.83|)。研究表明,减少成熟期总根长密度,增加拔节期深层根生物量对抗旱性及干旱敏感性冬小麦品种产量均有显著的正效应,增加开花期根长密度有利于提高抗旱性冬小麦产量。     

两个不同耐旱性棉花品种根系生理特性对干旱的响应

为探明不同抗旱性棉花品种的根系生理特性对干旱的响应及其与生物量的关系,以不耐旱性品种‘新陆早17号'(L17)和耐旱性品种‘新陆早22号'(L22)为试材,在土柱栽培条件下设常规灌溉(CK)、轻度干旱(W₁)和中度干旱(W₂)处理,研究干旱胁迫对不同耐旱性棉花品种根系活力、保护酶活性及解剖结构(导管直径、数量)和生物量的影响。结果表明:干旱胁迫下两棉花品种根系可溶性蛋白(SP)含量、根系活力(RV)、木栓层数、根茎导管数量、导管直径显著降低,根系丙二醛(MDA)含量及保护性酶活性显著增加,进而导致地上部干物质量显著降低。与L17相比,L22的SP含量、0～40 cm和80～120 cm土层RV、木栓层数、根茎导管数量、导管直径以及地上部干物质量均显著增加,尤其W₂条件下L22的RV降幅比L17低26.2%,过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性和皮层厚度分别比L17高43.6%、6.9%、25.4%、19.9%,且差异均达到显著水平。干物质量与RV、SOD、POD、木栓层数、导管直径和个数之间均呈显著正相关。因此,耐旱性强的棉花品种在干旱条件下通过保持较高的根系活性、木栓层数、导管直径和数量,进而促进地上部生物量积累,是其具有较高耐旱性的生理机制。     

不同耐盐品种棉花根系主要指标对盐分胁迫的响应

以盐敏感品种‘中棉所45’(CCRI45)、弱耐盐品种‘新陆早17号’(XLZ17)、中等耐盐品种‘新陆早13号’(XLZ13)和耐盐品种‘中棉所35’(CCRI35)为试验材料,利用根系分析系统研究盐分胁迫下棉花根系形态特征及其与棉株耐盐性的关系.结果表明:盐分胁迫显著降低棉花根和叶的干质量以及K^+/Na^+,其中耐盐品种CCRI35和中等耐盐品种XLZ13的根干质量、叶干质量以及根中K^+/Na^+分别比盐敏感品种CCRI45提高了69.3%~104.4%、24.8%~45.3%和25.0%~45.8%;盐分胁迫显著抑制棉花根系生长发育,其中CCRI 35和XLZ13的总根长、根系总表面积、根系总体积以及0~10 cm土层中直径为0~1.2 mm内的根长、根表面积和根体积均显著高于CCRI45,分别增加了15.2%~85.8%、12.0%~68.5%、31.7%~217.8%、27.2%~73.9%、39.6%~74.3%和99.0%~309.7%.主成分分析表明,比根长、浅层根长比例和细根比例受基因型差异的影响较为明显,是区分不同耐盐品种棉花根系形态差异的主要指标.逐步回归分析显示,比根长、0~10 cm土层的粗根根长、细根根表面积、粗根根表面积、粗根体积、中根比例,以及10~20 cm粗根根长、粗根表面积、粗根体积等根系参数对盐分响应敏感.耐盐棉花品种可通过维持表层根长比例、细根比例和比根长的增加来适应盐分胁迫.     

干旱区膜下滴灌条件下土壤深层水对棉花根系生长、分布及产量的影响

在土柱栽培条件下研究膜下滴灌土壤深层水对棉花根系生长的影响及与植株地上部生长的关系,设置土壤(60～120 cm)有深层水和无深层水2个处理,每处理设2个生育期间灌溉处理,分别为田间持水量70%和55%.结果表明：棉花总根质量密度、40～120 cm土层根长密度、根系活力等与地上部干质量间均具有显著的相关关系.生育期间耕层70%田间持水量条件下,土壤有深层水处理的总根质量密度与无深层水处理无明显差异,但40～120 cm土层的根长密度增加,根系活力增强,提高了土壤贮备水消耗量,增加了地上部干质量,最终获得较高的经济产量及水分利用效率.土壤有深层水条件下,生育期间耕层55%田间持水量处理的根冠比较大,40～120 cm土层根长密度和80～120 cm土层根系活力相对较高,土壤贮备水消耗量大幅提高,但仍无法弥补生育期间水分亏缺对根系及地上部生物量造成的负面影响,导致经济产量显著低于70%田间持水量处理.综上,充足的土壤深层水配合生育期间耕层65%～75%田间持水量,可促进棉花根系向下生长,有利于实现膜下滴灌棉花节水高产高效生产.     

不同花生品种对旱涝胁迫的响应及生理机制

为评价花生对旱、涝胁迫的响应,本试验以4个旱、涝耐性差异明显的花生品种为材料,运用温室防雨盆栽方法,在苗期、花针期分别进行正常灌溉(对照)、干旱(7d,叶片萎蔫)、根部淹涝(土面水深2 cm,时间1d、3d、7d)和整株淹涝(水深至苗顶,时间1d、3d、7d)的处理,测定地上部及根系生物量、根冠比、根系活力、叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量。结果表明,苗期、花针期干旱均抑制地上部生长,提高根冠比;苗期干旱降低根系生物量,而花针期增加。2个时期淹涝均促进地上部生长、抑制根系生长、降低根冠比,并随淹水加深、延时而加重。旱、涝条件下根系活力均降低,SOD、MDA呈上升趋势。遭受相同时间(7d)的水分胁迫后,危害程度以干旱重于淹涝,花针期重于苗期。基于生物量、生理指标变化的综合分析进一步表明,4个花生品种的旱、涝耐性差异很大,湘花55号耐旱性强、耐涝性弱,豫花15号耐旱性弱、耐涝性强,中花4号耐旱、涝性均最弱,中花8号耐旱、涝性均最强。     

陇东旱塬苹果根系分布规律及生理特性对地表覆盖的响应

为探明陇东旱塬区不同覆盖物对苹果园土壤理化性状、根系分布及根系生理活性的影响,以14年生苹果树为试材,采用土壤剖面分层取样法,调查根系空间分布,并对根系生物量、根长、表面积等进行分析,测定根系活力、抗氧化酶类、活性氧代谢等相关生理指标,同时测定不同深度土层土壤容重、孔隙度等.结果表明: 覆草可有效增大土壤含水量、孔隙度、有机质含量,增幅分别为2.7%～11.6%、3.2%～27.7%、5.1%～36.0%,但土壤容重降低,为清耕(CK)的88.7%～96.4%.CK根系主要分布在距树干30～120 cm范围内的0～60 cm深土层中;覆草、覆膜处理主要分布在距树干0～150 cm、0～60 cm水平范围内的0～100 cm深土层中,以20～40 cm根系最为密集;覆膜处理细根总量仅为CK的96.4%,根系水平分布范围较CK有所减小,0～60 cm内细根占根系总量的51.6%.不同覆盖处理显著增强0～80 cm土层根系活力及抗氧化酶活性,其中覆草处理根系活力为CK的111.3%～136.7%.综合分析根系生长分布与生理活性、土壤理化性状等,认为覆草处理是陇东旱塬区苹果园较为适宜的地表覆盖方式.     

干旱胁迫对小麦幼苗根系生长和叶片光合作用的影响

采用水培试验方法,以2个耐旱性不同的小麦品种(敏感型望水白和耐旱型洛旱7号)为材料,研究了干旱胁迫对小麦幼苗根系形态、生理特性以及叶片光合作用的影响,以期揭示小麦幼苗对干旱胁迫的适应机制.结果表明： 干旱胁迫下,2个小麦品种幼苗的根系活力显著增大,而根数和根系表面积受到抑制;干旱胁迫降低了望水白的叶片相对含水量,提高了束缚水/自由水,而对洛旱7号无显著影响;干旱胁迫降低了2个小麦品种叶片的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度,但随胁迫时间的延长,洛旱7号的叶绿素含量和净光合速率与对照差异不显著;干旱胁迫降低了2个小麦品种幼苗的单株叶面积,以及望水白的根系、地上部和植株生物量,而对洛旱7号无显著影响.水分胁迫下,耐旱型品种可以通过提高根系活力、保持较高的根系生长量来补偿根系吸收面积的下降,保持较高的根系吸水能力,进而维持较高的光合面积和光合速率,缓解干旱对生长的抑制.     

干旱胁迫对小麦幼苗根系生长和叶片光合作用的影响

采用水培试验方法,以2个耐旱性不同的小麦品种(敏感型望水白和耐旱型洛旱7号)为材料,研究了干旱胁迫对小麦幼苗根系形态、生理特性以及叶片光合作用的影响,以期揭示小麦幼苗对干旱胁迫的适应机制.结果表明： 干旱胁迫下,2个小麦品种幼苗的根系活力显著增大,而根数和根系表面积受到抑制;干旱胁迫降低了望水白的叶片相对含水量,提高了束缚水/自由水,而对洛旱7号无显著影响;干旱胁迫降低了2个小麦品种叶片的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度,但随胁迫时间的延长,洛旱7号的叶绿素含量和净光合速率与对照差异不显著;干旱胁迫降低了2个小麦品种幼苗的单株叶面积,以及望水白的根系、地上部和植株生物量,而对洛旱7号无显著影响.水分胁迫下,耐旱型品种可以通过提高根系活力、保持较高的根系生长量来补偿根系吸收面积的下降,保持较高的根系吸水能力,进而维持较高的光合面积和光合速率,缓解干旱对生长的抑制.     

花生抗旱性鉴定指标的筛选与评价

为确定鉴定花生(Arachis hypogaea)品种(系)抗旱性指标体系, 综合评价花生品种(系)的抗旱性, 在人工控水条件下, 通过盆栽试验, 测定了29个花生品种(系)苗期和花针期的株高、分枝数、生物累积量、叶片含水量和光合色素含量等与抗旱性有关的13个表观形态性状和生理性状的指标, 采用抗旱系数法和隶属函数值法, 对各指标性状进行了水分胁迫下的抗性评价和鉴定。结果表明, 29个花生品种(系)可划分为抗旱性较强、中等、较弱和不抗旱4类, 其中‘唐科8号’、‘冀花2号’、‘大唐油’、‘花育25号’、‘花育17号’、‘鲁花14号’、‘丰花1号’ 7个品种(系)具有较强的抗旱能力; 苗期同一品种(系)的主茎高、分枝数和生物累积量等形态指标和光合色素等生理指标的隶属函数值均有较大差别, 苗期各指标隶属函数值与品种(系)抗旱性无显著相关关系, 苗期单一形态指标不能作为鉴定品种(系)抗旱性的指标; 但苗期抗旱性综合评价值(D)与抗旱系数间存在显著相关关系, D的大小可作为抗旱性的鉴定指标。花针期形态指标和生理指标D值间, 以及各类指标D值与抗旱系数间均存在显著或极显著的相关关系, 此期植株形态指标、生理指标隶属函数值以及综合D值均可作为鉴定品种(系)抗旱性的指标。     

土壤水分梯度对白三叶(Trifolium repens)光合作用和根系分布的影响

通过对两个品种白三叶Trifolium repens cv.Haifa(海发)和Trifolium repens cv.Rivendel(瑞文德)盆栽试验,模拟3种不同的土壤水分状况(无水分胁迫:保持植株良好的水分供应;轻度胁迫:表层0～20cm土壤处于干旱状态;重度胁迫:表层0～20cm土壤处于极干旱状态,20～40cm土壤处于干旱状态)对白三叶光合作用和根系生长的影响.结果表明,当植株未遭受水分胁迫时,两个品种白三叶的光合作用和根系生长状况没有明显差异;当表层0～20cm处于干旱状态时,'海发'在处理后期的净光合速率和水分利用效率升高,根系生长量增大,表现出促进作用,'瑞文德'受到的影响不显著;当表层0～20cm处于极干旱、20～40cm处于干旱状态时,'海发'在处理前期受到轻微影响,随后恢复正常状态,'瑞文德'则受到较严重的影响.随着干旱程度的加深和时间的延长,白三叶的根冠比逐渐增大.与'瑞文德'相比,在相同时期相同胁迫程度下,'海发'的根冠比没有显著差异,但深根数量大大超过'瑞文德',因而,'海发'的耐旱能力强于'瑞文德'.     

Evaluation of high yielding soybean germplasm under water limitation

Limited information is available for soybean root traits and their plasticity under drought stress. To date, no studies have focused on examining diverse soybean germplasm for regulation of shoot and root response under water limited conditions across varying soil types. In this study, 17 genetically diverse soybean germplasm lines were selected to study root response to water limited conditions in clay (trial 1) and sandy soil (trial 2) in two target environments. Physiological data on shoot traits was measured at multiple crop stages ranging from early vegetative to pod filling. The phenotypic root traits, and biomass accumulation data are collected at pod filling stage. In trial 1, the number of lateral roots and forks were positively correlated with plot yield under water limitation and in trial 2, lateral root thickness was positively correlated with the hill plot yield. Plant Introduction (PI) 578477A and 088444 were found to have higher later root number and forks in clay soil with higher yield under water limitation. In sandy soil, PI458020 was found to have a thicker lateral root system and higher yield under water limitation. The genotypes identified in this study could be used to enhance drought tolerance of elite soybean cultivars through improved root traits specific to target environments.     

不同生育期花生渗透调节物质含量和抗氧化酶活性对土壤水分的响应

通过防雨棚池栽试验,以不同花生品种为试材,研究了不同生育时期非充分灌溉对花生品种各生育期叶片膜脂过氧化、渗透调节物质含量和抗氧化酶活性的影响.结果表明,苗期和花针期灌水,叶片抗氧化酶活性、渗透调节物质和丙二醛(MDA)含量均有不同程度的降低.随生育期推进和土壤水分降低,其活性升高,但升幅因品种、抗氧化酶和渗透调节物质类型有异,两品种叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白质(Pr)、游离氨基酸(AA)和脯氨酸(Pro)含量均以对水分最为敏感的花针期升幅较大,且花育27号的SOD、CAT、Pr和AA的升幅大于花育20号;结荚期灌水后,各抗氧化酶和渗透调节物质未表现降低.两品种全生育期灌水处理与苗期灌水处理间的抗氧化酶活性、渗透调节物质和MDA含量差异均不显著.水分胁迫初期,抗氧化酶活性升高,但随胁迫时间延长其活性明显降低;而渗透调节物质和MDA含量显著高于各生育期灌水处理.POD活性变化对灌水处理响应较弱,SOD和CAT是花生适应土壤水逆境的主要保护酶.灌水处理对花生叶片抗氧化及渗透调节能力表现为花针期＞结荚期＞苗期,各渗透物质调节能力依次表现为脯氨酸、可溶性蛋白质＞可溶性糖＞游离氨基酸.     

不同抗旱性花生品种结荚期叶片生理特性

以12个花生品种为试验材料,在人工控水条件下,于结荚期设置0~80 cm土层相对含水量为70%和50% 2个处理,研究与花生抗旱性相关的叶片生理生化性状及不同品种抗旱的叶片机制.结果表明： 利用产量抗旱系数可将12个花生品种的抗旱性分为强、中、弱3级,抗旱性强的品种有A596、山花11号、如皋西洋生,中度抗旱品种有花育20、农大818、海花1号、山花9号和79266,抗旱性弱的品种有ICG6848、白沙1016、花17和蓬莱一窝猴.A596、山花11号、如皋西洋生的抗旱机制是具有较强的叶片抗氧化保护能力、较高的PSⅡ活性及光合速率(P_n).海花1号的叶片抗氧化保护能力较强,山花9号的PSⅡ活性有显著优势.相关分析表明,叶片P_n、气孔限制值(L_s)、最大光化学效率(F_v/F_m)、光化学猝灭系数(q_P)、丙二醛(MDA)含量、相对电导率和超氧化物歧化酶(SOD)活性与花生品种的抗旱系数有显著的相关性,是花生结荚期的重要抗旱性状.SOD活性的抗旱级别需在干旱胁迫下鉴定,其他性状可在正常灌水条件下鉴定.山花11号和79266可分别作为花生强、弱抗旱性鉴定的标准品种,山花11号可作为花生叶片优异抗旱性状鉴定的标准品种.     

The effect of root damage caused by simulated white grub attack on the growth,yield and water-use of groundnut plants

White grubs (larval scarabaeids) are now recognized as being important pests of groundnut (peanut) in many parts of the world because of their ability to damage roots. A method of simulating white grub damage to groundnut plants was developed to obtain an indication of how the feeding activity of these insects influences plant growth. The effect of root cutting and drought stress on water uptake and biomass production was evaluated, with roots being cut at three depths in the late vegetative and early podfilling stages. As groundnut plants are often grown under conditions of drought stress, the effects of which would be accentuated by root damage, this factor was introduced into the experiment. Plant water-use measurements indicated that the root systems of plants cut 30 days after emergence (DAE) and watered twice a week became fully functional again after 40 days. Pod and total biomass production were however significantly less than those of the uncut control plants, with drought stress reducing yields below the well-watered controls, particularly when cut at 10 cm below the soil surface. The root systems of plants cut 51 DAE did not regrow to any appreciable extent, and rates of plant water-use remained less than half of the uncut control plants. Over all treatments, there was a strong positive correlation between total (and pod) biomass and plant water-use. It was concluded that the phenological stage of the plant at which root damage occurred had a profound influence on the subsequent recovery in root growth and function, and ultimately on pod yield.     

根区交替控制灌溉条件下玉米根系吸水规律

为了阐明根区交替控制灌溉(CRDAI)条件下玉米根系吸水规律,通过田间试验,在沟灌垄植模式下采用根区交替控制灌溉研究玉米根区不同点位(沟位、坡位和垄位)的根长密度(RLD)及根系吸水动态。研究表明,根区土壤水分的干湿交替引起玉米RLD的空间动态变化,在垄位两侧不对称分布,并存在层间差异;土壤水分和RLD是根区交替控制灌溉下根系吸水速率的主要限制因素。在同一土层,根系吸水贡献率以垄位最大,沟位最低;玉米营养生长阶段,10—30 cm土层的根系吸水速率最大;玉米生殖生长阶段,20—70 cm为根系吸水速率最大的土层,根系吸水贡献率为43.21%—55.48%。研究阐明了交替控制灌溉下根系吸水与土壤水分、RLD间相互作用的动态规律,对控制灌溉下水分调控机理研究具有理论意义。