胥生榮, 張恩和, 馬瑞麗, 王 琦, 劉青林, 武 睿

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干旱脅迫及復水對耐旱枸杞水力學特性的影響*

胥生榮1,3, 張恩和1**, 馬瑞麗1, 王 琦2, 劉青林1, 武 睿1

(1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院 蘭州 730070; 2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院 蘭州 730070; 3. 古浪縣林業(yè)局 武威 733100)

耐旱枸杞是西北干旱地區(qū)重要的經(jīng)濟作物, 為進一步明確枸杞水分運輸特性, 提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力, 在甘肅省古浪縣農(nóng)業(yè)示范基地(37.09oN, 102.79oE)以2年生‘寧杞1號’、‘寧杞5號’和‘蒙杞1號’3個枸杞品種苗木為試驗材料, 設計3個處理[N: 正常水分; M: 中度干旱; S: 重度干旱], 研究干旱脅迫對光合速率、氣孔導度、冠層和根系導水率的影響, 以及干旱脅迫后復水對枝條導水率的影響。結果表明: 隨著干旱程度增加, 枸杞冠層、枝條和根系導水率均下降, ‘寧杞5號’在干旱脅迫后植株導水率的減小和根系導水阻力在整個植株中所占比例的增大最顯著; 通過擬合木質(zhì)部脆弱性曲線發(fā)現(xiàn), ‘寧杞1號’導水率損失50%時木質(zhì)部水勢顯著高于‘寧杞5號’和‘蒙杞1號’。枸杞葉片凈光合速率和氣孔導度與植株葉片導水速率具有顯著相關性。干旱脅迫復水后植物生長主要取決于根系恢復吸水的能力, 干旱脅迫復水4 d后苗木導水率呈現(xiàn)不同程度的恢復, ‘蒙杞1號’導水率恢復速度最快, 并出現(xiàn)顯著補償效應, 恢復速度最慢的為‘寧杞5號’。綜合分析表明, 枸杞耐旱特性與導水能力有關, 根系導水對干旱脅迫的敏感性可以反映植株持續(xù)抗旱能力, 干旱脅迫復水后根系導水率恢復能力和補償效應對植株在逆境條件下土壤水分利用具有顯著影響, 調(diào)控根系導水率對于提高土壤水分利用率具有重要意義。

枸杞; 干旱脅迫; 復水; 補償效應; 導水率; 木質(zhì)部栓塞

干旱脅迫已成為影響生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展, 限制農(nóng)作物生長發(fā)育和植物抗逆性充分發(fā)揮的主要因素。植物抗旱性是植物自身對干旱脅迫的適應和抵抗能力, 受多種環(huán)境條件和基因調(diào)控制約[1]。木本植物具有發(fā)達的水分運輸系統(tǒng), 能將土壤中的水分高效地運輸?shù)街参锔髌鞴? 從而保證植株正常水分供應[2]。木質(zhì)部導管運輸是植物體水分從根系向地上部分運輸?shù)闹饕绞? 木質(zhì)部導管結構和栓塞發(fā)生直接影響植株水分運輸和利用。干旱能夠引起木質(zhì)部導管形成栓塞, 水分運輸阻力增大, 使水分運輸能力降低, 進而影響樹體生長[3], 因此, 維持植物體內(nèi)根—莖—葉木質(zhì)部水分運輸系統(tǒng)連續(xù)性對于植物生長發(fā)育非常重要[4]。木質(zhì)部導管栓塞發(fā)生和恢復的生理變化與植物抗旱特性具有一定關系。植物抗旱能力不一定僅表現(xiàn)在木質(zhì)部抵抗導管栓塞發(fā)生的能力上, 其他植物生理策略也可為抵抗木質(zhì)部導管栓塞發(fā)生起一定協(xié)助作用[5], 例如葉片氣孔張開和關閉, 可減少體內(nèi)水分蒸騰散失。

根系吸收是土壤水分進入植物體的主要方式, 根系導水率可以表示逆境下植物水分關系變化[6]。土壤水分通過根系吸收進入植物體內(nèi), 當土壤水分出現(xiàn)虧缺時, 根系對土壤水分吸收能力直接影響著植株整體水分狀態(tài), 而植物根系木質(zhì)部導水能力也直接影響根系吸水能力, 因此, 根系導水率對土壤-植物-大氣(SPAC)循環(huán)系統(tǒng)中水分運輸利用起到關鍵作用。

干旱脅迫復水后植物生長主要取決于根系吸水能力的恢復, 若恢復所需要時間縮短, 則可提高植物生產(chǎn)力, 植物根系水分吸收能力恢復與土壤水分脅迫程度和脅迫時間有關, Secchi等[7]對毛果楊()研究發(fā)現(xiàn), 在適度水分脅迫下可快速修復栓塞, 但在極端水分脅迫下栓塞修復時間較長, 對根系水分吸收能力恢復影響顯著; 木質(zhì)部栓塞及修復是植物內(nèi)在調(diào)節(jié)機制, 并不是自發(fā)過程, 需要生理活動促進水分流向栓塞導管, 因此與植物根系發(fā)育程度和根系活力等有關[8-11]。植物經(jīng)歷干旱脅迫后, 一般脅迫解除, 會產(chǎn)生一定的補償效應, 補償效應可體現(xiàn)在根系生長、根系吸水, 使根系吸收功能再次加強, 從而成為植物抵抗干旱脅迫的一種適應性機制[12]。干旱脅迫解除后植株體內(nèi)水分運輸過程能否迅速恢復到脅迫前狀態(tài), 成為評價植株抗旱性大小的重要依據(jù)[13]。

枸杞()屬于茄科(Solanaceae)多年生落葉灌木, 其根系發(fā)達, 具有抗熱、抗旱、適應性強等特性, 并具有改良土壤結構、提高土壤肥力、降低鹽堿危害的作用, 是治理荒漠化土地的優(yōu)良樹種。近年來, 國內(nèi)外有關枸杞水分利用研究很多, 但有關枸杞水分體內(nèi)運輸?shù)难芯肯鄬^少, 且沒有明確提出有關干旱地區(qū)枸杞水分運輸利用特性。本試驗采用盆內(nèi)模擬干旱脅迫方式, 通過分析在干旱脅迫和脅迫后復水條件下枸杞光合特性和植株水分運輸特性變化, 旨在系統(tǒng)了解干旱脅迫對枸杞水分運輸和利用的影響, 為在干旱半干旱地區(qū)建立枸杞標準化栽培和選育耐旱新品種提供重要科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設計

試驗于2016年在甘肅省古浪縣枸杞示范園(37.09°N, 102.79°E)內(nèi)進行, 以干旱地區(qū)主要栽培品種‘寧杞1號’、‘寧杞5號’和‘蒙杞1號’兩年生盆栽苗木為供試材料。將試驗材料栽種于直徑30 cm、高45 cm的生長桶中, 每桶定植1株。栽植土壤為苗圃內(nèi)0~20 cm耕層土壤與細沙、基質(zhì)按3∶1∶1的比例混勻而成, 土壤有機質(zhì)為14.5 g·kg-1、硝態(tài)氮38.1 mg·kg-1、銨態(tài)氮1.34 mg·kg-1, 速效磷28.5 mg·kg-1、速效鉀396.9 mg·kg-1、土壤肥力均勻, 最大持水量為26.3%。

2016年8月份, 當苗木正處于生長旺盛階段時, 開始進行干旱處理, 分別在田間持水量的75%~80%(正常水分, N)、50%~55%(中度干旱, M)、40%~45%(重度干旱, S)進行水分脅迫處理。每處理設10個重復, 采用隨機區(qū)組排列, 所有供試材料各項撫育管理措施均一致。用烘干法測定土壤初始含水量, 控水期間用稱重法檢測各個處理土壤含水量。在進行干旱處理前常規(guī)灌溉的土壤含水量均達到飽和含水量的75%以上, 開始處理后, 每天測定土壤含水量, 當對照含水量低于75%時即可灌水, 使含水量保持在75%~80%。干旱處理使土壤自然失水, 待中度干旱和重度干旱處理土壤含水量達50%~55%和40%~45%時, 繼續(xù)保持穩(wěn)定干旱脅迫狀態(tài)5 d, 待第6 d開始測定各項指標, 第10 d對干旱脅迫植株進行復水, 使含水量達到75%以上, 于第11 d開始測定各項指標, 在此期間使處理含水量保持在75%以上。

當各處理土壤含水量(水分梯度)到達設定值后繼續(xù)處理5 d, 待供試苗木生理狀況穩(wěn)定時, 每個品種各水分脅迫梯度下選擇3株長勢一致、健康、無病蟲害苗木, 在樹冠四周隨機選取3~5片成熟葉片和直徑0.4~0.6 cm、長約10 cm當年生枝條測定光合作用和水力學特性等相關指標。

1.2 指標測定

水勢測定: 選取樹冠成熟葉片和生長旺盛沒有病蟲害的一年生待測枝條用MODEL-1000型壓力室(美國PMS公司)測定葉片和枝條水勢。

葉片凈光合速率(n)和氣孔導度(s)測定: 在測定導水率前用CIRAS-2型(PP-system, 英國)便攜式光合系統(tǒng), 選取成熟、無病蟲害葉片測定葉片凈光合速率和氣孔導度。

葉面積和直徑測定: 葉片面積用Li3000葉面積儀(LICOR公司, 美國)進行葉面積測定, 枝條直徑用精密數(shù)字游標卡尺測量。

導水率、導水阻力測定: 用美國Dynamax公司生產(chǎn)的高壓流速儀(high pressure flow meter, HPFM)進行田間原位測定。選取當年生枝條連接HPFM測枝條導水率(shoot); 從地面以上5 cm截取地上部分測樹冠導水率(canopy), 然后剪去所有葉片測莖干導水率(stem); 剪去地上部分后連接根系測根系導水率(root)。絕對導水率(h)與相應導水阻力互為倒數(shù)(=1/h), 則有:canopy=1/canopy,stem=1/stem; 植株導水阻力可以矢量運算, 即植株冠層葉片導水阻力為leaf=canopy-stem[4]。葉比導率(the leaf special conductivity,l)為單位葉面積(Sleaf)的絕對導水率(h), 計算公式為:l=h/leaf。

木質(zhì)部栓塞脆弱性曲線繪制: PLC(percentage loss of hydraulic conductivity)表示木質(zhì)部導管栓塞程度大小, 測定時將待測枝條在低壓下測定初始導水率(), 然后在壓力大于200 kPa條件下沖刷20 min后, 在高壓下測定最大導水率(0)。枝條栓塞用導水損失率(PLC, %)來表示, 每個品種各個水勢下重復5次, 計算公式為:

1.3 數(shù)據(jù)分析及處理

采用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件對所得數(shù)據(jù)進行處理, 首先對不同處理間進行方差分析, 若差異顯著, 再進一步進行LSD多重比較, 采用SigmaPlot 10.0進行作圖。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對枸杞植株導水率的影響

干旱脅迫使植株水勢降低, 引起木質(zhì)部導管栓塞發(fā)生, 導致枸杞各器官導水率出現(xiàn)不同程度降低。由圖1可以看出, 不同程度干旱脅迫后, ‘寧杞5號’冠層導水率減小幅度最大, 而‘寧杞1號’減小幅度最小; ‘蒙杞1號’枝條和葉片導水率減小幅度最小。根系導水率在正常情況下‘寧杞5號’最大, 達到2.11×10-5kg?MPa-1?s-1; 中度干旱脅迫后, 3個枸杞品種根系導水率大致相等, 差異不顯著; 重度干旱脅迫后, ‘寧杞1號’根系導水率最大?！畬庤?號’、‘寧杞5號’和‘蒙杞1號’在中度干旱和重度干旱脅迫后整個植株導水率分別減小到正常處理的42.41%、39.76%、41.17%和28.29%、25.68%、26.35%, 整體植株導水率‘寧杞5號’減小比例最大。

2.2 干旱脅迫對枸杞不同器官導水阻力變化的影響

植物葉片、莖干和根系木質(zhì)部結構存在差異, 對干旱脅迫的響應也具有差異。由圖2可以看出, 干旱脅迫后, ‘寧杞5號’根系導水阻力在整個植株中所占比率變化最顯著, 從正常灌水時期的36.2%增大到重度干旱脅迫的64.3%; 其次是‘寧杞1號’, 變化最小的是‘蒙杞1號’, 根系導水阻力在整個植株中所占比率從44.9%增大到55.1%; 3個枸杞品種在干旱脅迫后根系、樹冠和葉片導水阻力都有增大, 但樹冠和葉片導水阻力在整個植株中所占比率有所下降, 主要是由于根系導水阻力增大顯著。

同列不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05)。Different small letters mean significant differences at 0.05 level among treatments.

A: 寧杞1號; B: 寧杞5號; C: 蒙杞1號; N: 正常水分; M: 中度干旱; S: 重度干旱。A: Ningqi 1; B: Ningqi 5; C: Mengqi 1; N: Normal water; M: Moderate drought; S: Severe drought.

2.3 枸杞木質(zhì)部栓塞脆弱性曲線

木質(zhì)部導管栓塞程度與水勢之間存在著緊密聯(lián)系, 木質(zhì)部栓塞脆弱性“脆弱曲線”(vulnerability curve, VC)可用來表示與木質(zhì)部栓塞化程度與水勢之間的關系。植物在不同程度水分脅迫條件下維持水分持續(xù)運輸?shù)哪芰梢杂媚举|(zhì)部導水率隨水勢變化規(guī)律來表示。植物都存在一個水勢閾值, 當水勢達到閾值時植物體內(nèi)導水率會出現(xiàn)明顯下降, 木質(zhì)部導管栓塞程度明顯增加, 閾值越高, 木質(zhì)部導管栓塞脆弱性越大。圖3為枸杞冠層木質(zhì)部栓塞脆弱性曲線, 隨著木質(zhì)部水勢降低, 導水率有不同程度減小, 不同枸杞品種導水率損失達到50%時的水勢(50)也不同?！畬庤?號’與‘寧杞5號’和‘蒙杞1號’之間差異顯著, 而‘寧杞5號’與‘蒙杞1號’之間差-異不顯著,50最大的是‘寧杞5號’, 最小的為‘寧杞1號’。

PLCN1、PLCN5和PLCM1分別為‘寧杞1號’、‘寧杞5號’和‘蒙杞1號’枸杞苗冠層的木質(zhì)部栓塞脆弱曲線方程。PLCN1, PLCN5and PLCM1equations are equations of xylem embolism vulnerability of seedling canopies ofvarieties ‘Ningqi 1’, ‘Ningqi 5’ and ‘Mengqi 1’, respectively.

Pammenter等[14]提出栓塞脆弱性“氣種假說”機理的S形指數(shù)方程, 可以對植株木質(zhì)部栓塞脆弱性曲線進行模擬, 用PLC為50%時的相對應水勢來衡量木質(zhì)部栓塞脆弱性。脆弱性曲線計算方程如下:

式中:50為導致50%導水率損失時木質(zhì)部水勢,為在這一點上曲線的斜率,為PLC相對應的瞬時水勢。圖3中為3個枸杞品種苗木冠層木質(zhì)部栓塞脆弱性曲線方程, 各品種木質(zhì)部脆弱性曲線的顯著性均為<0.01, 達到顯著水平。依據(jù)50來評價木質(zhì)部脆弱性大小, 枸杞品種‘寧杞1號’、‘寧杞5號’和‘蒙杞1號’的50分別為-1.259 MPa、-1.005 MPa、-1.012 MPa, ‘寧杞1號’的50與其余兩種差異顯著。

2.4 凈光合速率和氣孔導度與葉片葉比導率的關系

水分是植物葉片光合作用的原料物質(zhì), 當水分虧缺時, 植株一般在接近水分閾值時具有最大的氣孔導度, 當超過水分限制點時, 植株為了防止水分散失影響植株正常生理活動而葉片氣孔關閉, 從而使葉片凈光合速率(n)也降低[8]。通過對葉片凈光合速率(n)、氣孔導度(s)與葉片葉比導率(l,leaf)進行相關性分析, 其相關系數(shù)分別達到0.763和0.797, 均達顯著水平(<0.05)(圖4)。

2.5 干旱脅迫后復水對枸杞枝條比導率的影響

當植物經(jīng)過干旱脅迫復水達到適宜水分環(huán)境條件時, 植物體各項生理活動和指標也逐漸恢復, 可以減少干旱對植株造成的不良影響, 這種恢復有時可以達到或超過正常生長環(huán)境條件下的植株, 表現(xiàn)出明顯的補償或超補償效應。圖5是枸杞植株干旱脅迫復水后枝條比導率的恢復情況, 可以看出, 干旱脅迫復水后, 3個枸杞品種枝條導水率均有不同速度恢復, 復水第4 d, 干旱脅迫處理的‘寧杞1號’和‘蒙杞1號’植株導水率已超過正常處理植株, 出現(xiàn)補償效應, 而且‘蒙杞1號’重度干旱處理植株導水率已超過正常處理和中度干旱處理植株, 達到正常處理的106.4%s; ‘寧杞5號’枝條比導率也已接近正常處理水平, 分別達到正常處理的98.4%和97.1%。

A: 寧杞1號; B: 寧杞5號; C: 蒙杞1號。A: Ningqi 1; B: Ningqi 5; C: Mengqi 1.

3 討論

植株各器官或組織導水率(h)可以反映植株與環(huán)境之間水分吸收、運輸?shù)年P系。木質(zhì)部導管結構和分化程度都會影響木質(zhì)部導水能力[15]。干旱脅迫會導致根系內(nèi)部結構發(fā)生變化, 空氣經(jīng)由紋孔膜進入充水管道導致木質(zhì)部栓塞形成, 或者由于內(nèi)皮層和外皮層細胞的栓質(zhì)化或木質(zhì)化程度加快以及凱氏帶細胞壁加厚, 從而影響木質(zhì)部導水能力[15]。不同程度干旱脅迫后, ‘寧杞5號’冠層和根系導水率減小程度最大, 而‘寧杞1號’減小程度最小; 枝條和葉片導水率‘蒙杞1號’減小程度均最小?？赡苡捎阼坭侥举|(zhì)部導管和紋孔膜分化結構差異, 或者細胞質(zhì)膜上水通道蛋白(AQP)活性發(fā)生變化差異[15], ‘寧杞5號’皮層細胞或凱式帶細胞壁結構變化最顯著, ‘寧杞1號’根系以及‘蒙杞1號’枝條和葉片木質(zhì)部細胞結構變化最小, 使枸杞植株在受到干旱脅迫后冠層、葉片、枝條和根系導水率變化程度出現(xiàn)差異。

根系是土壤水分進入植物體的最重要器官, 對水分吸收有直接作用, 可以用根系導水率來表示植物根系對土壤水分的吸收能力, 從而直接反映出植物水分與土壤水分的關系[15]。Nardini等[19]在研究時發(fā)現(xiàn)根系導水阻力是整個植株導水阻力的主要部分, 逆境條件下根系是導水阻力升高的主要位置。本試驗發(fā)現(xiàn)枸杞根系導水阻力在整個植株所占比例可以達到36.2%~64.3%, 是整個植株中導水阻力主要組成部分。干旱脅迫后, 3個枸杞品種苗木根系導水阻力在整個植株中所占比例均有不同程度增大, 而‘寧杞5號’增大最顯著。主要由于根系對水分脅迫的敏感性高于枝條和葉片, 導致所占比值會隨著水分脅迫變化而不同。由此可見, 由于‘寧杞5號’植物根系結構差異或細胞質(zhì)膜上水孔蛋白(AQP)活性對土壤水分供應狀況最敏感, 致使其根系導水阻力變化程度最大。引起根系導水阻力變化的可能性有很多, 干旱脅迫時會引起根系外皮層細胞和內(nèi)皮層細胞木栓化[20], 也會引起根細胞質(zhì)膜上水通道蛋白發(fā)生變化, 都可能是根系導水力對干旱脅迫敏感性的原因。

木質(zhì)部脆弱性曲線表示植株木質(zhì)部導水損失率與水勢的關系, 可以為研究植物在干旱脅迫條件下生理變化和抗旱耐旱能力提供一定理論依據(jù)[21]。植物木質(zhì)部抗栓塞能力與抗旱性有密切關系, 抗旱能力強的植物在植株低水勢條件下仍有較高木質(zhì)部導水能力[22-24]。本研究發(fā)現(xiàn), 枸杞導水率損失50%時木質(zhì)部水勢依次為‘寧杞1號’<‘蒙杞1號’<‘寧杞5號’, 根據(jù)以上理論可認為抗旱能力依次為‘寧杞1號’>‘蒙杞1號’>‘寧杞5號’, 這與生產(chǎn)實踐中表現(xiàn)特性基本一致。有研究認為, 植物木質(zhì)部栓塞脆弱性與抗旱性之間相互關系并不明顯, 不同植物對干旱脅迫具有不同抗旱策略, 適當?shù)哪举|(zhì)部栓塞對植物抗逆反應具有一定協(xié)助作用, 有可能是植物體節(jié)約水分的一種耐旱策略[25], 但木質(zhì)部脆弱性可以在同種植物之間作為植株抗旱特性的研究指標。

植物通常在接近水分閾值時有最大氣孔導度, 當超過水分閾值時, 植株會協(xié)調(diào)其生理活動來盡量降低干旱脅迫造成的傷害, 關閉葉片氣孔防止體內(nèi)水分蒸騰散失, 從而直接或間接影響著光合反應中心改變[26-27]。水分脅迫對光合作用影響主要與氣孔關閉有關, 水分虧缺時光合速率降低, 氣孔關閉[28]。本研究發(fā)現(xiàn)枸杞葉片凈光合速率和氣孔導度與葉片葉比導率均有顯著相關性, 在水分虧缺情況下, 植株通過調(diào)節(jié)葉片氣孔關閉來減少水分散失, 從而阻礙體內(nèi)水勢迅速降低和導水阻力迅速增大, 防止木質(zhì)部栓塞加劇, 同時也會引起葉片凈光合速率降低, 葉片凈光合速率大小可以在一定程度上體現(xiàn)葉片導水率大小。

在長期進化過程中, 植物為了適應生長環(huán)境變化, 形成了對逆境的適應能力, 同時在逆境條件改善時, 其生理功能可得到一定恢復, 這種恢復有時可以達到或超過正常條件下生長的植株, 表現(xiàn)出明顯補償或超補償效應[29]。補償效應是植物自身適應逆境條件的生理反應, 是抗逆性表現(xiàn)。干旱脅迫復水后, ‘蒙杞1號’導水能力恢復最快, 且最快出現(xiàn)顯著補償效應, ‘寧杞5號’恢復能力最慢。研究表明, 適度水分脅迫可減緩玉米葉片和根系衰老, 使水分和養(yǎng)分供給傾向于根系, 使根系活力大大加強, 保證對土壤水分吸收能力也會增強[30-31]。在釀酒葡萄栽培時適宜調(diào)虧灌溉既能顯著提高水分生產(chǎn)效率, 實現(xiàn)高效用水, 又能提高果實品質(zhì)[32]。由此可見, ‘蒙杞1號’根系活力在干旱脅迫復水后恢復能力最強, 對干旱脅迫具有較強適應能力, 而‘寧杞5號’根系活力恢復活力較弱; 適宜虧缺灌溉能夠有效提高水分利用效率。

4 結論

當植株受到干旱脅迫后, 植株水勢降低, 葉片氣孔關閉, 凈光合速率減小, 進而導致植株葉片導水率下降; 枸杞植株木質(zhì)部水力學結構對干旱脅迫的敏感性不同, 木質(zhì)部栓塞脆弱性和導水能力的變化與耐旱特性有關, ‘寧杞5號’木質(zhì)部對干旱脅迫最敏感, 受到干旱脅迫及脅迫復水后導水率變化最顯著, 相對‘寧杞1號’和‘蒙杞1號’不適宜在嚴重干旱缺水地區(qū)栽植; 枸杞植株導水阻力主要來自于根系, 而且根系在植株各器官中對干旱脅迫最敏感, 調(diào)控根系導水率對于提高枸杞水分利用率具有重要意義, 適宜水分虧缺處理和合理土壤含水量調(diào)控, 可以促使補償或超補償效應發(fā)生, 有效促進枸杞生長, 提高缺水條件下土壤水分利用效率, 促進枸杞耐旱潛力進一步發(fā)揮。

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Hydraulic characteristics ofL. seedlings under drought stress and re-watering conditions*

XU Shengrong1,3, ZHANG Enhe1**, MA Ruili1, WANG Qi2, LIU Qinglin1, WU Rui1

(1. College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 2. College of Grass Industry, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China; 3. Gulang County Forestry Bureau, Wuwei 733100, China)

L. is the main commercial crop across the arid lands in northwestern China, which is drought resistant with various functions, such as soil improvement, soil fertility enhancement. To determine water transport characteristics and increase the potential for agricultural productivity of, we conducted a pot experiment at the agricultural demonstration site in Gulang, Gansu Province (37.09oN, 102.79oE). The experiment consisted of 3 treatments — normal water application (N), moderate drought (M) and severe drought (S). The hydraulics characteristics of the canopy and root, photosynthetic rate (n) and stomatal conductance (s) were monitored in 2-year-old seedlings of ‘Ningqi 1’, ‘Ningqi 5’ and ‘Mengqi 1’ varieties ofduring drought stress. The effect of re-watering after drought stress on the hydraulics characteristics of the shoot system was determined in the study. The results showed that hydraulic conductance of canopy, shoot and root gradually declined with increasing drought stress. Also hydraulic conductance of the plant decreased with increasing degree of drought stress and the ratio of root to plant (root/plant) hydraulic conductance resistance increased the most in ‘Ningqi 5’. It was also noted that the canopy equation of xylem embolism vulnerability curve inseedlings and xylem water potential loss of hydraulic conductance was 50% in ‘Ningqi 1’, significant higher than those in ‘Ningqi 5’ and ‘Mengqi 1’. Also there was a statistically significant correlation (< 0.05) among specific hydraulic conductance of leaf (l,leaf) and stomatal conductance (s) as well as photosynthetic rate (n) of leaf of. The growth of plants after drought stress was largely determined by the ability of root system to absorb water following re-watering after 4 days of drought stress. The recovery of hydraulic conductance was fastest with the most obvious compensation effect of water transportation for ‘Mengqi 1’ and the slowest hydraulic conductance recovery for ‘Ningqi 5’. The results suggested that drought-tolerate characteristics was associated with hydraulic conductance in. Hydraulic sensitivity of root to drought stress reflected a continuous capacity of plant to resist drought. The ability of the root system to recover from drought stress and compensation effect was critical for plant soil water utilization under adverse conditions. It was important to regulate the hydraulic conductance of roots for improvement of soil water use efficiency.

L.; Drought stress; Re-watering; Compensation effect; Hydraulic conductance; Xylem embolism

10.13930/j.cnki.cjea.161081

Q945.17; S567

A

1671-3990(2017)08-1190-08

* 國家自然科學基金項目(41461062, 41161090)資助

**通訊作者:張恩和, 主要研究方向為根系營養(yǎng)和根際微生態(tài)節(jié)水農(nóng)業(yè)。E-mail: zhangeh@gsau.edu.cn

胥生榮, 主要研究方向為作物根際微生態(tài)節(jié)水農(nóng)業(yè)。E-mail: xushengrong888@163.com

2016-11-29 接受日期: 2017-03-03

* This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (41461062, 41161090).

, E-mail: zhangeh@gsau.edu.cn

Nov. 29, 2016; accepted Mar. 3, 2017

胥生榮, 張恩和, 馬瑞麗, 王琦, 劉青林, 武睿. 干旱脅迫及復水對耐旱枸杞水力學特性的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報, 2017, 25(8): 1190-1197

Xu S R, Zhang E H, Ma R L, Wang Q, Liu Q L, Wu R. Hydraulic characteristics ofL. seedlings under drought stress and re-watering conditions[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2017, 25(8): 1190-1197