作物对不同盐胁迫和调控条件的响应特征与抗盐性调控研究

摘要

本论文运用盆栽土培试验为主，结合部分水培和田间试验的方法，从系统分析不同类型盐胁迫下作物的生物和生理生化响应特征入手，在盐胁迫下作物的抗盐机制、外源磷对作物盐胁迫的缓解与调节作用、管理调控因子在不同类型盐胁迫下对作物盐分离子吸收及运移的影响、盐胁迫下管理调控对作物生长及其抗盐性的影响与作用机制、以及作物抗盐增产优化调控模式与盐胁迫条件下作物的产量预测等方面开展了较为深入的研究，并获得以下主要研究结果：作物的形态生长指标对不同类型盐分胁迫的响应幅度有明显差异，总体上Na<,2>CO<,3>和NaCl胁迫下作物对不同浓度盐分的响应幅度要大于Na<,2>SO<,4>胁迫条件。作物产量对盐胁迫浓度变化的响应比生物量更加敏感。大麦质膜稳定性由高到低对应的盐分类型分别是：硫酸盐>氯化物>碳酸盐。在碳酸钠胁迫条件下，大麦膜脂过氧化作用强烈，低浓度的Na<,2>CO<,3>对作物造成的伤害即可达到较高浓度NaCl的伤害水平。随NaCl浓度升高，大麦茎中的Na<'+>含量显著增加，而叶中Na<'+>含量无显著提高。在Na<,2>CO<,3>胁迫条件下，Na<'+>更易向作物叶片中运输：茎和叶中K<'+>显著低于NaCl处理，叶中Na<'+>含量高，且大于茎中含量。小麦抗盐性的强弱与其叶蜡质含量、肉质化指数和相对含水量的增量呈正相关。“鲁麦19”和“植申2号”的抗盐力较强，其叶蜡质含量、肉质化指数和相对含水量均较高。而“鲁麦23”保持水分缓解盐害的能力较弱，抗盐力较低。小麦抗盐力的大小还与其质膜渗透性有关。“鲁麦19”、“植申2号”等抗盐性强的小麦相对电解质外渗率最低，整株Na<'+>、C1<'->含量较低，且盐分离子较少向地上部运移，地上部Na<'+>、C1<'->含量明显低于根部；而“鲁麦23”等抗盐力相对较弱的小麦，其电解质渗透值和相对电解质外渗率最高，根部拒盐能力较差，有较多的盐分离子向地上部运移。“鲁麦19”较强的抗盐性是其良好的水分保持特性和质膜稳定性，以及控制Na<'+>、CI<'->离子向地上部运移能力的综合作用结果。“植申2号”对盐分离子有较高的耐性可能与吸收和运移盐分离子进行渗透调节等机制有关。施用磷肥升高了离子运输的K<'+>、Na<'+>选择性比率(SK,Na)，减少黑麦草根系对Na+的吸收和积累，促进K<'+>向叶片选择性运输，促进植株生长和地上部干物质积累，提高黑麦草对盐胁迫的适应能力。施用磷肥还能增加盐胁迫下黑麦草叶片叶绿素含量，增强黑麦草叶片净光合速率和气孔导度；施用磷肥能提高盐胁迫下可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸等渗透调节物质的积累，增加了黑麦草的抗盐能力。 在NaCl盐分胁迫下，大麦具有对K<'+>的选择性运输能力。中等浓度盐胁迫下，茎中的Na<'+>含量高于叶片中Na<'+>含量，而叶片中K<'+>含量和茎中K<'+>含量接近。不同盐分类型胁迫下大麦地上部分植株的离子含量存在差异。Na<,2>CO<,3>胁迫条件下，叶、茎之间的选择性运输能力发生变化，叶与茎Na<'+>含量比值升高，大麦对叶片的保护作用机制受到了破坏。盐胁迫下施肥、灌溉、改良剂调控因子及其交互作用可对大麦植株体内K<'+>、Na<'+>、Cl<'->的含量及其分布状况产生显著影响。增加肥料用量、提高灌溉定额、施用改良剂具有不同程度增加植株K<'+>的积累、降低Na<'+>和Cl<'->含量，提高K<'+>／Sa<'+>值的效果。与大麦植株体内K<'+>的含量和分布显著关联的调控因子数量最多，说明调控因子对K<'+>的调控作用更加有效。不同类型和浓度盐胁迫下，能较好提高K<'+>／Na<'+>g值的调控因子组合各有不同。高浓度盐分胁迫下，调控措施对Na<'+>的作用较为显著；中低浓度盐分胁迫下，调控措施对K<'+>的作用较为显著。NaCl胁迫下的整体调控效果要好于Na<,2>CO<,3>胁迫。 包括肥料用量、灌溉定额和改良剂在内的各管理调控因子对盐胁迫下大麦的形态和生长指标有明显提升作用和良好抗盐调控效果。作物的营养生长阶段与生殖生长阶段调控因子对作物形态生长指标和抗盐性的作用规律基本一致。管理调控对NaCl盐胁迫下大麦形态生长指标的作用效果要比Na<,2>CO<,3>胁迫条件的效果更加明显。方差分析结果表明，施肥、灌溉、改良剂使用、肥料×灌溉、肥料×改良剂的交互作用均对作物的生物量和产量有极显著影响。在不同浓度和类型盐分胁迫下，各调控因子对作物耐盐性调控作用的显著性存在差异。中等浓度NaCl胁迫下15号调控处理(较高肥料用量、高量低频灌溉，不使用改良剂)的作物形态、生长和产量指标值最高；在较高浓度NaCl和碳酸钠胁迫下，18号调控处理(较高肥料用量、高量低频灌溉，使用改良剂)的效果最好。在田间栽培条件下，植物营养调控和钙剂的调控同样可提高作物的抗盐能力。大麦的形态、生长指标与作物对盐分离子吸收及分布指标之间存在显著的相关性。总体看，茎K<'+>／Na<'+>比、叶<'+>／Na<'+>比、茎K<'+>含量、叶K<'+>含量基本与作物的形态、生长与产量指标呈正相关，茎Na<'+>含量和叶Na<'+>含量与作物的形态、生长与产量指标呈负相关。总的看来茎叶中的K<'+>含量与产量指标的相关程度最高。但不同浓度和类型盐胁迫条件下作物形态、生长和产量指标与盐分离子吸收指标之间的响应关系存在差异，影响作物形态、生长指标的主导离子吸收指标各有不同。研究建立了不同浓度和类型盐胁迫下作物抗盐增产的优化调控模式。优化调控模式由肥料用量、灌溉量、改良剂用量、灌溉间隔等四个调控因子优选构成，在大多数类型盐胁迫下肥料用量、灌溉量、改良剂用量的调控效果均较为显著。研究构建了在不同浓度和类型盐胁迫条件下，应用综合调控管理措施的作物产量或生物量的预测模型和模型参数体系。这些模式和模型可用于指导盐胁迫下作物抗盐管理调控，并进行相应生物产量的预测。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及学位论文版权使用授权书

第一部分文献综述

第二部分材料与方法

第三部分结果与分析

1 作物对盐胁迫条件的响应特征研究

2盐胁迫下作物的抗盐机制研究

3外源磷对植物盐胁迫的缓解与调节作用研究

4管理调控因子在不同类型盐胁迫下对作物盐分离子吸收及分布的影响

5盐胁迫下管理调控对作物生长及其抗盐性的影响作用研究

6作物抗盐增产优化调控模式与盐胁迫条件下作物的产量预测模型

第四部分全文结论

参考文献

在读博士期间发表的学术论文

致谢