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水分亏缺是干旱半干旱地区农业生产的主要限制因子，因此，如何充分利用有限供水在有限土地上获得更高产量成为迫切需要解决的问题。干旱逆境下植物水分生理生态特性和植物耐旱能力的阐明则是从植物自身角度出发实现高效用水的中心环节。本试验以紫花苜蓿（品种：阿尔冈金和陇东）为试验材料，高粱（品种：抗四）为参比材料，采用室内PEG模拟干旱和盆栽人工控水相结合的方法，从种子萌发、根系行为（功能和形态）、根冠差异性反应、产量构成和水分利用等角度，系统研究了紫花苜蓿种子、幼苗和成株（生长一年和两年）在干旱条件下的水分生理生态变化机制,旨在揭示苜蓿耐旱机制，并为耐旱品种选育提供理论依据。主要研究结果如下：
1、紫花苜蓿种子萌发能力随着环境水势的下降逐渐减弱；在吸水成苗的不同阶段种苗对外界环境水分条件的敏感性不同，出苗过程对环境水分状况最为敏感，即出苗阶段的耐旱能力最差；同时，逆境成苗能力陇东强于阿尔冈金；
2、应对连续的水分胁迫，紫花苜蓿幼苗叶片与根系产生了差异性反应。叶片水分参数下降幅度较大，且具有较强的渗透调节能力和抗氧化酶活性，渗透调节物质含量在叶片内随着胁迫时间的延长逐渐增加，根系中则存在含量下降现象；
3、水分胁迫通过抑制根系细胞质膜上水通道蛋白的活性而降低了紫花苜蓿根系水力学导度（Lpr），继而减弱了气体交换能力和光合作用。另外，根系皮层厚度的增加亦成为Lpr 下降的原因。水分胁迫引起的氧化伤害造成了紫花苜蓿根系细胞质膜以及叶片光合结构与功能等的损伤，由此限制了Lpr 在复水后的完全恢复，并使得光合作用和气体交换能力亦没能恢复到胁迫前水平。水分胁迫条件下，陇东根系吸水能力强于阿尔冈金；
4、持续干旱胁迫条件下，紫花苜蓿根系产生了适应性形态变化，包括：根长的伸长、侧根数量和根系表面积的增加、主根粗度的减少等，以扩大水分吸收范围，增强水分吸收能力，维持植株的正常生长。干旱胁迫亦带来了蒸腾耗水量的降低和生物量（根系干物质含量和草产量）的下降，但提高了水分利用效率。干旱胁迫对紫花苜蓿根系形态特征、生物量和水分利用特性的影响程度存在年度间、茬次间和品种间差异，即紫花苜蓿对干旱胁迫的忍耐能力随着生长年限的延长逐渐增强，同一年限下则逐茬递减，不同品种间陇东大于阿尔冈金。
5、紫花苜蓿和高粱在应对干旱胁迫的能力上存在差异。在吸水成苗阶段：水分亏缺对高粱种子萌发能力的影响小于紫花苜蓿，出苗过程对水分的要求弱于紫花苜蓿；在幼苗阶段：高粱叶片及根系渗透调节能力大于紫花苜蓿，渗透物质含量变化速率快于紫花苜蓿，氧化伤害程度小于紫花苜蓿，水分亏缺下根系水分吸收能力强于紫花苜蓿，蒸腾耗水及光合作用受影响程度弱于紫花苜蓿，干旱复水后光合及根系功能的恢复速度和程度均大于紫花苜蓿；在成株阶段：高粱根系形态适应能力强于紫花苜蓿，生物产量的下降幅度、蒸腾耗水量的降低幅度小于紫花苜蓿，WUE的增加幅度则大于紫花苜蓿，因此，高粱对干旱胁迫的忍耐能力强于紫花苜蓿。