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植物的补偿性生长是目前生态学研究的热点之一,作为植物补偿生长的一种,作物的旱后复水补偿性生长也受到了广泛关注。作物的旱后复水补偿生长可为农业的调亏灌溉、匮缺灌溉和旱地农业等众多农业水资源高效利用技术提供理论依据。本研究拟苗期玉米为研究对象,以根源细胞分裂素(ZR)对植物的调控为核心,从旱后复水调控对植物根源细胞分裂素的生长入手,着重研究根系的深浅和种植的密度对根源细胞分裂素产生的影响,来探索作物的旱后复水补偿生长机制。 其主要研究结果如下: (1)首先,通过检测植物的内源生长激素来探索苗期玉米的旱后复水补偿性生长机制。由向根部施加硝态氮(NO3-)试验可得,干旱胁迫抑制了玉米的生长,降低了地上和整株生物量,却提高了根系可溶性糖含量和根系活力。而复水后,施加NO3-处理幼苗的地上和总生物量与正常供水处理幼苗几乎追平,并有超越的趋势,玉米幼苗叶片中ZR含量迅速升高,发生了补偿性生长。另外复水还刺激增加了根系ZR的含量,提高了根系可溶性糖含量,为由根向叶传递ZR提供能量,进而增加了叶片ZR的含量。因此复水后根系细胞分裂素是影响玉米幼苗补偿生长的关键。 (2)其次,通过检测玉米浅根和深根与整株生长产生的细胞分裂素,来探索深根对旱后复水补偿性生长的调控机制。由断根和向深根根系添加NO3-试验可得,在没有断根的情况下,复水可增加玉米幼苗的生长量和净光合速率,增加根系细胞分裂素的含量,促进了木质部分中的细胞分裂素浓度升高,进而叶片中细胞分裂素浓度含量快速增加,发生了补偿性生长,断根处理无此现象。总体而言,由于深根部能在复水后产生更多的ZR,并通过干旱时期积累的可溶性糖的能量支持,提高根向叶传输ZR的速率,使得叶片ZR含量升高,进而发生补偿性生长。 (3)最后,通过检测不同种植密度下根叶内源细胞分裂素含量的变化,来从种群的角度来揭示旱后复水补偿性生长机制。由不同种植密度玉米旱后复水试验可得,干旱胁迫抑制玉米幼苗生长,但复水增加了玉米生长。与低密度相比,高密度下复水导致净光合速率上升的幅度较大。在8天复水期间,高密度玉米容易发生干旱后复水补偿性增长,低密度玉米无补偿性生长。复水还可以增加叶片和木质部分中的细胞分裂素浓度,高密度下叶片细胞分裂素浓度增加促进玉米生长。在高密度条件下,与充分供水玉米相比复水玉米种内竞争较少,有利于其生长和光合速率的提高。总之,较弱的竞争和根源细胞分裂导致了较高密度下易发生补偿性生长。 总之,本研究发现,根系诱导的细胞分裂素是促进玉米干旱复水补偿生长的关键因子。另外深层根系产生的细胞分裂素对植物的补偿生长起到决定性作用;在相对较高的种群密度下,较弱的竞争和根源细胞分裂易发生补偿性生长。这对探索玉米抗旱以及农业节水都有重要意义。