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供氮水平小麦/玉米幼苗生理特性对CO_2浓度倍增的响应

作　者: 宋淑英
导　师: 李世清
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 植物营养学
关键词: 冬小麦/玉米 CO2浓度倍增介质供氮生长根系有机碳分泌
分类号: S513
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

大气CO₂浓度升高对作物的影响已经成为农业科学家们所关注的问题。CO₂既是环境因子之一,又是植物光合作用底物,它的升高势必会对植物生长发育产生直接或间接影响,该研究在国内开展较晚,且主要集中于对植株形态、光合生理及元素利用的影响,其研究结果的适用性也具有一定局限性,部分结果相互矛盾,仍需进一步验证,且对高CO₂浓度下根系分泌物的研究尚处于起步阶段。本学位论文针对以上问题,重点探讨不同氮素水平下小麦/玉米幼苗生理特性及根系分泌物对CO₂浓度倍增的响应。实验采用大气CO₂浓度和供氮水平二因素设计。大气CO₂浓度设375μmol·mol^-1（AT）和750μmol·mol^-1 （ET）两个水平;氮素供应设2.5 mmol·L^-1（N1）、5 mmol·L^-1 （N2）、10 mmol·L^-1 （N3）和15 mmol·L^-1 （N4）四个水平,组成完全方案。以冬小麦、玉米为指示作物,研究通过水培实验,研究大气CO₂浓度升高对C3和C4作物生长发育及根系有机碳分泌的影响及氮素营养的调节效应,以期进一步丰富作物对CO₂浓度升高的响应机制理论,为未来CO₂浓度增加环境下作物栽培提供一定理论依据。研究获得以下主要结论:1.与背景大气CO₂浓度处理相比,大气CO₂浓度倍增使小麦和玉米幼苗各生长阶段株高、单株叶面积、根冠生物量总体呈增加趋势;而根冠比在大气CO₂浓度倍增后降低。增加介质供氮水平可增加大气CO₂浓度倍增处理时小麦和玉米株高、根冠生物量和整株干物质累积量。大气CO₂浓度倍增对小麦和玉米单株叶面积的增加效应随供氮水平增加呈先增后降趋势,但对根冠比的影响缺乏规律性。以上结果说明大气CO₂浓度倍增可明显促进小麦和玉米幼苗根、冠生长和干物质累积,增加介质供氮水平可进一步提高大气CO₂浓度升高下小麦幼苗根、冠生物量,促进根系早发快长。2.大气CO₂浓度倍增显著影响小麦和玉米幼苗根系生长和有机碳分泌速率,其影响程度与介质供氮水平及作物种类有关。大气CO₂浓度倍增促进了小麦和玉米幼苗根系生长,增加了根长和根面积;增加介质供氮水平可进一步提高CO₂浓度倍增下小麦和玉米根长和根面积;两种作物相比,小麦根系对CO₂浓度倍增的响应大于玉米。适量提高介质供氮水平有助于根系生长,过量供氮会产生一定抑制作用。大气CO₂浓度倍增对小麦和玉米幼苗根系有机碳分泌具有促进作用,且小麦幼苗在介质低供氮水平下表现更为明显,而对玉米幼苗,不同时期在不同供氮水平下表现不同,三叶期介质充分供氮下促进作用更为明显,拔节期低氮下促进,高氮下抑制。3.大气CO₂浓度升高对小麦和玉米叶绿素a、b含量均有促进效应,尤其是在充分供氮条件下表现尤为明显;大气CO₂浓度升高可降低小麦叶绿素a/b值,尤其是在低氮水平下表现更为明显,而对玉米叶绿素a/b值影响不明显。由此说明充分供氮可提高大气CO₂浓度升高对小麦和玉米叶绿素a、b含量的正向效应,并保持叶绿素a、b之间的平衡。4.大气CO₂浓度倍增对小麦Pn的影响较大,对玉米的影响较小;增加介质供氮水平可促进高CO₂浓度下小麦和玉米净光合速率,适量供氮可提高大气CO₂升高的效应。大气CO₂浓度倍增对小麦和玉米幼苗叶片气孔导度均有一定的抑制作用,对小麦气体交换参数的影响大于玉米。增加介质供氮水平不仅可以提高CO₂浓度下作物气孔导度,而且可减少或消除大气CO₂浓度升高的抑制效应,有利于叶片内外气体交换。5.大气CO₂浓度倍增对小麦和玉米F0值具有抑制作用,提高供氮水平能够加强这种负效应。大气CO₂浓度倍增对小麦和玉米的Fm、Fv、Fv/Fm和Fv/F0值均有一定的促进效应,在小麦上表现得更为明显;提高供氮水平有助于增强这种正效应。大气CO₂浓度倍增对小麦和玉米幼苗叶片NR活性具有一定的正向效应,对小麦的影响效应大于玉米;提高介质供氮水平可进一步增加大气CO₂浓度升高条件下作物的NR活性,促进氮素同化。提高供氮水平可增加高CO₂浓度下小麦和玉米的可溶性糖含量,促进小麦对大气CO₂浓度的响应。以上结果证明了大气CO₂浓度倍增对作物生长发育及根系有机碳分泌等指标的影响总体上表现为促进效应。而介质供氮对CO₂浓度升高处理下作物生长发育及根系有机碳分泌的影响与供氮水平及作物种类、生长时期有关。研究充分证明了“CO₂浓度升高和氮素营养改善促进幼苗根冠协调生长,促进营养吸收与同化、增加根系有机碳分泌”的假设和“大气CO₂浓度升高对C3植物具有显著影响,对C4植物影响较小甚至没有影响”的结论。但关于作物对高CO₂浓度、介质供氮水平及其交互作用的响应机制还未明确,需进一步研究。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-14
第一章文献综述  14-20
  1.1 选题的目的及依据  14
  1.2 国内外研究概况  14-20
    1.2.1 大气CO_2 浓度升高对植物生长发育的影响  14-17
    1.2.3 大气CO_2 浓度升高对农业生产的影响  17-18
    1.2.4 大气CO_2 浓度升高对农产品品质的影响  18
    1.2.5 大气CO_2 浓度升高对作物影响实验研究方法的发展  18-19
    1.2.6 需要进一步研究的科学问题  19-20
第二章研究内容与方法  20-25
  2.1 主要研究内容  20
  2.2 材料  20-21
    2.2.1 供试小麦和玉米  20
    2.2.2 营养液  20-21
    2.2.3 实验装置  21
  2.3 实验设计  21
  2.4 幼苗移植与培养  21-22
    2.4.1 育苗  21-22
    2.4.2 移植  22
    2.4.3 培养  22
  2.5 测定项目与方法  22-24
    2.5.1 生物学性状测定  22-23
    2.5.3 根系参数测定  23
    2.5.4 根系分泌物中有机碳含量测定  23
    2.5.5 光合参数测定  23
    2.5.6 叶绿素荧光参数测定  23
    2.5.7 叶绿素含量测定  23-24
    2.5.8 硝酸还原酶活性测定  24
    2.5.9 可溶性糖含量测定  24
  2.6 数据统计分析  24-25
第三章不同供氮水平小麦/玉米幼苗形态和生物量对CO_2浓度倍增的响应  25-33
  3.1 结果与分析  25-30
    3.1.1 不同供氮水平小麦/玉米幼苗株高对CO_2 浓度倍增的响应  25-27
    3.1.2 不同供氮水平小麦/玉米幼苗单株叶面积对CO_2 浓度倍增的响应  27-28
    3.1.3 不同供氮水平小麦/玉米幼苗根冠生物量及根冠比对CO_2 浓度倍增的响应  28-30
  3.2 讨论  30-32
  3.3 本章小结  32-33
第四章不同供氮水平小麦/玉米幼苗根系生长和有机碳分泌速率对CO_2浓度倍增的响应  33-38
  4.1 结果与分析  33-36
    4.1.1 不同供氮水平小麦/玉米苗期根长和面积对CO_2 浓度倍增的响应  33-35
    4.1.2 不同供氮水平小麦/玉米幼苗根系有机碳分泌速率对CO_2 浓度倍增的响应  35-36
  4.2 讨论  36-37
  4.3 本章小结  37-38
第五章不同供氮水平小麦/玉米幼苗光合特性及荧光参数对CO_2浓度倍增的响应  38-48
  5.1 结果与分析  39-45
    5.1.1 不同供氮水平小麦/玉米幼苗叶片叶绿素含量对CO_2 浓度倍增的响应  39-40
    5.1.2 不同供氮水平小麦/玉米幼苗Pn 对CO_2 浓度倍增的响应  40-41
    5.1.3 不同供氮水平小麦/玉米幼苗叶片气孔导度对CO_2 浓度倍增的响应  41-42
    5.1.4 不同供氮水平小麦/玉米幼苗荧光参数对CO_2 浓度倍增的响应  42-45
  5.2 讨论  45-47
  5.3 本章小结  47-48
第六章不同供氮水平小麦/玉米幼苗叶片硝酸还原酶(NR)活性及可溶性糖含量对 CO_2浓度倍增的响应  48-53
  6.1 结果与分析  48-51
    6.1.1 不同供氮水平小麦/玉米幼苗叶片硝酸还原酶(NR)活性对 CO2 浓度倍增的响应  48-50
    6.1.2 不同供氮水平小麦/玉米幼苗叶片可溶性糖含量对CO_2 浓度倍增的响应  50-51
  6.2 讨论  51
  6.3 本章小结  51-53
第七章主要结论及有待进一步解决的问题  53-55
  7.1 主要结论  53-54
  7.2 有待进一步解决的问题  54-55
参考文献  55-61
致谢  61-62
作者简介  62

供氮水平小麦/玉米幼苗生理特性对CO_2浓度倍增的响应

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