非水力根源信号调控下不同倍体小麦的异速生长关系研究

本项目的立项主要基于如下两个热点问题：1）植物的异速生长关系规律具有一定的普适性，但其幂指数变化区间及其驱动机制需要更多实证研究；2）我们前期研究表明，土壤干旱胁迫诱导植物根系产生非水力根源信号，该信号的早期发动和作用时间与作物的产量形成呈显著相关，但其生态学机理仍不清楚。揭示根源信号作用下的植物异速生长关系极有可能为破解上述难题提供突破口。本项目以进化上有亲缘关系的二倍体、四倍体和六倍体小麦品种为试验材料，采用生长环境控制的盆栽土培法，系统测定非水力根源信号作用下植株各组件生物量分配、代谢速率、植株茎流强度和产量组成，通过WBE模型分析法、RMA软件回归和灰色关联度分析法，揭示根源信号调控下不同小麦品种异速生长关系的幂值变化趋势、能量分配模式和产量形成要素，实验结果既为揭示根源信号的生态学属性提供理论潜力，又为验证Kleiber法则的普适性和完善Enquist的能量守恒定律提供新的证据。

以进化上有亲缘关系的二倍体、四倍体和六倍体小麦品种为试验材料，采用生长环境控制的盆栽土培法，测定非水力根源信号作用下植株各组件生物量分配、代谢速率、运输系统形态学变化和产量组成，通过WBE 模型分析法和灰色关联度分析法，分析了根源信号调控下不同小麦品种异速生长关系的幂值变化趋势、能量分配模式和产量形成要素。研究表明，随着小麦染色体倍数的增加，小麦植株上三片叶的叶夹角、叶开角、弯曲度及叶面积均呈逐渐增大的趋势，而叶片长/宽比却表现为逐渐变小，单株分蘖数逐渐减少，株高逐渐增加。不同倍体茎秆节数均出现四个节、五个节和六个节现象，且四个节的植株最接近株高构成指数的“黄金分割”—0.618，五个节的植株次之，六个节最差。在供水充足条件下小麦植株主要建立茎节间的理想黄金分割比例来获得较高的繁殖分配，进一步证明了以籽粒产量为目标的茎节间的黄金分割比例规律。黄金分割比例的趋向性差异。充分供水条件现代品种茎节间的黄金分割出现偏离，偏离值在介于8.23% 和-60.33%之间,干旱胁迫下不同品种的偏离值和调控能力有较大差异。现代品种的偏离值介于-5.48%和-19.09%之间，而野生近缘种则处于-32.91%和-12.34%（二倍体）与-26.05%和-53.47%(四倍体)之间。各组件的产量关联度比较。三种主要光合叶片的“生物量”与产量的关联度均大于“叶位高度”的关联度，表明叶片的“质量效应”大于其“”空间着生效应。基茎横截面积在充分供水组中与产量的关联度最高，而在干旱胁迫组中则排倒数第二，表明该性状可能是干旱胁迫下产量形成的敏感指标，是作物产量形成的物质及结构基础。原始小麦在受到干旱胁迫时繁殖异速生长的α指数会增大，驯化程度高的小麦品种在受到干旱胁迫时繁殖异速生长的α指数会减小。在根源信号的调控下原始小麦的繁殖异速生长的α指数会增大而驯化程度高的小麦品种的繁殖异速生长的α指数会减小。根源信号调控下株型各组件异速生长关系和生物量分配模式呈现有规律变化趋势。研究发现，根、茎、叶和穗的生物量占总生物量的比例随着染色体倍数增加逐渐加大，这种生物量自下而上的迁移促进了水分利用和籽粒分配提高，具备人工种群的典型特性，其机理将在今后进一步揭示。实验结果既为揭示根源信号的生态学属性提供理论潜力，又为验证Kleiber 法则的普适性和完善Enquist 的能量守恒定律提供新的证据。