豌豆对水分胁迫的响应及复水效应研究

摘要

土壤水分是限制干旱地区农业生产与作物布局的主要生态因子，揭示作物对水分胁迫的响应机制及复水效应，对选育作物新品种、建立节水高产栽培技术具有重要意义。本试验于2008年3～8月在甘肃农业大学农学院实验基地进行，采用盆栽土培人工控水法，模拟水分胁迫和复水生境，设定了水分胁迫及复水时期、水分胁迫程度及历时（持续时间）等处理，通过测定水分胁迫及复水条件下豌豆生长形态及相关生理、生化指标，系统研究了豌豆对土壤水分胁迫的响应和复水效应。 1.水分胁迫导致豌豆植株外部形态发生变化，并存在滞后效应。复水可产生补偿效应。各生育时期水分胁迫均导致株高降低，分枝数减少，主茎、主根变细，叶面积减小，主、侧根伸长，侧根数增加，随水分胁迫程度加重和胁迫历时延长变化量增大。苗期水分胁迫对豌豆外部形态的影响最大，花期次之，灌浆期最小；复水对水分胁迫引起的豌豆植株外部形态变化产生补偿效应，苗期补偿效果最好，花期次之，灌浆期最差。复水在一定程度上减弱了水分胁迫对主、侧根伸长及侧根数的促进作用。 2.水分胁迫导致豌豆冠层干重降低、根部干重增大、根冠比提高，并存在滞后效应。复水能有效促进根冠协调生长。水分胁迫没有改变根、冠干物质积累的总趋势，但导致豌豆侧根数增多、侧根总长增加、根系生长量加大，株高降低、分枝数减少、主茎变细、叶面积减小、冠层干重降低。复水对苗期轻度胁迫处理根冠比可产生超补偿效应，对花期轻度胁迫5d处理根冠比可产生等量补偿效应，对苗期、花期重度胁迫处理和灌浆期各胁迫处理根冠比产生等量补偿效应，集中体现在促进了根冠的协调生长。 3.水分胁迫导致豌豆根系活力降低，离体叶片保水力及叶绿素含量发生变化，根系总吸收面积、活跃吸收面积和活跃吸收面积率均降低，影响了根瘤的生长。复水可产生补偿效应。在水分胁迫下，豌豆各生育时期根系活力降低，随着水分胁迫强度加重降幅增大。苗期复水可产生超补偿效应，花期和灌浆期可产生等量补偿效应；重度水分胁迫引起离体叶片保水力发生显著变化，复水可产生等量补偿效应；苗期和花期豌豆在水分胁迫下叶绿素含量均增加，叶绿素a含量和叶绿素b含量的变化幅度不同。灌浆期水分胁迫导致叶绿素a含量和叶绿素b含量以及叶绿素总量降低，复水产生等量补偿效应或超补偿效应；水分胁迫导致各生育时期豌豆根系总吸收面积和活跃吸收面积、活跃吸收面积率降低，复水可产生部分补偿效应；水分胁迫导致豌豆根瘤个数下降，苗期和花期最大根瘤直径增大，灌浆期最大根瘤直径缩小，复水促进了根瘤的生长。 4.水分胁迫均导致豌豆叶片ABA、IAA含量增加，ZT、GA含量降低，各种内源激素比例发生变化，复水可产生补偿效应。水分胁迫对豌豆各种内源激素含量的影响存在滞后效应，复水的补偿效应因豌豆的生育时期、水分胁迫强度和历时不同而不同。复水5d对部分内源激素含量产生部分补偿效应，复水10d时可产生等量补偿效应。复水对水分胁迫引起的各种内源激素比例变化产生部分补偿效应。 5.水分胁迫影响了豌豆保护酶活性、膜脂过氧化程度和抗氧化能力，复水对各种保护酶活性可产生补偿作用。水分胁迫导致苗期和灌浆期豌豆叶片SOD活性降低、CAT、POD活性提高，随水分胁迫程度加重和胁迫历时延长变化量加大。水分胁迫存在滞后效应。复水对各种保护酶活性均产生补偿效应。水分胁迫导致豌豆叶片过氧化产物MDA含量和叶片质膜透性增加，随水分胁迫程度加重和胁迫历时延长增幅加大。复水5d可产生补偿作用，有效地改善了抗氧化能力。 6.水分胁迫导致豌豆细胞可溶性蛋白含量减少、脯氨酸和可溶性糖含量增加，并存在滞后效应，复水可产生补偿效应。各生育时期水分胁迫均导致豌豆叶片可溶性蛋白含量呈现较大变化，复水产生等量补偿效应；水分胁迫均导致各生育时期豌豆叶片脯氨酸含量增加，苗期和灌浆期水分胁迫后复水5d时仍保持增加趋势，复水10d时产生补偿效应。花期轻度胁迫10d和重度胁迫处理复水后先显现超补偿作用，然后再显现等量补偿作用；灌浆期水分胁迫5d导致豌豆叶片可溶性糖含量增加，水分胁迫10d导致可溶性糖含量减少。复水后产生部分补偿效应或等量补偿效应。 7.苗期和花期豌豆在土壤水分胁迫下，籽粒干物质的动态变化呈“S”型曲线，各项灌浆参数均发生变化。苗期适度的水分胁迫有利于提高产量。苗期和花期水分胁迫降低了豌豆籽粒干物质积累速率，随着水分胁迫时间延长和胁迫程度加重影响程度加大。重度长历时胁迫对豌豆灌浆特性的影响最大，轻度长历时胁迫次之，短历时水分胁迫影响最小。依据籽粒干物质积累曲线，拟合了苗期和花期水分胁迫下描述籽粒干物质积累过程的三次多项式方程。苗期适度水分胁迫虽降低了百粒重，但有效提高了每株豆荚数和每荚粒数，显著提高了单株产量。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略词表

声明

第一章研究背景、目的及意义

1.1 研究背景

1.1.1社会发展背景

1.1.2水资源利用背景

1.1.3市场与生产背景

1.2研究目的

1.3研究意义

1.3.1 开发作物自身抗逆特性，促进高产稳产

1.3.2节约利用水资源，提高其利用效益

1.3.3丰富作物抗逆研究理论，为技术研究提供理论支撑

1.3.4促进豌豆生产发展，满足市场需求，增加农民收入

第二章国内外研究现状

2.1作物对水分胁迫响应的研究现状

2.1.1 作物生长形态特征的响应

2.1.2作物生理生化特征的响应

2.1.3 作物分子的响应

2.2作物水分胁迫后复水效应的研究现状

2.2.1补偿效应的类型

2.2.2水分胁迫补偿效应的评价

2.2.3水分胁迫补偿效应的表现形式

2.2.4补偿效应产生的机制

2.2.5影响作物补偿效应的因素

2.3水分胁迫与复水的滞后效应

2.4作物补偿效应在农业生产中的应用

第三章研究思路与试验设计

3.1研究目标

3.2研究内容

3.2.1 水分胁迫及复水对豌豆植株外部形态的影响

3.2.2水分胁迫及复水对豌豆根、冠干物质积累的影响

3.2.3水分胁迫及复水对豌豆根、叶部分生理指标及根瘤生长的影响

3.2.4水分胁迫及复水对豌豆叶片内源激素含量的影响

3.2.5水分胁迫及复水对豌豆保护酶活性及膜脂过氧化的影响

3.2.6水分胁迫及复水对豌豆细胞主要溶质积累的影响

3.2.7苗期和花期水分胁迫对豌豆籽粒灌浆特征及产量的影响

3.3研究思路和技术路线

3.4试验材料

3.5试验设计

3.6试验方法

3.7测定项目及方法

3.7.1 生育时期测定

3.7.2形态指标测定

3.7.3生理生化指标测定

3.7.4籽粒灌浆过程的测定

3.7.5 室内考种

3.8数据处理及分析方法

3.8.1数据处理分析方法

3.8.2补偿作用(效应)判定

3.8.3 滞后(延后)效应的判定

3.8.4复水激发效应的判定

3.8.5 叶片抗氧化能力的综合评价

3.8.6籽粒灌浆过程的拟合

第四章水分胁迫及复水对豌豆植株外部形态特征的影响

4.1 苗期水分胁迫及复水对豌豆植株外部形态特征的影响

4.1.1 对冠层生长外部形态的影响

4.1.2对根部生长外部形态的影响

4.2花期水分胁迫及复水对豌豆植株外部形态特征的影响

4.2.1 对冠层生长外部形态的影响

4.2.2对根部生长外部形态的影响

4.3灌浆期水分胁迫及复水对豌豆植株外部形态特征的影响

4.3.1对冠层生长外部形态的影响

4.3.2对根部生长外部形态的影响

4.4小结与讨论

第五章水分胁迫及复水对豌豆根、冠干物质积累的影响

5.1 苗期水分胁迫及复水对豌豆根、冠干物质积累的影响

5.1.1对冠层干物质积累的影响

5.1.2对根部干物质积累的影响

5.1.3对根冠比的影响

5.2花期水分胁迫及复水对豌豆根、冠干物质积累的影响

5.2.1 对冠层干物质积累的影响

5.2.2对根部干物质积累的影响

5.2.3对根冠比的影响

5.3灌浆期水分胁迫及复水对豌豆根、冠干物质积累的影响

5.3.1对冠层干物质积累的影响

5.3.2对根部干物质积累的影响

5.3.3对根冠比的影响

5.4小结与讨论

第六章水分胁迫及复水对豌豆根、叶相关生理指标及根瘤生长的影响

6.1 苗期水分胁迫及复水对豌豆根、叶相关生理指标及根瘤生长的影响

6.1.1对根系相关生理指标的影响

6.1.2对叶片相关生理指标的影响

6.1.3对根瘤生长的影响

6.2花期水分胁迫及复水对豌豆根、叶相关生理指标及根瘤生长的影响

6.2.1对根系相关生理指标的影响

6.2.2对叶片相关生理指标的影响

6.2.3对根瘤生长的影响

6.3 灌浆期水分胁迫及复水对豌豆根、叶相关生理指标及根瘤生长的影响

6.3.1对根系部分生理指标的影响

6.3.2对叶片相关生理指标的影响

6.3.3对根瘤生长的影响

6.4小结与讨论

第七章水分胁迫及复水对豌豆叶片内源激素含量的影响

7.1 苗期水分胁迫及复水对豌豆叶片内源激素含量的影响

7.1.1 对ABA含量的影响

7.1.2对IAA含量的影响

7.1.3对GA含量的影响

7.1.4对ZT含量的影响

7.1.5对各激素含量比例的影响

7.2花期水分胁迫及复水对豌豆叶片内源激素含量的影响

7.2.1 对ABA含量的影响

7.2.2对IAA含量的影响

7.2.3 对GA含量的影响

7.2.4对ZT含量的影响

7.2.5对各激素含量比例的影响

7.3灌浆期水分胁迫及复水对豌豆叶片内源激素含量的影响

7.3.1 对ABA含量的影响

7.3.2对IAA含量的影响

7.3.3 对GA含量的影响

7.3.4对ZT含量的影响

7.3.5对各激素含量比例的影响

7.4小结与讨论

第八章水分胁迫及复水对豌豆叶片保护酶活性及膜脂过氧化的影响

8.1 苗期水分胁迫及复水对豌豆叶片保护酶活性及膜脂过氧化的影响

8.1.1对保护酶活性的影响

8.1.2对过氧化产物及膜脂透性的影响

8.1.3苗期不同水分处理对豌豆抗氧化能力影响的综合评价

8.2花期水分胁迫及复水对豌豆叶片保护酶活性及膜脂过氧化的影响

8.2.1对保护酶活性的影响

8.2.2对过氧化产物及膜脂透性的影响

8.2.3花期不同水分处理对豌豆抗氧化能力影响的综合评价

8.3灌浆期水分胁迫及复水对豌豆叶片保护酶活性及膜脂过氧化的影响

8.3.1对保护酶活性的影响

8.3.2对过氧化产物及膜脂透性的影响

8.3.3灌浆期不同水分处理对豌豆抗氧化能力影响的综合评价

8.4小结与讨论

第九章水分胁迫及复水对豌豆叶片细胞主要内溶物质积累的影响

9.1 苗期水分胁迫及复水对豌豆叶片细胞主要溶质积累的影响

9.1.1对可溶性蛋白含量的影响

9.1.2对脯氨酸(Pro)积累的影响

9.1.3对可溶性糖含量的影响

9.2花期水分胁迫及复水对豌豆叶片细胞主要溶质积累的影响

9.2.1对可溶性蛋白含量的影响

9.2.2对脯氨酸(Pro)积累的影响

9.2.3对可溶性糖含量的影响

9.3灌浆期水分胁迫及复水对豌豆叶片细胞主要溶质积累的影响

9.3.1对可溶性蛋白含量的影响

9.3.2对脯氨酸(Pro)积累的影响

9.3.3对可溶性糖含量的影响

9.4小结与讨论

第十章苗期和花期水分胁迫对豌豆籽粒灌浆特征及产量的影响

10.1水分胁迫对豌豆籽粒干物质积累的影响

10.2水分胁迫下豌豆籽粒干物质积累的拟合方程

10.3水分胁迫下豌豆籽粒各项灌浆特征参数的比较分析

10.4水分胁迫下豌豆籽粒主要灌浆参数与粒重的相关分析

10.5水分胁迫对豌豆产量构成因子的影响

10.6小结与讨论

第十一章主要结论与研究展望

11.1主要结论

11.1.1 豌豆对水分胁迫的响应

11.1.2水分胁迫后复水的效应

11.2研究展望

11.2.1 土壤水分变化对豌豆光合特性的影响及补偿效应研究

11.2.2 土壤水分变化对豌豆籽粒品质的影响的研究

11.2.3水、肥等多因素变化下豌豆的生物学响应规律

11.2.4豌豆应对水分胁迫的其他生理响应机制

11.2.5采用多方法、多手段开展研究，提高研究水平

参考文献

致谢

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