不同家系杉木根系三維構(gòu)型的差異及其對養(yǎng)分脅迫的響應(yīng)研究.pdf

1、根系構(gòu)型是植物根系在土壤中的空間分布特征。不同根系構(gòu)型植物對生長介質(zhì)中養(yǎng)分和水分吸收效率及其對環(huán)境脅迫的適應(yīng)性存在差異，根系形態(tài)構(gòu)型會隨著植物遺傳因素和環(huán)境因子的不同而發(fā)生變化，從而調(diào)節(jié)根系對養(yǎng)分和水分的吸收，因此近年來有關(guān)植物根系構(gòu)型的研究受到重視。但由于植物生長的土壤具有不透明性和密閉性等特點，難以獲取完整根系進行定量描述和分析，極大地限制了人們對于根系構(gòu)型的研究深度，因此如何定量觀測和描述植物根構(gòu)型成為當今植物學界急需解決的重大課

2、題。
　　杉木(Cunninghamia lanceolata)是我國南方重要的速生用材樹種之一，由于杉木分布較廣，受地域差異和生態(tài)遺傳隔絕影響，形成了適應(yīng)不同環(huán)境條件的生態(tài)類型。不同生態(tài)類型的杉木在養(yǎng)分利用率和抗逆性上存在顯著差異，目前的研究主要集中在杉木地上部分的養(yǎng)分利用率上，而對不同生態(tài)類型杉木根系三維構(gòu)型的定量化研究較少。由于受根系觀測技術(shù)的限制，目前對不同生態(tài)類型杉木的根系構(gòu)型是否存在差異及其對養(yǎng)分脅迫的響應(yīng)機制還不清楚

3、，極大地限制了對不同杉木根系養(yǎng)分吸收機制的研究。
　　鑒于此，本文根據(jù)根系生物學和脅迫植物學的原理和方法，以福建省漳平五一國有林場杉木種子園內(nèi)的不同家系杉木為研究對象，利用自主設(shè)計的養(yǎng)分脅迫裝置，進行室內(nèi)模擬試驗，設(shè)計了用于拍攝水培杉木根系的數(shù)碼攝像平臺，通過多臺數(shù)碼攝像機從多視角拍攝杉木根系側(cè)面，根據(jù)拍攝系統(tǒng)的特征對獲得的二維圖像進行三維影像跟蹤、轉(zhuǎn)化和表達，最終獲得重構(gòu)后的三維根系圖像。在此基礎(chǔ)上，進行不同家系杉木根系構(gòu)型的定

4、量描述和分析，并定量比較不同杉木根系構(gòu)型與地上部生長的相關(guān)性，研究不同養(yǎng)分脅迫條件下不同杉木家系根系形態(tài)參數(shù)，分析杉木根系對養(yǎng)分脅迫的響應(yīng)機制，為篩選具有理想根構(gòu)型的杉木基因型提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：
　　1、不同家系杉木根系三維構(gòu)型特征表現(xiàn)為：杉木根系為直根系，根系成二分枝鯡骨型，主要靠側(cè)根吸收養(yǎng)分，側(cè)根數(shù)量多，吸收能力強，生長快。在正常供養(yǎng)條件下，不同家系的主根長、根系分枝狀況、根幅和平均分枝角度等存在顯著差異，其中1

5、號、15號、23號、27號、32號和42號家系根系分枝上部根少，中下部根多，基本成倒傘型，主根較長，根系分枝以一級和二級側(cè)根為主，平均分枝角度1號和42號大于70°，其它家系在50°-60°之間；10號家系根系發(fā)達，根系分枝成傘狀，根幅最大；20號和28號家系，根系分枝成傘型，主根較其它家系短，根幅較大，其根系分枝以一級側(cè)根為主，二級側(cè)根較少；而29號家系，平均主根最短，平均分枝角度較1號、15號和42號家系小，其根系分枝成倒傘狀。在正

6、常供養(yǎng)條件下杉木根系分蘗較多，根幅相對較大，主根較長。
　　2、不同家系杉木一級側(cè)根與主軸的夾角在10°范圍內(nèi)基本呈現(xiàn)相同的規(guī)律：即一級側(cè)根與主根的夾角，在每10°范圍內(nèi)基本呈正態(tài)分布。夾角在0-10°和大于90°根系所占百分比較小，在水平和垂直方向的一級側(cè)根基本沒有；在水培環(huán)境下，根系縱向生長較快，一級側(cè)根與主軸的夾角，在不同的角度范圍內(nèi)所占的百分比不同，但總體上隨著生長期的加長，偏向于向小角度集中。
　　3、不同家系杉木

7、根系在水平面XOY上的投影在360°范圍內(nèi)的分布情況為：生長初期杉木根系在水平方向上呈對稱分布，隨著生長期的變化，一部分二級側(cè)根出現(xiàn)，根系生長呈不對稱分布，且表現(xiàn)為根系在某一角度范圍內(nèi)所占比重大；在生長后期，根系二級分枝增多，開始出現(xiàn)三級側(cè)根，根系分布范圍又落在較對稱的區(qū)域。但由于杉木根系生長周期長，根系處于不斷分蘗的狀態(tài)，因此對于杉木根系在水平面上的投影對稱與否還有待進一步觀測。
　　4、對正常供養(yǎng)條件下的不同家系杉木根幅、總根

8、長、根平均直徑、根表面積和根體積等指標進行方差分析結(jié)果表明：不同家系杉木的各生長指標除根體積增量外，其它生長指標均存在顯著差異（p<0.05）。其中10號家系根幅最大，與27號家系存在極顯著差異；42號與15號家系根長增量存在極顯著差異（p<0.01），42號家系平均根長增量約為最小15號家系的5.6倍；不同家系最大根平均直徑增量出現(xiàn)在32號家系，最小的為27號家系，僅為最大值的40％；而不同家系平均根表面積增量為4.886cm2，最大

9、增量出現(xiàn)在15號家系，32號家系低于表面積平均增量的58.1%；根體積的平均增量最大值出現(xiàn)在28號家系，10號和42號次之，最小值出現(xiàn)在1號家系，僅為平均值的36%。
　　5、對不同家系杉木根系的三維形態(tài)特征參數(shù)進行聚類分析并與其母樹生長指標進行的相關(guān)性分析表明：1號、42號、15號、23號、27號和32號家系杉木屬中間型根構(gòu)型，主根上部根系少下部多，成倒傘狀根系，其地上部分的生長較好，均大于整體平均值；10號家系屬于大型根系，根

10、系成傘狀，根構(gòu)型參數(shù)均大于總體均值，但其母樹生長性狀較差；而20號、28號和29號家系屬于小型根系，除29號家系外，其它家系母樹的生長性狀較差，29號家系主根上部根系少下部多，成倒傘型，根冠較大，其母樹生長性狀較優(yōu)?？梢姼捣种ι喜可僦邢虏慷嗟牡箓銧罡殿愋湍笜渖L較優(yōu)，中型根系類型杉木母樹生長較快，可見根系發(fā)達的杉木其地上部生長不一定最快。
　　6、養(yǎng)分脅迫條件下不同家系杉木根幅存在極顯著差異。不同養(yǎng)分脅迫下平均根幅變化表現(xiàn)為：

11、0H>對照>1/4H>1/8H，說明杉木根系具有向地性和趨肥性；在供試的10個家系中，根幅較大的有42號、1號、10號和28號家系，較小的有15號、23號、27號、29號和32號家系；養(yǎng)分脅迫下同一家系根幅差異除15號家系外，均存在極顯著的差異。
　　7、養(yǎng)分脅迫條件下不同家系杉木根系生長表現(xiàn)為：不同家系根平均直徑和根表面積在各養(yǎng)分水平下均存在顯著差異，總根長和根體積在不施加養(yǎng)分和1/8H養(yǎng)分條件下的差異也達顯著水平。從總體上看，