不同家系杉木根系三維構(gòu)型的差異及其對(duì)養(yǎng)分脅迫的響應(yīng)研究.pdf_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、根系構(gòu)型是植物根系在土壤中的空間分布特征。不同根系構(gòu)型植物對(duì)生長(zhǎng)介質(zhì)中養(yǎng)分和水分吸收效率及其對(duì)環(huán)境脅迫的適應(yīng)性存在差異,根系形態(tài)構(gòu)型會(huì)隨著植物遺傳因素和環(huán)境因子的不同而發(fā)生變化,從而調(diào)節(jié)根系對(duì)養(yǎng)分和水分的吸收,因此近年來有關(guān)植物根系構(gòu)型的研究受到重視。但由于植物生長(zhǎng)的土壤具有不透明性和密閉性等特點(diǎn),難以獲取完整根系進(jìn)行定量描述和分析,極大地限制了人們對(duì)于根系構(gòu)型的研究深度,因此如何定量觀測(cè)和描述植物根構(gòu)型成為當(dāng)今植物學(xué)界急需解決的重大課

2、題。
  杉木(Cunninghamia lanceolata)是我國南方重要的速生用材樹種之一,由于杉木分布較廣,受地域差異和生態(tài)遺傳隔絕影響,形成了適應(yīng)不同環(huán)境條件的生態(tài)類型。不同生態(tài)類型的杉木在養(yǎng)分利用率和抗逆性上存在顯著差異,目前的研究主要集中在杉木地上部分的養(yǎng)分利用率上,而對(duì)不同生態(tài)類型杉木根系三維構(gòu)型的定量化研究較少。由于受根系觀測(cè)技術(shù)的限制,目前對(duì)不同生態(tài)類型杉木的根系構(gòu)型是否存在差異及其對(duì)養(yǎng)分脅迫的響應(yīng)機(jī)制還不清楚

3、,極大地限制了對(duì)不同杉木根系養(yǎng)分吸收機(jī)制的研究。
  鑒于此,本文根據(jù)根系生物學(xué)和脅迫植物學(xué)的原理和方法,以福建省漳平五一國有林場(chǎng)杉木種子園內(nèi)的不同家系杉木為研究對(duì)象,利用自主設(shè)計(jì)的養(yǎng)分脅迫裝置,進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗(yàn),設(shè)計(jì)了用于拍攝水培杉木根系的數(shù)碼攝像平臺(tái),通過多臺(tái)數(shù)碼攝像機(jī)從多視角拍攝杉木根系側(cè)面,根據(jù)拍攝系統(tǒng)的特征對(duì)獲得的二維圖像進(jìn)行三維影像跟蹤、轉(zhuǎn)化和表達(dá),最終獲得重構(gòu)后的三維根系圖像。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行不同家系杉木根系構(gòu)型的定

4、量描述和分析,并定量比較不同杉木根系構(gòu)型與地上部生長(zhǎng)的相關(guān)性,研究不同養(yǎng)分脅迫條件下不同杉木家系根系形態(tài)參數(shù),分析杉木根系對(duì)養(yǎng)分脅迫的響應(yīng)機(jī)制,為篩選具有理想根構(gòu)型的杉木基因型提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
  1、不同家系杉木根系三維構(gòu)型特征表現(xiàn)為:杉木根系為直根系,根系成二分枝鯡骨型,主要靠側(cè)根吸收養(yǎng)分,側(cè)根數(shù)量多,吸收能力強(qiáng),生長(zhǎng)快。在正常供養(yǎng)條件下,不同家系的主根長(zhǎng)、根系分枝狀況、根幅和平均分枝角度等存在顯著差異,其中1

5、號(hào)、15號(hào)、23號(hào)、27號(hào)、32號(hào)和42號(hào)家系根系分枝上部根少,中下部根多,基本成倒傘型,主根較長(zhǎng),根系分枝以一級(jí)和二級(jí)側(cè)根為主,平均分枝角度1號(hào)和42號(hào)大于70°,其它家系在50°-60°之間;10號(hào)家系根系發(fā)達(dá),根系分枝成傘狀,根幅最大;20號(hào)和28號(hào)家系,根系分枝成傘型,主根較其它家系短,根幅較大,其根系分枝以一級(jí)側(cè)根為主,二級(jí)側(cè)根較少;而29號(hào)家系,平均主根最短,平均分枝角度較1號(hào)、15號(hào)和42號(hào)家系小,其根系分枝成倒傘狀。在正

6、常供養(yǎng)條件下杉木根系分蘗較多,根幅相對(duì)較大,主根較長(zhǎng)。
  2、不同家系杉木一級(jí)側(cè)根與主軸的夾角在10°范圍內(nèi)基本呈現(xiàn)相同的規(guī)律:即一級(jí)側(cè)根與主根的夾角,在每10°范圍內(nèi)基本呈正態(tài)分布。夾角在0-10°和大于90°根系所占百分比較小,在水平和垂直方向的一級(jí)側(cè)根基本沒有;在水培環(huán)境下,根系縱向生長(zhǎng)較快,一級(jí)側(cè)根與主軸的夾角,在不同的角度范圍內(nèi)所占的百分比不同,但總體上隨著生長(zhǎng)期的加長(zhǎng),偏向于向小角度集中。
  3、不同家系杉木

7、根系在水平面XOY上的投影在360°范圍內(nèi)的分布情況為:生長(zhǎng)初期杉木根系在水平方向上呈對(duì)稱分布,隨著生長(zhǎng)期的變化,一部分二級(jí)側(cè)根出現(xiàn),根系生長(zhǎng)呈不對(duì)稱分布,且表現(xiàn)為根系在某一角度范圍內(nèi)所占比重大;在生長(zhǎng)后期,根系二級(jí)分枝增多,開始出現(xiàn)三級(jí)側(cè)根,根系分布范圍又落在較對(duì)稱的區(qū)域。但由于杉木根系生長(zhǎng)周期長(zhǎng),根系處于不斷分蘗的狀態(tài),因此對(duì)于杉木根系在水平面上的投影對(duì)稱與否還有待進(jìn)一步觀測(cè)。
  4、對(duì)正常供養(yǎng)條件下的不同家系杉木根幅、總根

8、長(zhǎng)、根平均直徑、根表面積和根體積等指標(biāo)進(jìn)行方差分析結(jié)果表明:不同家系杉木的各生長(zhǎng)指標(biāo)除根體積增量外,其它生長(zhǎng)指標(biāo)均存在顯著差異(p<0.05)。其中10號(hào)家系根幅最大,與27號(hào)家系存在極顯著差異;42號(hào)與15號(hào)家系根長(zhǎng)增量存在極顯著差異(p<0.01),42號(hào)家系平均根長(zhǎng)增量約為最小15號(hào)家系的5.6倍;不同家系最大根平均直徑增量出現(xiàn)在32號(hào)家系,最小的為27號(hào)家系,僅為最大值的40%;而不同家系平均根表面積增量為4.886cm2,最大

9、增量出現(xiàn)在15號(hào)家系,32號(hào)家系低于表面積平均增量的58.1%;根體積的平均增量最大值出現(xiàn)在28號(hào)家系,10號(hào)和42號(hào)次之,最小值出現(xiàn)在1號(hào)家系,僅為平均值的36%。
  5、對(duì)不同家系杉木根系的三維形態(tài)特征參數(shù)進(jìn)行聚類分析并與其母樹生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行的相關(guān)性分析表明:1號(hào)、42號(hào)、15號(hào)、23號(hào)、27號(hào)和32號(hào)家系杉木屬中間型根構(gòu)型,主根上部根系少下部多,成倒傘狀根系,其地上部分的生長(zhǎng)較好,均大于整體平均值;10號(hào)家系屬于大型根系,根

10、系成傘狀,根構(gòu)型參數(shù)均大于總體均值,但其母樹生長(zhǎng)性狀較差;而20號(hào)、28號(hào)和29號(hào)家系屬于小型根系,除29號(hào)家系外,其它家系母樹的生長(zhǎng)性狀較差,29號(hào)家系主根上部根系少下部多,成倒傘型,根冠較大,其母樹生長(zhǎng)性狀較優(yōu)??梢姼捣种ι喜可僦邢虏慷嗟牡箓銧罡殿愋湍笜渖L(zhǎng)較優(yōu),中型根系類型杉木母樹生長(zhǎng)較快,可見根系發(fā)達(dá)的杉木其地上部生長(zhǎng)不一定最快。
  6、養(yǎng)分脅迫條件下不同家系杉木根幅存在極顯著差異。不同養(yǎng)分脅迫下平均根幅變化表現(xiàn)為:

11、0H>對(duì)照>1/4H>1/8H,說明杉木根系具有向地性和趨肥性;在供試的10個(gè)家系中,根幅較大的有42號(hào)、1號(hào)、10號(hào)和28號(hào)家系,較小的有15號(hào)、23號(hào)、27號(hào)、29號(hào)和32號(hào)家系;養(yǎng)分脅迫下同一家系根幅差異除15號(hào)家系外,均存在極顯著的差異。
  7、養(yǎng)分脅迫條件下不同家系杉木根系生長(zhǎng)表現(xiàn)為:不同家系根平均直徑和根表面積在各養(yǎng)分水平下均存在顯著差異,總根長(zhǎng)和根體積在不施加養(yǎng)分和1/8H養(yǎng)分條件下的差異也達(dá)顯著水平。從總體上看,

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