邱超超 开题报告 不同土壤水分下冬小麦蒸腾效率的变化及其机理.doc

河北联合大学本科生毕业设计开题报告题目： 不同土壤水分下冬小麦蒸腾 效率的变化 学 院： 化学工程学院 专 业： 环境科学 班 级： 07环科（1）班 姓 名： 邱超超 学 号： 200705080128 指导教师： 张春娜 2011年 4 月 1 日1题目来源背景我国是农业大国，农业是用水大户，其用量大约为人类可用总淡水资源的70%（Fereres et al.2006），由于我国目前大部分地区采用比较落后的传统地面灌水技术，因此水资源浪费现象相当严重，农业用水效率比较低主要表现在以下几个方面：（1）农田对自然降水的利用率低，仅为56%；（2）农田灌溉水的利用率低，不少灌渠防渗较差，配套不完整，工程老化严重，灌溉水的利用系数平均仅为45%左右；（3）农业用水的效率不高，其中农田灌溉水的利用效率仅有1.0 kg/m3左右，旱地农田水分的利用效率0.600.75 kg/m3，不到发达国家的一半。 因此，发展节水农业以及合理利用水资源成为我国农业可持续发展亟待解决的问题，研究作物的需水规律并探求其本身蒸腾效率（transpiration efficiency TE）是解决这一问题的基础。蒸腾效率指作物消耗单位水量生产出的同化量，它反映出作物生长中干物质的转化效率，也是评价缺水条件下作物生长适宜程度的一个指标。2.本论文研究的内容、目的、意义2.1研究内容本实验采用盆栽方式，盆栽土壤取自于大田20cm耕层，质地为潮褐土。试验土壤理化性质如下：土壤田间持水量为20.7，全氮11.7gkg，速效氮40mgkg，速效磷29.1mgkg，供试冬小麦品种为石家庄8号和洛旱2号。以此对小麦的生理机制、不同水分对小麦蒸腾效率的变化及其机制的影响。2.2研究目的和意义水资源匮乏是全球面临的首要的生态问题，而我国的水资源人均和亩均占有量远低于世界平均水平，长江以北地区有全国26%的耕地，却只有19%的水资1，2。水资源危机影响着我国的粮食产量，如何利用有限的水资源来维持且提高冬小麦的产量成为亟待解决的问题3，4。目前尚不能充分认识不同生态型冬小麦蒸腾效率差异的生理生态及分子生物学机制，这限制了高蒸腾效率冬小麦品种的选育和冬小麦节水栽培措施的研究5。 蒸腾效率(transpiration efficiency，TE)反映植物耗水与干物质生成之间的关系，是与作物节水抗旱性相关的重要生理指标，是由多基因控制的数量性状6,7，研究小麦蒸腾效率与其它生理性状的关系对于改良小麦的节水抗旱特性具有重要意义8。不同小麦品种产量相差最大达44.86%,蒸腾效率相差可达42.18%9。高延军等在2种水分处理下,对16个冬小麦品种的水分利用效率及其生理影响因子进行了分析，结果表明品种间蒸腾效率差异显著10。众多学者都集中在对作物产量水平蒸腾效率的研究上11。本研究采用“零蒸发式”盆栽试验，研究了冬小麦苗期叶片水平及单株水平蒸腾效率的变化规律，并对其相关指标进行检测来代表全生育期的趋势，缩短了研究周期12，分析了冬小麦苗期蒸腾效率对水分胁迫的响应及其机理，探讨了作物高效用水的生理机制。以期为华北地区农业节水和抗旱品种的早期选育提供理论参考。3. 论文计划进程0104周 第1周 查阅文献，图书馆第2周 查阅文献，图书馆第3周 查阅文献，图书馆0507周 查阅文献 试验方案设计 开题报告0811周 试验1213周 测定试验1315周 撰写论文初稿16周 导师批阅初稿4.实验方案4.1 试验材料本试验初步设在中国科学院栾城农业生态系统试验站的防雨棚内进行。盆栽土壤取自于大田耕层，土壤为褐土类灰黄土种，质地为壤土。试验土壤理化性质如下：全氮23.1gkg，速效氮44mgkg，速效磷34.2mgkg，速效钾含量155mgkg。供试品作物小麦（石家庄8号，Triticum aestivum L. Shijiangzhuang8hao）、棉花（岱字棉，Gossypium hirsutum Linn.Daizimian）。试验用盆内直径25cm，高度为26.5cm，每盆装土11kg。用黑色塑料袋将种植盆包好，防止光照给作物根系造成影响。作物出苗前用塑料布将桶口密封，待作物出苗后在塑料布上扎孔，使小苗刚好从孔内长出。小麦返青期开始控水。试验设置3水平水分处理，分别为田间持水量的60%65%（低水 L）、70%75%（中水 M）、80%85%（高水 H）。4.2实验设计方法4.2.1小麦苗期试验设计4.2.1.1水分控制方法：用称重法监控土壤水分，当土壤含水量达到控水范围下限时对小麦进行灌水，灌至土壤水分上限值。记录灌水前后小麦盆栽的重量，每次的差值累加即为小麦苗期总的补水量，加上试验结束时的盆重与最初盆重的差值即为总耗水量。公式：耗水量=补水量+(最初盆重-最终盆重)。4.2.1.2光合特性测定：选择晴好天气，每处理取生长一致的3片叶，用Li-6400便携式光合仪在上午9：00-11：00对小麦叶片的光合速率Pn (molCO2m-2s-1)、蒸腾速率Tr (mmol m-2s-1)、气孔导度Gs（mol H2Om-2s-1）、胞间CO2浓度Ci（l.L-1）、气温（）、叶温（）等参数进行测定。4.2.1.3生物量的测定：烘干法：将样品置于鼓风烘箱中105下杀青，然后80烘干, 48小时后取出称重, 计算干物质含量。4.2.1.4蒸腾效率的计算：TE叶片=光合速率(Pn，mol CO2 m-2 s-1) /蒸腾速率(Tr，mmol H2O m-2 s-1)TE单株=植株生物量（mg）/植株蒸腾耗水量（g）；4.2.2 全生育期试验试验观测项目4.2.2.1 土壤含水量的测定:取一定量的土到铝盒里，放到烘箱在105高温下，烘24h到恒重，算得土壤含水量。在装入盆中之前和收获之后分别测定一次。4.2.3.2 水分控制方法:用称重法监控土壤水分，当土壤含水量达到设计下限值时对作物进行灌水，灌至土壤水分上限值。试验进行过程中，根据作物植株生长大小，选定与试验植株相似的植株进行称重，加入到盆重内，据此调整计算灌水量。4.2.2.3全生育期耗水量:用称重法监控土壤水分，记录灌水前后盆的重量，每次的差值累加即为作物总的补水量，加上试验结束时的盆土重与最初盆土重的差值即为总耗水量。公式：耗水量=补水量+(最初盆土重-最终盆土重)。4.2.2.4 生物量的测定:采用烘干法，将小麦的地上部分、茎、叶、果实等器官分开，放入大培养皿中置于鼓风烘箱中105下杀青，然后在鼓风烘箱中80下烘干，48小时后取出称重，计算干物质含量。在作物收获时测定一次。4.2.2.5脯氨酸含量的测定:用酸性茚三酮显色法测定。称取叶片鲜样0.5g，加入5ml 13%的磺基水杨酸，转入离心管中,沸水浴提取10min，冷却后过滤，定容至50ml，吸取滤液2ml，加入2ml冰醋酸和3ml酸性水合茚三酮显色液，沸水浴40min。冷却至室温后，再加入5ml甲苯，充分振荡，静置分层后取上层溶液，取2ml上清液,加2ml冰乙酸,2ml茚三酮,混匀后沸水显色60min,取出冷却后用4ml甲苯萃取,静置片刻,取甲苯相(粉红色)于离心管, 3000r/min离心5min,520nm下比色。以甲苯为空白对照。在16g/ml范围内作标准曲线测定样品为不同生育期各作物的功能叶片。4.2.2.6可溶性糖的测定:采用蒽酮比色法，操作步骤如下：（1）配制浓度为0g/mL，20g/mL，40g/mL，60g/mL，80g/mL，100g/ml的葡萄糖溶液，混合均匀后放置2-3min，在620 nm波长下测定吸光度，在1小时内完成比色。以糖含量为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。（2）各个处理称取经过预处理的叶片3-5g，加入5-6ml 80%乙醇溶液，研磨成匀浆后转入25ml容量瓶，再用80%乙醇溶液反复冲洗研钵2-3次，将清洗液合并于25ml容量瓶中，并定容至刻度。准确吸取各提取液2ml，适当稀释10-50倍，取出2ml与标准管同法测定。在620 nm波长下测定吸光度，并记录吸光度值，并通过标准曲线查得可溶性总糖含量。4.2.2.7叶绿素含量测定:选取小麦的功能叶片，剪碎，称取5g加入95%乙醇10ml，再加少许aCO3和石英砂，磨成匀浆，再加95%乙醇20ml，置于暗处浸提2448h，直到叶片发白，于663nm，645nm，440nm下比色，按公式计算叶绿素含量。测定样品为不同生育期各作物的功能叶片。4.2.2.8光合特性测定:在作物生长的不同时期，每处理取生长一致的3片叶子，用Li-6400便携式光合仪在晴朗天气的上午9：00-11：00对作物叶片的光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间co2浓度进行测定。4.2.2.9叶水势和叶片相对含水量的测定:水分生理指标试验尽量选在晴朗无云的天气条件下进行观测，主要是利于充分显示各处理之间的差异。叶水势(p)采用露点水势仪(Decagon, Pullman, WA DC., USA)测定。叶片相对含水量(RWC)的测定是迅速剪取作物的功能叶片3片，迅速放入取样袋中，带入室内，用千分之一天平立即称重(FW)；将称过重的叶片浸入水中，数小时后取出，用吸水纸吸干表面水分，立即称重(SFW)；然后把称过鲜重的叶片装入纸袋中，放入烘箱，于100-105杀青，然后在70-80下烘至恒重。取出纸袋和材料，放入干燥器中冷却至室温，称干重(DW)。各作物在每个生育期测定一次，时间为灌溉后第二天。叶片相对含水量(RWC%)=(FW-DW)/(SFW-DW)1004.2.2.10离体失水速率和保水力的测定:完整剪取小麦的功能叶片，每个处理取三片叶片,擦去叶片表面的水分和尘土称鲜重,在30,相对湿度一致的黑暗培养箱内自然失水,24 h后称失水重,然后105杀青30 min,75烘至恒重,称干重计算保水力（袁照年1995；关军锋，2004）.叶片保水力按下式计算:叶片保水力=1-(鲜叶重-24 h失水后叶片重)/(鲜叶重-干叶重).5. 预期成果调查报告（不少于3000字）开题报告（不少于3000字）论文（不少于15000字）翻译（将论文浓缩为不少于2000字的大摘要，然后翻译为英文）6. 参考文献1 山仑,邓西平,张岁岐.生物节水研究现状及展望.中国科学基金,2006,(2):66-71.2 王会肖,蔡燕,刘昌明.生物节水及其研究的若干方面.节水灌溉,2007,(6)32-36.3 房全孝,陈雨海,李全起,于舜章,罗毅,于强,欧阳竹.土壤水分对冬小麦生长后期光能利用及水分利用效率的影响.作物学报,2006,32(6): 861-866.4 李升东,王法宏,司纪升,冯波,孔令安.不同基因型冬小麦在两种栽培模式下蒸腾速率、光合速率和水分利用效率的比较研究麦类作物学报2007,27(3):514-517.5 陈兆波.生物节水研究进展及发展方向.中国农业科学,2007,40(7):1456-1462.6 张娟,张正斌,谢惠民,董宝娣,胡梦芸,徐萍.小麦叶片水分利用效率及相关生理性状基因的染色体定位.西北植物学报,2005,25(8):1521-1527.7 Gang-Ping Xue, Scott Chapman, Antonio Reverter. Differential gene expression of wheat progeny with contrasting levels of transpiration efficiency. Plant Mol Biol,2006,61(6):863881.8 单长卷,田雷亮.冬小麦水分生理特性对水分胁迫的响应.吉林农业科学,2007,32(6):16-21.9 董宝娣,张正斌,刘孟雨,张依章,李全起,石磊,周永田.小麦不同品种的水分利用特性及对灌溉制度的响应.农业工程学报,2007,23(9):27-33. 10 高延军,张喜英,陈素英,孙宏勇,裴冬,陈四龙.冬小麦品种间水分利用效率的差异及其影响因子分