Response of alfalfa root architecture and physiological characteristics to drought and rehydration

doi:10.11686/cyxb2020297

Abstract

Abstract:

The objective of this research was to understand the response of alfalfa （Medicago sativa） root architecture and physiological characteristics to drought and rehydration regimes. Four water regime treatments were imposed on plants of the alfalfa cultivar Zhaodong in a pot experiment： normal water supply （CK）， low water stress （LS）， moderate water stress （MS） and severe water stress （SS）. We studied the differences in root architecture and physiological indicators between treatments under rehydration after 4 weeks of drought treatment. It was found that drought treatment had an extremely significant （P<0.01） effect on root dry weight and root tip number and a significant effect on root length， root surface area， root volume and root density （P<0.05）. Drought stress inhibited root growth， reduced root dry weight， root length， root surface area， root volume， root density， and the number of root tips， and promoted an increase in rooting depth. There was a significant difference in topological index between treatments （P<0.05）， and drought induced a transformation of the alfalfa root system from dichotomous branching to herringbone branching. Drought stress resulted in an extremely significant （P<0.01） increase in the content of root malondialdehyde （MDA） and superoxide anion （O^2-）， and in the activities of superoxide dismutase （SOD） and glutathione （GSH）. The content of abscisic acid （ABA） increased extremely significantly under drought stress （P<0.01）. These physiological changes would have kept reactive oxygen species to low levels， and improved the drought resistance of alfalfa as a result of the drought-induced changes to physiological status and signal transduction pathways.

Key words: alfalfa, root architecture, antioxidant system, abscisic acid, drought and rehydration regimes

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Figures/Tables 7

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处理 Treatment	根干重 Root dry weight (g·plant^-1)	根长 Root length (cm)	比根长 Specific root length (cm·g^-1)
CK	0.79±0.09A	618±178	957±64bc
LS	0.50±0.03B	292±86	1126±224ab
MS	0.59±0.04B	484±84	1392±71a
SS	0.74±0.02A	356±162	641±227c

处理 Treatment	根干重 Root dry weight (g·plant^-1)	根长 Root length (cm)	比根长 Specific root length (cm·g^-1)
CK	0.79±0.09A	618±178	957±64bc
LS	0.50±0.03B	292±86	1126±224ab
MS	0.59±0.04B	484±84	1392±71a
SS	0.74±0.02A	356±162	641±227c

处理 Treatment	根表面积 Root surface area (cm²)	根体积 Root volume (cm³)	根密度 Root density (cm·cm^-3)
CK	93.10±11.14a	0.83±0.02a	838.15±196.10a
LS	34.42±8.53b	0.32±0.01c	292.63±85.50b
MS	59.27±7.47b	0.67±0.01ab	577.79±49.61ab
SS	43.88±23.97b	0.44±0.29bc	356.23±151.61b

处理 Treatment	根表面积 Root surface area (cm²)	根体积 Root volume (cm³)	根密度 Root density (cm·cm^-3)
CK	93.10±11.14a	0.83±0.02a	838.15±196.10a
LS	34.42±8.53b	0.32±0.01c	292.63±85.50b
MS	59.27±7.47b	0.67±0.01ab	577.79±49.61ab
SS	43.88±23.97b	0.44±0.29bc	356.23±151.61b

处理 Treatment	根尖数 Number of root tip (No.)	拓扑指数 Topological index
CK	3948±764A	0.5899±0.0068c
LS	1463±320B	0.6386±0.0031a
MS	2298±424B	0.6203±0.0079ab
SS	1520±562B	0.6022±0.0227bc