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马铃薯连作障碍生理机制及其调控的研究

作　者: 回振龙
导　师: 李朝周
学　校: 甘肃农业大学
专　业: 作物生态生理
关键词: 马铃薯连作障碍黄腐酸水杨酸化感物质生长发育抗性生理土壤酶活性微生物
分类号: S435.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

马铃薯（Solanum tuberosum L.）为一种高产粮食作物和重要经济作物，其经济效益显著，产业链长，在我国栽培面积呈逐年增加之势。然而，由于马铃薯大面积集中种植等因素，现已出现连作障碍这一严重制约马铃薯产业健康发展的问题。目前国内外关于马铃薯抗连作的机理和具体措施还缺乏系统深入研究，为了加深对马铃薯连作障碍的认识并减轻连作障碍对马铃薯产业发展的制约，本论文拟从以下三个方面进行研究：第一部分研究了马铃薯连作障碍及其与土壤环境因子相关变化的关系。以马铃薯不同连作年限的土壤为研究对象，结合马铃薯的生长发育状况，对马铃薯不同连作年限土壤酚酸类化感物质积累、土壤酶活变化、土壤微生物菌群组成变化、马铃薯幼苗抗性生理、植株生长发育状况以及连作土壤对多花黑麦草和高羊茅种子萌发的影响进行了探讨。实验结果显示，随着连作年限的增加，土壤含盐量、碱解氮含量和容重逐年上升，速效磷、速效钾和有机质含量在连作3年时有所升高，而在连作5年和7年时显著下降。土壤酚酸类化感物质含量（除对羟基苯甲酸外）表现为在连作5年和7年时显著增加。土壤中脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶和转化酶活性在整体上表现为连作5年和7年显著下降。土壤中真菌数量随连作时间延长逐年增加，细菌和放线菌数量在连作5年和7年时显著减少。从整体上看，马铃薯连作5年和7年幼苗生长发育受到显著抑制，说明连作5年和7年时连作障碍达到显著水平，这与上述土壤各环境因子的变化是相对应的。连作5年和7年马铃薯幼苗叶片叶绿素含量、抗氧化酶活性、根系活力和净光合速率显著下降，MDA含量和活性氧产生速率显著升高，可见在马铃薯连作5年和7年时，幼苗受到了一定的环境胁迫，这可能就是马铃薯连作障碍的重要原因。随着连作年限的增加，尤其是连作5年和7年时，多花黑麦草和高羊茅种子的萌发受到显著抑制。由此可以认为，马铃薯连作5年和7年时，由于土壤菌类组成、关键酶活和理化性状的改变及酚酸类化感物质含量的显著增加，土壤生物和非生物环境因子显著恶化，从而导致连作障碍的发生。第二部分研究了黄腐酸对改善连作马铃薯生长发育及抗性生理的影响。结果表明，连作四年马铃薯幼苗生长发育受到显著抑制，而黄腐酸处理对连作马铃薯幼苗的生长发育表现出显著的促进作用；黄腐酸处理相对提高了马铃薯块茎的淀粉含量、Vc含量和可溶性蛋白含量；黄腐酸处理显著减小了连作引起的叶片叶绿素、脯氨酸和可溶性糖含量下降的幅度，相对提高了SOD和CAT活性，降低了MDA含量和活性氧水平。可见，黄腐酸处理减轻了连作所造成的生理障碍，从而提高了马铃薯幼苗对连作障碍的整体抗性，促进了连作马铃薯的生长发育，改善了马铃薯块茎营养。第三部分研究了外源水杨酸对连作马铃薯生长发育及抗性生理的影响。通过不同浓度外源水杨酸处理连作和非连作马铃薯幼苗，对其生长发育、耐受逆境胁迫和抗氧化的能力以及块茎营养进行了探讨。研究结果表明，5年的连作导致马铃薯幼苗叶片中叶绿素含量、净光合速率、细胞膜稳定指数、渗透调节物质含量、抗氧化剂含量、抗氧化酶活性显著下降，块茎产量、硬度降低，块茎淀粉、Vc、可溶性蛋白含量下降，而叶片中MDA含量、活性氧水平显著增加，植株生长发育受到显著抑制。在施用外源水杨酸处理后，马铃薯幼苗植株的相对含水量增高，叶绿素含量、净光合速率、根系活力和细胞膜稳定指数增强，生长得到促进，植物叶片内渗透调节物质含量、抗氧化剂含量、抗氧化酶活性提高，块茎产量、硬度以及淀粉、Vc、可溶性蛋白含量增高，叶片中MDA含量、活性氧水平显著降低。可见，经一定浓度的外源水杨酸处理后，提高了马铃薯幼苗的抗逆性，减轻了连作障碍造成的伤害，从而也促进了马铃薯植株的生长发育，提高了马铃薯块茎的产量，改善了块茎的营养与品质。综上所述，马铃薯连作至一定年限时会导致土壤生物和非生物环境因子的恶化，从而改变土壤理化性状、微生物菌群结构组成及土壤酶活性，致使土壤孔隙度减小，容重和盐渍化程度增大，酚酸类化感物质累积，马铃薯的生长发育受到明显抑制，连作障碍显著。在经一定浓度的外源黄腐酸和水杨酸溶液处理后，均可减轻连作对马铃薯造成的伤害，提高植株的抗性，不但在连作对马铃薯造成的生理障碍上有一定的缓解作用，同时也对马铃薯植株的生长发育以及块茎产量与品质方面有着积极的作用，为马铃薯的健康可持续发展以及阐明马铃薯连作障碍生理机制及其调控途径方面提供理论支持。

全文目录

缩略词  5-6
摘要  6-8
Summary  8-11
第一章文献综述  11-22
  1 前言  11
  2 连作与连作障碍  11-18
    2.1 连作和连作障碍的定义  11-12
    2.2 连作障碍对植物的危害  12-13
    2.3 连作障碍产生的原因  13-18
      2.3.1 生物作用  13-14
        2.3.1.1 土壤病原菌的累积导致连作障碍  13-14
        2.3.1.2 土壤微生物种群结构失衡导致连作障碍  14
      2.3.2 土壤物理化学因素  14-15
        2.3.2.1 土壤养分亏缺、比例失调  14-15
        2.3.2.2 土壤酸化和次生盐渍化  15
      2.3.3 化感作用  15-18
        2.3.3.1 化感自毒作用  15
        2.3.3.2 化感物质的种类  15-16
        2.3.3.3 化感物质的来源  16
        2.3.3.4 化感物质的作用机制  16-18
      2.3.4 土壤肥力相关酶活性  18
  3 黄腐酸  18-19
    3.1 黄腐酸的性质及作用  18
    3.2 黄腐酸在农业上的应用  18-19
    3.3 黄腐酸在马铃薯上的应用  19
  4 水杨酸  19-22
    4.1 水杨酸的来源与作用  19-20
    4.2 水杨酸在抗逆中的作用  20-22
第二章马铃薯连作障碍及其与土壤环境因子变化相关研究  22-33
  1 材料与方法  22-24
    1.1 供试土壤  22
    1.2 供试材料  22
    1.3 实验设计  22
    1.4 测定指标与方法  22-24
      1.4.1 土壤理化性状  22
      1.4.2 土壤酚酸类化感物质含量和酶活性  22-23
      1.4.3 土壤微生物  23
      1.4.4 生长发育指标  23
      1.4.5 抗性生理指标  23
      1.4.6 马铃薯连作土壤对多花黑麦草和高羊茅种子萌发的测定  23-24
      1.4.7 数据处理  24
  2 结果与分析  24-31
    2.1 马铃薯连作对土壤理化性状的影响  24-25
    2.2 马铃薯连作对土壤酚酸类化感物质含量的影响  25-26
    2.3 马铃薯连作对土壤酶活性的影响  26-27
    2.4 马铃薯连作对土壤微生物数量的影响  27-28
    2.5 马铃薯连作对幼苗生长发育状况的影响  28
    2.6 连作对马铃薯幼苗生物量、根系活力、叶片净光合速率和丙二醛含量的影响  28-29
    2.7 连作对马铃薯幼苗叶片抗氧化酶活性和活性氧水平的影响  29-30
    2.8 不同马铃薯连作年限土壤对多花黑麦草和高羊茅种子萌发的影响  30-31
  3 讨论  31-33
第三章黄腐酸改善连作马铃薯生长发育及抗性生理的研究  33-40
  1 材料与方法  33-34
    1.1 供试土壤  33
    1.2 供试材料  33
    1.3 实验设计  33
    1.4 测定指标与方法  33-34
      1.4.1 生长发育指标的测定  33
      1.4.2 生理指标的测定  33-34
      1.4.3 块茎的测定  34
      1.4.4 数据处理  34
  2 结果与分析  34-38
    2.1 黄腐酸对连作和非连作马铃薯幼苗生长发育的影响  34
    2.2 黄腐酸对马铃薯幼苗抗性生理的影响  34-38
      2.2.1 黄腐酸对连作马铃薯幼苗根茎叶相对含水量的影响  34-35
      2.2.2 黄腐酸对连作马铃薯幼苗叶片叶绿素和类胡萝卜素含量的影响  35-36
      2.2.3 黄腐酸对连作马铃薯幼苗叶片丙二醛和渗透调节物质含量的影响  36-37
      2.2.4 黄腐酸对连作和非连作马铃薯幼苗叶片抗氧化酶活性和活性氧产生速率的影响  37-38
    2.3 黄腐酸对马铃薯块茎产量和块茎营养的影响  38
  3 讨论  38-40
第四章外源水杨酸对连作马铃薯生长发育及抗性生理的影响研究  40-49
  1 材料与方法  40-41
    1.1 供试土壤  40
    1.2 供试材料  40
    1.3 实验设计  40
    1.4 测定指标与方法  40-41
      1.4.1 形态、生长发育指标的测定  40-41
      1.4.2 抗性生理指标的测定  41
      1.4.3 块茎品质的测定  41
      1.4.4 数据处理  41
  2 结果与分析  41-47
    2.1 水杨酸对连作和非连作马铃薯幼苗形态和生长发育的影响  41-43
    2.2 水杨酸对连作和非连作马铃薯幼苗叶片膜保护系统及膜透性的影响  43-46
    2.3 水杨酸对连作和非连作马铃薯产量和块茎品质的影响  46-47
  3 讨论  47-49
第五章结论与展望  49-50
参考文献  50-57
致谢  57-59
作者简介  59-60
导师简介  60-61

马铃薯连作障碍生理机制及其调控的研究

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