大豆根瘤固氮活性对干旱的响应

1、目录中文标题1摘要1关键词11.引言12试验材料与方法12.1 试验材料12.2 试验设计22.3测定项目与方法 23 结果与分析33.1干旱程度对大豆固氮活性的影响 34.实验小结64.1讨论与结论54.2实验创新之处54.3实验误差分析54.4实验可以改进的地方5参考文献7Abstract9致 谢10大豆根瘤固氮活性对干旱的响应作者：祝寿虎 指导老师：蒋跃林 （安徽农业大学资源与环境学院）摘要：在开放的试验场地中通过定量浇灌控制土壤干旱程度，对盆栽大豆进行试验测定，研究了不同干旱程度对大豆根系，重点是根瘤活性的影响。结果表明，土壤的干旱程度增加，抑制了大豆根系生长，大豆根瘤数、根鲜重以及固氮活性均呈下降趋势。就大豆根瘤的固氮活性而言，干旱程度分别为轻度干旱（T1:55-60%)、中度干旱(T2：45-50%）、重度干旱（T3：35-40%）时，与对照组（CK:65-70%）相比，在大豆鼓粒期，单株根瘤固氮活性随干程度提高而有显著降低，三种干旱水平的降低幅度分别为12.4%、16.0%、18.5%，随着干旱梯度什高，大豆根瘤的固氮活性有所降低。关键词：大豆 干旱 固氮活性1.引言干旱

2、作为影响作物生长发育、基因表达、分布以及产量品质的重要因素之一，严重限制了作物的大面积扩展。世界气象组织将干旱分为气象干旱、气候干旱、大气干旱、农业干旱、水文干旱以及用水管理干旱等六种干旱类型；而我国比较通用的定义有三种，分别是气象干旱、农业干旱和水文干旱。现代农业当中的大豆抗旱能力主要指的是大豆这种农作物在干旱环境条件下保持产量的能力，而在衡量这一能力的时候也以受干旱影响程度轻、产量减少小为佳。大豆的抗旱性是高产稳产的重要生态性状，当大豆的正常生长需要不被土壤中水分所满足时，便会出现干旱。大豆体内的水分平衡会失调，从而使原生质脱水、衰老、破坏、光合能力降低、有机物运输机积累减少，同时破坏了有机物合成与分解的正常比例，对产量造成严重的影响。抗旱性的大豆大多叶片的气孔多、根系发达、根冠比较大、疏导组织发达、茸毛多、角质化程度高或蜡质层高，这是对水分的贮藏与供应都很有利的构造。在干旱作用下，抗旱性强的品种在生理上不削弱酶的合成活性，能够保持较强的同化能力，蛋白质与淀粉等主要干物质的合成仍然维持较高的水平，能够积累一定的干物质；干旱条件下，原生质的粘性较大，自由水含量较少，束缚水含量较高，能

3、够维持体内水分的协调平衡。干旱引起的植物体内缺水，导致植物出现叶片枯萎、果实不饱满、产量下降等问题。多种因素相互作用构成了大豆的抗旱性，当植物受到干旱胁迫时，细胞的紧张度下降、叶片下垂，极度干旱时会造成植物细胞严重缺水，细胞体内各个生理生化反应发生紊乱，严重时会导致植物死亡，大大降低多种粮食作物的产量。我国是一个农业大国，粮食作物的降低对经济及人们的生活有着巨大的影响。在我国约有一半的土地处于半干旱或者干旱地带，这严重影响了粮食作物的正常生长，阻碍了我国农业生产发展。大豆是中国重要的粮食作物，在国民经济和人们日常生活中具有重要作用。大豆生长发育过程中不同于非豆科植物的显著特点是土壤中根瘤菌侵染大豆根系表皮细胞并形成根瘤，从而使大豆可以利用空气中的氮并逐步转化成氨，进而吸收、利用并完成蛋白质的合成。正常田间条件下大豆根瘤固氮量平均可达100kg N/hm2,最高可达到160kg N/hm2，根瘤固氮可提供大豆一生需氮总量的25%-60%。在大豆的生长和发育过程中，对氮素的吸收量较高，田间种植大豆的氮素来源主要有三个部分：根瘤固氮、土壤氮以及肥料氮。其中土壤氮是大豆的基本来源，肥料氮是大豆

4、的补充来源，根瘤固氮是大豆的主要氮源。而干旱会导致固氮酶的活性下降，从而降低大豆的固氮活性，导致大豆的产品质量和产量有所下降。干旱是自然界常见的自然灾害之一，往往具有周期长、差异明显等特征，所以干旱带来的后果往往具有周期长的特点。为了优选出最佳方案，本项研究拟探讨大豆和根瘤菌之间存在的共生固氮作用在不同干旱条件下将会产生何种变化，研究不同干旱条件水平下大豆根瘤量和固氮活性的变化趋势，为近年温室效应增加、旱灾地区数量上升及灾情逐渐恶化的背景下，大豆高产优质栽培提供依据。2.材料与方法2.1试验材料本试验于2017年在安徽农业大学农翠园（东经117度17分，北纬31度51分，海拔高度约为29.8米）内设有遮雨设施的钢架大棚中进行。供试作物为安徽省农科院作物研究所提供豆类研究室提供的大豆（中黄13号），在大豆的培育过程中人工满足其基本的水肥条件、去除病虫害和杂草，保持一致的管理方法。采用盆栽方式，6月4日播种，供试土壤就地取得为黄褐土，盆内土壤质地相同，保持肥力相近，无病虫害和杂草。开始实验前准备好的仪器以及测量工具有：直尺、卷尺、游标卡尺、电子天平、量筒、温度测量仪、湿度测定仪、光合速率测

5、定仪、塑料营养钵、高温高压灭菌锅、光照培养箱等。其余试验所需仪器和器材均为标准实验器材，实验室条件良好，能够保证数据的可靠性和试验的准确性，测定试验在中国科学技术大学理化试验中心进行。下表是试验土壤的基础肥力：PH有机质全氮含量速效氮速效磷速效钾PHOrganic matterTotal NAvail.NAvail.PAvail.K%ug/gug/gug/mg6.21.260.12112.332.8156.1表1 实验土壤基础肥力2.2试验设计选取成熟饱满的大豆种子播在内径25厘米，深度为28厘米的花盆中，每个花盆取15千克来自同一地块均匀的土壤,用标准播种方法播种，筛选合格的大豆作为种子，在大豆生长的各个时期给予相应的护理，保证试验的有效性和准确性。播种时施5克复合肥为底肥，播中后置于安徽农业大学农翠园带遮雨棚设施的钢架内。干旱分4个处理，每个处理6个盆，共计24盆，每盆定苗3株，分行放置。本次大豆实验从6月4日开始播种，8月6日到达大豆的鼓粒期。在此期间对土壤进行模拟干旱控制，以土壤含水量占田间持水量的百分比来设置干旱等级：对照组（CK:65-70%），轻度干旱（T1:55-60%

6、)，中度干旱(T2：45-50%），重度干旱（T3：35-40%），干旱胁迫时长7天，7天后复水。试验期间每天上午9时，用温湿度仪测定土壤含水量，土壤相对含水量=(土壤绝对含水量测量值)/田间持水量（在农翠园田地间，田间持水量取值为25.6%），按照不同的干旱梯度，保证定量浇水2.3测定项目与方法在大豆生长的各个时期，密切关注其生长情况，护理好大豆的生长，对于有虫子的小麦进行手动除虫，防止打药给大豆的生长带来影响，每周记录天气情况和小麦的株高等生长特征，同时用地温测量装置记录地温。于2017年8月8日（鼓粒期）对根系取样，每个处理6盆12株共4个处理，即288个样品，用慢水冲洗，洗净根系，并用剪刀进行分离。对于根长用精度为0.1毫米的刻度尺度量，根瘤数以及主侧根数人为清点3遍以确认。主根长的测定：大豆根系从土壤中挖出，用水冲洗干净，找到主根，用尺子测量得出主根长度。根鲜重的测定：仔细去除根部附着的泥土，用流水冲洗，在此期间，小心避免将幼根与根瘤冲走，将其擦干干后用电子天平称重，测得根鲜重，小数点保留到后两位。根瘤固氮活性采用乙炔还原法测定，大豆种子用无菌水洗净晾干后，用0.1%的什汞反

7、复消毒3次以上待用，把装有蛭石的塑料营养钵在高温高压灭菌锅中灭菌，用消毒后的大豆种子分别粘取根瘤菌，用不粘任何土壤及根瘤菌的消毒种子做对照，同时播种在营养钵中，并装入带有透气灭菌盖的无菌袋中，在光照培养箱中培养，定期定量浇入霍格兰营养液，直至大豆第4片复叶完全展开，固氮活性测定设3次重复。利用Excel进行数据整理分析并作图，试验数据采用SPSS16.0进行分析，在a=0.05和a=0.01水平上多重比较处理间的差异显著性。3.结果与分析3.1干旱程度增加对大豆固氮活性的影响用乙炔还原法测定的固氮活性的数据进行处理，每组平行取平均值，并计算它们的标准偏差，得到具体数据，然后对不同干旱处理条件下大豆根瘤的固氮活性进行数据分析，得到以下结果。处理平均数标准差 (yi s )差异显著性0.050.01CK19.451.33aAT117.041.21bABT216.330.96bBT315.860.98bB表2 不同干旱处理下大豆根瘤固氮活性（单株固氮活性TNA）的变化处理平均数标准差 (yi s )差异显著性0.050.01CK42.173.09aAT140.262.84abAT239.64

8、2.75abAT336.982.56bA表3 不同干旱处理下大豆根瘤固氮活性（比固氮活性SNA）的变化根瘤固氮活性是衡量大豆根瘤固氮作用的重要指标。根瘤固氮活性的大小直接影响到大豆的品质与产量。我们在大豆鼓粒期进行采样处理，对数据进行处理，我们可以看出，从不同梯度干旱水平根瘤固氮活性变化分析，根瘤比固氮活性一直表现为随干旱等级上升而下降的趋势，轻度干旱和中度干旱组与对照处理相比，根瘤比固氮活性分别下降了4.5%、6.0%；在p=0.05水平下与对照组差异不显著；重度干旱组较对照组（42.17mol/（g h）减少12.3%，在同样显著水平下与对照样本差异显著，比固氮活性只达到36.98mol/（g h）；而在p=0.01水平下无论是轻度、中度还是重度干旱都和对照组差异不显著。从单株大豆根瘤固氮活性来看，因为高干旱等级对比固氮活性有抑制作用，所以单株根瘤固氮活性随干旱程度提高而有显著降低，三种干旱水平的降低幅度分别为12.4%、16.0%、18.5%。分析其显著性差异，在p=0.05水平下，对照组和其余干旱组均呈现差异显著；在p=0.01水平下，对照组和轻度干旱组样本差异不显著，和中度干

9、旱组差异显著。同时，中度干旱等级与轻度干旱、重度干旱等级的样本差异均不显著。4. 实验小结4.1讨论与结论 在对大豆进行干旱分级处理后，从试验数据中我们可以看出不同梯度干旱水平根瘤的固氮活性存在一些规律和现象。从单株大豆根瘤固氮活性来看，因为高干旱等级对比固氮活性有抑制作用，所以单株根瘤固氮活性随干旱程度提高而有显著降低，但轻度干旱、中度干旱与重度干旱之间的单株固氮活性并无显著差异，我们可以考虑是否是当干旱达到一定程度时，大豆的单株固氮活性不再下降或者下降的幅度非常小，这个问题仍然需要进一步的研究探讨。根瘤比固氮活性一直表现为随干旱等级上升而下降的趋势，当a=0.05时，轻度干旱与中度干旱的大豆与对照组相比差异并不明显，重度干旱的大豆比固氮活性存在显著差异。从这两方面来看，干旱是影响大豆固氮活性的中重要因素，也就是说，干旱是导致大豆的品质与产量下降的重要因素。图1 不同干旱处理下大豆根瘤固氮活性（单株固氮活性TNA）的变化图2 不同干旱处理下大豆根瘤固氮活性（单株固氮活性TNA）的变化4.2实验创新之处1）从实验背景来看，安徽农业大学位于安徽省合肥市，合肥是中纬度地带，属亚热带季风性湿润气候，季风明显，四季分明，气候温和，雨量适中温多变、秋高气爽、梅雨显著、夏雨集中。年均气温15.7，年均降水量约1000毫米，年日照时间约2000小时，年均无霜期228天，平均相对湿度为77%。由于合肥的属于亚热带季风气候，夏季比较长而且天气复杂多变，出现干旱的可能性是比较大的，因而我们选取干旱作为本次研究的重要因素也是十分具有现实意义的。2）我们的实验以干旱

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