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不同基因型黍稷对低磷胁迫的生理生态响应

作　者: 李鹏
导　师: 张永清
学　校: 山西师范大学
专　业: 生态学
关键词: 黍稷低磷胁迫生理生态聚类分析
分类号: S516
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 39次
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内容摘要

磷是作物生长发育必需的大量营养元素之一，但作物对磷肥当季利用率严重偏低且磷为不可再生资源，因此，挖掘和利用磷高效基因型作物至关重要。黍稷作为黄土高原旱、薄地区比较稳产的抗逆度荒杂粮作物，在该地区有一定的区位与生产优势。研究不同基因型黍稷品种对低磷胁迫的生理生态响应，进而探索其耐瘠机理并确定当地黍稷耐瘠品种筛选的生理生态指标，对指导黍稷育种及栽培管理均有重要的理论与现实意义。为此，本研究以6个不同基因型黍稷品种（“一点红”、榆黍1号、晋黍2号、晋黍3号、承黍95和承黍104）为供试材料，通过盆栽试验和水培试验，分别从植株形态、磷营养特征及生理特征等方面探讨了黍稷对低磷胁迫的响应和适应机制，盆栽试验结果如下：（1）在低磷胁迫下，不同基因型黍稷品种的株高、叶面积和地上部干重均下降，而根干重、总根长、根表面积呈上升趋势，根冠比增加，3个生育期平均增长的幅度为61.6% ~ 76.57%，且不同品种增长的幅度不同，其中榆黍1号和承黍104增加的幅度较大。不同黍稷品种的地上部吸磷量、根系吸磷量和植株吸磷量均随着磷水平的下降而降低，但磷利用效率在低磷胁迫时呈上升趋势。相关性分析表明，植株磷效率的高低与磷吸收效率显著相关，说明磷吸收效率是不同基因型黍稷磷效率的主要变异来源。（2）低磷胁迫下，3个生育时期各黍稷品种的SOD活性均比正常磷处理下有所升高，随着生育期的推后，SOD活性也升高，且品种间差异显著。POD、CAT的变化趋势和SOD基本一致，均表现出低磷时活性升高，其中榆黍1号和承黍104在这几个指标间均有较大的升幅，表明这2个品种均属于耐低磷基因型。低磷处理会使各黍稷的MDA含量上升，其中“一点红”升高的幅度最大，为磷敏感型。随着磷水平的降低，黍稷的叶绿素含量下降，不同品种黍稷光合特性与叶绿素荧光参数的研究结果表明，在低磷胁迫下各品种均出现光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs）下降，且品种间差异显著，而胞间CO2浓度在低磷时没有发现明显的变化；初始荧光Fo在低磷时升高，可变荧光（Fv）、最大荧光（Fm）、最大光化学效率（Fv/Fm）、光化学淬灭系数（qP）表现为低磷时显著下降，非光化学猝灭系数（NPQ）在低磷时表现出上升趋势。成熟期对不同黍稷品种的穗粒数、千粒重以及产量的调查结果表明，随着磷胁迫程度的加重，穗粒数、千粒重以及产量均出现下降趋势，其中榆黍1号的粒数、千粒重和产量在磷水平为LP1（每千克土施磷量0.05g）时分别比“一点红”高出了50.43%、10.37%和85.26%，在低磷时仍有较高的产量，说明榆黍1号表现出高的耐低磷能力，“一点红”品种为低磷敏感型。（3）相关性分析表明，在低磷胁迫下，黍稷根长、根冠比、SOD、POD、MDA和CAT等指标之间关系密切，3个生育期均呈极显著正相关。拔节期和抽穗期时的叶绿素与光合速率和蒸腾速率间也呈极显著正相关。通过多元线性逐步回归分析和偏相关分析得出，地上部磷含量和植株磷含量可作为衡量磷效率高低的重要指标。聚类分析结果表明，榆黍1号的磷效率最高，承黍104、晋黍2号和晋黍3号居中，承黍95和“一点红”的磷效率最低。（4）采用水培试验在低磷胁迫下对低磷敏感程度不同的3个黍稷品种（榆黍1号、晋黍2号和“一点红”）的生物量、磷营养特征及根系生理生态效应进行了研究。结果表明，在低磷胁迫下，磷吸收效率是决定耐低磷特性的主要变异来源，耐低磷品种榆黍1号和磷中间型品种晋黍2号植株相对吸磷量均显著高于磷敏感型品种“一点红”。不同黍稷品种在低磷胁迫下，其叶绿素含量、根系活力以及酸性磷酸酶（Apase）活性等参数表现出基因型的差异。叶绿素含量下降、根系活力上升及高的Apase升幅是黍稷对低磷胁迫的生理适应性特征，也是植株在低磷胁迫下较为敏感的生理指标。其中榆黍1号在3个品种间耐低磷能力均明显高于另外两个品种。此外，磷胁迫下黍稷干物质累积量显著降低，低磷主要影响了地上部干物质累积，因此根冠比增大。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-12
1 引言  12-20
  1.1 研究的目的和意义  12-13
  1.2 国内外研究进展  13-20
    1.2.1 植物磷效率基因型差异研究进展  13-14
    1.2.2 低磷胁迫对植物形态与生理特征影响的研究进展  14-17
    1.2.3 关于黍稷的研究进展  17-20
2 试验材料与方法  20-26
  2.1 盆栽试验  20
    2.1.1 试验材料与设计  20
    2.1.2 样品的处理  20
  2.2 水培试验  20-21
    2.2.1 试验材料与设计  20
    2.2.2 样品的处理  20-21
  2.3 测定指标与方法  21-25
    2.3.1 形态指标的测定  21
    2.3.2 全磷含量的测定  21
    2.3.3 叶绿素含量测定  21-22
    2.3.4 过氧化氢酶（CAT）活性的测定  22
    2.3.5 过氧化物酶（POD）活性测定  22-23
    2.3.6 超氧化物歧化酶（SOD）活性测定  23-24
    2.3.7 丙二醛（MDA）含量的测定  24
    2.3.8 根系活力采用 TTC 法测定  24-25
    2.3.9 酸性磷酸酶活性的测定  25
    2.3.10 叶片气体交换参数的测定  25
    2.3.11 叶绿素荧光参数的测定  25
  2.4 试验数据的统计分析  25-26
3 盆栽条件下不同基因型黍稷对低磷胁迫的响应  26-46
  3.1 低磷胁迫对各黍稷品种形态指标的影响  26-29
    3.1.1 低磷胁迫对黍稷株高、叶面积、地上部干重的影响  26-27
    3.1.2 低磷胁迫对黍稷根干重、总根长、根表面积的影响  27-28
    3.1.3 低磷胁迫对黍稷根冠比的影响  28-29
  3.2 低磷胁迫对各黍稷品种磷吸收和利用效率的影响  29-31
  3.3 低磷胁迫对各黍稷品种根系生理指标的影响  31-36
    3.3.1 低磷胁迫对各黍稷品种根系 SOD 活性的影响  31-32
    3.3.2 低磷胁迫对各黍稷品种根系 POD 活性的影响  32-33
    3.3.3 低磷胁迫对各黍稷品种根系 MDA 含量的影响  33-34
    3.3.4 低磷胁迫对各黍稷品种根系 CAT 活性的影响  34-36
  3.4 低磷胁迫对各黍稷品种光合特性的影响  36-40
    3.4.1 低磷胁迫对各黍稷品种叶绿素含量的影响  36-37
    3.4.2 低磷胁迫对各黍稷品种光合速率（Pn）的影响  37
    3.4.3 低磷胁迫对各黍稷品种蒸腾速率（Tr）的影响  37
    3.4.4 低磷胁迫对各黍稷品种气孔导度（Gs）的影响  37
    3.4.5 低磷胁迫对各黍稷品种胞间 CO2浓度（Ci）的影响  37-39
    3.4.6 低磷胁迫对各黍稷品种叶绿素荧光参数的影响  39-40
  3.5 低磷胁迫对各黍稷品种穗粒数、千粒重以及产量的影响  40-41
  3.6 低磷胁迫对各黍稷品种的部分形态与生理指标间的相关性分析  41-45
    3.6.1 苗期各黍稷品种的部分形态与生理指标间的相关性分析  41-42
    3.6.2 拔节期各黍稷品种的部分形态与生理指标间的相关性分析  42
    3.6.3 抽穗期各黍稷品种的部分形态与生理指标间的相关性分析  42-45
  3.7 植株磷效率与部分性状间的逐步回归分析与偏相关分析  45
  3.8 各黍稷品种生长指标及磷效率指标的聚类分析  45-46
4 水培条件下不同基因型黍稷幼苗对低磷胁迫的响应  46-52
  4.1 低磷胁迫对各黍稷品种生物量和根冠比的影响  46
  4.2 低磷胁迫对各黍稷品种植株磷吸收和利用效率的影响  46-47
  4.3 低磷胁迫对各黍稷品种生理指标的影响  47-49
    4.3.1 低磷胁迫对各黍稷品种叶绿素含量的影响  47-48
    4.3.2 低磷胁迫对各黍稷品种根系活力的影响  48
    4.3.3 低磷胁迫对各黍稷品种酸性磷酸酶（Apase）的影响  48
    4.3.4 低磷胁迫对各黍稷品种 SOD 和 POD 活性的影响  48
    4.3.5 低磷胁迫对各黍稷品种 MDA 含量的影响  48-49
  4.4 低磷胁迫下各黍稷品种的部分形态与生理指标间的相关性分析  49-52
5 讨论  52-56
  5.1 低磷胁迫对不同基因型黍稷形态指标及产量的影响  52
  5.2 低磷胁迫对不同基因型黍稷磷含量、利用效率的影响  52-53
  5.3 低磷胁迫对不同基因型黍稷生理特性的影响  53-54
  5.4 低磷胁迫对不同基因型黍稷光合特性及叶绿素荧光的影响  54
  5.5 黍稷耐低磷品种研究方法的确定  54-56
6 结论  56-58
致谢  58-60
参考文献  60-66
攻读硕士期间发表论文情况  66

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