基于碳同位素分辨率及其相关指标的苜蓿水分利用效率研究

在宁夏半干旱偏旱地区种植苜蓿具有良好的经济效益和生态效益。然而，苜蓿具有发达的根系，耗水量较大，为了提高人工草地的水分利用效率(WUE)，筛选苜蓿节水品种是一条有效的途径。以往苜蓿田间水分利用效率多是通过田间水分平衡方程和地上生物量法来计算，费工费时。植物碳同位素分辨率(Δ13C)技术是鉴定C3植物蒸腾效率的一种较为快捷、简便的方法，是苜蓿WUE有希望的间接选择指标。本项目拟采用Δ13C及其相关指标，研究三种水分条件下10个不同来源苜蓿品种对不同水分条件的适应性，分析三种水分条件下各指标与农艺WUE的相关性，揭示与农艺WUE关系最密切的生育时期，探讨不同水分条件下苜蓿节水、高产的机理，确定农艺WUE最佳的间接选择指标及其最佳的测定分析部位(组分)和时间，为苜蓿高WUE种质资源鉴定提供技术支持和理论依据。

为了筛选苜蓿节水品种，于2011年春季在宁夏吴忠市孙家滩农牧复合项目区设置三种水分条件下种植了不同来源的10 个苜蓿品种。在2011-2014年苜蓿开花期测定了干鲜草产量、农艺水分利用效率(WUE)、株高、茎叶比等农艺指标以及叶片碳同位素分辨率(Δ13C)、整株Δ13C 、叶片可溶性糖Δ13C 、光合气体交换参数、叶片及整株灰分含量、比叶重、叶片相对含水量和叶绿素含量等生理指标，分析了三种水分条件下各指标与产量及农艺 WUE 的相关性。结果表明：水分处理对苜蓿干鲜草产量、农艺WUE、株高、茎叶比、不同器官Δ13C、灰分含量、叶片相对含水量、叶片光合气体交换参数等指标有显著影响。苜蓿干鲜草产量、株高、不同器官Δ13C、比叶重、叶片相对含水量、茎叶比、叶片气孔导度、Ci/Ca、蒸腾速率随着灌水量的增加而显著增加，而叶片温度、叶片灰分含量和比叶重随着灌水量的增加而降低。农艺水分利用效率在中等供水或充分供水条件下最高。宁苜1号、中苜1号、博拉图、金皇后、三得利等品种有较好的产量表现和水分利用效率。叶片Δ13C、整株Δ13C及叶片可溶性糖Δ13C与干草产量或农艺WUE呈正相关，叶片可溶性糖Δ13C与产量或农艺WUE的相关性强于叶片Δ13C及整株Δ13C。茎叶比、株高、净光合速率、蒸腾速率、Ci/Ca、叶片瞬间WUE、整株碳含量或叶片碳含量及叶片相对含水量与产量均显著正相关。叶片可溶性糖碳含量、叶片温度、比叶重、叶片灰分含量或整株灰分含量与产量及农艺WUE均呈显著负相关。叶片可溶性糖碳含量、叶片温度、比叶重与叶片Δ13C及叶片可溶性糖Δ13C呈显著负相关，整株灰分含量与叶片Δ13C及叶片可溶性糖Δ13C呈显著负相关，叶片相对含水量与叶片Δ13C显著正相关，叶片Δ13C、整株Δ13C、叶片可溶性糖Δ13C与叶片碳含量及叶片可溶性糖碳含量呈显著负相关，与气孔导度呈显著正相关。。这些指标可以做为碳同位素分辨率的替代指标，以降低测试成本，提高苜蓿节水品种的筛选效率。农艺指标中株高和产量的广义遗传力最高；生理指标中叶片温度、整株Δ13C、叶片可溶性糖Δ13C有较高的广义遗传力。.项目执行期间发表论文9篇，其中SCI收录1篇，颁布地方规程1部。项目组在研期间晋升副高职称4人，毕业硕士研究生1名，在读2名。参加国际学术会议3次并做1次分组报告1次，在全国性学术会议上做分组报告1次。