全 文 :收稿日期:!""#%" 接受日期:!""&"′%(
基金项目:国家自然科学基金()")#"&)),)"##%!*#);河北省自然科学基金(+!""*""",)*,)")%#();高等学校博士点专项科研基金
(!""’""&*""))资助。
作者简介:任新茂(%(&%—),男,河北衡水人,硕士研究生,主要从事作物栽培生理研究。-./012:345615/078%*)9 :7/
! 通讯作者 ;42:")%!#’!%)%*,-./012:56<2:=8>4?0@A 4=@A :5 水分胁迫对棉花光合产物在下部“铃!叶系统”中 运转分配的影响 任新茂,李存东!,孙红春,刘灵娣,刘连涛 (河北农业大学农学院,河北保定 "#%""%) 摘要:为了解棉花叶片光合产物在干旱环境下的运转分配规律,在防雨棚中设置不同水分条件对棉花进行了研究。 通过利用%,+B!在棉花的盛蕾期、盛花期对棉花下部主茎叶片进行饲喂,研究在严重胁迫(CC)、中度胁迫(DC)、以及 对照(+E))个不同水分处理环境下%,+光合产物在棉株下部“铃叶系统”中的运转与分配特征。结果表明,随着水
分亏缺程度的加重,%,+光合产物在标记叶中滞留量增加,向外输出量减少;所产生的光合产物向幼铃和根部输送
的比率增加,向成铃与主茎生长点的分配比率下降。对纤维品质的测定结果表明,在棉花生长的前期,适当的干旱
胁迫不会对纤维品质造成显著的影响。
关键词:棉花;水分胁迫;%,+光合产物;叶位;铃叶系统;分配
中图分类号:C’*!9"% 文献标识码:F 文章编号:%""&’"’G(!""&)"*%%,("’ !""#%& ’" ()%#* &%*#&& ’+ %*)+&,’) 31’%’&4+%1)%#& ’" ,’(#*“/’,,5,#)" &4&%#6”-+ ′%"& ’%(")"*+,’%(,-.#/.(0# 1),2(3,/+ "& 45,,60"7,)% 89:88:,!;,)0)
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史上,作物水分与抗旱性当属最早开展研究的领域
之一,一直备受关注[%]。水资源不足已成为干旱半
干旱地区普遍关注的问题。农业作为用水大户不仅
关系到水分利用率的改善,而且与作物产量和品质
密切相关[!]。水分影响着大田作物的生长发育及最
终的产量[)∗]。水资源的短缺是世界性的问题,!%%’)
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
W205O I@O31O175 05= X43O121Y43 C:145:4
作物产量的形成实质上是源库互作的过程[!]。
水分条件的变化会改变植物体内各组成部分间光合
产物的分配。水分胁迫对光合作用的影响包括对光
合产物的影响和对源库关系变化的影响。同化物在
各库器官间的分配最终会影响作物收获时的经济产
量,而植物同化物的分配又受诸多外界环境因素的
影响。水分条件作为其中的一个重要因素,一直是
高产理论研究的焦点,在此领域内已有关于各种植
物的许多报道["#""*]。然而,关于水分胁迫条
件下作物的碳素运转及分配规律的研究以盆栽试验
居多,在大田环境中报道尚少。本试验旨在研究大
田环境中不同程度水分胁迫下,棉花下部主茎叶的
光合产物的运输和分配规律,为节水农业及棉花的
抗旱生理研究提供一定的理论依据。
! 材料与方法
试验于 +##) 年在河北农业大学教学试验基地
(%,-&!./,""(-+).0)防雨棚中进行。试验地土质为
壤土,#—+# 12耕层有机质含量 "+3,& 4 ’ 54,全氮含
量 #3!! 4 ’ 54,速效氮、磷、钾含量分别为 *!3!&
24 ’ 54、&&3+( 24 ’ 54、,+3,+ 24 ’ 54。供试棉花(棉)
(!"##%光合产物输出量
和输出率
从表 "可知,随着水分亏缺程度的增加,在盛蕾
期和盛花期,棉株饲喂叶在同化产物的绝对输出量
上表现出了不同程度的降低,为 :: L >: L =?,另
外,从盛蕾期"盛花期 %种水分条件下都表现出了
输出率降低,而且降低程度为 :: M >: M =?,说明干
旱胁迫不同程度地阻碍了源的同化产物输出,且干
旱胁迫愈严重,受影响愈大。
"#" 盛蕾期不同干旱胁迫对下部主茎叶!%&’( ! )*+,*+ -*%.+/+0 %.1 2*+,*+ 3%+/.4 25 !"# 6 ,72+280.+7%+(8 25 ’(%9(8 /. ’2:(3 ,%3+ ;%/. 8+(; 523 1/55(3(.+ +3(%+;(.+
水分处理
!"#"#&’# 盛蕾期 ()**+,)- .#"/ 盛花期 (*0%.1’1!23(14&) 输出率 5)#4)# %"#(6) !23(14&) 输出率 5)#4)# %"#$(6)
77 89:;<;: = 9>?<;8 , ?9<>9 = 9<>@ " >;;A?9?B<9> , >CD7 >:BA:<8@ = :C;;B = 9<;@ ",
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不同字母表示差异达 ?6显著水平 K3HH’# *##%. &"’. .3/’3H31"’# "# ?6*L∗J下同MN ."&,*0OJ
表 < 盛蕾期不同处理下部主茎叶光合产物在全株中的分配(=)
% #%"#&’#
P*"’# 0%/"’. 77 D7 EF
饲喂叶 Q",∗- *$"H 9?
物在全株中分配的影响
表 @看出,与中度胁迫和对照相比,严重胁迫下
部主茎叶产生的光合产物大部分滞留在了饲喂叶
中,且差异达到显著水平;输出的大部分运到了第
一果节铃,根部,向主茎生长点、外围第三果节铃及
对应果枝上其他部位运送的很少。与对照相比,中
度干旱下部主茎叶中的光合产物更多的运到了对应
果枝外围第三果节蕾中,差异达到显著水平。可见,
在严重水分亏缺环境下,为保证自身的养分需求,大
部分光合产物被主茎叶消耗。另外,缺水条件下,光
合产物在根中的比率增加,使根 T冠比率增大,根系
深扎,能更有效地利用土壤深处水分。
<@" 不同干旱胁迫对棉花下部铃纤维品质的影响
棉花纤维品质是决定棉花经济价值的重要指
标,除受品种遗传特性的影响外,还受环境条件的影
响。随机取样进行纤维品质测试结果(表 9)显示,
不同水分胁迫处理中,上半部平均长度、断裂比强
表 A 盛花期不同处理下部主茎叶!"#光合产物在全株中的分配(=)
% #%"#&’#
P*"’# 0%/"’. 77 D7 EF
饲喂叶 Q",∗- *$"H B@<9? = ?
对应果枝第三果节铃 R0** 3’ #N3%- 40.3#30’ 0H 10%%$.40’-3’/ H%)3# ,%"’1N A<:A = A
对应果枝其他 5#N.40’-3’/ H%)3# ,%"’1N :<:A = A
度、伸长率随供水量的增加呈递增趋势;而整齐度
指数、马克隆值呈递减趋势,且严重干旱处理下棉纤
维马克隆值最差。这与马富裕等[!"]提出的“在干旱
条件下,纤维品质会受到影响,表现为绒长缩短,纤
维变粗”的观点相似。另外,与对照相比,中度干旱
棉纤维品质并未受明显影响。
表 ! 不同处理下棉花下部铃纤维品质的比较
"#&, 12#%-34 3,#-3. 0), 5-00&,&/3 3,*&/3.
纤维品质 水分处理 #%(&)%
*+,&’ -./++%1 22 32 45
上半部平均长度 67&’8& /&)8%9 :; 1.<&’+:’ 9/; <′ A!?= @ C?D! 整齐度指数 E)F&G :; ’&8./’+%0(H) "I?" @ A?A> "I?C@C?I= "=?I @ !?=B 断裂比强度 J’&K+)8 1%’&)8%9(4L M %&G) =>?D @ !?NC =B?!@=?DN ="?D @ C?!D 马克隆值3+O′:)+’&P7/.& D?A @ C?NA, I?D @ C?DA A?D@C?DA,伸长率Q/:)8%+:) ’ >?> @ C?=! >?B@C?=!
6 讨论与结论
光合作用是植物生长发育的基础,直接关系到
植物各器官的生物量分配,从而最终影响产量。另
外,干旱的环境条件对光合产物向各器官分配比例
的变化也反映了其对生态环境的适应能力。叶片作
为植株的光合源和营养源,是其对应果枝蕾铃生长
发育所需有机养分的主要制造器官。因此,主茎叶
的光合产物的运转分配在很大程度上决定了棉铃发
育及产量与品质的形成。同化物的分配运输不仅取
决于本身源、库的特性,而且还在很大程度上受外界
环境条件的影响和调节[!N]。
3′.′等[=C]研究表明,棉花叶片受水分胁迫达R=?C3S时,同化物外运显著下降。本研究结果表
明,土壤由正常水分!中度水分胁迫!严重水分胁
迫发展时,下部主茎叶!I4光合产物的滞留量显著增
加,输出的光合产物绝对量和百分率显著下降,且减
少幅度逐渐增大。说明土壤水分亏缺环境下,源活
性受到了影响。另外,在盛花期棉叶的光合产物输
出量明显低于盛蕾期,说明盛花期比盛蕾期对水分
亏缺的反应更为敏感[=!]。
通常情况下,当一个主要库器官的生长对水分
胁迫敏感时,光合产物将优先分配给能够保持较强
库力的其他器官[==],以使植物以后可以忍受更强的
胁迫[=A]。不同程度的水分胁迫使光合产物向主茎
生长点的输送比率下降,说明茎尖与幼叶对水分胁
迫比较敏感。水分胁迫条件下,新叶数量减少和新
梢生长变慢可能是其对光合产物的调运能力变弱所
致。在干旱胁迫环境下,棉花主茎叶的光合产物集
中运向了根系。从库源关系看,在干旱条件下根系
有较大的同化物累积库,因而冠层的受损程度相对
较小,这可能是作物功能平衡的自适应体现。在水
分胁迫下,同化物优先供应根系生长以吸收更多的
水分,来满足作物的功能平衡生长。另外,标记叶中
同化产物由盛蕾期的大部分运送到根部到盛花期大
部分运送到邻近棉铃的过程,验证了许多学者提出
的生长中心随发育期转移的理论[=I]。
本研究还表明,在严重干旱环境中,棉纤维的马
克隆值最差,说明严重干旱胁迫对棉花纤维品质的
影响是极为明显的,这与肖俊夫等[=D]提出的“不必
考虑不同供水量对棉花纤维品质的影响”的结论有
所不同。另外,中度干旱胁迫环境下棉叶光合产物
运输与分配及纤维品质与对照相比无明显差异,其
差异并未超出原品种纤维品质的遗传特性范围,因
此在棉花生产的前期采取适当的亏水灌溉,对于节
水农业中有限水的高效利用具有重要意义。
参 考 文 献:
[!] 山仑 T 植物抗旱生理研究与发展半干旱农业[U]T 干旱地区农
业研究,=CCB,=D(!):!RD?
29)VTS/)% F’:.89% ’&1+1%)O&)F 1&(+PF’0/)F;’(+)8[U]T 68’+OT
W&1T 6’+F 6’&1,=CCB,=D(!):!RD?[=]杨贵羽,罗远培,李保国,陈晓远T水分胁迫持续时间对冬小麦跟冠生物量累积的影响[U]T干旱地区农业研究,=CC>,=I(I):NIRN"?X)8 Y X,V.: X S,V+ J Y,49&) Z XT [9& &;;&O% :; 1.1%+)+)8)F 19::% \&+89% OO.(./%+:) +) \+)%&’ \9&1,=CC>,=I(I):NIRN"?
[A] X)8U,]9)8 U,V+. V !" #’,:) ’&(:,+/+^)F 8’+);+//+)8+)U<:)+OME)F+O 90,’+F ’+O& 1.,_&O%&F %: <:1% ),#%&’ (,4<&- #- >;;9 - .1)9 -,?@@A,BC(B):DEFDGH
[C] 肖俊夫,刘祖贵,孙景生,等 - 不同生育期干旱对棉花生长发育
及产量的影响[#]- 灌溉排水,BIII,BJ(B):?EF?GH
+<%) # K,,<" L M,N"& # N !" #4<&%[#]- *%2056N%P- O55<’-,BIIJ,(A):EIH
[J] 王缨,聂林军 - 棉叶蒸腾强度和缺水率的测定[#]- 中国棉花,
BIJE,(A):?GFE@H
*%&’ W,S<0 , #- (02057<&%2<)& )/ 1)22)& 25%&3;<5%2<)& %&8 :%205
9%1X<&’ 5%20[#]- # - )22)& Y03-,BIJE,(A):?GFE@H [I] 荣湘民,刘强,朱红梅 - 水稻的源库关系及碳、氮代谢的研究进 展[#]- 中国水稻科学,BIIJ,B?(增刊):DEFDIH Y)&’ + Z,,<" Q,L4" ! Z- >8P%&103 <& 5030%514 )& 3)"51063<&X 506 9%2<)&34<; %&8 1%5U)& %&8 &<25)’0& 702%U)9<37 )/ 5<10 ;9%&23[#]-4<&-
Y<10 N1< -,BIIJ,B?(N";;9 -):DEFDIH
[B@] 葛体达,隋方功,李金致,等 - 干旱对夏玉米根冠生长的影响
[#]- 中国农学通报,?@@C,?B(B):B@EFB@IH
M0 R (,N"< K M,,< # L !" #4<&- #- >’5<1-,?@@C,?B(B):B@E
FB@IH
[BB] 刘长利,王文全,崔俊如,等 - 干旱胁迫对甘草光合特性与生
物量分配的影响[#]- 中国沙漠,?@@D,?D(B):BA?FBACH
,<" ,,∗"< # Y !" # % .//0123 )/ :%205 325033 )& ;4)6
2)3=&2403<3 %&8 1%5U)& %99)1%2<)& <& $"&&<&’4%7<% 9%&10)9%2% 30089<&’3
[#]- >12% V4=2)01)9 - N<&-,?@@C,?I(E):EIAFA@?H
[BE] 吕金印,山仑,高俊凤 - 水分亏缺对小麦碳同化物的动员与分
配[#]- 核农学报,?@@?,BD(A):??JF?EBH
,\ # W,N4%& ,,M%) # K- Z)U<9<[%2<)& %&8 8<3253<7<9%203 )/ :40%2 "&805 :%205 80/<1<23[#]- >12% >’5<1- S"19 - N<&-,
?@@?,BD(A):??JF?EBH
[BA] 李少昆,肖璐,黄文华,等 - 不同时期干旱胁迫对棉花生长和
产量的影响 - !棉花生长发育及生理特性的变化[#]- 石河子
大学学报(自然科学版),BIII,E(A):?CIF?DAH
,< N ],+<%) ,,!"%&’ * ! !" # % .//0123 )/ 80/<1<2 <55<’%2<)& )&
’5):24,80P09);70&2 %&8 =<098 <& 1)22)&[#]- O55<’ - (5%<&,?@@@,BI
(E):EEFEGH
[BD] 隋方功,葛体达,刘鹏起,等 - 干旱对夏玉米碳素同化、运转与
分配的影响研究[#]- 中国农业生态学报,?@@D,BA(E):?EAF
?EGH
N"< K M,M0 R (,,<" V Q !" #$ % N2"8<03 )& %11"7"9%2<)&,25%&39)6
1%2<)& %&8 508<325[#]- 4<&- #- .1)6>’5<1-,?@@D,BA(E):?EAF?EGH [BG] ]%’%:% R *,#)34"% ! !- >99)1%2<)& %&8 2"5&)P05 )/ ;4)2) 3=&2402<6 1%99= %33<7<9%208 BA_? <& 90%P03 )/ -(.+/! 0#1 ,-9%5X[#]- V9%&2
V4=3<)9,BIJC,(GG):?DDF?GAH
[BJ] 马富裕,刘全义 - 我国棉花耐旱碱育种的进展与前景[#]- 中
国棉花,BIJJ,?C(?):AH
Z% K W,,<" Q W- R40 0P)9"2<)&3 %&8 ;5)3;012 )/ 1)22)& 85)"’42 %&8
%9X%9< 2)905%&10 <& 4<&%[#]- # -)22)& Y03-,BIJJ,?C(?):AH
[BI] 龚月桦,高俊凤 - 高等植物光合同化物的运输与分配[#]- 西
北植物学报,BIII,BI(E):CDAFCG@H
M)&’ W !,M%) # K- R5%&3;)52 %&8 ;%52<2<)&<&’ )/ ;4)2)%33<7<9%20 <&
4<’405 ;9%&2[#]- >12% ‘)2 - ‘)50%9<6_11<8- N<&-,BIII,BI(E):CDA
FCG@H
[?@] Z%5"5 #,Z%[[%/05 > V,Z%’%94%03 >- % > 32"8= )& 85)"’42 <&8<103 %&8
9):05 9<7<2 )/ 3"<2%U90 3)<9 7)<32"50 )/ 1)22)&[#]- >12% M)33=;<< N<&-,
BIII,BB(B):ECFEJH
[??] *%589%: O K- R40 0//012 )/ :%205 325033 )& 25%&39)1%2<)& <& 509%2<)& <&
;4)2)3=&2403<3 %&8 ’5):24[#]- >"32 #- ‘<)9 - N1< -,BIDI,?B:?CF
EIH
[?E] *032’%20 Z .,‘)=05 # N- $%5U)4=85%20 50305P03 %&8 50;5)8"12
BIJ?,D?:JCCFJD@H
[?C] 肖俊夫,刘祖贵,俞希根,等 - 滴灌条件下不同供水模式对棉
花产量及品质的影响[#]- 棉花学报,?@@?,B?(A):BIAFBIGH
+<%) # K,,<" L M,W" + M !" #$ % .//0123 )/ 82<)& )& 9<&2 =<098 %&8 /
ECBBD期 任新茂,等:水分胁迫对棉花光合产物在下部“铃F叶系统”中运转分配的影响