環(huán)境因子對(duì)水稻根系的影響

1、環(huán)境因子對(duì)水稻根系的影響環(huán)境因子對(duì)水稻根系的影響報(bào)告人：鄧亞萍報(bào)告人：鄧亞萍導(dǎo)導(dǎo) 師：師： 王王 忠忠 教教 授授報(bào)告內(nèi)容報(bào)告內(nèi)容水稻根系的形態(tài)與功能溫度、光照、水分及植物激素對(duì)水稻根的影響研究展望1. 1.水稻的根系水稻的根系 水稻根系既是吸收養(yǎng)分和水分的重要器官,又是多種激素、有機(jī)酸和氨基酸合成的重要場(chǎng)所,其形態(tài)和生理特性與地上部的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量、品質(zhì)形成均有著密切的關(guān)系。 根系的形態(tài)結(jié)構(gòu)與活性及其與產(chǎn)量的關(guān)系一直是水稻根系研究的一個(gè)熱點(diǎn)，其核心問題是高產(chǎn)水稻應(yīng)該具有什么樣的根系形態(tài)生理特征及高產(chǎn)水稻根系在不同的環(huán)境條件下的應(yīng)答如何。 水稻根系的形態(tài)水稻根系的形態(tài)葉根圖2 水稻根橫切的熒光

2、照片圖1 外皮層厚壁細(xì)胞外皮層厚壁組織及通氣組織外皮層厚壁組織及通氣組織2. 2.溫度因子與水稻根系溫度因子與水稻根系 溫度幾乎影響著植物所有的生物學(xué)過過程，在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過程中起著重要的作用。對(duì)于根系而言，根際溫度更是影響著根系的生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)結(jié)構(gòu)及根中各種代謝過程。 水稻根系的生長(zhǎng)受溫度的影響主要表現(xiàn)在生長(zhǎng)前期根系的形成和生長(zhǎng)后期的衰竭,水稻根系生長(zhǎng)的最適溫度是2532。在此界限內(nèi)溫度越高，地上部發(fā)育的越好；溫度低時(shí)則根部的生長(zhǎng)量增大。 Neilsen(1974) 認(rèn)為, 在根系生長(zhǎng)的最適溫度或較高溫度下, 有利于根系的發(fā)生伸長(zhǎng), 相反較低的土壤溫度則可以延緩根系細(xì)胞的衰老, 延長(zhǎng)根系生

3、理活性。 溫度對(duì)水稻根負(fù)向光性的影響溫度對(duì)水稻根負(fù)向光性的影響 王忠（2003）在研究溫度對(duì)水稻根負(fù)向光性的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)10時(shí)水稻發(fā)生冷害，根系停在生長(zhǎng)，看不到負(fù)向光性反應(yīng)；20時(shí)水稻根系生長(zhǎng)，有負(fù)向光性反應(yīng)；在30時(shí)稻根的生長(zhǎng)和負(fù)向光性反應(yīng)最快；40時(shí)稻根的生長(zhǎng)量和根負(fù)向光性傾斜度降低。 溫度對(duì)水稻根內(nèi)部形態(tài)及生理的影響溫度對(duì)水稻根內(nèi)部形態(tài)及生理的影響 S.B.Varade的研究指出在提高溫度及光照強(qiáng)度，加大能量輸入，促使稻根中孔隙度的增加。 Lakkakula（2004）認(rèn)為溫度對(duì)水稻根中谷氨酰胺合成酶（GS）活性具有相反的作用，23下生長(zhǎng)的水稻根的GS活性明顯高于32下生長(zhǎng)的活性。 低的

4、根區(qū)溫度常會(huì)減少作物根系CTK、GA的合成和向上運(yùn)輸,同時(shí)增加根系A(chǔ)BA的合成和向上運(yùn)輸。3.3.水分因子水分因子 吳志強(qiáng)(1992)的研究表明淹水田根系主要分布 在土壤上層,密集成網(wǎng),而濕潤(rùn)灌溉和旱田栽培 的稻田上層根較少,根系主要分布在中下層。 張玉屏等(2001)認(rèn)為土壤水分為田間持水量的70%75%時(shí)最有利根系的生長(zhǎng)發(fā)育,土壤水分過多或過少,都會(huì)導(dǎo)致根干重、根系吸收面積的全面下降;而且生育時(shí)期不同,根系對(duì)土壤水分的敏感程度也不同,如分蘗期干旱對(duì)根系生長(zhǎng)發(fā)育影響較小,拔節(jié)后至抽穗開花期根系對(duì)水分脅迫最為敏感。 在旱作條件下，水稻根系生物量更大，根活性更高。有人認(rèn)為旱種水稻根系活性高，有利

5、于協(xié)調(diào)水稻高產(chǎn)與根系早衰的矛盾。但干旱條件下根系大量生長(zhǎng)可能會(huì)消耗大量的光合產(chǎn)物，對(duì)作物高產(chǎn)將造成一定的風(fēng)險(xiǎn)。 汪強(qiáng)（2006）的研究從水稻的根生物量、根冠比、最大根深和根呼吸等方面證明旱作水稻根系生長(zhǎng)較常規(guī)水稻旺盛。但量的形成與根系之關(guān)系受土壤水分的影響很復(fù)雜。 旱作條件下水稻根中通氣組織形成旱作條件下水稻根中通氣組織形成實(shí)線箭頭表示不定根皮層薄壁細(xì)胞崩潰處或通氣組織形成處；虛線箭頭表示皮層厚壁細(xì)胞形成情況。 ABCDEFA 旱稻（巴西旱稻）15mmB 常規(guī)粳稻（農(nóng)墾57）15mmC 常規(guī)秈稻（揚(yáng)稻6號(hào)）15mmD 雜交粳稻（泗優(yōu)917）15mmE 雜交秈稻（汕優(yōu)63）15mmF 旱稻（巴西

6、旱稻）25mm 4. 4.光照因子與水稻根系光照因子與水稻根系 光是對(duì)植物調(diào)控作用最廣泛，最明顯的環(huán)境因子。光作為環(huán)境信號(hào)，對(duì)植物的代謝，器官的發(fā)生，形態(tài)建成，向性運(yùn)動(dòng)等方面都有深刻的影響。植物通過光信號(hào)受體和光信號(hào)傳導(dǎo)途徑來接受光強(qiáng)、光質(zhì)、光照方向和光周期等光信號(hào)，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。光照強(qiáng)度對(duì)水稻根系的影響光照強(qiáng)度對(duì)水稻根系的影響在對(duì)水稻整個(gè)植株照光時(shí)，水稻根系生長(zhǎng)量在強(qiáng)光下較大弱光下較小。但是對(duì)根系直接照光時(shí)，根系的生長(zhǎng)明顯受到抑制，無論是根長(zhǎng)、根體積及根數(shù)都少于暗處生長(zhǎng)的根系。 在光誘導(dǎo)豌豆苗根抑制中，已有研究指出乙烯是光誘導(dǎo)豌豆苗根抑制的可能調(diào)節(jié)因子。白光抑制根伸長(zhǎng)的4050，而根中乙

7、烯的含量提高了4倍，暗中生長(zhǎng)的豌豆根在0.1umol的ACC處理后，得到與照光相同的抑制效果，照光下，使用乙烯合成抑制劑時(shí)，解除了光對(duì)根的抑制。光照度對(duì)稻根生理生化的影響光照度對(duì)稻根生理生化的影響 硝酸還原酶(NR)是一種光誘導(dǎo)酶,光照能促進(jìn)NR的合成。不同光照度下生長(zhǎng)4周齡的小麥(Triticum aestivum L.)幼苗根中的NR活性隨著光照增強(qiáng)而提高,光照度和NR活性之間呈一定的正相關(guān)。 強(qiáng)光能提高稻苗和麥苗根系對(duì)NH4+或NO3-的吸收速率。強(qiáng)光照射下培育出的稻苗，其根內(nèi)積累的蛋白氮含量高，非蛋白氮含量低，總氮量高，可見，強(qiáng)光能提高稻苗氮化合物的合成，促進(jìn)蛋白質(zhì)在根內(nèi)積累。而在不同

8、光照度條件下，水稻根中谷氨酰胺合成酶(GS)同功酶GSrb的表達(dá)并不受影響。光照時(shí)間對(duì)水稻根系的影響光照時(shí)間對(duì)水稻根系的影響 光照充足有利于光合作用，這使地上部所制造的光合產(chǎn)物更多地向根系轉(zhuǎn)移成為可能從而為培育出健壯的根系打下基礎(chǔ)。有報(bào)道表明，適當(dāng)延長(zhǎng)光照時(shí)間，有利于甜菜(Capsicun annuum L.)生根。春小麥與春大麥(Hordeum vulgare L.)作光處理時(shí)，不遮蔭(光量多) 的植株根間長(zhǎng)度短，遮蔭(光量少)的根間長(zhǎng)度長(zhǎng)。 光質(zhì)對(duì)水稻根系的影響光質(zhì)對(duì)水稻根系的影響 藍(lán)光照射下培育的稻苗比在紅光或白光照射下培育的稻苗發(fā)根數(shù)目多，根系粗壯，根系生物量大。OHNO等進(jìn)一步觀察到

9、白光抑制稻苗根細(xì)胞的伸長(zhǎng)，而藍(lán)光則促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)。 王忠（2003）的研究表明水稻的根具有負(fù)向光性且藍(lán)紫光能顯著誘導(dǎo)水稻根的負(fù)向光性。莫億偉、王忠（2004）認(rèn)為向光性產(chǎn)生的機(jī)制可能是細(xì)胞膜上的光受體接受光信號(hào)后,進(jìn)一步激發(fā)下游的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),通過調(diào)控生長(zhǎng)素載體產(chǎn)生極性運(yùn)輸,使向光側(cè)和背光側(cè)的IAA含量發(fā)生差異,根的負(fù)向光性得以形成。 強(qiáng)光或藍(lán)光照射條件下,稻苗根系對(duì)-萘胺的氧化力或根中的CAT活性均高于弱光或紅光或白光條件下的稻苗。另外,藍(lán)光也提高稻苗根系和麥苗根系對(duì) NH4+或NO3-的吸收速率,提高根內(nèi)積累的氮而含量。 由此可見,藍(lán)光促進(jìn)稻苗氮化合物的合成,以及蛋白 質(zhì)在根內(nèi)的積累。5. 5.

10、植物激素植物激素 植物根系的生長(zhǎng)發(fā)育與其吸收水分、養(yǎng)料直接相關(guān)，而根系的生長(zhǎng)發(fā)育受到幾乎所有激素的調(diào)控。在各種環(huán)境因子對(duì)水稻根系的影響中，更是起著重要的信號(hào)分子作用。 水稻根水分脅迫后根系大量迅速合成的ABA可隨蒸騰流運(yùn)至地上部,促使氣孔關(guān)閉。 乙烯是通氣組織形成過程中的信號(hào)物質(zhì),其濃度變化可調(diào)節(jié)通氣組織的形成。有研究表明,厭氧脅迫會(huì)很快引起乙烯合成的增加,這種現(xiàn)象在12h內(nèi)即可觀察到。乙烯乙烯乙烯對(duì)水稻根中通氣組織形成的影響乙烯對(duì)水稻根中通氣組織形成的影響 Gaba和Black還發(fā)現(xiàn)外源激素可模擬光的作用調(diào)控植物的生長(zhǎng),揭示了激素可能作為光信號(hào)傳遞鏈中的第二信使發(fā)揮作用。 生長(zhǎng)素在向光性和向

11、重性反應(yīng)中都起到重要的作用。在對(duì)擬南芥根的向重性反應(yīng)的研究中，梁虹.喻富根（2007）認(rèn)為內(nèi)源IAA對(duì)根的伸長(zhǎng) 需要GA的介導(dǎo)而外源GA對(duì)根的伸長(zhǎng)促進(jìn)一般不需要IAA。6. 6.研究展望研究展望 目前為止，在水稻的育種科研與實(shí)踐中對(duì)于根系這 一極為重要器官的形態(tài)與生理性狀的改良卻未能在水稻育種計(jì)劃中得到具體體現(xiàn)。 其中一個(gè)重要原因，就是缺乏一個(gè)具體的、明確的與產(chǎn)量形成有關(guān)的根系形態(tài)與生理指標(biāo)。高產(chǎn)水高產(chǎn)水稻品種的根量是不是越大越好？根系活力是不是越稻品種的根量是不是越大越好？根系活力是不是越強(qiáng)越好？高產(chǎn)水稻根系與常規(guī)稻相比在對(duì)各種環(huán)境強(qiáng)越好？高產(chǎn)水稻根系與常規(guī)稻相比在對(duì)各種環(huán)境因子的反應(yīng)中，其內(nèi)