本文是一篇农业推广论文,渭北旱塬作为陕西省重要的小麦产区,对保障陕西省粮食生产安全具有重要作用。选育和推广一批适合本地种植,高产稳产的小麦品种对促进该地区农业高质量发展、保障农民利益具有重要意义。为探究铜麦 6 号在渭北地区推广的生理基础,本研究测定和分析了在低温胁迫、干旱胁迫、盐胁迫、低温干旱共胁迫、低温盐共胁迫、干旱盐共胁迫和低温干旱盐共胁迫下铜麦 6 号和晋麦 47 苗期的生长发育状况和光合生理特性。
第一章 文献综述
1.1 研究背景及目的意义
小麦作为最重要的粮食作物之一,在全球粮食作物中占有至关重要的地位,全球以小麦为主要粮食的人口大约有 35% 以上。然而,随着全球气候变暖,干旱、气候异常等的不断频发,小麦的生长环境受到越来越多的挑战。目前,世界上大约 70%的小麦种植区分布在干旱、半干旱地区[1],这些地区的小麦生产面临着干旱的严重威胁;同时由于全球气候变暖导致的无霜期缩短,春季气温变化不稳定,使得倒春寒等低温冻害发生的频率增多。低温、干旱等胁迫对小麦的生产已经产生严重影响,制约着小麦的高产稳产。据统计,由干旱而引发的灾害每年对我国作物的影响造成的经济损失占了国内生产总值的 0.7%~1.5%,而小麦晚霜冻害可造成小麦减产 4~6 成[2]。因此研究低温干旱及其共胁迫对小麦的响应对应对小麦生产面临的越来越严峻的干旱低温环境具有重要意义。渭北旱塬地区是重要的小麦产区,小麦生产对保障陕西省的粮食安全有重要意义。
渭北旱塬(107°48′~109°45′E,34°18′~36°04′)位于陕西关中平原与黄土高原之间,耕地面积占陕西省耕地总面积的 36.2%,小麦产量占陕西省小麦总量的70%,是全省重要的粮食产区[3]。该地水资源十分稀缺,年均降水量仅为 420 mm~700 mm,同时蒸发量很大[4],导致该地区小麦生长所需水分严重不足,亩产较低,仅为 1500 g/hm2,不到关中平原的 1/3[4]。据统计,40 年间渭北旱塬区域平均气温上 0.0311 /a,而降水量每年以 1.0357 mm/a 的速度下降[5]。这表明渭北旱塬地区的暖干趋势明显,干旱加剧,需要不断研发推广抗旱的小麦品种来保障本地粮食安全生产。低温冻害也是造成谷类作物减产的主要因素之一[6],研究表明,春季低温冻害能较大地影响小麦穗部发育和粒重,导致小穗不育率增加,且穗粒数减少严重,千粒重降低显著[7]。近年随着春季气温变化异常的增加,倒春寒等低温冻害的发生严重影响着小麦的稳产高产,仅1981~2000 年的 20 年里,我国小麦主产区发生的倒春寒就有 9 次,发生率达 45%[8]。同时渭北旱塬地区耕地多为梯田坡地,相对于另外两大麦区耕作基础差,土地盐碱化较为严重,在小麦全生长期内常年存在季节性干旱,其小麦产量决定因素不仅取决于小麦品种自身抗性强弱,更多的是受自然气候因素决定[9]。渭北旱塬地区耕作条件和气候条件的不足,常年制约该地区的小麦生产,在该区域,小麦生长常年受干旱、盐碱影响十分严重,干旱和盐碱是制约渭北旱塬小麦生产的主要自然因素[9]。
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1.2 低温胁迫研究进展
1.2.1 低温胁迫对植物的影响
低温是危害植物生长发育的非生物逆境之一,低温胁迫通常分为冷害和寒害。温度在零摄氏度以下,水分子已经结冰时对植物的危害称为寒害;冷害主要指温度在零摄氏度以上、水尚处于液态,对植物机体所产生的伤害。低温胁迫对植物的损伤程度由多种因素共同决定,其中有低温的程度、低温胁迫所持续的时间以及植物自身对低温的适应能力强弱[11]。
1.2.2 低温胁迫使植物受害的原因
低温破坏植物膜系统。作为一个把生物细胞及细胞器与周围环境相隔离的结构,细胞膜起着分泌与运输蛋白质、吸收营养物质、排出代谢物质的重要作用。主要由流动性的磷脂双分子层构成,是植物最先感受外界刺激作出反应的感受器[12]。在低温逆境中,细胞膜由液晶状态变为凝胶状,导致脂肪链由正常环境下的无序状态转变为变为有序状态,致使膜收缩并出现通道或裂缝,导致膜的通透性增加,膜结合酶的能力下降,从而使胞内离子渗透失去固有的平衡,同功酶等膜游离酶和结合酶的活性失调[12] 。
1.2.3 低温冻害对植物光合作用的影响
在植物进行光合作用的过程中,温度作为主要因素之一,对植物光合作用的速率具有重大的影响。在低温胁迫条件下,植物吸收和转化光能的能力会受到抑制,从而引发加剧光抑制[13]。低温胁迫下,植物的光合器官的结构和活性会受到损害、叶绿素气孔导度降低、参与光合作用的酶活力降低、光合电子传递以及碳同化速率减慢。
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第二章 低温干旱盐胁迫对铜麦 6 号和晋麦 47 苗期生长发育和光合特性的影响
2.1 材料
2.1.1 植物材料
小麦品种铜麦 6 号和晋麦 47 种子由西北农林科技大学农学院小麦柳枝稷遗传改良研究团队提供。
铜麦 6 号特征特性:半冬性,全生育期 245 天,与晋麦 47 熟期相当。幼苗匍匐,叶片宽长,叶色灰绿,分蘖力中等。株高 78 厘米,株型半松散,抗倒性较好。旗叶上举,整齐度好,穗层整齐,熟相较好。穗纺锤形,长芒、白壳、白粒,籽粒角质,饱满度较好。亩穗数 34.4 万穗,穗粒数 31.9 粒,千粒重 40.2 克。抗病性鉴定,高抗叶锈病,慢条锈病,中感白粉病,高感黄矮病。2019 年通过国家审定,编号国审麦20190045。
晋麦 47 主要特性:弱冬性、中早熟品种。幼苗半匍匐,长势稳健,分蘖力较强,成穗率较高。株高 85-90 厘米,叶片上倾,株型紧凑,穗层整齐,穗长方型,长芒,白壳,白粒,穗粒数 28-35 粒,千粒重 42-45 克。抗旱耐冻性较好,灌浆速度快,落黄好,抗干热风能力强,抗倒伏能力较好,中感条、叶锈病,是国家和山西省、陕西省旱地区试对照品种。
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2.2 方法
2.2.1 预试验处理
2.2.1.1 幼苗培育
(1)试验以铜麦 6 号和晋麦 47 为材料,选择匀一饱满的铜麦 6 号和晋麦 47 的种子各 160 粒(80 粒/盒),用蒸馏水清洗后分别置于发芽盒中,然后放入光照培养箱中预发芽 7 天,光照培养箱条件设定为:白天 20 小时 20℃、黑夜 4 小时 15℃。
(2)7d 后将发芽完成的小麦幼苗固定于泡沫打孔的育苗盘上移至装有营养液的水培箱中,并放置在恒温培养箱中进行培养获得 15d 的小麦幼苗供胁迫处理使用。
幼苗培养期间,每天相同时间段对水培箱方位前后进行调整,以保证幼苗生长的光照条件以及光照时长一致。同时,每间隔 2d 更换一次营养液,每次水培箱使用之前用 8%的次氯酸钠溶液处理 10 分钟,减少绿藻对根部营养吸收的影响间接对幼苗生长带来的不利影响,从而降低绿藻对试验结果的影响。幼苗培养过程中,水培箱方位调换和营养液更换周期性进行,直至每一批次材料试验处理、相关指标测定、取样拍照记录等结束为止。光照培养箱条件设定:设定为白天 20 小时 20℃、黑夜 4 小时 15℃为1 天周期性培养小麦幼苗。
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第三章 结论 ..............................41
3.1 低温胁迫对铜麦 6 号和晋麦 47 苗期生长发育状况和光合生理特性影响 ......41
3.2 干旱胁迫对铜麦 6 号和晋麦 47 苗期生长发育状况和光合生理特性的影响 ..41
3.3 盐胁迫对铜麦 6 号和晋麦 47 苗期生长发育状况和光合生理特性的影响 ......42
3.4 低温干旱胁迫共同作用对铜麦 6 号和晋麦 47 苗期生长发育状况和光合生理特性的影响 ....................42
第三章 结论
3.1 低温胁迫对铜麦 6 号和晋麦 47 苗期生长发育状况和光合生理特性影响
研究表明,在低温胁迫早期,铜麦 6 号和晋麦 47 的各项光合生理指标均有显著变化,其中,最大光合效率 Fv/Fm、光系统 II 实际光合效率 Y(II)、光化学淬灭系数 qL、光系统 I 实际光合效率 Y(I)、非光化学能量耗散的量子产量 Y(NA)、光合速率 Photo、胞间二氧化碳浓度 Ci、气孔导度 Cond、蒸腾速率 Tr 均显著降低,而调节性能量耗散的量子产量 Y(NPQ),非光化学淬灭系数 qN、非光化学能量耗散的量子产量 Y(ND)、非调节性能量耗散的量子产量 Y(NO)均显著升高。但经过持续低温胁迫后,除了 Ci、 Photo、Cond、Tr 外,所有指标均有恢复到其 0h 值的趋向,其中,铜麦 6 号的 Y(II)、Y(NO)、qL、Y(I)在持续低温胁迫 72h 后均与 0h 无显著差异,而晋麦 47 在低温胁迫中其所有参数均与 0h 值有显著差异,且铜麦 6 号 Y(ND)和 Y(NPQ)在低温胁迫下的恢复程度大于晋麦 47 的恢复程度,从而可以得出低温胁迫下铜麦 6 号对低温适应性较强于晋麦 47。
低温胁迫相似,在干旱胁迫下,铜麦 6 号和晋麦 47 的 Fv/Fm、Y(II)、qL、Y(I)、Y(NA),Photo、Ci、Cond、Tr 均显著降低,而 Y(NPQ)、Y(NO)、qN、Y(ND)均显著升高。其中,Y(II)、Y(NPQ)、qN、qL、Y(I)、Y(