水分胁迫对洛麦9133幼苗根系生长特征的影响

单长卷

（河南科技学院,河南新乡453003）

水分是影响我国北方冬小麦生产力提高的重要因素之一,因此冬小麦与水分关系的研究成为当前农业研究中的重要课题.随着社会经济的发展,水源匮乏对农业生产的影响愈加严峻.农业是用水大户,而麦田灌溉消耗了大量的淡水资源.冬小麦的苗期整个生育过程受到水、肥、气、热等外界因素的综合影响.在诸因素中,水既是小麦植株体细胞的主要组成部分,又是体内一切代谢活动所不可缺少的物质.而水分短缺是影响我国北方冬小麦生产力提高的重要因素[1-3].根系是冬小麦幼苗吸收水分的主要部位,也是对水分胁迫最先起反映的部位,因而研究冬小麦幼苗根系生长特征对干旱胁迫的响应机制,对于揭示冬小麦抗旱性的本质具有重要意义.

近年来,尽管前人对水分胁迫条件下冬小麦叶片或根系的生理特性进行了大量的研究,但主要集中在水分胁迫条件下冬小麦幼苗某一生长时期关于酶活性、细胞膜透性、细胞膜稳定性、可溶性糖含量、脯氨酸含量、渗透调节等生理特性的研究上[4-6],对水分胁迫下冬小麦幼苗期根系生长特征的动态变化缺乏系统研究.因此,本文通过水培试验对水分胁迫下洛麦9133幼苗在0 d、6 d、12 d、18 d、24 d、30 d的根系生长特征进行测定,以期为揭示冬小麦根系形态抗旱提供参考依据.

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为冬小麦品系洛麦9133,属半冬性、中早熟、高产、稳产、多抗型品系,抗旱、耐冻性较强.麦种发芽、生根展叶后移入小塑料杯进行营养液培养.小塑料杯高10 cm,直径为5 cm.

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验在河南科技学院植物生理生化实验室进行,以洛麦9133为实验材料,挑选子粒饱满的种子用5%次氯酸钠消毒5 min,自来水反复冲洗后放入25℃温箱.2 d后,挑选生长均匀的幼苗放入小塑料杯中,在光照培养箱进行培养.共设2个处理,分别为10%（W/V）PEG-6000胁迫处理和对照处理,每个处理3个重复,分别在幼苗胁迫的0 d、6 d、12 d、18 d、24 d和30 d对幼苗根系生长特征进行测定.

1.2.2 测定方法 主要技术指标测定：每6 d对不同水分胁迫处理测定1次,每次3个重复,每次分别从各处理中选择完整的根,分别测定总根数、根系总长、最大根系长、根系体积、根系干重、地上部干重和根冠比,根冠比%=（根干重/地上部干重）×100%,所得数据采用SPSS软件处理,并进行差异显著性比较.

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对冬小麦幼苗根系总数的影响

图1为水分胁迫下冬小麦根系总数的动态变化情况,水分胁迫下冬小麦幼苗总根数呈增加趋势.随生长进程的推进,冬小麦幼苗分根数逐渐增大,且在6～30 d之间水分胁迫处理的冬小麦总根数均小于对照,这说明水分胁迫降低了冬小麦的分根能力,对根系生长不利.通过方差分析和显著性测验得知,0～30 d处理对照差异均不显著,这说明水分胁迫对冬小麦总根数影响不显著.

2.2 水分胁迫对冬小麦幼苗根系总长的影响

图2为水分胁迫下冬小麦幼苗根系总长的动态变化情况,水分胁迫条件下冬小麦幼苗根系总长呈增加趋势,且在6～30 d之间处理的冬小麦根系总长均小于对照.这说明,水分胁迫限制根系组织细胞的伸长能力,阻碍了冬小麦根系总长的增加,对根系生长不利.通过方差分析可知,水分胁迫对冬小麦幼苗根系总长的影响在6～30 d均达到显著水平.这进一步说明,水分胁迫严重影响了冬小麦根系总长.

图1 水分胁迫对冬小麦总根数的影响

图2 水分胁迫对冬小麦根系总长的影响

2.3 水分胁迫对冬小麦幼苗最大根系长的影响

图3为水分胁迫下冬小麦幼苗最大根系长的动态变化情况,水分胁迫条件下冬小麦幼苗最大根系长呈增加趋势.且在6～30 d之间处理的冬小麦最大根系长均小于对照.这说明,水分胁迫降低了冬小麦幼苗最大根系长,限制了根系组织细胞的伸长能力,对根系生长不利.水分胁迫对冬小麦幼苗最大根系长的影响0～6 d不显著,12～30 d均达到显著水平.这进一步说明,水分胁迫影响了冬小麦最大根系长,对冬小麦根系生长不利.

2.4 水分胁迫对冬小麦幼苗根系体积的影响

图4为水分胁迫下冬小麦根系体积的动态变化情况,水分胁迫条件下冬小麦幼苗根系体积呈增加趋势.但在6～30 d冬小麦根系体积因水分胁迫而降低.水分胁迫对冬小麦幼苗期根系体积的影响在0～6 d差异不显著,而12～30 d时均达到显著水平.这说明水分胁迫限制了冬小麦幼苗根系组织的伸长能力,不利于冬小麦根系生长.

2.5 水分胁迫对冬小麦幼苗根系干重的影响

图5为水分胁迫下冬小麦幼苗根系干重的动态变化情况,水分胁迫条件下冬小麦幼苗根系干重均呈增加趋势,但在6～30 d之间对照冬小麦根系干重始终大于处理.这说明冬小麦幼苗在水分胁迫条件生长受到了抑制.0 d水分胁迫对冬小麦幼苗期根系干重的影响不显著,6～30 d达到显著水平.这说明水分胁迫严重影响了冬小麦根系生长,降低了根系干重.

2.6 水分胁迫对冬小麦幼苗根冠比的影响

图6水分胁迫下冬小麦根冠比动态变化情况,水分胁迫处理和对照冬小麦幼苗根冠比均呈下降趋势,且处理的根冠比始终大于对照.这说明冬小麦为了适应水分胁迫,自我调节光合产物的分配方向,较多地提高根比重,有利于根系吸收水分,缓解植物对水分的供求矛盾.0 d水分胁迫对冬小麦幼苗期根冠比的影响不显著,6～30 d达到显著水平.这说明,水分胁迫严重影响了冬小麦幼苗的生长,改变光合产物的分配策略,一方面降低地上部比重,另一方面较多地提高根比重,这有利于根系吸收水分增加抗旱性来抵御水分胁迫,从而提高冬小麦抗旱性,使其适应干旱逆境.

图3 水分胁迫对冬小麦最大根系长的影响

图4 水分胁迫对冬小麦根系体积的的影响

图5 水分胁迫对冬小麦根系干重的影响

图6 水分胁迫对冬小麦根冠比的影响

3 讨论

根系的生长特征变化是根系在外部形态上对水分胁迫的响应.从冬小麦幼苗期的根系部分生长特征的测量结果可知,水分胁迫降低了冬小麦总根数、根系总长、最大根系长、根系体积、根系干重,限制了根系的生长.这说明水分胁迫对根系生长不利.这与前人的研究结果[7-8]基本一致.

根冠比是反映根系与地上部生长协调状况的重要指标[9],是在环境因素作用下,经过作物体内许多基本变化过程及自我适应、自我调节后最终表现出的综合指标.根、冠生长过程中存在着相互依存,互为竞争的关系；当水分充足时,二者相互依赖和促进；当环境条件不利时,又为自身获得生存物质而竞争[1 0-1 1].同时,根和冠的生长又是异速的,两者各有其快速生长阶段,它们的相对生长速率随时间和环境条件而变化[12].如果作物生长不受任何条件的限制,则干物质在根、冠间只有一种分配模式,根、冠生长速率之间只有一个固定的比率；如果环境条件改变,则根、冠间的分配模式发生改变.水分胁迫显著影响冬小麦的干物质生产总量及其在根、冠间的分配比例[7-8],从而对冬小麦根、冠生长关系产生重要影响,进而影响产量形成.研究根冠关系对合理利用水资源,调控作物生长发育,达到用最经济的水分资源换取根冠间的最适比例,实现作物高产高效具有重要意义.

通过对水分胁迫条件下根冠比的方差分析可知,水分胁迫对冬小麦幼苗期根冠比的影响0 d不显著,6～30 d达到显著水平.这说明,水分胁迫能够改变光合产物的分配策略,增大向根系的分配份额,维持其生长,相对增加根系生物量,这有利于根系吸收水分增加抗旱性来抵御水分胁迫,从而提高冬小麦抗旱性,使其适应干旱逆境.

冬小麦幼苗对水分胁迫的生态反应是整体的,生物量分配在一定程度上反映了幼苗受水分胁迫时的生存对策,幼苗在地上部重量降低的同时,较多地提高根比重,有利于缓解植物对水分、养分的供求矛盾,使其适应水分逆境,从而提高了冬小麦幼苗的根冠比.

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