大气和土壤复合干旱胁迫下小麦叶片水分生理状态分析方法与流程

本发明涉及农业种植，具体涉及大气和土壤复合干旱胁迫下小麦叶片水分生理状态分析方法。

背景技术：

1、饱和水汽压差(vpd)是大气饱和水汽压与实际水汽压的差值，反映大气水分状况，是影响植物气孔导度的关键气候要素，也是调控植物体内水分输送的关键驱动力。全球气候变化的加剧导致了vpd和土壤水分(sm)亏缺复合胁迫的频发。干旱胁迫下，植物通过调节水分运输及气孔开闭来控制气体交换和水分的吸收、传导及散失以维持水分平衡，从而保证其生存和生长。作物对vpd和sm复合胁迫响应远比单一胁迫复杂，这种复合胁迫的响应不是简单将两种胁迫的影响叠加，而是可能产生协同或拮抗作用，并涉及复杂的生理反馈和多种适应性机制，明确这些响应机制对预测和适应未来气候变化具有至关重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的提供了大气和土壤复合干旱胁迫下小麦叶片水分生理状态分析方法，在于理解土壤干旱、高vpd以及两者双重胁迫如何影响小麦叶片的水分关系和生理生化因子；明确小麦叶片的气孔-水力协同关系，阐明作物在应对大气和土壤双重干旱时的水分利用策略；确定不同vpd下水力-气孔-光合协同关系的调控路径和指标效应。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供的大气和土壤复合干旱胁迫下小麦叶片水分生理状态分析方法，包括如下步骤：

4、s1、栽培小麦种子，

5、栽培方式：播种前分别施用硫酸铵和磷酸二氢钾为作物补充氮、磷和钾肥，每盆随水施加152mg氮素、120mg磷素和120mg钾素；

6、播种后，使用hoagland营养液(5mm kno3，5mm ca(no3)2·4h2o，1mm kh2po4和1mmmgso4·7h2o，1ml·l-1微量元素，ph＝6.0)进行灌溉；

7、s2、出苗定苗(约2周)后，对栽培的小麦植株进行干旱胁迫，设置三个水平的土壤水分和两个水平的饱和水汽压差，通过控制土壤水分上下限和饱和水汽压差的不同水平，来模拟土壤和大气双重干旱胁迫的实验方法；

8、s3、保持干旱处理直至抽穗期开始，使用li-cor6800光合测定系统在不同条件下测定旗叶气体交换参数；

9、s4、通过便携式植物水势压力室测定黎明前和中午的叶片水势；

10、s5、采用蒸腾驱动法测定小麦叶片水力导度，并绘制叶片水力导度脆弱性曲线；

11、s6、叶片气体交换参数测定完成后，选择相同处理临近旗叶的叶片立刻使用液氮速冻后置-40℃冰箱保存并测定叶片中生长素和脱落酸含量；

12、s7、采用spad-502型叶绿素仪测定光合叶附近相同部位的叶绿素值；收集相同部位的其他叶片烘干研磨后，进行消煮，使用凯氏定氮仪测定单位质量的叶片氮含量；

13、s8、对实验数据进行深度分析，揭示小麦在双重干旱胁迫下的生理适应机制和水分利用策略，通过结构方程模型分析气孔导度与叶片水力导度、净光合速率之间的协同关系。

14、进一步地，步骤s1中，小麦品种材料为“津春6号”，栽培过程中，采用土壤为营养土，田间持水率为0.33cm3 cm-3，容重为1.4g cm-3。

15、进一步地，步骤s2中，所述三个水平的土壤水分分别为高土壤水分、中土壤水分、低土壤水分，对应的土壤水分上下限分别为85％-95％的田间持水率、65％-75％的田间持水率、50％-60％的田间持水率；所述两个水平的饱和水汽压差分别为常规vpd和vpd胁迫，所述常规vpd设置为0.79kpa，对应的环境条件为常温高湿，由25℃和75％相对湿度组成，所述vpd胁迫设置为1.43kpa，对应的环境条件为常温低湿，由25℃和55％相对湿度组成。

16、进一步地，步骤s3中，所述气体交换参数包括小麦旗叶的净光合速率、蒸腾速率以及瞬时水分利用效率，测定时叶室温度设定为26～28℃，光强设定为1200μmolm-2s-1，co2浓度设定为400ppm。

17、进一步地，所述叶片水势的测定方法为：通过便携式植物水势压力室测定黎明前叶水势和中午叶水势；在每个处理中选取长势一致的旗叶，将其用剪刀剪下后立即移入便携式植物水势压力室内，并将叶片切口在气室盖处伸出；待气室拧紧后，对气室缓慢加压，同时借助放大镜观察切口处；当小水珠刚出现在切口处时立即停止加压并读取压力值。

18、进一步地，步骤s5中，所述叶片水力导度的测定方法包括如下步骤：

19、s511、选取测定完气体交换的旗叶小麦植株，用剪刀剪下并立即放入水中，同时在水下进行二次剪切，以排除叶片中的气泡；

20、s512、将剪下的植株放置在黑暗环境中再水化，测定时把叶片置于辐照灯下诱导叶片气孔打开，平衡30min后，将带有叶鞘的新完全展开叶在水下切离，快速地将切下的叶片在水下连接至预先充水的水管中，水管的另一端连接到放置在天平上的水源；

21、s513、叶片连接到水管后，记录天平上的重量变化并计算瞬时水流速度，直到水流速度至少平稳15min后停止记录；

22、s514、关停天平计数后，迅速将叶片从水管处取下保存于自封袋内，叶片平衡后用于测定叶片最终叶水势和叶面积，叶片水力导度计算如下：

23、kleaf＝f/(la×ψfinal)   (1)；

24、式中，kleaf为叶片水力导度，f为瞬时水流速度，la为叶面积，ψfinal为叶片最终叶水势。

25、进一步地，步骤s5中，所述叶片水力导度脆弱性曲线的计算方法如下：

26、s521、使用li-cor 6800光合作用测量系统测量蒸腾速率；

27、s522、将叶子取出，用湿纸巾迅速放入密封袋中，然后在黑暗环境中储存约30min，以达到平衡，然后测量叶片水势，叶片最大水力导度计算如下：

28、kmax ＝ e/(0-ψleaf)   (2)；

29、式中，kmax为叶片最大水力导度，e为蒸腾速率，ψleaf为叶片水势；

30、s523、将上述再水化之后剩余的小麦植株放在实验台上按不同时间长度进行不同程度脱水处理，随后将不同脱水程度的植株用黑塑料袋包裹，平衡至少30min；测定不同脱水时间下植物顶部和底部两个叶片的水势初始值，用中间的叶片根据上述测量水力导度的方法测量不同脱水程度下小麦的叶片水力导度。叶片水力导度损失百分比plc用以下公式计算：

31、plc＝100×(1-kleaf/kmax)   (3)；

32、s524、采用基于经验函数的最小二乘法拟合各物种的脆弱性曲线，以确定水力导度损失50％时的木质部水势和脆弱性曲线在拐点处的斜率：

33、plc＝a/(1+exp(s(ψleaf-c))   (4)；

34、式中ψleaf为叶片水势，a为最大plc，s为拐点处脆弱性曲线的斜率，c为kleaf降低50％的水势值。

35、基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

36、(1)本发明提供的大气和土壤复合干旱胁迫下小麦叶片水分生理状态分析方法，明确了大气和土壤双重干旱下小麦叶片水分生理的响应特征。大气和土壤双重干旱下叶片水力导(kleaf)、光合速率(an)和气孔导度(gs)均显著降低，且双重胁迫下的降低幅度均大于任何单一胁迫。vpd和sm对叶片ψpd、aba、iaa、spad值和nmass均存在显著的交互效应，大气和土壤双重干旱下，aba和iaa显著升高，而ψpd、nmass和spad值显著降低。这些变化反映了植物在干旱条件下的生理响应，其中包括气体交换参数的下降和其他相关因子的调整。

37、(2)本发明提供的大气和土壤复合干旱胁迫下小麦叶片水分生理状态分析方法，发现了大气和土壤双重干旱下小麦叶片用水策略的变化。低vpd下，gs的下降趋势比kleaf损失更慢，表明小麦采取了非等水气孔调节来维持光合速率。在高vpd下，叶片通过快速降低gs和kleaf采用偏等水用水策略。这些结果表明，在低vpd下，小麦更偏向通过偏等水气孔调节以水力失衡为代价维持碳同化，在高vpd下，小麦更倾向通过非等水调节关闭气孔牺牲碳同化避免水力失衡。

38、(3)本发明提供的大气和土壤复合干旱胁迫下小麦叶片水分生理状态分析方法，揭示了小麦在不同vpd下调控光合速率的主要路径。在低vpd下，叶片an与gs强耦合，kleaf的变化主要由ψmd的变化引起；而在高vpd下，由于ψmd对an的直接影响，减弱了an与gs之间的耦合关系，kleaf的变化主要由aba的变化引起。