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干旱胁迫对玉米生长的影响


干旱胁迫对玉米生长的影响 干旱胁迫对玉米生长的影响 胁迫
李明
湛江师范学院生命科学与技术学院,广东 湛江 524048 摘要:植物的生命活动十分复杂,水分,温度,光照,土壤等外 界环境会影响植物的生长与发育. 本实验通过干旱与正常生长的不同 处理设计对照实验,再通过测量植物的生长速度,脯氨酸的含量以及 测定植物的形态指标(鲜重,干重,根冠比)来研究干旱对植物生长 的影响. 关键词:玉米,干旱胁迫 ,正常生长

Effects of drought on maize growth
Liming (Zhanjiang normal university of life science &technology school, Guangdong 524048 ) Zhanjiang

Abstract : Plant life activity is very complex, moisture content, temperature, light, soil and other external environment will affect plant growth and development. This experiment by drought and normal growth of different processing design, again through the measurement of plant growth rate and the content of proline and determination of plant morphological index (fresh and dry weight of root, the study of drought) of plants grow. Keywords:drought , maize

玉米喜温,种子发芽的最适温度为 25~30℃,适宜的土壤 pH 为 5~8,以 6.5~7.0 最适.在我国东北地区,干旱和低温是 制约玉米幼苗生长的两个重要因素,为此本实验研究了干旱对玉 米生长的影响.

(一)实验准备与幼苗培养 实验准备与幼苗培养
1,实验材料与器材 实验材料与器材 材料:市场买回来的 60 颗活种子,本地区土壤,自来水 器材:6 个花盆,尺子,记录本 2,播种 播种 每个花盆中分散播种 6~8 粒玉米种子, 当玉米苗出现第 3 片叶子 时开始间苗,每盆保留 3 株长势良好且一致的玉米苗,玉米苗在花盆 中如图 1 分布,有利于玉米苗生长.

第一株

第二株 图1 图一

第三株

3. 干旱处理及生长速度的测量 A. 当玉米苗出现第 5 片叶子时开始干旱处理,连续处理 3 周; B. 每天测量植株叶片生长长度. 4. 生长量的测定 4.1 植株鲜重的测定 将不同处理的玉米苗小心连同根系取出,洗净,用吸水纸吸干水 分后天平称取鲜重,比较不同处理植株鲜重的差别.

4.2 植株干重的测定 将称取鲜重的玉米苗置于 110℃烘箱中杀青 15 min 后, 80℃烘干 至恒重后用天平称干重,并计算植株含水量. 植株含水量(%)= 4.3 根冠比的测量 根冠比= 植株根系干重 植株地上部分干重 植株鲜重-植株干重 ×100% 植株鲜重

(二)数据记录处理 二 数据记录处理
2.1 玉米叶片生长速度 在不同处理中分别选取新长出的叶片,每天测量其长度,记录, 求出单位时间内(1 d)叶片长度变化值,作随时间变化的动态图. 数据如下表:分别为 5,6 片叶子
时间(月.日) 5月2日 5月3日 5月4日 5月5日 5月6日 时间(月.日) 5月7日 5月8日 5月9日 5 月 10 日 对照(平均值) 26.94 31.48 35.17 38.88 43.11 对照(平均值) 33.14 39.59 40.9 43.33 干旱(平均值) 26.95 27.84 28.54 33.13 35.29 干旱(平均值) 23.66 24.22 24.37 24.68

表一 5,6 片叶子平均生长长度

玉米种子在正常与干旱条件下生长曲线图 第 5片 叶 子 长 度 ( CM) 50 40 30 20 10 0 2009年 5 月 2日 2009年 5 月 4日 2009年 5 月 6日

玉米在正常与干旱条件下生长情况曲线图 第 6片 叶 子 长 度 ( CM) 50 40 30 20 10 0 2009年 5 月 7日 2009年 5 月 9日

对照(平均 值) 干旱(平均 值)

对照(平均 值) 干旱(平均 值)

测量时间

测量时间

图二第五片叶子正常与干旱条件下生长曲线 图三第六片叶子正常与干旱条件下生长曲线

从两片叶子的生长速度比较中看出,干旱处理的生长较慢.由水 的生理作用知道:水是细胞质的主要组成物质,是代谢过程中的反应 物质,参与物质运输与维持细胞的形态,维持内环境的稳定.缺水造 成植物生长缓慢,主要原因是影响了其内部的生命活动,造成机体器 官的萎缩或者死亡.从中我们可以得到启示,在玉米种植中,当干旱 出现时应该及时灌溉,否则会影响到其的生长与发育,造成收成的减 产 2.2 玉米生长量(表二) 玉米生长量 表二) 生长量( 鲜重( ) 鲜重(g) 植株 对照 干旱 地上部分 对照 干旱 地下部分 对照 干旱 123.37 49.30 100.49 30.37 35.70 11.90 5.55 2.53 4.1 1.96 1.45 0.87 干重( ) 干重(g)

植株含水量(对照)(%)=

植株鲜重-植株干重 ×100%=(123.37— 植株鲜重

5.55)/123.37×100%=95.5% ) 植株含水量 (干旱) (%)= /49.30×100%=39.5% 根冠比(对照)= 根冠比 (干旱) = 植株根系干重 ×100%=1.45/4.1×100%=35.37% 植株地上部分干重 植株鲜重-植株干重 ×100%= (49.30—2.53) ) 植株鲜重

植株根系干重 ×100%=0.87/1.96×100%=44.39% 植株地上部分干重

(三)玉米的不同指标测定
3.1,叶绿素的测定 , 根据叶绿素不溶于水,但溶于有机溶剂的性质,采用丙酮有机 溶剂来提取.由叶绿体色素提取液对可见光谱的吸收,利用分光光度 计在某一特定波长下测定其吸光度,计算出提取液中各种色素的含 量.据 Arnon 法,80%丙酮提取的叶绿素 a,叶绿素 b 混合液在红光 区的最大吸收峰分别为 663nm 和 645nm, 又知叶绿素 a 和叶绿素 b 在 该溶液中的吸光系数在波长 663nm 下分别为 82.04 和 9.27,在波长 645nm 下分别为 16.75 和 45.60,由关系式: A663=82.04Ca+9.27Cb (2) 由(1)(2)得:Ca=12.72 A663—2.59 A645 , Cb =22.88 A645—4.67 A663 (3) (4) (1) A645=16.75 Ca +45.60 Cb

实验时测得的 OD 值:663nm 正常:1.691 645nm 正常:0.678 正常组:

干旱:1.756 干旱:0.865

Ca=12.72 *1.691—2.59*0.678=19.75 Cb =22.8*0.678—4.67*1.691=7.62 CT=27.37

干旱组:

Ca=12.72*1.756—2.59*0.865=20.09 Cb = 22.88*0.865—4.67*1.756=11.59 CT=31.68

从结果中得:正常组的 CT〈干旱组的 CT;也就是说干旱组的叶 绿素含量比正常生长的还要高.从理论上分析(②缺水应使玉米体内 的产生大量的有害物质,导致膜脂过氧化作用,破坏了细胞的结构, 造成叶片的叶绿素含量和硝酸还原酶活性显著降低, 从而导致生长发 育缓慢的. )而我们所做的实验结果却好相反,其中原因是我们在选 择材料时不具有代表性(随意性) ,应该选择不同处理植物的同一部 位的叶片做为对照; 另外就是我们在使用分光光度计时没有稀释叶绿 素提取液就开始测量,导致结果升高,造成了很大的误差 3.2 植物体内游离的脯氨酸含量的测定 实验原理: 脯氨酸是植物体内有效地渗透调节剂,几乎所有的 逆境, 都导致植物体内游离的脯氨酸大量的累积, 尤其是干旱胁迫下, 脯氨酸积累尤为明显,可比正常含量高几十倍或者百倍.所以脯氨酸 是植物抗逆性的一项指标. 用磺基水杨酸提取植物体内的游离脯氨酸,在酸性条件下,脯氨 酸与茚三酮反应生成稳定的红色化合物,用甲苯萃取之后,此化合物 在 520nm 波长处有最大吸收值.脯氨酸浓度在一定范围内与其吸光

度值成正比. 实验材料:干旱组的玉米叶片,对照组的玉米叶片 脯氨酸的含量测定结果: 先绘制标准曲线,得出回归方程为: y=0.0455x--0.0138(R2 =0.9967)………....(1) 其中 y 为 OD 值,x 为脯氨酸的浓度 测得的 OD 值结果如下: 510nm 的 OD 值 1 2 平均值 干旱组 0.275 0.251 0.263 表三 将以上数据带入(1)得到: 干旱组的脯氨酸的浓度为:6.084ug 对照组的脯氨酸的浓度为:1.578ug 脯氨酸的含量: 干旱组:4.843ug.g-1 对照组:1.256 ug.g-1 对照组 0.062 0.054 0.058

结果显示,在干旱胁迫下,脯氨酸的积累比较明显.说明实验中 的干旱处理达到了预期的效果. (四)结果分析 四 结果分析 1.1 形态结构与玉米的抗旱性 从表二可以看出,对照组植株含水量为 95.5%,干旱组植株含水

量为 39.5%;对照组根冠比为 35.37%,干旱组根冠比为 44.39%.很 明显玉米因干旱胁迫植株水分大幅度减少,而根冠比比对照组要大, 因为干旱迫使玉米根向更深的泥土扎进, 所以其根系相对来说比较发 达.这是对干旱环境的一种适应.另外我们观察到,水分胁迫对玉米 的生长影响很大 ,在干旱条件下 ,玉米生长缓慢 ,单株最大叶面 积和叶片数相对减少 ,单株干物质积累量显著减少,而对照组却长 得非常喜人.从图二,三中可以看出,对照组玉米叶片的生长速度比 干旱组的要快得多,对照组的生长曲线的斜率要比干旱组大,这是因 为对照组水分充足,养分供应持续,光合作用速率高,所以有效生长 速度高. 1.2 生理代谢与玉米抗旱性 从表三中看出干旱胁迫下,脯氨酸的积累比较明显.这是因为干 旱催生 ABA,ABA 能提高根系的水势, 降低渗透势, 增加渗透调 节能力,而且能够显著地提高脯氨酸含量, ABA 浓度能影响叶绿体 的超微结构,增加 ABA 浓度会导致外膜破裂,完全破坏膜结构.干 旱条件也影响到作物的光合代谢, 如光合与呼吸强度, 电子传递速率, 光合磷酸化活性等, 干旱对光合作用的影响很大程度上是通过气孔的 开放来完成的.水份胁迫引起气孔关闭, CO2 扩散阻力增大, PSII 及光合磷酸化活性下降, RuBP 再生受阻,光暗呼吸变等化在轻度 水分胁迫条件下,以气孔因素限制为主,在严重水分胁迫时光合作用 的抑制可能主要是 RuBPC 和 PEPC 活性大大降低的结果.干旱胁 迫也直接影响光合机构的结构和活性. 最终干旱胁迫导致光合作用减

弱和光合速率下降. 主要参考资料: 植物生理学实验技术 (萧浪涛 王三根 主编)

②玉米生长发育及生理特征对水分胁迫的感应关系 (贵州大学 远红伟等编)

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