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济宁地区干旱对作物叶片生理特性的影响分析

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  摘要    干旱是制约作物生长发育的重要环境因子。本文分析了济宁地区降水及旱灾发生情况,并从叶片光合色素、呼吸、酶类抗氧化系统和水势5个方面阐述了干旱胁迫对作物叶片生长的影响机理,并提出相应的防御对策,以期为有效利用水资源、科学灌溉提供依据。
  关键词    干旱;作物叶片;生理特性;防御对策;山东济宁
  中图分类号    S423        文献标识码    A        文章编号   1007-5739(2019)06-0175-01
  水分是影响作物生长的重要因子之一,土壤水分过多或不足均会使作物生长受限,严重时甚至导致作物死亡。近年来,随着全球气候变暖的加剧,由干旱胁迫带来的农作物损失在所有胁迫中已居首位[1]。济宁地区农作物种植面积大,种类丰富。因此,分析济宁地区降水及干旱发生状况,系统研究作物光合、呼吸、酶类抗氧化系统等生理生化指标对土壤干旱条件的响应机制,探明作物生理生化指标及变化过程与土壤水分的内在关系,确定干旱导致减产的内在原因,可以为干旱条件下的作物栽培及灌溉管理提供依据。
  1    济宁地区降水分析
  以自然降水距平百分率(距离降水平均值程度)≤40%時界定为旱灾,分析济宁地区1961—2000年的降水资料,可以发现,济宁地区降水虽呈南多北少的趋势,但均有干旱灾害发生。其中,北部地区干旱发生10次,最低年平均降水量仅为285 mm;中部地区干旱发生12次,最低年平均降水量为347 mm;南部微山地区干旱发生9次。
  2    干旱对作物叶片生理特性的影响
  2.1    干旱对作物光合色素的影响
  叶绿素和类胡萝卜素作为光合作用的保护色素以及光合作用光能的受体,其含量的高低能够反映光合作用的强弱以及植株的衰老情况。关于植物在水分胁迫条件下的光合色素含量变化,对不同作物的研究结论有很大差异[2-5]。有学者认为,玉米叶片的叶绿素总量、叶绿素a及叶绿素b含量均在干旱胁迫下显著减少,但类胡萝卜素含量却有所增加;对番茄和小麦的研究表明,随着干旱胁迫程度的增加,叶片叶绿素含量呈不断减少的趋势。但也有研究认为,干旱会使番茄叶片光合色素含量不同程度增加,且增加程度与胁迫时间成正相关,与胁迫程度关系较小。
  2.2    干旱对叶片呼吸作用的影响
  干旱胁迫严重时会改变植物的磷代谢,减少植物体内的酸溶性有机磷化合物,影响植物生理过程的正常进行[6]。研究发现,呼吸作用对干旱胁迫的响应趋势因器官、作物种类和干旱胁迫程度、持续时间的不同而有所差异。例如,小麦根系在干旱胁迫发生时,呼吸速率显著降低,但叶片的呼吸速率却随干旱胁迫程度的加重呈先增加后减小的趋势。
  2.3    干旱对叶片酶类抗氧化系统和膜脂过氧化的影响
  酶类抗氧化系统广泛存在于植物细胞中,能够在逆境胁迫下清除植物体内的氧自由基,分解H2O2,减少活性氧对细胞膜的伤害。植株在水分亏缺条件下产生大量活性氧,这是细胞在水分逆境条件下损伤的初始反应,而活性氧可启动膜脂不饱和脂肪酸的过氧化作用。普遍研究认为,作物在干旱胁迫条件下的SOD、POD及CAT会相应增加,从而清除氧自由基,以减轻逆境伤害,避免细胞膜结构及组织器官的损伤。但保护酶含量变化趋势与植物种类、干旱胁迫程度及持续时间密切相关。在水分胁迫下,玉米叶片保护酶活性对水分胁迫的反应成正相关,且绝大多数的相关系数达显著或极显著水平,但是不同保护酶活性对水分胁迫的敏感程度不同,POD较SOD对水分胁迫敏感性更高。
  正常供水条件下,植物体内活性氧含量维持在较低水平,不会产生伤害。研究认为,干旱胁迫条件下,植物体内丙二醛(MDA)含量和细胞质膜透性改变,活性氧增多,蛋白质降解,使细胞质膜透性改变,细胞膜脂过氧化,植物生长受限。干旱持续时间及程度是影响植物体内MDA含量变化的重要因素。有研究显示,干旱5 d并不会引起豌豆酶活性的改变,但干旱10 d时,豌豆植株中MDA含量显著上升。
  2.4    干旱对叶片水势的影响
  土壤水分变化是影响植物水势的最直接因素。其中,叶片水势对土壤水分含量最为敏感,是反映干旱胁迫的重要生理指标。大量研究表明,干旱胁迫程度越重,叶水势越低。
  3    防御对策
  针对目前大田作物可能面临的干旱灾害,其防御对策如下:一是选育耐旱品种;二是优化水肥管理,选用滴灌、分根区交替灌溉等节水灌溉方式,适当增施有机肥,提高作物抗旱能力;三是建立健全旱灾监测预警服务系统,及时跟踪作物生长状况,必要时采取人工增雨等有效措施。
  4    参考文献
  [1] JALEEL C A,MANIVANNAN P,KISHOREKUMAR A,et al.Alterations in osmoregulation,antioxidant enzymes and indole alkaloid levels in Catharanthus roseus exposed to water deficit[J].Colloids and Surfaces B-Biointerfaces,2007,59:150-157.
  [2] MOHAMMADKHANI N,HEIDARI R.Effects of water stress on respirati-on,photosynthetic pigments and water content in two maize cultivars[J].Pak J Biol Sci,2007,10(22):4022-4028.
  [3] 郭艳波,冯浩,吴普特.水分亏缺对番茄生理特性及水分生产效率的影响[J].灌溉排水学报,2008,27(3):51-55.
  [4] 马富举,李丹丹,蔡剑,等.干旱胁迫对小麦幼苗根系生长和叶片光合作用的影响[J].应用生态学报,2012,23(3):724-730.
  [5] 刘子凡.作物对土壤干旱胁迫适应机理的最新研究进展[J].安徽农业科学,2007,35(34):11011-11013.
  [6] KAUL R.Effect of water stress on respiration of wheat[J].Can J Bot,1996,44:623-632.
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