作物的生长发育.ppt
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1、第七章 作物的生长发育与调控,4 学时,第七章 作物的生长发育与调控,内容提要一、作物的生长与生长分析;二、作物生长的相关性与调控;三、作物生殖发育的基本特性;四、作物的衰老与调控;五、作物的生育规律调控。,第三章 作物的生长发育与调控,重点 1.作物生长的相关性调控及其应用;2.作物的生长分析;3.作物发育的基本特性。难点 作物生长发育的调控理论与技术。,第七章 作物的生长发育与调控,作物的产量形成经历营养生长和生殖发育两种基本过程。其中,通过生长和器官分化的形态建成是产量形成的基础,而生殖发育是产量形成的决定过程。营养器官 生长 生殖器官 形态建成 营养器官 分化 生殖器官,第七章 作物的
2、生长发育与调控,概念生长(growth):个体、器官、组织、细胞等在数量、体积和重量上不可逆增加的过程,是由细胞分裂和细胞的扩大引起的。包括营养生长和生殖生长。从植株形态而言,作物的生长表现为根、茎、叶等的形态建成及其体积和重量的不可逆增加。分化(differentiation):植物细胞间产生稳定差异的过程。细胞与组织的分化通常是在生长过程中发生的,因此分化又可看作为“变异生长”。,第七章 作物的生长发育与调控,概念发育(development):植物的组织、器官或整体在形态结构和功能上的有序变化过程。包含有细胞的分化和生长。狭义上发育是指生物从营养生长向生殖生长的有序变化过程。,第七章 作
3、物的生长发育与调控,概念形态发生(morphogenesis):生命周期中呈现的个体及其器官的形态结构的形成过程,或称为形态建成。在生命周期中,伴随形态建成,植物体发生着生长、分化和发育等变化。,一、作物的生长与生长分析,(一)营养器官的形态建成 根、茎、叶的分化、生长源于不同部位特定的分生组织的活动。植物分生组织包括:顶端分生组织:决定茎尖、根尖生长和器官分化;侧生分生组织:决定器官长粗和侧根的形成;居间分生组织:禾本科植物拔节伸长。,图 植物的分生组织,一、作物的生长与生长分析,(一)营养器官的形态建成 根系 由胚根顶端分生组织的活动形成主根,而侧根源于根中柱鞘特定细胞的分化。禾谷类作物由
4、土中的茎节产生次生根。根冠:对根尖起保护作用;分生区:由原细胞平周分裂产生条状组织的基础,然后垂周分裂产生条状组织;伸长区:分化产生维管组织;成熟区:产生根毛、形成侧根。,一、作物的生长与生长分析,(一)营养器官的形态建成 茎、分枝、叶 由胚芽顶端分生组织形成主茎,茎尖营养分生组织可不断分化产生的叶原基发育成叶片,腋芽形成分枝。有限生长的作物成花诱导后,茎尖转化为成花或花序分生组织。茎尖结构:中央区:分裂产生周缘区和肋状分生组织;周缘区:产生表皮、皮层、髓射线、维管束等;肋状组织:衍生茎其他内部组织;叶原基:分化产生叶;芽原基:分化产生芽。,一、作物的生长与生长分析,(二)影响作物器官生长的因
5、素1、环境因素 光作物的正常生长需要光。充分光照有利于茎、叶的分化、生长、成熟及功能的建成。在黑暗中萌发生长的幼苗,仅有胚胎原始器官的生长,形成黄化幼苗,进而死亡。缺光条件下,植物光合色素不能形成,叶绿体不能正常发育,叶片不能展开,新器官不能分化形成。,一、作物的生长与生长分析,(二)影响作物器官生长的因素1、环境因素 温度生长以能量和物质代谢为基础,而温度是其制约因素。在一定范围内随温度的升高生长加速。不同作物生长的温度三基点不同。,一、作物的生长与生长分析,(二)影响作物器官生长的因素1、环境因素 温度大多数作物生长的最适温度为20-30,最高温度均在约35左右,但最低温度因作物种类及生育
6、阶段的不同,有明显差异。最低温度():,一、作物的生长与生长分析,(二)影响作物器官生长的因素 1、环境因素 氧气正常供氧有利于器官的健壮生长。氧气对地上部的生长通常不是限制因素,但土壤中的含氧量变化大,往往因缺氧影响根系的分化和生长,并间接影响地上部生长。稻田翻耕绿肥如未腐熟,会造成微生物快速繁殖,消耗大量氧气,释放大量CO2和热量,影响秧苗生长,甚至导致秧苗死亡。,一、作物的生长与生长分析,(二)影响作物器官生长的因素 1、环境因素 水分生长对水分特别敏感,当供水不足使细胞失去膨压时,生长立即停止。矿质营养生长对N、P、K的供应也敏感,特别是N素。,一、作物的生长与生长分析,(二)影响作物
7、器官生长的因素 1、环境因素 土壤理化特性pH:细胞质为中性偏碱条件,环境过酸会造成细胞伤害,并影响土壤营养的有效性;盐碱度:影响土壤水势和矿质元素平衡;污染物:导致细胞中毒;土壤物理结构等:影响根系生长。生物因素杂草、虫害、病原菌、土壤微生物等,影响作物的生长。,一、作物的生长与生长分析,(二)影响作物器官生长的因素2、内部因素 种子活力种子的活力及幼苗的生长健壮状况,对植株的生长具有重要影响(详见第六章)。受遗传控制的生活周期、生长特性及抗逆性不同作物生活周期长短不一样,生长、分化特性存在差异,光合、呼吸、吸收同化、酶活性等方面和抗逆性也不同,都会影响作物的生长。,一、作物的生长与生长分析
8、,(二)影响作物器官生长的因素2、内部因素 器官生长的相关性关系 植物器官的生长存在相互依赖、相互影响制约关系。包括:地上部与地下部、主茎与分枝和主根与侧根、营养生长与生殖生长、生长与分化、极性与再生等方面的相关性。农学概念上,还包括收获指数,即同化产物在经济器官与总生物量之间的分配比例。,一、作物的生长与生长分析,(三)作物生长的测定指标1.体积大小株高、茎粗、叶片数与叶面积、分枝(或分蘖)等。从外观上反映作物的生长状况和质量。2.鲜重和干物重植株或器官总鲜重或干重,特别是分根、茎、叶及生殖器官的积累比例,可较好地反映作物的生长质量与物质分配状况。因鲜重受供水影响波动大,在实用中多以干物重为
9、指标。,一、作物的生长与生长分析,(四)生长分析1、定义和意义作物的生长分析:在作物的生长发育过程中,以干物质的积累和分配为指标,分析、衡量作物产量形成的一种方法。生长分析的意义:干物重的积累和分配反映了作物光合作用的生理生态特性,并可从本质上提示作物生长发育特性与丰产性能的关系;可比较不同作物、不同品种及同一品种在不同栽培条件下的生长状况、生育差异等,便于适时调控。,一、作物的生长与生长分析,(四)生长分析2、作物生长分析方法将作物生长发育进程划分为不同阶段或时段,通过测定个体或群体地上部各器官的干物重及叶面积的变化动态作为基本资料,然后分解转换为能明确反映作物生长状况的指标,用以评价作物的
10、生长发育状况。个体植株的生长分析通常是在早期进行,包括:相对或绝对生长率;单叶生长速率或净同化率;叶面积比率;比叶面积;生长中的比叶重和异速生长(如T/R,即根冠比)等。,一、作物的生长与生长分析,(四)生长分析2、作物生长分析方法作物群体生长分析指标包括:叶面积指数;叶面积持续期;作物总生物量的生长率(通常为地上部分)和经济产量(如种子、块茎);净同化率等。,一、作物的生长与生长分析,2、作物生长分析方法 相对生长率(RGR):反映以整个植株初始干重为基础的生长效率 复利法则(Blackman,1919):作物的生长是呈几何级数或指数、函数的形式增加的,即作物干物质重的增长是以作物已有的重量
11、为基础,在任何时间间隔内增加的产值,将加入到继后时期生长的“资本”中去。(W:重量;t:时间),一、作物的生长与生长分析,2、作物生长分析方法 净同化率(NAR):单位时间内单位叶面积植株干物质增长速率。反映叶片的光合性能。(单位:g/dm2d;L:叶面积)问题:未考虑叶鞘等其它绿色部分的光合作用;由于地下部取样困难,如地下部占比例较大时,可能出现误差。,一、作物的生长与生长分析,2、作物生长分析方法 叶面积比率(LAR):植株叶面积与叶干物重之比。反映叶面积的覆盖程度。单位:dm2/g,一、作物的生长与生长分析,2、作物生长分析方法 比叶重(SLW):单位叶面积的干物质重。单位:g/dm2,
12、一、作物的生长与生长分析,2、作物生长分析方法 作物生长率(CGR):在一定时间内单位土地面积上作物群体总干物重的增长率。反映单位土地面积上作物群体干物质生产的速率。(单位:g/m2d;S为土地面积;F为单位土地面积上的总叶面积;NAR为净同化率;LAI为叶面积指数),二、作物生长的相关性与调控,作物生长发育过程中,不同部位器官的分化和生长都有一定的相关性。了解这些关系就可通过改变环境条件和采取相应的栽培技术措施来对作物的生长发育进行调控,从而使作物生长朝着高产方向发展。,二、作物生长的相关性与调控,(一)主茎与侧枝(或分蘖)的关系顶端优势1.顶端优势及其利用作物顶端优势受营养竞争和内源激素的
13、调控:主茎垄断植株大部分营养;生长素起维持地上部顶端优势的作用,而细胞分裂素起打破顶端优势的作用。需要保持顶端优势提高产量和品质:麻类、烟草、甘蔗、玉米、高梁等。需要打破顶端优势增加分枝、增加花果数:棉花、番茄、果树等。,二、作物生长的相关性与调控,(一)主茎与侧枝(或分蘖)的关系顶端优势2、稻、麦主茎与分蘖及叶龄与分蘖出生的关系 稻麦分蘖的发生与主茎叶片间存在一定关系:水稻主茎叶龄为n时,第n-3节位叶鞘腋发生分蘖;小麦主茎叶龄为n时,第n-2节位叶鞘腋发生一级分蘖。(注:叶龄不等于叶片生理年龄,而是指出叶数目)。生产上,一般需要对群体穗数和群体结构进行调控,因此就需对分蘖进行取舍。,二、作
14、物生长的相关性与调控,水稻单株最大分蘖数相对稳定:主茎总叶数-伸长节数(一般,水稻从倒4节起为伸长节,伸长节腋芽为休眠芽)种植深度、密度、光、温、氧、营养对分蘖有影响。提问:某早稻品种主茎总叶片数为13片,如果以5叶龄幼苗移栽,移栽深度较深(大于5cm),推算主茎最多可产生多少分蘖数?,顶端优势不同的作物,产量对种植密度的反应不同:,二、作物生长的相关性与调控,(一)主茎与侧枝(或分蘖)的关系顶端优势3、顶端优势的调控不同作物生产对顶端优势水平有不同要求,可通过改变种植密度、整枝与打顶,化学调节方法来调控。棉花一般在7月初到8月间进行打顶,使已有的果实得到更多的营养而获得高产。生产上也可用生长
15、抑制剂(又称抗生长素),如三碘苯甲酸喷施来打破顶端优势。,二、作物生长的相关性与调控,(二)营养生长与生殖生长的关系1.相互协调和相互制约的关系营养生长过弱和过旺均会削弱生殖生长。如N肥施用过多,大量光合产物用于蛋白质合成,使碳代谢失调。生殖生长进入旺盛期后会抑制营养生长,促进营养器官的衰老。如棉株上有3-5个棉桃形成后,一般不易徒长,而是促进叶片衰老;但如过施N肥,也可能导致徒长。,二、作物生长的相关性与调控,(二)营养生长与生殖生长的关系 营养生长和生殖生长关系可通过水、肥管理和化学调节来协调:适度控制土壤水分和N素供应,可抑制营养生长,促进生殖生长(如水稻分蘖盛期后的晒田),提高P、K肥
16、比例有利于生殖生长。过多的水肥供应有利于营养生长,削弱生殖生长。GA生物合成抑制剂如多效唑、缩节胺等处理可延缓营养生长、促进生殖生长。梨树的直立梢,由于含有较高的GA水平,横向梢中含有较高的CTK水平有利于生殖生长。,二、作物生长的相关性与调控,(二)营养生长与生殖生长的关系2.禾谷类作物穗分化与外部营养器官形态的关系禾谷类作物穗分化过程是产量形成的主攻目标,但穗的分化包被在植株内部,可根据“器官同伸关系”,利用外部形态来判断内部穗分化的进程。在外部形态上,多以主茎叶龄为指标判断内部穗分化进程。,二、作物生长的相关性与调控,二、作物生长的相关性与调控,(二)营养生长与生殖生长的关系2.禾谷类作
17、物穗分化与外部形态的关系水稻幼穗分化与外部形态关系,随品种类型和生育季节而异。早稻是先分化后拔节,中稻幼穗分化与拔节基本同期,晚稻则先拔节后幼穗分化。第一苞分化后形成穗颈节,是营养生长过渡到生殖生长的标志,时间与品种有关(叶龄余数是指尚未出的叶数)。,二、作物生长的相关性与调控,表,叶龄指数=已出叶数/总叶数100,叶龄余数=总叶数-已出叶数,二、作物生长的相关性与调控,图,(三)地上部与地下部的相关性,二、作物生长的相关性与调控,(三)地上部与地下部的关系作物地上部和地下部的生长通过机能分工、信息交流传递,表现出相互依赖、相互促进或制约的关系。地上部为根系提供光合产物促进根系的生长扩展和机能
18、的发挥,而根系为地上部的生长繁荣,提供矿质养分、水分及根系代谢产物。“发苗先发根”、“衰老根先老”。两者的信息传递交流为植株进行形态、生理、生化上的调整以主动适应环境的变化。,二、作物生长的相关性与调控,(三)地上部与地下部的关系在以地下贮藏器官为收获对象的作物中,地上部与地下部生长的协调,尤为重要。稻麦等禾谷类作物在发生分蘖的同时,在同一节位上分蘖的基部也出生节根,因此水稻主茎叶龄与出生节根的关系也是n-3,即第一层节根出生时,主茎叶数是3。玉米、高粱在初期也是如此,但以后加快,即隔两片主茎叶出一层节根。一般来说,作物进入生殖生长阶段后期以后,根系的生长即基本停止。当地上部叶片开始顺序衰老时
19、,根系活力也急剧下降。,三、作物生殖发育的基本特性,作物的生殖发育具三大基本特性:(一)基本营养生长性作物只有达到成年期(即花熟状态)才能感受环境发育信号的刺激,因此在开始分化生殖器官之前,作物必须经历一段基本营养生长期(最低年龄,幼年期),在此期间不感受光、温条件的成花诱导,这称基本营养生长性。基本营养生长期的长短决定于感受态叶龄的长短和适宜温、光条件的有无。,三、作物生殖发育的基本特性,表3-2,三、作物生殖发育的基本特性,(二)作物的感温性春化作用与积温效应1.春化作用许多冬季作物需经过2-6周的低温(2-10)才能成花,否则维持营养生长,这称为春化作用。感受春化作用的部位是茎生长点。春
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