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小麦根系特征对干旱胁迫的响应
苗青霞, 方燕, 陈应龙
植物学报    2019, 54 (5): 652-661.   DOI: 10.11983/CBB19089
摘要   (275 HTML0 PDF(pc) (1241KB)(45)  

干旱胁迫时, 小麦(Triticum aestivum)根系率先产生应激响应, 同时向地上部发出信号, 诱导地上部发生生理反应, 从而提高植株抗旱能力。根系构型包括平面几何性状和立体几何结构(即拓扑构型), 具有遗传稳定性和可塑性。干旱胁迫影响根系理化特性, 如根源化学信号、根系细胞酶类和根系渗透作用的响应。根系通过调整其解剖学结构和水分吸收动力等来适应干旱胁迫。该文从根系构型、理化特性和解剖学结构3个方面, 系统阐述了小麦根系特征对干旱胁迫的响应, 并探讨了其与干旱胁迫的关系和当前研究中存在的问题, 以期为相关研究提供参考。


根源化学信号 干旱胁迫下响应 参考文献
脱落酸 干旱条件下增加, 传递根源信号和控制气孔导度, 减弱蒸腾作用 Tardieu et al., 1992; Saradadevi et al., 2015; 马超等, 2017; 谢静静等, 2018
生长素 干旱条件下降低, IAA/ CTK降低, 与脱落酸呈拮抗作用 Eckert and Kaldenh-
off, 2000; Xu et al., 2013; Han et al., 2015
细胞分裂素(玉米素, 玉
米素核苷)
干旱条件下降低, 与生长素呈拮抗作用 Dodd, 2003; Kudoyarova et al., 2007; Han et al., 2015
木质部pH值 干旱条件下增加, 与脱落酸共同作用引起气孔关闭 Gollan et al., 1992
钙离子 干旱胁迫下脱落酸诱导气孔关闭过程中的第二信使 Parcy and Giraudat, 1997; Snedden and Fromm, 2001; Bothwell and Ng, 2005; Case et al., 2007
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表2 干旱胁迫下根源化学信号的响应
正文中引用本图/表的段落
根系对土壤水分吸收的阻力有两种(图2): (1) 径向阻力, 即水从土壤依次经由根表皮、皮层、内皮层、中柱到达根木质部的阻力; (2) 轴向阻力, 即水分通过木质部导管系统从根部到芽的阻力(Steudle and Peterson, 1998)。径向阻力主要决定根系对土壤中水分的吸收能力, 轴向阻力由木质部导管直径决定(吴永成等, 2004)。对小麦抗旱性的研究表明, 抗旱性强的品种根系有以下特点: 导管直径变小(增加轴向阻力, 减少了根系水分向其它部位流失)、皮层厚度减少(减小径向阻力, 增加根系对水分的吸收)和内皮层厚度增加(保护内部输导组织并防止水分回流) (张岁岐等, 2001; 王敏等, 2002; 王燕和王洪峰, 2013; 唐玉婧等, 2014)。这些结构变化增强了根系对土壤中水分的吸收, 减少了根系的水分流失, 有利于抵御干旱Richards和Passioura (1989)发现初生根木质部导管直径较低的小麦品种, 在其生长早期根系到地上部吸水的轴向阻力增强, 土壤水分吸收的阻力减小, 从而将更多的水分保留到生长后期, 有助于灌浆期土壤水分的充分利用, 提高收获指数。小麦初生根性状与其产量密切相关, 探明小麦根系形态解剖结构对旱地小麦节水和高产研究等均具有重要指导意义, 故应深入探究这些内在规律, 为选育旱地小麦品种提供理论指导。
根源化学信号是指在干旱胁迫初期, 地上器官水分状况尚未发生显著变化之前, 根系感知干旱信号并合成化学物质传输到地上部, 控制气孔开合、减少水分蒸发的根冠通讯行为(李冀南等, 2011)。根源化学信号又称非水力信号, 是植物应对干旱胁迫产生的早期预警响应。随着土壤干旱程度的加剧, 地上部器官水分状况显著下降, 水分变化作为一种信号控制气孔开合从而降低水分散失, 这种信号称为水力信号。根源化学信号发生早于水力信号, 它们共同控制气孔运动, 其中, 根源化学信号在轻度或中度水分胁迫下起主导作用(表2) (Schachtman and Goodger, 2008)。
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