冬小麦节水高产栽培群体源性能特征及其调控机制

摘要

该研究以挖掘小麦全株光合潜力、同步提高产量和水分利用效率为目标,在水肥限制条件下,研究群体、个体、器官光合源的时空变化特征及其生理机制,突出非叶器官光合作用,揭示不同基因型不同光合器官光合性能的差异.并通过设置不同密度、灌水处理试验,探索建立大群体、小叶形、高光效、低耗水群体结构的节水高产、超高产栽培技术原理.主要结论如下:1节水省肥高产群体中,非叶器官占有较大的绿色面积,对产量具有突出贡献.开花期单茎非叶面积占单茎总绿色面积的60﹪以上,群体绿色面积中非叶绿色面积也大于叶面积,且随着灌水量减少或密度的增大,非叶器官面积所占比例增加.统计分析表明,开花后群体总绿色面积以及非叶器官面积均与产量呈显著正相关.2小麦植株中叶与非叶器官气孔与叶绿体结构存在明显差异,节水小麦后期非叶器官叶绿体结构具有较高的稳定性.电镜观察发现,非叶器官表面气孔密度、单个器官气孔总数均低于旗叶叶片.各器官气孔密度随灌水减少呈增大趋势,而单个器官气孔总数水分处理间差异不明显,非叶器官气孔数目受水分变化的影响较小.从气孔大小来看,穗部器官(护颖、外稃、内稃和芒)的气孔略小于其它器官;就气孔分布特征而言,穗部器官的气孔较多分布在器官内侧(腹面或近轴面),有利于穗光合对籽粒呼吸释放CO<,2>的重新固定.3节水栽培明显提高非叶器官的PEP羧化酶活性,增加PEPC/RUBPC比值,增强后期的光合耐逆机能.与旗叶叶片相比,穗、穗下节间和叶鞘的叶绿素相对含量(SPAD值)、PSⅡ活性(F<,v>/F<,m>)、净光合速率等相对较低,但光合功能期较长,在灌浆后期能保持较高的光合活性.同时,非叶器官气孔导度和蒸腾速率也低于叶片.开花后不同器官碳同化途径酶活性与其光合速率基本呈同步变化趋势.器官间比较,以穗部器官(护颖和外稃)PEPC活性最高,其次为穗下节间和旗叶鞘,而旗叶叶片的PEPC活性最低,水分胁迫下非叶器官PEPC活性呈上升趋势;RUBPC活性以旗叶和外稃较高,穗下节间、旗叶鞘和护颖相对较低,且随着灌水减少(或水分胁迫下),各器官RUBPC活性均有下降趋势.灌浆期非叶器官PEPC/RUBPC比值显著大于旗叶叶片,且随灌水次数减少(或水分胁迫下)表现出明显的增加趋势.4籽粒灌浆前期茎鞘和穗颖中积累大量果聚糖,并于灌浆后期迅速阵解、转运,节水与高密度栽培促进营养体果聚糖降解和向籽粒运转.5群体穗/叶比(单位面积穗数与上三叶叶面积之比)是衡量小麦节水栽培库源关系是否协调的适宜指标.综合以上研究认为,在适宜叶面积指数基础上,扩大群体中非叶绿色面积增加穗/叶比,是节水省肥条件下提高产量的重要机制.通过适当增加基本苗增加穗数,从而扩大群体库容并扩大群体中非叶光合面积;通过拔节前控水控制单茎叶面积,增加穗/叶比值,从而改善群体结构并提高叶片质量,在高密度下实现源库协调和群体高光效、高转运、低耗水的统一,这是冬小麦节水省肥高产栽培的基本技术原理.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

前言

1国内外研究现状

1.1小麦节水栽培研究概述

1.2小麦水分利用效率与产量的关系

1.3小麦光合性能与水分关系研究进展

1.4水分胁迫对碳水化合物代谢的影响

1.5小麦节水栽培的源库关系

2研究的目的意义

3研究技术路线

第一章冬小麦节水高产栽培群体的结构特征

1材料与方法

1.1试验地与气象条件

1.2试验材料与试验设计

1.3测定内容与方法

2结果与分析

2.1不同品种不同处理冬小麦个体构型的差异

2.2不同处理冬小麦群体结构的变化

2.3不同器官表面形态与气孔超微结构的变化

2.4不同绿色器官叶绿体超微结构的差异

3小结

第二章冬小麦节水高产栽培群体光合活性变化

1材料与方法

1.1试验材料与试验设计

1.2测定项目及方法

2结果与分析

2.1不同处理冬小麦群体光合活性的变化

2.2不同处理冬小麦器官光合活性的变化

2.3不同绿色器官光合对穗粒重的相对贡献

3 小结

第三章冬小麦节水高产栽培群体贮藏物质转运机制

1材料与方法

1.1试验材料与试验设计

1.2测试内容与方法

2结果与分析

2.1不同灌溉处理小麦碳素贮藏物代谢特点及其与穗粒形成的关系

2.2不同密度处理碳素贮藏物代谢特点及其对粒重的贡献

2.3水分胁迫对贮藏物质积累转运的影响

3小结

第四章节水高产栽培群体水分利用与产量形成

1材料与方法

1.1试验材料与试验设计

1.2土壤干旱等级划分

1.3测试内容与方法

2结果与分析

2.1不同处理小麦产量构成与水分利用效率

2.2.不同处理下小麦籽粒灌浆动态分析

2.3影响粒重和产量的因素分析

2.3.1限水条件下决定小麦穗粒重的主要光合性能指标分析

2.3.2限水条件下不同小麦品种(系)光合性状的聚类分析

2.3.3节水条件下影响产量的主要因素分析

2.4群体穗叶比与产量性状及水分利用的关系

2.4.1穗叶比与产量性状的关系

2.4.2穗叶比与物质积累与转运的关系

2.4.3穗叶比与产量及水分利用的关系

3小结

第五章讨论与结论

1关于冬小麦节水省肥高产栽培的光合资源利用

2小麦节水省肥高产群体中非叶器官的作用及贡献

3小麦节水高产栽培非叶器官光合特征

4小麦节水省肥高产群体质量特征

5进一步提高小麦产量和水分利用效率，实现节水超高产的思考

图版Ⅰ不同灌水处理不同器官表面形态结构特征

图版Ⅱ不同水分胁迫处理不同器官表面形态结构比较

图版Ⅲ不同灌水处理不同绿色器官叶绿体结构特征

图版Ⅳ开花期不同灌水处理不同器官糖分HLPC测定峰形图

参考文献

致谢

作者简介