不同负压供水下白羊草的生理响应

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随着水资源日益匮乏,如何实现抗旱性品种的培育和精准灌溉成为农业科学研究的热点论题和亟待解决的难题。白羊草(Bothriochloa ischaemum)是山西省暖性灌草丛类草地的建群种和优势种,对山西省退化草地改良和人工草地建植及生态建设具有重要意义,但目前水资源短缺限制了其应用效果,对其耐旱适应性和水分利用进行研究,可为培育抗逆高效的品种提供理论依据。本文以10个白羊草野生居群为试验材料,通过分析干旱胁迫下其生长性能、渗透调节物质及关键抗氧化酶的变化,筛选出2个抗旱性差异较大的居群,并分析干旱胁迫下其渗透调节物质、光合特性、叶绿素荧光诱导动力学特性、抗氧化能力等的变化规律,以期验证2个白羊草居群的抗旱性并揭示其抗旱机理。其主要结果如下:(1)以75%80%、60%65%、45%50%和30%35%土壤含水量对10个野生居群白羊草进行干旱胁迫,并分析其生长性能、渗透调节物质及关键抗氧化酶的变化。结果表明:随干旱胁迫程度的增加,其株高均降低,其根冠比、脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)和丙二醛(MDA)含量,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性均增加。其综合抗旱性强弱顺序为:汾阳(FY)>娄烦(LF)>太谷(TG)>隰县(XX)>柳林(LL)>中阳(ZY)>榆社(YS)>平定(PD)>浑源(HY)>阳曲(YQ)居群。(2)通过负水头负压供水控水盆栽装置(NPWSCPD)对FY和PD白羊草居群以75%80%、60%65%、45%50%和30%35%土壤含水量进行干旱胁迫。结果表明:NPWSCPD可保证干旱胁迫条件的一致性,其供水吸力值和土壤含水量呈极显著负相关关系。在相同供水吸力下,FY居群的总耗水量低于PD居群,而FY居群的绿叶率及其叶片相对含水量(RWC)高于PD居群。(3)随着供水吸力的增加,2个居群白羊草叶片的相对叶绿素含量(SPAD)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾系数(Tr)均降低,而胞间CO2浓度(Ci)则逐渐升高,表明非气孔因素是其Pn下降的主要限制因素。FY居群白羊草叶片的水分利用效率(WUE)随供水吸力的增加而升高,PD居群则降低;在中、高供水吸力下,FY居群的WUE高于PD居群。干旱胁迫的增加导致了白羊草叶片光饱和点和胞间CO2饱和点的降低。(4)随供水吸力的增加,2个居群白羊草叶片实际光化学量子产量(ΦPSⅡ)、最大光化学量子产量(Fv/Fm)、光化学淬灭系数(qP)及电子传递速率(ETR)均下降,且FY居群的降幅较PD居群低,说明FY居群的光合活性高于PD居群;其叶片细胞外膜被破坏,内膜解体,基质外渗,基粒片层扭曲、排列零乱,叶绿体游离到细胞中央。在高供水吸力下,FY居群淀粉粒增多,而PD居群几乎无淀粉粒,表明FY居群受到的干旱胁迫损伤小于PD居群。(5)随着供水吸力的增加,2个居群白羊草叶片的Pro、可溶性蛋白(SP)、SS含量均逐渐增加,且FY居群的增幅均高于PD居群;叶片相对含水量(RWC)降低,而白羊草叶片细胞膜透性(PMP)及MDA含量增加,FY居群的增幅均低于PD居群;其过氧化氢酶(CAT)、POD、SOD、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性也均降低,且FY居群白羊草叶片抗坏血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)含量的增幅高于PD居群。(6)综合分析生长性能、抗氧化系统、光合特性、渗透调节物质及叶绿素荧光参数等指标发现,FY居群白羊草的抗旱性强于PD居群。
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