根区温度影响黄瓜幼苗亚适温适应性的生理机制

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我国设施蔬菜冬春季节生产中的亚适温逆境是作物生长的主要限制因子。如何高效利用能源进行温室温度调控,以达到改善作物生长发育的目的,是现阶段可持续设施蔬菜生产需要解决的重要课题之一。本试验以黄瓜(Cucumis sativus L.)为试材,研究了改善根区温度缓解亚适温逆境下黄瓜幼苗生长和生理活性的相关机理,并通过不同气温处理比较地上-地下环境对作物生长平衡性的交互作用,以及通过加入聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)处理来分析改善根区温度过程中根源水分供应信号的贡献程度。主要结果如下:1)亚适温逆境下,黄瓜幼苗发育进程和生物量积累速率均受抑制,提升根区温度可以显著缓解生物量的积累速率,但无法促进新叶发生的进程。2)亚适温逆境下,黄瓜幼苗根系的生长和吸收功能都受到严重抑制,提升根区温度可以大幅增加黄瓜幼苗根系长度,其主根长、一级侧根和二级侧根的数目和长度均有显著提升。同时,根区升温能有效促进根系对各种矿质元素的吸收,其中对磷、钾、锰、锌和铜元素直接提升了单位根长的吸收速率,对氮、钙、镁和铁元素则主要是通过增加根系总长来增加总吸收量。3)亚适温逆境下,黄瓜幼苗叶片的光合能力受到不同程度的抑制。对于亚适温处理前已长成的真叶(第一真叶),根区升温能同时减轻其气孔限制与非气孔限制,即增大气孔导度,缓解Rubisco酶表达量和羧化活力,恢复光反应阶段质醌库的电子传递进程。对于亚适温处理期间新长出的真叶(第二真叶),根区升温减轻了气孔限制的程度,同时也能通过改善根系的水分供应来促进该叶片的扩展,使其叶面积达到未升温植株叶面积的两倍。4)在根区升温引起的变化中,黄瓜幼苗碳同化总量的提升平均有12%来自净光合速率的改善、平均88%来自叶面积的增长,而叶面积的增长几乎完全来自于比叶面积的增加;黄瓜幼苗氮同化总量的提升有平均16%来自吸收速率的提升、平均84%来自总根长的增长,而总根长的增长有70%来自比根长的增加、30%来自根系干重分配率的增加。对于幼苗全株干重的相对生长速率而言,不同方面性状的贡献程度,依次是同化活力>构型特征>生物量分配。5)根据本试验中的结果,在实际设施生产育苗过程中遭遇亚适温逆境时,如果没有日历苗龄的限制,则建议优先提升根区温度3-6℃以保证培育壮苗,如果有时间限制或亚适温持续时间过久时,则建议提升气温以促进幼苗的发育进程。
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