【摘 要】
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大豆(Glycine max L.Merr.)是我国最重要的粮食作物和油料作物,含有丰富的人体所必需的蛋白质和脂肪酸。干旱是大豆生长发育和产量形成的重要限制因素,水资源短缺也是我国灌溉用水的一大难题。本试验于2020-2021年在东北农业大学玻璃棚中进行,以耐旱型大豆品种黑农44和敏感型品种黑农65为试验材料,深入研究阶段性干旱和局部灌溉对大豆生理和光合特性的影响,明确大豆生长、保护酶活性、渗透调
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大豆(Glycine max L.Merr.)是我国最重要的粮食作物和油料作物,含有丰富的人体所必需的蛋白质和脂肪酸。干旱是大豆生长发育和产量形成的重要限制因素,水资源短缺也是我国灌溉用水的一大难题。本试验于2020-2021年在东北农业大学玻璃棚中进行,以耐旱型大豆品种黑农44和敏感型品种黑农65为试验材料,深入研究阶段性干旱和局部灌溉对大豆生理和光合特性的影响,明确大豆生长、保护酶活性、渗透调节物质、膜脂过氧化、代谢水平和产量等对阶段性干旱的响应特征,以及局部灌溉对的大豆生长、抗氧化特性和光合特性等的调控效应,为大豆抗旱栽培和节水灌溉提供一定的理论依据与和实践经验。主要结果如下:(1)干旱胁迫导致黑农44和黑农65叶片、茎柄、荚果干物质积累降低,胁迫程度越高干物质积累越低。叶片、茎柄、荚果的干物质积累分别在R1、R3、R5期发生干旱胁迫时减少最显著,黑农44分别下降了85.6%、74.7%、94.7%;黑农65分别下降了113.4%、90.5%、115.0%。干旱导致两品种百粒重和产量降低,胁迫程度越高百粒重和产量越低,在R5期影响大于其他时期,黑农44分别下降了63.9%和69.7%,黑农65分别下降了87.5%和123.7%。黑农44下降幅度小于黑农65。(2)干旱胁迫提高了黑农44和黑农65叶片中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,不同保护酶在不同时期的敏感程度不同。SOD活性随胁迫程度的加剧呈单峰曲线变化,在中度胁迫下活性最高,黑农44和黑农65分别比对照增加了188.2%和179.0%;CAT和APX活性在中度胁迫或重度胁迫处理下最高,CAT活性黑农44和黑农65分别比对照增加了237.1%和234.7%,APX活性黑农44和黑农65分别比对照增加了611.2%和538.7%;两品种SOD和CAT在R3期活性最高,APX在R5期活性最高。黑农44保护酶活性和增加幅度高于黑农65。(3)干旱胁迫提高了黑农44和黑农65叶片中可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量,随干旱胁迫程度加剧而增加。可溶性糖含量黑农44和黑农65分别比对照增加了26.8%和23.0%,可溶性蛋白含量增加了49.8%和49.1%,脯氨酸含量增加了1599.5%和1198.2%;干旱条件下黑农44可溶性糖在R5期含量最高,可溶性蛋白和脯氨酸在R3期含量最高,黑农65可溶性糖和脯氨酸在R5期含量最高,可溶性蛋白在R1期含量最高。在黑农44叶片中渗透调节物质含量和增加幅度高于黑农65。干旱胁迫提高了黑农44和黑农65叶片中丙二醛含量,且随着胁迫程度的加剧而增加,黑农44和黑农65分别比对照增加了148.3%和192.5%。干旱条件下黑农44在R1期含量最高,黑农65在R5期含量最高。黑农65丙二醛含量和增加幅度高于黑农44。(4)干旱胁迫导致黑农44和黑农65相对叶绿素含量(SPAD)、原初光能转化效率(Fv/Fm)、潜在光化学效率(Fv/F0)、表观电子传递效率(ETR)降低,使非调节性能量耗散的量子产量(Phi NO)、调节性能量耗散的量子产量(Phi NPQ)、非光化学淬灭系数(NPQ)升高,使实际光合效率(Phi2)先升高后下降,干旱胁迫显著影响大豆叶绿素的合成、破坏光合结构、降低光合效率,胁迫时间越长影响越显著。黑农44受到的影响小于黑农65。(5)在代谢组学中,采用OPLS-DA模型筛选不同代谢物,发现在黑农44中产生101个差异代谢物(49个上调,52个下调);在黑农65中产生120个差异代谢物(45上调,75下调)。KEGG分析表明,黑农44和黑农65的抗旱途径不同。氨基酸代谢和脂类代谢分别在两个品种的抗旱性中起关键作用。三羧酸循环(TCA)是两品种抗旱性的核心途径之一。L-天冬氨酸和柠檬酸含量的变化是两品种抗旱性差异的原因之一。酚酸、黄酮、生物碱、萜类和有机酸等次生代谢产物在大豆抗旱中也起到重要作用。(6)在局部灌溉下黑农44和黑农65叶片、茎柄、根系干物质积累速度大于全部干旱,SOD、CAT、APX活性和可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量也有不同程度的增加,丙二醛含量及增加幅度小于全部干旱,SPAD、Fv/Fm、Fv/F0、ETR下降幅度小于全部干旱,Phi NO增加幅度小于全部干旱,Phi NPQ、NPQ、Phi2也有一定的变化。局部灌溉下两品种扔拥有较强清除活性氧和保护光合系统的能力。但当胁迫时间过长时,还是会对大豆植株生长发育造成较大伤害。黑农44受到的伤害小于黑农65。
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