硅提高紫花苜蓿水分利用效率的生理机制与分子基础

：提高紫花苜蓿水分利用效率，让每一点水生产出更多的植物性产品，是生物节水的关健和最终潜力所在。前期实验表明，硅通过降低紫花苜蓿蒸腾速率而提高水分利用效率，本项目拟采用扫描电子显微镜和能量分散X 射线技术，分析不同强度干旱胁迫下紫花苜蓿根、茎、叶中硅分布与沉积特征，明确这种沉积特征与水分利用效率和产量间的相关性；通过测定不同强度干旱胁迫下紫花苜蓿气孔结构和密度、相对含水量、茎木质部汁液流速以及角质层蒸腾对施硅响应的趋同和分异，揭示硅降低紫花苜蓿蒸腾速率的主要生理机制；在分析不同渗透胁迫下紫花苜蓿根系硅吸收速率后，采用RT-PCR 技术克隆紫花苜蓿根系硅吸收蛋白SIT1 基因，然后利用real-time RT-PCR 技术分析不同渗透胁迫对SIT1 基因表达的影响，初步阐明硅提高紫花苜蓿水分利用效率的分子基础，这将为实现紫花苜蓿人工草地管理中以肥增水效和节约灌溉提供理论依据。

确定了紫花苜蓿产量及其构成要素对的硅响应.硅对紫花苜蓿茎叶生物量在土壤含水量为饱和含水量80%和35%时无影响，但显著增加了土壤含水量为饱和含水量50%和65%时茎叶生物量（P<0.05）；硅显著增加了土壤含水量为饱和含水量50%和65%时紫花苜蓿分枝数，50%时增加了紫花苜蓿株高，但没有影响单枝生物量。硅显著增加了紫花苜蓿瞬时水分利用效率和土壤含水量为饱和含水量50%和65%时的累积水分利用效率，但对土壤含水量为饱和含水量35%和80%时的累积水分利用效率无影响。硅的沉积量特征表现为只有根系内硅沉积量达到一定程度后，才开始向茎叶部分输送，而主要沉积部位为木质部的导管。紫花苜蓿茎叶硅含量与地上和地下产量间关系的决定系统分别为0.8247和0.8269，而根系硅含量与茎叶和根系生物量的关系决定系统数分别0.8529和0.8561，说明根系硅含量与生物量的相关性强于茎叶硅含量与生物量的相关性。.查清了添加硅对紫花苜蓿光合特征的影响。硅能够均显著降低了紫花苜蓿叶片蒸腾速率(P<0.05)，而对光和速率没有显著影响；土壤含水量为饱和含水量的50%，65%和80%时，硅显著降低了叶片气孔导度(P<0.05)，而对土壤含水量为饱和含水量的30%时叶片气孔导度无影响。硅均显著降低了紫花苜蓿茎干的汁液流速，最大和最小降幅分别出现在土壤含水量为饱和含水量的65%和80%的条件下；硅对紫花苜蓿在土壤含水量为饱和含水量的80%时的叶片相对含水量没有影响，但增加了土壤含水量小于或等于饱和含水量的65%时叶片相对含水量；叶片切片表明，硅对紫花苜蓿气孔结构和密度没有显著影响，但显著调节了气孔关闭时间。根据紫花苜蓿光合特征、木质部汁液流速、叶片相对含水量、渗透势、气孔结构和密度及角质层蒸腾强度对添加硅的响应，说明气孔调节、降低木质部汁液流速和提高叶片相对含水量是硅降低紫花苜蓿蒸腾速率的主要机制。.干旱胁迫增加了紫花苜蓿根系吸收硅的速率，在-1.0和-0.5 MPa时最明显。克隆了紫花苜蓿根系的 SIT1 基因，命名为MsSIT1基因； MsSIT1主要在紫花苜蓿根中表达，在叶和茎中的表达十分微弱。MsSIT1基因在紫花苜蓿根中的表达受到渗透胁迫的调控，随着渗透胁迫强度增强，其表达丰度显著增加，-0.5 MPa、-1.0 MPa和重度-1.5 MPa渗透胁迫下，表达丰度开始时间显著增加。