冬小麦品系抗旱节水特性研究

摘要

研究作物品种本身的抗旱节水特性，鉴选出在干旱胁迫条件下稳产、节水的品种，是生物节水技术发展的重要内容，也是节水农业领域创新研究的主要方向之一。为了解旱作丰产性好的晋麦47和丰产性好的京411及其近交的抗旱节水特性，探讨节水品种鉴定的有效方法和指标，提高鉴选效率和可靠性，本研究设计在干旱胁迫条件下，以冬小麦品种晋麦47和京411及其34个近交系为试验材料3次重复，于2012年10月～2013年6月和2013年10月～2014年6月在河北省农林科学院衡水试验站进行了旱棚池栽实验和盆栽实验。首先对36份材料的群体水平和个体水平的产量水分利用效率进行鉴定；同时调查了冬小麦品系的农艺、生理与细胞生物学性状及产量要素；建立了农艺性状、生理性状与产量及水分利用效率的关系；分析了参试品系的抗旱节水特性，进一步探究了其抗旱节水的农艺或生理基础，为建立作物水分利用效率鉴定体系提供理论依据。取得的主要研究结果如下：
　　1、干旱条件下36个冬小麦品系的水分利用效率差异显著
　　将供试的36个冬小麦品系，按产量高低将抗旱性划分为4个等级：其中抗旱性强的为908218等6个品系；抗旱性较强的为908054等10个品系；抗旱性较弱的为908130等11个品系；抗旱性弱的为冬小麦有908254等9个品系。将供试的36个冬小麦品系，按水分利用效率高低将节水性划分为4个等级：其中节水性强的为908274等3个品系；节水性较强的为908106等16个品系；节水性较弱的为908056等14个品系；节水性弱的为908092等3个品系。对这些材料进行的抗旱性与节水性进行比较发现，没有同时达到抗旱性强和节水性强品系，只有抗旱性强、节水性较强，以及抗旱性较强、节水性强的品系。再是，品系之间的耗水量差异明显大于产量差异，表明品系之间水分利用效率的差异主要源于耗水能力的不同。
　　2、群体水平上的冠层温度和冠气温差与产量和水分利用效率有显著的相关性
　　从拔节-孕穗期开始到灌浆期结束一直测定冠层温度和冠气温差，冠层温度保持一直上升趋势，冠气温差也基本保持一致增大趋势。不同冬小麦品系间冠层温度和冠气温差呈显著差异性，冠层温度和冠气温差与冬小麦品系产量、水分利用效率均呈显著负相关。由于冠层温度和冠气温差的获取比较方便，范围大的冠层温度和冠气温差能利用航空或卫星遥感系统取得，范围小的冠层温度和冠气温差能利用红外测温仪取得，因此是一种比较客观、简便、迅速的方法。本研究结果表明，在干旱胁迫环境下，冠层温度和冠气温差对冬小麦品系的抗旱性和节水性都能进行较准确的鉴选。
　　3、各农艺性状和生理性状及产量构成因素对产量的贡献作用
　　每小区冬小麦密度相同，在灌浆后期测定的光合气体特性中，净光合速率与产量有显著正相关关系，说明干旱胁迫下能维持较高光合速率的冬小麦品系可以发挥自身潜力保持较高水平的生理代谢水平因而可以制造较多的有机物。此外，通过测定同化 CO2的关键酶活性得到冬小麦旗叶的RuBPCase活性与净光合速率和产量呈显著相关性，从而进一步从生理上解释了冬小麦基因型的遗传特性与表现型的一致性。不同冬小麦品系株高存在显著差异，株高与水分利用效率呈显著正相关关系，干旱胁迫下选择植株高的冬小麦品系有利于水分利用效率的提高。通过对产量构成因素与最终产量的相关关系分析得出各因素与产量均无显著相关性，说明较高产量的获得需要综合提高各产量构成因素。
　　4、恢复能力和叶绿素功能与水分利用效率的相关性
　　冬小麦品系在受旱后进行复水，其自我修复能力不同，不同品系冬小麦恢复力呈显著差异。恢复力与水分利用效率呈显著正相关性，说明不同基因型冬小麦品系在经过一定时期的干旱“锻炼”，复水后的恢复力大小可以指示水分利用效率的高低。不同冬小麦品系叶绿素SPAD值随着生育期进程呈缓慢增加然后降低趋势。通过对干旱胁迫期冬小麦叶绿素荧光特性的测定，不同品系冬小麦PSⅡ的光化学效率及呈显著差异性。SPAD值与Fv/Fm和Fv/Fo与水分利用效率相关性不显著。
　　5、不同生育期抗旱性及相关生理指标与产量水分利用效率的相关关系
　　干旱胁迫下，不同冬小麦品系单株水平的蒸腾效率呈显著差异，单株水平的蒸腾效率与叶片水平的水分利用效率呈显著正相关关系。针对种子萌发期和苗期进行的抗旱性鉴定实验结果表明，干旱胁迫下种子相对发芽率与产量水平的水分利用效率有良好的正相关关系，苗期的干旱存活率与产量水平的水分利用效率无显著相关关系。选育蒸腾效率高或者萌发期抗旱性强的冬小麦品系可以达到节水的目的。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

前言

1立题依据及意义

1.1研究背景

1.2立项依据

2国内外研究现状

2.1不同尺度WUE的定义

2.2水分利用效率的影响因素

2.3水分利用效率的研究进展

3研究思路

材料与方法

1.试验区概况

2.供试材料与试验设计

3.测定项目与方法

3.1 冠层温度和空气温度测定

3.2土壤含水率、耗水量测定

3.3 产量和水分利用效率

3.4 叶绿素相对含量测定

3.5 叶绿素荧光测定

3.6 气体交换性指标测定

3.7 RuBP羧化酶活性测定

3.8 数据分析

结果与分析

1.气象条件与土壤水分动态

1.1气象条件

1.2土壤水分动态

2.冬小麦近交系水分利用效率鉴定

2.1群体水平冬小麦近交系水分利用效率鉴定

2.2个体水平冬小麦近交系水分利用效率鉴定

2.3叶片水平冬小麦近交系水分利用效率鉴定

2.4不同水平冬小麦近交系水分利用效率之间的关系

3.冬小麦产量水分利用效率影响因素分析与鉴定指标筛选

3.1抗旱特性与产量WUE的关系

3.2冠层温度和冠气温差与产量WUE的关系

3.3叶片气体交换特性与产量WUE的关系

3.4叶绿素及叶绿素荧光与产量WUE的关系

讨论与结论

1冠层温度和冠气温差与产量和水分利用效率的相关性

2恢复力和株高与产量和水分利用效率的相关性

3生理特性与产量和水分利用效率的相关性

参考文献

英文缩略词表

导师组意见

致谢