不同基因型大豆耐低钾胁迫的比较研究

摘要

以钾高效和钾低效基因型大豆为试材，通过大田、盆栽、水培和砂培试验，比较研究了在不同钾浓度条件下的株高、叶面积等形态特征和光合特性、保护酶活性等生理生化特性以及钾素利用效率的差异，旨在揭示大豆钾高效利用的生理机制，为选育高产、优质、耐低钾的大豆新品种提供理论基础及试验材料。试验研究结果如下： 1．大豆耐低钾基因型的筛选不同基因型大豆在对照和低钾处理下的产量与耐性系数的关系是，产量降幅较小的品种(系)耐性系数高，耐低钾能力较强，属于低钾不敏感型品种(系)；而产量降幅较大的品种(系)耐性系数低，耐低钾能力较弱，属于低钾敏感型品种(系)。 根据产量及耐性系数，将供试品种(系)划分为四种类型：即高产高效型、低产高效型、高产低效型和低产低效型。为做进一步研究，本试验筛选出了四种类型代表，它们是高产高效型品种沈农6号、低产高效型品系GD1617、高产低效型品系铁95079-2和低产低效型品系铁95068-5。 2．低钾胁迫下不同基因型大豆形态特征的差异 (1)植株地上部形态特征的差异在生育前期，低钾胁迫对不同基因型大豆的株高、叶面积、分枝数、结荚高度、主茎节数的影响均不大，随着生育的进程，各性状表现出基因型差异，即钾高效型品种受低钾胁迫的影响较小，而钾低效型品种受低钾胁迫的影响较大。水培试验表明，低钾条件下，叶片变小、变厚，株高变矮，植株出现缺钾症状。随着钾浓度的增加，各性状逐渐改善，但钾浓度过高，对各性状又产生影响。 (2)根系形态特征的差异低钾胁迫使不同基因型大豆主根和侧根变短，侧根数和根瘤数减少，根系体积减小、颜色变暗。随着生育的进程，各性状表现出基因型差异，钾高效型品种受低钾胁迫的影响较小，而钾低效型品种受低钾胁迫的影响较大。 (3)器官显微结构的差异在低钾胁迫下，钾高效型大豆叶片海绵薄壁细胞排列整齐、紧密，栅栏组织所占比例较大，叶片主脉木质部导管围成的扇形面积及髓部较小，导管数目较多、口径较大，叶柄维管束组织发达，主根皮层细胞小而多，维管束数目较多，髓腔内径较大，这样的显微结构均利于物质的合成及水分和营养物质的运输。与之相比，钾低效型大豆的显微结构对物质的合成及水分和营养物质的运输则是不利的。 3．低钾胁迫下不同基因型大豆生理特性的差异 (1)植株地上部生理特性的差异低钾胁迫下大豆叶片叶绿素含量、气孔导度、蒸腾速率和光合速率都有不同程度的下降，并且呈现出基因型差异。钾高效型大豆各项指标随着钾浓度的降低降幅较小，而钾低效型大豆明显下降。随着钾浓度的降低，不同基因型大豆胞间CO<,2>浓度有上升趋势，钾高效型大豆胞间CO<,2>浓度升幅较小，而钾低效型大豆则上升明显。 (2)根系生理特性的差异钾高效型大豆在不同钾水平下的根系活跃吸收面积差异不大，生育后期，在低钾胁迫下仍能保持较高的根系活跃吸收面积；而钾低效型大豆的差异较大，生育后期，有随着钾浓度降低而减小的趋势。在开花后期至鼓粒前期，不同基因型大豆在低钾胁迫下根系活力均有所提高，并且钾高效型大豆在不同钾浓度下根系活力的差异明显小于钾低效型大豆。 4．低钾胁迫下不同基因型大豆生化特性的差异低钾胁迫使不同基因型大豆叶片的MDA含量和相对电导率均增加，但存在基因型差异。钾高效型大豆体内产生MDA的量较少、相对电导率增幅较小，处理问差异较小；相反，钾低效型大豆MDA含量较多、相对电导率增幅较大，处理间差异较大。 适度低钾胁迫能使大豆植株体内SOD、CAT、POD活性提高。出苗后48天，钾高效型大豆SOD在K0和K3处理下变化不明显，而钾低效型大豆K0处理的SOD活性明显高于K3处理，前者在生育后期保持较高的SOD活性水平。钾高效型大豆沈农6号和GD1617在两种处理条件下，CAT活性都分别高于钾低效型大豆铁95079-2和铁95068-5，而且在CAT活性高峰期表现得尤为显著。两种处理条件下各品种(系)POD活性均为GD1617>沈农6号>铁95068-5>铁95079-2，钾高效品种(系)在生育后期仍能保持相对较高的POD活性。大豆植株受低钾胁迫时保护酶活性虽明显升高，但三种酶活性变化趋势并不一致：SOD活性高峰出现时间最早，CAT次之，POD最晚。 5．低钾胁迫下不同基因型大豆钾吸收和利用效率的差异低钾胁迫下不同基因型大豆植株体内总含钾量以及各器官含钾量均低于同期相应高钾处理的植株，但对低钾胁迫的反应是不同的，钾高效型大豆对钾肥的吸收利用能力较高，而钾低效型大豆较低。不同基因型大豆在低钾胁迫下的叶片含钾量所占比例均低于高钾处理，而茎柄和根系含钾量所占比例均分别高于相应的高钾处理。低钾胁迫使不同基因型大豆成熟期体内各器官含钾量下降，同时也表现出了基因型间的差异，钾高效型大豆无论是籽粒、荚皮，还是茎秆，在低钾胁迫下均有较高的含钾量；而钾低效型大豆则含钾量较低，尤其是茎秆和荚皮的含钾量下降幅度更大。就钾利用效率和钾经济效率比而言，低钾处理均高于高钾处理。但同样在低钾胁迫条件下，钾高效型较耐低钾，钾素利用效率和钾经济效率比较高；而钾低效型耐低钾能力较弱，该值相对较低。 总而言之，钾高效型大豆在低钾胁迫下，均表现出了在形态特征、器官显微结构、根系活力、叶片光合功能、保护酶活性以及钾素吸收利用效率等诸多方面利于植株生长发育和产量形成的特点，这也是钾高效型大豆对钾素高效利用的原因所在。

目录

声明

摘要

前言

第一章大豆耐低钾基因型的筛选

1.1材料和方法

1.1.1供试材料

1.1.2试验方法

1.2结果与分析

1.2.1不同品种(系)在低钾处理和对照下产量分布的比较

1.2.2不同品种(系)在低钾处理和对照下耐性系数分布的比较

1.2.3不同品种(系)在低钾处理和对照下产量差异及其与耐性系数的关系

1.2.4不同品种(系)产量和耐性类型的划分及筛选

1.3小结

第二章低钾胁迫下不同基因型大豆形态特征的差异

2.1材料和方法

2.1.1供试材料

2.1.2试验设计

2.1.3测定项目及方法

2.2结果与分析

2.2.1低钾胁迫下不同基因型大豆植株地上部形态特征的差异

2.2.2低钾胁迫下不同基因型大豆根系形态特征的差异

2.3小结

第三章低钾胁迫下不同基因型大豆显微结构的差异

3.1材料和方法

3.1.1供试材料

3.1.2试验方法

3.1.3观察方法

3.2结果与分析

3.2.1低钾胁迫下不同基因型大豆根系显微结构的差异

3.2.2低钾胁迫下不同基因型大豆茎秆显微结构的差异

3.2.3低钾胁迫下不同基因型大豆叶片显微结构的差异

3.2.4低钾胁迫下不同基因型大豆叶片主脉显微结构的差异

3.2.5低钾胁迫下不同基因型大豆叶柄显微结构的差异

3.3小结

第四章低钾胁迫下不同基因型大豆生理特性的差异

4.1材料和方法

4.1.1供试材料

4.1.2试验设计

4.1.3测定项目及方法

4.2结果与分析

4.2.1低钾胁迫下不同基因型大豆植株地上部生理特性的差异

4.2.2低钾胁迫下不同基因型大豆根系生理特性的差异

4.3小结

第五章低钾胁迫下不同基因型大豆生化特性的差异

5.1材料和方法

5.1.1供试材料

5.1.2试验设计

5.1.3测定项目及方法

5.2结果与分析

5.2.1低钾胁迫下不同基因型大豆脂质过氧化作用的差异

5.2.2低钾胁迫下不同基因型大豆可溶性糖含量的差异

5.2.3低钾胁迫下不同基因型大豆保护酶活性的差异

5.3小结

第六章低钾胁迫下不同基因型大豆钾吸收利用效率的差异

6.1材料和方法

6.1.1供试材料

6.1.2试验设计

6.1.3植株各器官含钾量的测定

6.2结果与分析

6.2.1低钾胁迫下不同基因型大豆植株含钾量动态变化的差异

6.2.2低钾胁迫下不同基因型大豆生长发育期间体内各器官含钾量的差异

6.2.3低钾胁迫下不同基因型大豆成熟期体内各器官钾素含量的差异

6.2.4低钾胁迫下不同基因型大豆钾素利用效率的差异

6.3小结

第七章结论和讨论

参考文献

版图

致谢

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