紫花苜蓿的生长及抗氧化过程对非水力根源信号的响应机理

It is an important way for plants to improve their water use efficiency and enhance thier drought resistance by regulating stomatal closure with non-hydranlic root-sourced signaling when water is deficient. But how to drive other endogenous hormones components and key enzymes activeness furtherly to affect growth and water use efficiency by root signaling has not been revealed profoundly yet. In order to further know the drought-resistant mechanism of alfalfa, This study will probe the relationship between the growth，physiological processes and the root signaling of alfalfa under drought stress. At the same time, in order to clarify the synergy mechanism among root signaling, other endogenous hormones and key enzymes under drought stress, the relationship between the root signaling and endogenous hormone content and enzymes activeness of alfalfa under drought stress will be carried out. Through the analysis of these two regulating mechanisms systematically, the physiological mechanisms of "WHEY" (water stress - Endogenous Hormones components - Key enzymes Activity - yield formation) will be builded. This research will contribute to further understand the mechanism of plant water use and has theoretical significance to reveal plant drought resistance.

在水分亏缺时通过根信号来调节气孔关闭，是植物提高自身水分利用效率、增强抗旱性的重要途径之一。但植物如何通过根信号进一步驱动其它内源激素组分变化及关键酶活性进而影响其生长和水分利用效率的改变，还有待揭示。本研究探讨紫花苜蓿在干旱胁迫下的生长和抗氧化过程对其根源信号的响应关系，以期深入了解紫花苜蓿的抗旱机制。主要开展紫花苜蓿的生物量形成与分配及水分利用效率与其根源信号的耦合关系研究，明确根源信号对紫花苜蓿产量形成过程的驱动机理；同时，开展紫花苜蓿在干旱胁迫下的内源激素含量及酶活性对非水力根源信号的响应关系研究，阐明干旱胁迫下根源信号与其它内源激素和关键酶的协同作用机理。通过上述两大调控机理的系统分析，形成干旱胁迫下紫花苜蓿的生长及抗氧化过程对非水力根源信号的“W-H-E-Y”（水分胁迫-内源激素组分变化-关键酶活性-产量形成过程）生理机制。该研究对揭示植物的抗旱机制具有一定的理论意义。

干旱对农作物造成的损失在所有非生物胁迫中占首位，仅次于病虫害造成的损失。在西北干旱、半干旱地区，光热充足，但降水量较少，而且分布很不均匀，水资源匮乏长期以来成为制约西北干旱、半干旱地区农牧业生产的瓶颈，严重影响了作物的产量。植物如何适应干旱已成为全球研究的重要问题之一。在水分亏缺时通过根信号来调节气孔关闭，是植物提高自身水分利用效率、增强抗旱性的重要途径之一。苜蓿是世界上广泛栽培的豆科牧草，作为多年生牧草可以控制水土流失、涵养水源、调节气候、改土肥田，是草畜产业发展和生态恢复的重要植物品种。紫花苜蓿(Medicago sativa L)是西部大开发中退耕还林还草、实施农业和农村经济结构调整的重要牧草品种, 具有较好的社会、经济和生态效益。干旱是影响其正常生长的主要环境要素。本研究探讨了紫花苜蓿在土壤水分胁迫下的根信号行为的发生规律及紫花苜蓿的生长、生物量分配在根源ABA影响下的变化规律，揭示非水力根信号对群体水分利用效率的调控策略。.结果表明：苜蓿叶水势、蒸腾速率、气孔导度均随水分胁迫的加剧而降低。叶水势在-4.68 MPa时，气孔开始关闭，为非水力根源信号的阈值。在土壤水分胁迫下，植株高度、叶片数、叶面积和干重、主根长及总生物量均减少，而侧根数增加。叶、茎及总干重均随水分胁迫而减少，但叶干重减少最多而根干重减少最少。轻度水分胁迫下，新疆大叶苜蓿生物量干重最高，主根最长，分枝数、叶片数最多；细根数量、生物量干重、构件占比和生长速率均呈现重度水分胁迫＞轻度水分胁迫＞充分供水的规律；充分供水与轻度水分胁迫下，茎构件＞叶构件＞根构件＞花构件，而重度水分胁迫下：根构件＞茎构件＞叶构件＞花构件，所以生物量对根部分配较多，增加了根冠比。该结果揭示了非水力根信号对群体水分利用效率的调控策略，对深入探究植物的抗旱机制具有一定的理论意义。