【摘 要】
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玉米-大豆带状复合种植可实现玉米与单作相比不减产,增收一季大豆的目标,对于保障粮食安全意义重大,由于其显著的经济生态效应,已被许多地区应用,包括非洲一些热带地区。带状复合种植中,大豆受玉米影响,一直处于荫蔽光环境,在荫蔽高温环境下,大豆生长发育特性有何差异?前人关于温度和光照强度对植物生长发育的调控,多集中在单一因素中,而两者互作效应研究甚少,调控机制尚不明确,为此,首先开展了一年的田间试验,设置
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玉米-大豆带状复合种植可实现玉米与单作相比不减产,增收一季大豆的目标,对于保障粮食安全意义重大,由于其显著的经济生态效应,已被许多地区应用,包括非洲一些热带地区。带状复合种植中,大豆受玉米影响,一直处于荫蔽光环境,在荫蔽高温环境下,大豆生长发育特性有何差异?前人关于温度和光照强度对植物生长发育的调控,多集中在单一因素中,而两者互作效应研究甚少,调控机制尚不明确,为此,首先开展了一年的田间试验,设置了不同玉米品种和田间配置,研究其对大豆生长和植株形态的影响,旨在明确玉米品种和田间配置对大豆冠层光照和温度的调控效应,继而对大豆株高、叶面积等形态特征的影响。为明确其调控机理,随后开展了盆栽试验,模拟大田带状复合种植大豆在营养阶段的冠层光照和热带地区的温度条件,试验设置了高温/正常光照(HTNL;35°C/360),高温/低光照(HTLL;35°C/100),正常温度/正常光照(NTNL;25°C/360),正常温度/低光照(NTLL;25°C/100)4个处理,研究了不同光强(μmol m-2s-1)和温度(°C)互作对大豆茎秆生长和叶片发育的调控效应及机制。主要结果如下:1、玉米品种和带宽配置显著影响了大豆生长的光照强度和温度。玉米大豆之间的间距减小(2米),高位作物玉米对大豆遮荫加重,大豆株高变高。株型较紧凑的荣玉1210与大豆带状套作,大豆冠层温度比株型松散的中单808与大豆套作高,表明不同玉米品种可以调节大豆冠层温度。2、高温和弱光互作增加了大豆下胚轴的伸长率。内源激素GA3,GA7,吲哚-3-乙酸(IAA)和吲哚-3-丙酮酸(IPA)的含量显著高于仅处于高温的处理。在高温和弱光相互作用下,GA生物合成途径基因(Gm GA3ox1,Gm GA3ox2和Gm GA3)和生长素生物合成途径基因(Gm YUCCA3,Gm YUCCA5和Gm YUCCA7)显着高于仅处于高温的处理。表明赤霉素和生长素在弱光和高温胁迫相互作用下调节大豆下胚轴伸长率。3、高温和弱光互作对大豆叶片发育有显著影响。叶片衰老(LS)通常发生在植物发育的后期,但也可以由高温胁迫(HT)引发。结果显示,在大豆中高温胁迫诱导的LS,但是在高温和弱光处理中降低了。同样,高温胁迫比高温和弱光处理降低了大豆的光合作速率。为了响应高温胁迫,内源茉莉酸(JA)和水杨酸(SA)以及转录分析大豆STAY-GREEN基因(Gm SGR1和Gm SGR2),蔗糖磷酸合酶基因(Gm SPS1和Gm SPS2),淀粉合酶基因(Gm AGP1)的转录分析和Gm UGP1-1),JA防御途径基因Gm PDF1.2,Gm JAR1.1,Gm FAD3.1和Gm PR4.2在高温和弱光条件下均显着上调。这些结果表明,在高温胁迫下,弱光信号可以调节植物叶片的持绿度,这与内源JA水平升高有关。4、高温胁迫下,茉莉酸防御途径参与了弱光诱导的大豆抗性。与HT处理相比,高温和弱光处理中5μM JA提高了大豆的光合性能和植物矿质元素水平。另外,在高温和弱光条件下启动5μM JA引发了大豆矿物质相关基因(磷转运蛋白基因-Gm PT3和Gm PT5),(钾转运蛋白基因-Gm KUP3和Gm KUP3),钙介导的胁迫信号基因(Gm CAMTA7和Gm CAMTA9)以及JA防御信号基因(Gm PDF1.2,Gm JAR1-1,Gm FAD3-1和Gm PR4.2)均比HT处理高,表明弱光高温下大豆叶片衰老减弱,JA防御信号参与了该过程。
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