拔节期冬小麦光合特性、干物质积累和产量对干旱胁迫的响应.pdf

新疆农业科学():./.拔节期冬小麦光合特性、干物质积累和产量对干旱胁迫的响应王晓雨王小平史文宇刘美艳马 健郭云鹏宋瑞欣王清涛(河北工程大学园林与生态工程学院河北邯郸.中国气象局兰州干旱气象研究所/甘肃省干旱气候变化和减灾重点实验室兰州.河北师范大学计算机与网络空间安全学院石家庄)摘 要:【目的】研究冬小麦光合特性、干物质积累和产量对干旱胁迫的响应为冬小麦春季灌溉制度提供基础理论依据【方法】采用盆栽试验以冬小麦品种邯麦 号为材料在拔节期设置充分灌水()、轻度干旱()、中度干旱()和重度干旱()个处理【结果】拔节期冬小麦叶片水分利用效率在 处理下最高净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和叶绿素含量随着干旱胁迫的加剧均有所降低 光系统()最大光化学效率(/)、的潜在活性(/)和经过 的电子传递速率(/)均表现为 与 相比和 处理地下部分干物质积累量分别提高 和 处理降低 、和 处理地下部分干物质占比分别提高 、和 灌溉水利用效率在 处理下最高且籽粒产量略有增加和 处理籽粒产量则分别降低 和 ()叶片水分利用效率与地上部干物质积累量呈极显著正相关关系()与总干物质积累量、籽粒产量和灌溉水利用效率呈显著正相关关系()与胞间二氧化碳浓度呈极显著负相关关系()【结论】轻度干旱处理下拔节期冬小麦通过调节光合作用和增加地下部分干物质积累量及其占比以适应干旱环境并提高籽粒产量和灌溉水利用效率但随着干旱加剧冬小麦光合速率明显降低影响干物质积累导致冬小麦产量降低关键词:干旱胁迫冬小麦拔节期光合特性干物质产量中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期():基金项目:中国气象局干旱气象科学研究基金项目()河北省自然科学基金项目()河北省专业学位教学案例库建设项目()国家自然科学基金项目()河北工程大学博士创新项目()作者简介:王晓雨()女安徽马鞍山人硕士研究生研究方向为农田节水灌溉().通信作者:王清涛()男山东聊城人讲师博士研究方向为植物生态学().引 言【研究意义】华北地区是我国冬小麦()的主产区该地区冬小麦产量和种植面积约占我国小麦总产量和种植面积的一半在我国粮食生产中具有重要作用 受季风气候的影响华北地区春季降水稀少农田土壤干旱时常发生春旱已成为制约该地区冬小麦产量的关键因素 水分作为参与作物物质合成、转运与代谢的组分之一是影响其生长发育的重要因素 研究干旱胁迫对华北地区冬小麦光合生理特性和产量的影响具有重要意义【前人研究进展】当土壤发生干旱时会削弱作物的光合能力不利于碳同化物的积累 从而影响作物的产量 在冬小麦苗期适当增加干旱胁迫程度对该时期冬小麦的气体交换过程影响不明显且在复水后籽粒产量并未显著减少 若在孕穗期对冬小麦进行控水则会不同程度的抑制地下部分干物质量的积累且冬小麦会因为受到土壤干旱环境的影响而提前进行灌浆并且导致灌浆期缩短对穗粒数、籽粒重等产量构成因素造成负面影响 汤秋香等研究指出在相同的灌水时间与灌水次数前提下适当减少总灌溉量对冬小麦孕穗期、扬花期和灌浆期的总干物质积累量有新新疆疆农农业业科科学学第 卷促进作用但会降低成熟期的总干物质积累量此外当总灌溉量为常规灌溉量的 时可起到明显增加籽粒产量的效果【本研究切入点】拔节期是冬小麦在生长过程对水分需求量较大的时期该时期冬小麦的生长状况将直接影响后期的灌浆和产量 目前关于冬小麦光合特性、干物质积累量和最终产量对干旱胁迫响应的研究多集中于冬小麦的扬花期和灌浆期而拔节期则鲜有报道 亟需研究不同干旱胁迫程度对拔节期冬小麦的光合特性、干物质积累及产量的影响【拟解决的关键问题】以邯麦 号为材料控制灌水量在冬小麦拔节期设置不同干旱胁迫梯度研究拔节期冬小麦光合特性、干物质积累和分配、水分利用效率以及产量等指标对干旱胁迫的响应分析适宜冬小麦生长的土壤水分条件为华北地区冬小麦春季灌溉制度提供理论依据和技术支撑 材料与方法 材 料试验于河北工程大学农业水土资源综合管理与调控实验室自动遮雨棚中进行该地区属温带大陆性季风气候年均温度 年均降水量为 年均日照为 采用盆栽种植供试材料为该地区常见的邯麦 号 盆栽容器为聚丙烯()材质的塑料花盆(底部内径 顶部内径 盆高 )在盆底钻孔能够沥出多余水分 按照 的比例拌匀 耕层的黄壤土与营养土用于冬小麦种植培养土壤肥力及基本情况 试验地土壤有机质 /、全氮 /、全磷 /、有效磷/、速效钾 /、阳离子代换量 /、土壤容重 /、田间持水量 方 法 试验设计冬小麦拔节期共设置 个处理包括 个干旱胁迫处理和 个充分灌水对照处理:对照组()土壤相对湿度控制在 轻度干旱()、中度干旱()和重度干旱()土壤相对湿度依次为 和 每个处理 次重复于 年 月 日选取籽粒饱满的冬小麦种子均匀播种至装有人工调配好的混合营养土的花盆内每盆 粒共计 盆 于 年 月 日冬小麦长至三叶期定苗每盆保留幼苗 株 控水时间为 年 月 日冬小麦进入拔节期开始至 月 日拔节期结束通过称重法控制土壤水分并及时补水至水分处理条件 拔节期结束时每个处理随机取样 盆测定光合参数、叶绿素含量和干物质积累量等指标 试验过程中除胁迫期外其余时期土壤含水量均与对照组保持一致胁迫期结束后及时复水至该水平对照组全生育期内保持充分灌溉此外记录各处理冬小麦生育期间的灌水量 盆栽置于遮雨棚内棚顶在降雨时放下晴天时卷起使冬小麦在自然光照、开放环境下生长发育 于 年 月 日收获冬小麦并测定产量 测定指标 光合特性利用 光合作用系统()于 年 月 日选择长势良好无病虫害的冬小麦旗叶测定冬小麦的光合参数测定指标包括净光合速率()、蒸腾速率()、气孔导度()和胞间 浓度()将叶片平展铺满在与光合测定系统配套的 标准气室内测定前设定气室内光强为 /()浓度为/流速为/气室内空气相对湿度控制在 叶片温度为 测定时间为 上 午:每 个 处 理 次 重复 叶片水分利用效率()按 /计算 叶绿素含量称取长势完好的旗叶叶片 随即剪碎后放入装有无水乙醇的规格为 的容量瓶中采用锡纸完全包裹瓶身以遮挡阳光置于暗处浸提 左右 以无水乙醇作为空白对照利用 型紫外可见分光光度计(上海光谱仪器有限公司上海)分别在 和 波长下测定吸光度并计算出叶绿素含量(/)每个处理 次重复 叶绿素含量计算公式为:总叶绿 素 ()()式中、分别为在 和 波长下的吸光度 为待测液体积 为样品质量()荧光参数用调制式 叶绿素荧光仪(第 期王晓雨等:拔节期冬小麦光合特性、干物质积累和产量对干旱胁迫的响应)暗适应夹夹住长势良好形状完整的拔节期冬小麦叶片中部进行 钟暗适应将分析探头置于叶夹上测定初始荧光值、最大荧光值、最大光化学效率(/()/)和 的潜在活性(/)并计算经过 的电子传递速率(/)每个处理 次重复 干物质积累量光合参数和荧光参数测定完成后将每盆内冬小麦的地上部分全部剪下随后再将地下根系全部取出、洗净分别放入标记好的牛皮纸袋内置于 烘箱中烘干直至恒重用电子称称重(上海楚定分析仪器有限公司精度 )获取冬小麦的地上部分和地下部分干物质积累量并计算总干物质积累量每个处理 次重复 产量和灌溉水利用效率冬小麦成熟后小心挖出各处理盆内所有植株放入纸箱并在箱上覆盖纱网以防杂物落入自然晒干后剥下冬小麦籽粒装入标记好的牛皮纸袋内用电子称(上海楚定分析仪器有限公司精度 )称量测定籽粒产量冬小麦灌溉水利用效率()按 /计算其中 为籽粒产量()为冬小麦全生育期间总灌水量()数据处理采用单因素方差分析()比较不同处理对拔节期冬小麦光合参数、叶绿素含量、荧光参数和干物质积累量等指标的影响最小显著差异法()检验显著性 采用皮尔逊相关系数()探究光合参数、干物质积累量、产量和水分利用效率之间的相关性利用 进行数据处理()进 行 统 计 分 析()进行数据作图注:不同小写字母表示处理间差异显著():充分灌水:轻度干旱:中度干旱:重度干旱下同:():图 冬小麦光合参数对干旱胁迫的响应 新新疆疆农农业业科科学学第 卷 结果与分析 冬小麦光合参数对干旱胁迫的响应研究表明干旱胁迫降低了拔节期冬小麦叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间二氧化碳浓度而水分利用效率呈先升高后降低的趋势与 相比处理叶片净光合速率略有降低和 则分别显著降低了 和 ()在蒸腾速率、气孔导度和胞间二氧化碳浓度 个指标中气孔导度因干旱程度的加强降低幅度最大与 相比、和 处理气孔导度分别显著降低 、和 ()处理的水分利用效率比 增加了 而 和 则 分 别 减 少 和 图 冬小麦叶绿素含量和荧光参数对干旱胁迫的响应研究表明拔节期冬小麦叶绿素含量随干旱胁迫的加剧而降低 处理下叶绿素含量为 /处理较 降低了 和 的叶绿素含量分别显著降低了 和 (表 表 冬小麦 最大化学效率、潜在活性及电子传递速率对干旱胁迫的响应 处理/注:同一列不同小写字母表示处理间差异显著():充分灌水:轻度干旱:中度干旱:重度干旱:():冬小麦干物质积累量对干旱胁迫的响应研究表明、和 处理的拔节期冬小麦总干物质积累量比 分别减少了 、和 且、处理与 存在显著差异()、和 处理的地上部分干物质积累量较 分别减少了 、和 ()就地下部分干物质积累量而言和处理较 则分别增加了 和 处理为下降 且 处理与 存在显著差异()干旱胁迫程度越重拔节期冬小麦地下部分干物质积累量占总干物质积累量比例越大 图 图 图 冬小麦总干物质积累量对干旱胁迫的响应 冬小麦产量和灌溉水利用效率对干旱胁迫的响应研究表明与对照组相比拔节期 种干旱胁第 期王晓雨等:拔节期冬小麦光合特性、干物质积累和产量对干旱胁迫的响应迫处理对冬小麦籽粒产量和灌溉水利用效率的影响有所不同 处理下籽粒产量较对照略有增加但差异不显著、处理分别显著降低 和()就灌溉水利用效率而言处理比 提高 处理比 降低()而 处理则降低不显著 图图 冬小麦干物质分配对干旱胁迫的响应 图 冬小麦产量和灌溉水利用效率对干旱胁迫的响应 冬小麦光合参数、干物质积累量、产量和灌溉水利用效率间的相关性研究表明拔节期冬小麦叶片净光合速率与水分利用效率、地上部分干物质积累量、总干物质积累量、籽粒产量和灌溉水利用效率之间具有极显著正相关关系()相关系数在 与蒸腾速率和气孔导度呈显著正相关关系()相关系数分别为 和 胞间二氧化碳浓度与水分利用效率呈极显著负相关关系()与净光合速率呈显著负相关关系()相关系数分别为 和 冬小麦籽粒产量与拔节期冬小麦地上部分干物质积累量和总干物质积累量呈极显著正相关关系()相关系数为 和 与地下部分干物质积累量呈显著正相关关系()相关系数为 此外灌溉水利用效率与地上部分和地下部分干物质积累量、总干物质积累量和籽粒产量也具有极显著正相关关系()相关系数在 图 注表示显著相关()表示极显著相关()()()()【】:()()()()():()().