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如今世界许多地区,土壤都遭到不同程度的破坏,土壤理化性质恶化,致使土壤硬化,抑制根系的生长,影响根系发育,导致作物减产。土壤硬化已经是影响土壤质量和作物生长的重要胁迫因子之一,给世界范围内的农业发展与生产带来了严重的影响,研究土壤硬度对植物根系生长发育的影响具有重要的意义。为了在实验室条件下模拟植物根系在土壤中的硬度环境,本研究构建了两种不同硬度的培养介质模型,分别为不同硬度土壤基质模型和不同硬度培养基模型。在不同硬度土壤基质模型下以豌豆和番茄为材料,分析根系的生长发育情况,研究介质硬度对根系生长发育的影响。在不同硬度培养基模型下以野生型拟南芥和豌豆为材料,观察拟南芥根系生长形态和不同浓度DMTU（H2O2清除剂）对拟南芥根系生长的调节以及在两层不同硬度培养基中豌豆和拟南芥的根系穿透行为,研究介质硬度变化对植物根系生长发育的影响。并通过对两种模型下拟南芥、豌豆、番茄之间的根系生长发育及行为建立联系并与地上部分相关联,从而探究介质硬度对植物根系生长发育的调控以及植物的根系如何响应于介质硬度的变化。实验主要结果如下:（1）不同硬度土壤基质模型的构建:以jiffy泥炭藓土作为根系的生长介质,设置不同的土壤基质容重,然后测量其硬度。结果表明该土壤基质容重与基质硬度呈线性正相关。不同硬度培养基模型的构建:以Phytagel作为根系的生长介质,制备不同Phytagel浓度的培养基,然后测量其硬度。结果表明该Phytagel浓度与培养基硬度呈线性正相关。说明两种不同硬度介质模型可用于根系生长发育的研究。（2）豌豆和番茄在不同硬度土壤基质模型中（0.0015 MPa～0.4406 MPa）根系之间的发育存在着显著的差异,随着基质硬度的增加,根系鲜重干重降低、主根变短、侧根数目减少,根系总体积变小、根系总表面积变小、根系的总长度变短,但对地上部分影响较小,叶绿素含量也无明显差异。结果表明随着土壤基质硬度的增加（0.0015 MPa～0.4406 MPa）,会抑制番茄和豌豆根系的生长发育,主要变现为主根变短,侧根数目减少。由于番茄和豌豆的根系承受能力大于0.4406 MPa,所以对地上部分影响较小。（3）拟南芥在不同硬度培养基模型中（0.0584 MPa～0.1767 MPa）根系的生在发育存在显著差异,随着培养基Phytagel浓度的增加,培养基硬度越来越高,会抑制拟南芥根系的生长发育,主要表现为主根长度变短、主根直径增加、侧根数量减少。培养基硬度在一定范围的内（硬度0.0584 MPa～0.1135 MPa）对拟南芥的叶片面积影响较小,但是随着培养介质硬度大于0.1135 MPa时,拟南芥叶片开始出现发育不良的现象。结果表明随着培养基硬度的增加（0.0584 MPa～0.1767 MPa）会抑制拟南芥根系的发育,当硬度大于0.1135 MPa时会明显抑制叶片发育。（4）构建两层不同硬度的培养基,分别为从低硬度到高硬度（上层培养基的Phytagel浓度为0.6%、0.8%、1.0%、1.2%,下层培养基的Phytagel浓度均为0.6%）和高硬度到低硬度（上层培养基的Phytagel浓度为0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%,下层培养基的phytagel浓度为0.6%）。拟南芥和豌豆在培养基中从低硬度到高硬度生长时,下层培养基硬度的增加,根系的穿透率会降低,当下层培养基Phytagel浓度达到1.4%时,拟南芥的根系便无法穿透,但是豌豆部分根系可以穿透。拟南芥和豌豆在培养基中从高硬度到低硬度生长时,随着上层培养基硬度增加,根系的穿透率会升高。结果表明拟南芥和豌豆的根系穿透能力与生长环境的介质硬度有关,根系生长的介质越硬,根系的穿透能力就越强。豌豆比拟南芥的根系具有更强的穿透和适应能力。（5）通过对拟南芥根系中的ROS进行染色,发现随着培养基硬度的增加,根系的ROS含量随之降低。同时拟南芥的分生区、过渡区、伸长区、成熟区中,过渡区的ROS水平较高。在不同硬度培养基模型下设置5种不同浓度的DMTU处理,分别为0 mmol/L、0.1 mmol/L、1 mmol/L、5 mmol/L、10 mmol/L。低浓度的DMTU（0.1 mmol/L和1 mmol/L）可以促进拟南芥根系的生长发育,特别是在高硬度的培养基中促进效果更加明显。同时随着DMTU浓度的增加,当DMTU的浓度为5mmol/L时,根系的生长受到抑制,当浓度达到10 mmol/L时,根系几乎停止发育。拟南芥根系的ROS含量随之降低。结果表明培养基硬度影响根系中的活性氧水平,低浓度的DMTU（0.1 mmol/L和1 mmol/L）可以促进拟南芥根系的生长发育,高浓度的DMTU（5 mmol/L和10 mmol/L）会抑制根系生长。综上所述,生长介质硬度调控着植物根系的形态建成,根系可以感知生长介质的硬度并作出相应的生理与形态变化。生长介质硬度的增加会抑制拟南芥、豌豆、番茄根系的生长发育,导致主根变短,侧根数量减少,根系生物量降低,并对地上部分与根系之间的能量分配产生影响。培养基硬度可以影响拟南芥和豌豆的根系行为,如根系穿透和盘旋弯曲。根系的穿透能力与根系的生长介质硬度有关,在一定硬度范围内,随着培养基硬度增加,拟南芥和豌豆根系的穿透能力增强。培养基硬度影响根系中的活性氧水平,在培养基中施加适量浓度的DMTU可以促进拟南芥根系伸长。本研究为土壤硬度影响根系生长发育的机理研究提供理论基础,对筛选优良的抗逆作物品种有一定的学术价值,对农业的指导生产有一定潜在价值。