低磷胁迫对不同甜糯玉米品种苗期生物量的研究毕业.doc
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1、2011 届本科生毕业论文 低磷胁迫对不同甜糯玉米品种苗期生物量的研究低磷胁迫对不同甜糯玉米品种苗期生物量的研究 Study on Biomass in Different Sweet and Waxy Corn Seedling Stage under Low Phosphorus Stress 学生姓名陈应标学号201111311102 所在学院农学院班级 农资 1111 班 所在专业农业资源与环境 申请学位农学学士学位 指导教师郭荣发职称教授 副指导教师职称 答辩时间2015 年 5 月 30 日 目目 录录 摘 要 I ABSTRACTII 1前言.3 1.1概论3 1.2低磷胁迫下玉
2、米的缺素症状表现研究3 1.3湛江土壤特性4 1.4低磷胁迫生物量的研究进展4 1.5研究目的与意义5 2实验材料与方法.5 2.1 实验材料5 2.2 实验设计6 2.2.1 准备工作6 2.2.2 实验步骤7 2.3 测定项目与方法7 2.4 数据分析方法8 3结果与分析.8 3.1 低磷条件下对甜糯玉米苗期株高的影响8 3.2 低磷条件下对甜糯玉米苗期茎粗的影响9 3.3 低磷条件下对甜糯玉米苗期根体积的影响10 3.4 低磷条件下对甜糯玉米苗期根数的影响12 3.6 低磷条件下对甜糯玉米苗期冠干重的影响14 4结论与讨论.15 4.1 结论15 4.2 讨论15 鸣 谢16 参考文献1
3、7 摘 要 I 摘 要 磷是继氮之后影响植物生长发育的第二大量元素,在植物中占干重的 0.05%- 0.5%1。大至植物植株个体的生长发育,小至细胞的代谢调节,都与磷元素息息相关。 充足的磷素供应成了植物正常生长的关键。而低磷供应则会对植物产生深远的消极影 响,它们的生长会因此受到严重的抑制2。本实验研究的是将有效磷量控制在低于植物 正常生长需要的完全相同的肥料施用处理下,对 19 品种甜糯玉米苗期时的根干重、冠 干重、株高、茎粗、根体积、根数等生物量差异进行研究。本研究可以帮助人们对甜 糯玉米的种植进行针对性的施肥,有利于达到预想的生长状态和生长指标。低磷胁迫 这一现象具有很大的可探究性和实
4、用性。 关键词:甜糯玉米;低磷胁迫;生物量 摘 要 II ABSTRACT Phosphorus is the second nitrogen affect plant growth and development of the second major element, accounting for 0.05% of the dry weight of 0.5% in the plant. 1 Large individual plants to plant growth and development, small cell metabolism are closely linked wi
5、th phosphorus. Adequate supply of phosphorus has become the key to the normal growth of plants. The phosphorus supply will produce far-reaching negative effects on plants, their growth will therefore be severely suppressed. 2 This study is to control the amount of phosphorus fertilizer application a
6、t the same processing lower than normal growth of plants needed for the nineteen varieties of sweet root dry when heavy waxy maize seedling crown dry weight, height, stem diameter, biomass difference root volume, the number and other research. This study can help people of Sweet Glutinous Corn plant
7、ing targeted fertilization, it is conducive to achieve the desired growth of the state and growth indicators. This phenomenon has great phosphorus stress can explore and practicality. KEYWORDS: Sweet and waxy corn; Low Phosphorus Stress; Biomass 3 低磷胁迫对不同甜糯玉米品种苗期生物量的研究低磷胁迫对不同甜糯玉米品种苗期生物量的研究 农业资源与环境,2
8、01111311102,陈应标 指导教师:郭荣发 1前言 1.1概论 作为我国第一大农作物,世界第二大粮食作物,玉米展现出了其远远高于其他作 物的地位。对内,不论是工业,饲养业还是作为口粮,玉米都能很好地发挥自身价值, 显著提高了人们的生活水平;对外,特别是出口创汇方面,带来的经济效益更是不可 估量。从某程度上来说,玉米算得上是相当重要的农业资源3。制约玉米这类农作物效 益产生的要素往往就是产量。农作物的产量与磷素提供密切相关。人们发现土壤缺磷 对农业各方面的限制作用日益明显,于是有针对性地在改良土壤,改进实验施肥方法 等方向上展开研究,并取得了一定成果。但是,在研究不断深入的同时,随之而来的
9、 还有种植成本的花费日益提高,这不能从根本上解决土壤缺磷的问题。人们渐渐意识 到开发作物自身生理特性才是解决问题的关键。于是研究低磷胁迫下植物生理特性逐 渐走入各农业学者的眼球,成为农学科研的一项重要研究项目,备受关注4。 1.2低磷胁迫下玉米的缺素症状表现研究 玉米在苗期的时候如果缺磷,它的植株就会显得矮小。这是因为玉米体内的硝态 氮在累积的同时,却无法从外界的磷营养处得到满足,致使在苗期应该合成的蛋白质 因为磷素不足而无法正常合成。一旦合成受阻,与蛋白质的合成关系密切的细胞质和 细胞核的形成也受到抑制,没有新细胞的产生,玉米植株就表现出生长缓慢,个头低 矮的现象5。其它症状大多先出现在比较
10、老的叶子上面。磷素充足的玉米叶片颜色与缺 磷的比较相对较浅,后者叶绿素的含量更多,叶片的生长也较正常的要迟缓许多6。碳 水化合物代谢受阻,玉米各个器官组织形成花青素的难度变小,以后在茎叶会呈现出 紫红色,叶尖、叶缘也有该现象发生,尤其是叶尖,在其干枯老去时甚至会由紫红色 转变成为暗紫褐色。散粉期,雌穗授粉受阻,籽粒不充实,果穗小或歪曲;成熟期则 出现籽粒退化较重,熟期延迟、秃尖长等现象7。 在低磷环境下,玉米植株的生长会受到影响,那么这些影响具体到生物指标在数 字上又是怎么表现的呢?不同品种之间的影响是否一致?通过分析这些数字能否得出 普遍的规律?在实际应用中又能否对合理施肥这一技术层面产生指
11、导作用?以上种种 问题都是该实验亟待解决的关键问题。 4 1.3湛江土壤特性 该实验选择的试验土壤为砖红壤。砖红壤是热带地区雨林、季雨林下, 生物物质转化迅 速, 强烈脱硅富铝风化, 铁铝氧化物高度富集的一类红色土壤8。特别一提的是,该地 区的砖红壤是由玄武岩母质发育的,整体呈现暗红色,土层比较深厚,质地粘重,当 中所含的粘粒含量超过百分之六十,呈酸性至强酸性反应。 1.4低磷胁迫生物量的研究进展 植物在面对低磷胁迫这样恶劣残酷的环境条件,根系形态的适应性变化是其为了 保证自身生存,确保有限的磷素营养能够被自身尽可能地吸收和利用所发生的应对措 施。植物一般只能吸收距根表面 14mm 根际土壤中
12、的磷,吸收磷的区域绝大多数都是 分布在根部的根毛区9。低磷环境下植物要想使磷素的有效吸收达到最大化,增加根系 在有效磷含量丰富区域的分布数量是一种可能的解决方法。改变根系构型是一项有效 的途径10。此外,根原基得益于一些特定的基因,其可以控制根原基进行负调节,并 使根系展现能够适应环境的有利形态11。鉴于上述机制,当植物在遭受低磷胁迫时, 其就会对植物体根系作出改变指令,使体内一系列自适应的调节变化及时出现。植物 的根长,根冠比,磷吸收速率,呼吸强度会根据周围环境发生变化,而侧根长度和数量, 排根的数目,根毛密度和长度也会出现较为明显的增加。除了上述的形态学指标变化 外,根构型的改变和菌根真菌
13、共生形成根际共生体也是植物适时作出的调节12。以上 的变化例如增加根冠比已经被研究证实了,其存在于玉米,大豆和小麦等多种农作物 身上,研究表明在这些作物的苗期一旦出现了低磷胁迫,就会迫使大量碳水化合物持 续运转到根部,于是根冠比增加了13。在这里值得一提的是玉米之所以能耐低磷胁迫, 最为标志性的一点就是增加自身的根冠比。具体表现有两方面:(1)根干物质积累量 的增加;(2)根总表面积的增加。相对而言,后者的作用更为显著。在原来的基础上 再增大根总的表面积,这是通过加大根部在土壤中的接触面积从而提高玉米对磷素的 吸收能力14。不仅是玉米,在其他作物的研究,如严小龙等研究的菜豆也验证了其他 形态学
14、指标的变化。他们通过分子定位的手段,认真研究了如下一系列数量性状的座 位:菜豆基根数量,基根长,基根与主根夹角。在分子水平的角度来看,这已经证明 了菜豆根构型和磷吸收效率有着莫大的关联15。 伴随着各项植物磷高效利用的实验与研究的进行,这一课题愈发受到人们的关注 与重视。至今为止在该项课题上人们还是取得了一定的研究成果。磷高效基因型分为 两种。一种是根系对磷的高效吸收,而另一种则是磷的高效利用和再利用的效率。在 进行有关植物根系对磷素的利用的实验的同时,一些能够产生制约进展或者影响研究 结果作用的问题也伴随而来,出现在研究人员的视野。这其中主要包括以下几个问题: (1) 磷高效基因型方法无统一
15、标准。实际上,人们对于植物生理学方面的掌握认知程度 往往会为其在筛选磷素高效利用基因型植物时提供可靠的思路。所说的认知程度都是 具体的,且具有巨大帮助的,例如植物对缺磷环境的反应、植物体内生理代谢的变化、 5 植物吸磷能力差异的原因以及植物体内的磷素再利用效率等。但是如果要想再进一步 的深入研究磷的高效利用,就会发现在这一问题的指标上虽有很多研究报道, 但是多数 都只集中在个别指标上, 比较单一片面,与系统全面还是有一定的差距。(2) 实验方法 多样, 无针对性。植物的营养特性研究方法比较局限,各有优劣,并不是所有常用的试 验方法都能得到研究者的青睐。大田实验在理论上得出的结果可能更趋于实际现
16、状, 然而近段时间在针对苗期耐低磷的基因筛选,研究者们选用的方法却是溶液培养法。 还有盆栽实验也是比较常用的方法。除了方法的选用,笔者认为实验者也可以根据不 同的作物、不同土壤环境条件来制订有效可行的指标来进行磷高效品种的筛选。(3) 对 于基因型品种的研究仍然逗留在比较显浅的表面,入手思路也不够开阔。这里提供一 些思路,例如可以从磷在植株体内的运转再运转, 磷对光合作用、呼吸作用的影响及磷 素的遗传学等方面进行研究, 尤其是在分子生物学和植物生理学的基础上, 进一步地去 探讨有关基因的分离与克隆,然后将这些和根的吸收利用研究合并起来仔细地理解,进 而在深刻认识的基础上把二者结合起来,运用到下
17、一层面的试验中去,以便于更好地 研究磷高效再次利用的机理, 提供一条或多条利用途径, 筛选出磷高效的高产、优质新 品种, 为降低磷肥的使用频率、防止环境污染做出更大的贡献16。 1.5研究目的与意义 低磷胁迫是制约农业生产水平提高相当重要的因素。在实际栽培中,经过低磷处 理后作物的各项生长指标数据能反映一定的问题。我们通过实验组与对照组数据的对 比分析,找出数据之间的联系以及变化规律,来探究低磷胁迫如何影响作物生物量指 标。该实验可以为不同品种甜糯玉米的施肥提供一些依据,尽可能做到合理施肥,以 达到预期的生长结果;同时也可为针对低磷胁迫在某一生物量指标上的进一步研究提 供一些实验数据,具有一定
18、的参考价值。 2实验材料与方法 2.1 实验材料 该实验使用的材料为从湛江各地采集的各不相同的甜糯玉米种子,总数为 19 份, 其详细编号和名称见表 1。 6 表 1 甜糯玉米品种及其编号 Table 1 Sweet and Waxy corn cultivars and their numbers 编号品种 Cultivars number 品种名称 cultivars 编号品种 Cultivars number 品种名称 cultivars 1燕糯11美玉香甜 16 号 2亿绿香雪糯12美甜 3 号 3华珍13彩甜糯 4新甜 5 号14神禾香甜 5 号 5燕禾金15京甜紫花糯 6惠甜 6
19、号16华蜜 7华宝甜 8 号17金银粟 8华美甜 8 号18绿色先锋 9津科糯19新夏美珍 10双色先锋 2.2 实验设计 2.2.1 准备工作 该实验放弃选择大片的实验平地,而是选择完全相同的若干花盆作为种植载体。 试验用花盆具有统一的规格,均为 19.5cm20.5cm 的尺寸,可以很好地满足实验植物 的生长要求。数量方面拟定每个品种播撒种子数目为 75 颗,每个花盆预计播种 3 颗, 推算出每个品种所需花盆数为 15 个,共计消耗花盆总数 285 个。土壤来源为实验研究 所附近的耕作用地,把土壤集结成堆,分装进花盆内,直至填满所有的花盆。至于肥 料方面,所设计的处理一共有 2 组分别是施
20、磷处理和不施磷处理。2 组肥料处理所选用 的氮磷钾肥源均完全一致,其中,采用过磷酸钙(分析纯)作为氮肥源,尿素(分析纯) 为磷肥源,氯化钾(分析纯)为钾肥源。控制施肥量标准的设置如下:氮肥 0.4/kg 土, 磷肥 0.4/kg 土,钾肥 0.3/kg 土。按此标准确定施磷处理所施肥料各成分含量如下:氮 肥 1.6g,磷肥 1.6g,钾肥 1.2g。不施磷处理所施肥料各成分含量如下:氮肥 1.6g,磷 肥 0g,钾肥 1.2g。施肥时,由于各个品种样品使用 15 个花盆,3 组处理拟定各做 5 次 重复,分别占用花盆数为 5。 该次实验所用的砖红壤的基本理化性质如下表 2。 7 表 2 土壤基
21、本理化性质 有机质 (g/kg) 全氮 (g/kg) 碱解氮 (mg/kg) 全磷 (g/kg) 速效磷 (mg/kg) 全钾 (g/kg) 速效钾 (mg/kg) pH 35.3910.402120.4000.9579.4474.944358.9644.53 2.2.2 实验步骤 种子的选取工作。要求挑选的种子必须饱满,外形完好无损,色泽健康。种子间 的个体差异不允许过大,大小要一致,均匀。挑选后的种子作为样品,在播种前需经 过一系列的处理。首先用蒸馏水将其认真地冲洗若干遍。然后一齐放进容器皿内,平 整地铺开,倒入蒸馏水使漫过全部种子的表面,再置于 45的烘箱中处理 10 分钟,取 出后于
22、28的恒温箱中,在黑暗的环境下催芽。催芽时间设定为 40 小时,确保种子有 足够的时间出芽。得到出芽成功的种子后按照每盆播 5 颗的标准直接播入已经准备好 的花盆内。播种时,按“十”字型控制种子的播撒位置与距离,避免日后植株因为种子 间过近或过远而造成差异,影响指标。从播种之日起,于每天下午傍晚时分定时浇水, 浇水量基本固定为每盆 100ml,若土壤特别干旱则可以多浇,但各花盆的浇水量必须 保持一致,不可出现差异现象。生长期间视情况适当除草和补肥,保证植株的长势健 康,正常。设定出苗后选取长势、个体最为接近的植株,每个花盆定植 3 株,作为采 集生物量指标的样品。当所有植株均长出第六片叶且完全
23、展开之后正式进行集体采样。 2.3 测定项目与方法 该实验最终从样品植株身上测定的生物量指标有根干重、冠干重、株高、茎粗、 根体积、根数和根长。共计 7 项。各项目测定的具体细节如下。 株高。株高是指植株根颈部到顶部之间的距离,其中顶部是指主茎顶部。实际操 作中,我们以茎上节根着生点作为测量的起点,以长度最长的叶子在茎上的生长节点 为测量的终点,用直尺紧靠植株主茎来测定株高。 茎粗。我们测量的茎粗是指植株主茎基部呈扁平向的直径。这段长度采用的测量 工具是游标卡尺。操作时,调零,然后把游标卡尺靠近植株,调整位置尽量使主茎刚 好卡在尺子的测定口径上,读出此时的读数。每改变一个采样对象都需要调零,减
24、少 误差。 根体积。植株所有主根的体积总和,不包括气生根。测定使用排水法。在将样品 从土壤中脱离出来时,尽量轻手轻脚,保证仍存在土壤中未完全脱离的主根的完整性, 以免因为人为的操作不当导致结果偏小。得到脱离后的植株后,用水小心地冲洗根部, 洗去残留的土壤。之后用剪刀将根部完整地剪下,此时把气生根都去除掉,剩下的全 部浸没在预先准备好装有一定量水的量筒中,记下起始读数与浸没后的读数,两个数 8 值想减得出根体积的数值。 根数。主根的数目。只测定每株样品主根的数目。 根干重。主根完全失去水分后的剩余重量。调查完根数和根长后,把主根鲜样单 独装入信封中,信封面标记好样品品种和编号(如:亿绿香雪糯 N
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