淹水弱光复合胁迫对夏玉米根形态结构、生理特性和产量的影响

• 作者: 刘东尧 李潮海 李鸿萍 王群 董朋飞 赵向阳 闫振华
• 来源期刊: 中国农业科学
• 关键词: 夏玉米 淹水弱光复合胁迫 根结构 根活力 根吸收和活跃吸收面积 产量
• 年，卷（期）: 2020,（17）
• 所属期刊栏目: 耕作栽培·生理生化·农业信息技术
• 页码范围: 3479-3495
• 页数: 17页
• 字数: 12763字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.17.006

摘要

[目的]随着全球气候变化,玉米生长季气象灾害频发,阴雨寡照已成为黄淮南部地区玉米的主要非生物灾害之一.本研究通过比较2个敏感性不同玉米品种在花期淹水弱光复合胁迫的根系生长动态、结构特征和生理特性,以期探明玉米根系对花期阴雨寡照胁迫的响应特征.[方法]以郑单958和豫玉22为材料,设对照(CK)、淹水(W)、弱光(S)、淹水+弱光(WS)4个不同胁迫处理,采用盆栽试验比较不同胁迫处理下玉米根干重、长度、根表面积、根体积、节根层数的动态变化特征,探明根形态结构、根生理指标及产量对淹水、弱光及复合胁迫的响应特征.[结果]淹水、弱光及其复合胁迫下玉米根总干重、根总长度、根表面积和根体积均显著下降,3种逆境以淹水弱光复合胁迫降幅最大,其次是淹水、弱光单一胁迫,W、S、WS处理的单株根干重和根长度平均比CK降低15.21％、5.08％、21.07％和14.86％、5.52％、18.14％,根表面积和根体积则比CK平均降低9.83％、4.62％、12.72％和12.62％、6.61％、16.23％;WS处理的根干重、根长度、根表面积和根体积比W处理平均降低6.64％、3.84％、3.21％和4.12％,比S处理平均降低16.55％、13.10％、8.41％和10.32％,且WS与S处理间差异显著,与W处理之间差异不显著.淹水及复合胁迫下根通气组织发达,根气腔数量、面积、孔积率和节根层数明显增加,其中W、WS处理根单位面积上气腔数量比CK平均增加5.29和10.03倍,气腔面积较CK平均增加5.76和13.27倍,根孔积率较CK平均增加8.01和10.00倍,W和WS处理节根层数平均比CK增加1—2层,但S处理与CK无差异.淹水、弱光及复合胁迫使玉米根系生理指标和产量显著降低,尤其以复合胁迫下降幅度最大,各指标处理间变化趋势为WS<W<S<CK;逆境处理期间2个品种WS处理的根活力、根总吸收面积、活跃吸收面积和活跃吸收比CK平均降低52.82％、28.48％、36.72％和20.00％,玉米产量比CK平均下降24.52％,差异显著.随淹水、弱光时间延长,根形态和根生理指标降幅越大,而根通气组织数量、面积和孔积率则增幅越大,花期处理5—7 d是根系生长忍受淹水弱光胁迫的阈值.不同品种对淹水、弱光及复合胁迫的响应程度不同,钝感型品种(郑单958)在淹水弱光胁迫下根干重、根长度、根活力、根吸收面积等指标下降幅度小于敏感型品种(豫玉22),其中郑单958的W、WS、S处理根干重和根活力比CK平均降低13.71％、4.39％、16.28％和31.95％、9.99％、51.45％,而豫玉22降幅则分别为16.71％、5.78％、25.85％和43.83％、13.44％、51.19％,且郑单958根系适应胁迫5 d后表现出恢复性生长,而豫玉22则部分指标持续下降.2个品种在淹水弱光胁迫后根结构的变化亦表现不同,郑单958根系形成的融生型气腔规则,腔壁完整,细胞排列整齐,而豫玉22根系气腔不规则,腔壁部分断裂,部分薄壁细胞裂解;郑单958根气腔面积、数量和孔积率的增加幅度远大于豫玉22,且郑单958节根层数比豫玉22增加1—2层,表现出根系更强的逆境适应性和补偿性;郑单958产量降幅小于豫玉22,其中郑单958的W、S和WS处理比CK降低17.66％、13.30％、23.47％,而豫玉22产量比CK则分别降低20.86％、14.14％、25.53％.[结论]花期淹水、弱光胁迫严重限制根系生长发育、生理特征及产量,复合胁迫的效应远大于单一胁迫,淹水胁迫效应大于弱光胁迫;根系生长花期胁迫的阈值为5—7 d,根系通过增加节根层数、改变根结构、增加气腔数量和扩大气腔面积应对逆境胁迫,并且对逆境胁迫具有主动的自调节效应和适应性生长.