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持绿型高粱、玉米对干旱胁迫响应的生理机制比较研究

王德权

  试验于2010~2011年在沈阳农业大学试验基地进行。盆栽条件下以持绿型高粱、玉米为研究对象,通过对持绿型高粱、玉米在干旱条件下响应的生理机制的比较,探讨持绿性高粱、玉米抗旱的生理机制差异,为促进作物持绿性状的应用、指导作物抗性的改良提供理论依据。本研究主要研究结果如下: 1.与非持绿型高粱、玉米相比,持绿型高粱、玉米具有较大的根冠比、根干重、总根长、根表面积和较好的根系还原能力,并且这些指标受水分胁迫影响小。在水分胁迫下,持绿型高粱、玉米的根系指标的变化情况不同,持绿型高粱有较大的根冠比,水分胁迫下根系还原力降幅小于持绿型玉米。 2.与非持绿型高粱、玉米相比,在正常条件下,持绿型高粱、玉米的叶绿素a、b及叶绿素总量高,并且在生育后期降幅小;在水分胁迫下,持绿型高粱、玉米的叶绿素含量、Pn、Gs、Tr、φPSⅡ、qL、F_0、FV/_FM、rETR、P_M和α受水分胁迫影响较小,水分胁迫下降幅小。非持绿型高粱、玉米的NPQ上升幅度则大于持绿型高粱、玉米。水分胁迫下,持绿型高粱和玉米的叶绿素含量,光合指标及叶绿素荧光参数的变化情况存在差异。水分胁迫对持绿型高粱开花期的叶绿素含量影响大,灌浆期影响小;而水分胁迫对持绿型玉米开花期叶绿素含量影响小,灌浆期影响大。持绿型玉米的Pn、Gs和Tr对开花期水分胁迫敏感,而持绿型高粱的光合指标则对灌浆期水分胁迫敏感。持绿型玉米的φPSⅡ、qL、rETR、P_M和α在水分胁迫下的降幅均高于持绿型高粱。开花期水分胁迫对持绿型高粱NPQ、FV/F_M和F0的影响程度大于持绿型玉米,而灌浆期受水分胁迫影响则小于持绿型玉米。 3.与非持绿型高粱、玉米相比,持绿型高粱、玉米的叶片和根系都具有较强的SOD、CAT、POD活性及较高的·OH清除率,并且这些保护性酶活性受水分胁迫抑制程度较小,增幅较大;水分胁迫下持绿型高粱、玉米叶片和根系中MDA和O_2~-的含量增幅小。与持绿型玉米相比,水分胁迫胁迫下持绿型高粱叶片和根系的SOD、POD活性和·OH清除率的增加幅度大,MDA和O_2~-含量增幅小,并且从开花期到灌浆期的过程中,SOD、POD活性以及·OH清除率下降幅度小。持绿型玉米叶片和根系的CAT活性调控能力好于持绿型高粱。高粱和玉米均为叶片SOD和POD活性大于根系,根系CAT活性大于叶片,而·OH清除率则叶片与根系相差不多。高粱和玉米的保护性酶对根系与叶片的作用的相关性分析表明,玉米叶片和根系的保护性酶作用的协调性较高粱略低。玉米和高粱保护性酶与Chl含量的相关性分析表明,玉米是以CAT和·OH清除率调节为主来保护叶绿体,而高粱则是以SOD和POD调节为主。 4.与非持绿型高粱、玉米相比,持绿型高粱、玉米的叶片束缚水含量和相对含水量较高;水分胁迫下,自由水含量、叶片相对含水量和硝酸还原酶活降低幅度小,水分饱和亏缺和电导率的升高幅度相对较低。水分胁迫下持绿性高粱、玉米叶片和根系的脯氨酸,可溶性糖和可溶性蛋白含的调节能力较非持绿型高粱、玉米好。持绿型高粱与玉米的叶片水分、细胞透性及调节物质在水分胁迫下变化情况存在差异。与持绿型高粱相比,持绿型玉米的自由水含量,相对含水量和饱和亏缺在水分胁迫下的降幅大;束缚水含量增加多,叶片参与代谢水分减少,缺水程度大。水分胁迫下持绿型玉米的相对电导率升高幅度,以及硝酸还原酶活性降低幅度均大于持绿型高粱。与持绿型玉米相比,水分胁迫下持绿型高粱叶片和根系的脯氨酸升高幅度大;可溶性糖升高幅度小;可溶性蛋白含量降低幅度小。高粱、玉米叶片相对含水量与光合系统关系紧密,均为显著正相关或极显著正相关。高粱、玉米的脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白与光合系统的相关性分析表明,高粱、玉米均以可溶性蛋白调节为主要调节物。不同的是,高粱的脯氨酸和可溶性糖在对初始荧光有一定调节作用,而玉米的脯氨酸对叶绿素含量有一定的调节作用,可溶性糖则对玉米的光合系统调节作用不大。 5.与非持绿型高粱、玉米相比,正常条件下持绿型高粱、玉米较有较高的CTK含量和较低的ABA含量。在水分胁迫下持绿型高粱、玉米的激素调节力强,能适当的减小CTK的含量和有效的增加ABA的积累量来应对水分胁迫的变化。水分胁迫下持绿型高粱、玉米的ABA和CTK的调节能力不同。持绿型高粱在水分胁迫下ABA的积累量要较持绿型玉米多,CTK含量降低幅度较持绿型玉米相对少。高粱、玉米的ABA、CTK对光合系统、叶片水分及调节物质的调控上作用一致,无差异。 6.水分胁迫下非持绿型高粱、玉米的叶绿体形状变的不规则,叶绿体中的淀粉颗粒解体消失,基粒变的松散,不规则,只能分辨出少量的类囊体,并且出现较多的脂类小滴;片层结构已经难以辨认,结构混乱。持绿型高粱和玉米的叶绿体及片层结果则保持的相对较好,但两者的超微结构也存在差异。持绿型高粱的叶绿体形状较为规则,各个细胞器排列较为紧凑。持绿型玉米的叶绿体形状则较为松散,有不规则化的趋势,各个细胞器之间存在一定的距离。持绿型高粱的片层结构清晰,类囊体和淀粉颗粒清晰可辨,并且局部基粒成柱状。持绿型玉米的片层虽然可以辨认出基粒和类囊体等结构,但较为模糊并且有的细胞器出现解体的趋势。 7.与非持绿型高粱、玉米相比,持绿型高粱、玉米在水分胁迫下叶片等干物重降幅小;籽粒产量下降小;抗旱指数大。与持绿型玉米相比,水分胁迫下持绿型高粱叶片、鞘,穗的干物重降低幅度小;籽粒产量受水分胁迫影响小;抗旱指数相对较大。……   
[关键词]:持绿性;高粱;玉米;干旱胁迫;生理
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:沈阳农业大学2012年