【摘要】：水分短缺和土壤貧瘠是限制我國(guó)北方植物生長(zhǎng)和發(fā)育的兩個(gè)重要的環(huán)境因素,水分和養(yǎng)分既有各自的特殊作用,又互相作用,影響著作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。本文以?xún)煞N不同品系小麥(多穗型品種西農(nóng)979和大穗型品種2036))作為研究材料,采用人工控制實(shí)驗(yàn)方法,分別從小麥根系活力、葉片光合、葉綠素?zé)晒�、活性氧代謝以及抗氧化物質(zhì)代謝調(diào)控等方面,研究了不同水分和養(yǎng)分處理下兩個(gè)小麥品種的生理響應(yīng)及其調(diào)控機(jī)制,揭示了小麥幼苗耐旱性機(jī)理及氮素對(duì)緩解干旱的生理調(diào)控機(jī)制,可為小麥利用自身的營(yíng)養(yǎng)遺傳特征挖掘其吸收、利用氮素的生理潛力提供理論依據(jù)。獲得的主要研究結(jié)果如下:(1)水分與氮素存在著明顯的互作效應(yīng),重度干旱脅迫和低氮處理都會(huì)降低小麥的生物量、根系總吸收面積、活躍吸收面積、根系活力、氮含量和植株的氮素積累量,且低氮處理增加了根長(zhǎng)和根冠比。相比于低氮和中氮處理,高氮處理下西農(nóng)979的根系總吸收面積、活躍吸收面積和根系活力顯著提高,且分別比大穗小麥2036提高了11%、14%和27%。西農(nóng)979植株氮素積累量在中氮和高氮處理之間無(wú)顯著差異,但中氮處理下西農(nóng)979的植株氮素積累量比大穗小麥2036提高了13%~62%。低氮處理下,小麥根冠比(R/S)隨干旱脅迫程度的增加而略有增加,其中在高氮處理和中度干旱脅迫下根-冠比表現(xiàn)為最小。相關(guān)分析結(jié)果表明,小麥根系的活躍吸收面積、根系活力與植株氮素積累量呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P0.01),和根冠比呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P0.01)。在輕度干旱脅迫下,增加氮素供給能有效提高西農(nóng)979的根系吸收面積和根系活力,但是過(guò)量的氮素供給不利于大穗小麥2036根系的生長(zhǎng),表明不同穗型小麥的根系活力和生長(zhǎng)對(duì)不同水氮耦合的響應(yīng)是不同的。通過(guò)適宜的水氮耦合調(diào)控,有利于良好小麥根系形態(tài)的構(gòu)建與根系活力的提高,從而提高小麥根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收能力。(2)干旱脅迫顯著降低了小麥的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)和氣孔導(dǎo)度(Gs),但提高了瞬時(shí)水分利用效率(WUE)。此外,干旱脅迫同樣導(dǎo)致了小麥葉片的光化學(xué)猝滅系數(shù)(QP)、最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、光系統(tǒng)Ⅱ(ΦPSⅡ)的量子產(chǎn)量和表觀(guān)光合電子傳遞速率(ETR)的下降,但在氮素(N)的供給有效緩解了小麥因干旱脅迫導(dǎo)致的光合效率的下降。在干旱脅迫下,氮素供應(yīng)的適度增加能夠減輕光抑制作用從而提高小麥的光合效率,最終提高小麥的抗旱性;但過(guò)量的氮素供應(yīng)對(duì)植物抗旱性的提高并沒(méi)有顯著性作用,甚至對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生了不利的影響。在低氮處理下,西農(nóng)979比大穗小麥2036具有更強(qiáng)的抗旱性。(3)在同樣的干旱脅迫條件下,耐旱性品種西農(nóng)979具有較高的抗氧化和活性氧調(diào)控能力。隨著氮素濃度的提高,小麥體內(nèi)活性氧表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。干旱脅迫下大穗小麥2036根系中的活性氧和膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物(MDA)都高于西農(nóng)979。此外,干旱脅迫下,氮素供應(yīng)增加能夠提高小麥植株中超氧化物歧化酶(SOD)和酚過(guò)氧化物酶(POD)的活性以及抗氧化劑抗壞血酸(ASA)和谷胱甘肽(GSH)的含量,尤其是在輕度干旱脅迫下,保護(hù)酶活性的顯著升高有利于活性氧的清除。低氮處理下,西農(nóng)979小麥的POD和過(guò)氧化氫酶(CAT)活性均高于大穗小麥2036,抗氧化劑GSH的含量也較高,表明在相同的干旱脅迫條件下,耐旱性品種西農(nóng)979具有較高的抗氧化和活性氧調(diào)控能力,此外,西農(nóng)979在低氮處理下適應(yīng)性也比大穗小麥2036更強(qiáng)。在沒(méi)有受到干旱脅迫時(shí),適量的氮素供給增加可以提高葉片中抗氧化酶的活性;而在遭受干旱脅迫時(shí),適量氮素供給的增加能夠提高酶活性,表明適當(dāng)?shù)脑黾拥毓┙o可以緩解干旱脅迫,減輕自由基對(duì)細(xì)胞的傷害。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：S512.1

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