小麦灌浆期蔗糖代谢和淀粉积累的水分调控机制研究

论文摘要

干旱缺水是我国北方小麦产量提高的重要限制因子,在实际生产中,通常通过补充灌水来缓解小麦产量的下降。随着我国水资源短缺局势的加剧,通过挖掘作物自身需水规律对于实现高产、节水农业意义重大。作物产量不仅取决于同化物的生产,同时依赖于光合产物高效、合理的转运和分配。可见,深入研究有限供水与旱后复水对小麦光合产物的合成、运输与分配的调控,将为高产栽培、高效用水理论的应用提供依据。本研究通过室外盆栽实验,以不同抗旱型品种长旱58、长武134(旱地品种)及西农9871(水地品种)为实验供材,于2009年10月26日至2010年6月5日年在杨凌水保所干旱防雨棚下进行。从播种到拔节期前所有处理均充分供水,自拔节期开始控水,分别于花前、花后给予轻度(田间持水量的60%~65%)、中度(田间持水量的50%~55%)水分胁迫处理,深入研究灌浆期干旱及水分对光合特性、蔗糖代谢、籽粒淀粉合成、产量和水分利用效率等指标影响。主要得出以下研究结果:1.灌浆期复水使旱地小麦旗叶净光合速率得到明显补偿,旗叶蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性、蔗糖含量明显提高,且随着花前胁迫程度的加剧,复水后短时补偿效应越明显。旱地品种复水后补偿效应要高于水地品种西农9871。2.灌浆期干旱有效诱导了灌浆前期旗叶SPS活性上升,使蔗糖含量明显增加;但同时加快了灌浆中、后期旗叶衰老速度,净光合速率降低,旗叶SPS活性大幅度降低,蔗糖含量合成减少,且随着花后胁迫程度的加剧,降低幅度变大。水地品种降低幅度要大于旱地小麦。3.灌浆期复水增加了花后光合产物的运输,使籽粒蔗糖含量增加,籽粒蔗糖合成酶(SS)活性与其变化规律一致,促进籽粒淀粉的合成,且在灌浆中后期仍能维持较高的淀粉积累速率。4.灌浆期干旱加速了灌浆前期淀粉积累速率,使其提前达到最大值,灌浆后期干旱提高了对花前储藏在小麦营养器官中的同化物的调运,使得籽粒中蔗糖含量的增加,为籽粒后期产量降低起到一定补偿作用。但随着后期籽粒SS活性快速降低,导致籽粒淀粉合成受阻,灌浆时间缩短,最终导致产量的下降。5.灌浆期复水主要影响小麦的成穗,随着水分胁迫程度的加重,使穗粒数、小穗数显著下降;灌浆期干旱主要影响小麦的千粒重,其中,水地品种下降程度最大为8%。6.花前适度的水分胁迫有利于同化物的合理分配,减少了生长冗余,提高了收获指数,长旱58、长武134和西农9871分别超出对照14.1%,15.3%,17.1%。7.水分胁迫无论发生在花前还是花后,均能不同程度的提高旱地品种的产量水分利用效率,其中长旱58花后轻度水分胁迫的产量水分利用效率提高最大,中度水分胁迫显著降低了水地品种的产量水分利用效率。因此,旱地品种在低水多变的水分条件下表现出更强适应能力,其受干旱胁迫的影响要小于水地品种,且其经干旱胁迫复水后的恢复能力及补偿效应均大于水地品种。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 研究现状与进展
• 1.2.1 水分胁迫对光合特性的调节
• 1.2.2 水分胁迫与渗透调节
• 1.2.3 植物蔗糖的代谢
• 1.2.4 水分胁迫对淀粉合成的调控
• 1.2.5 作物产量形成的源库关系研究
• 1.2.6 水分胁迫与补偿效应
• 1.3 研究内容及意义
• 1.4 技术路线
• 第二章 实验材料与方法
• 2.1 试验设计与供试材料
• 2.1.1 供试材料
• 2.1.2 试验设计
• 2.2 采样时间及方法
• 2.3 研究项目和测定方法
• 2.3.1 土壤水分的控制
• 2.3.2 光合作用与WUE 测定
• 2.3.3 蔗糖的提取与含量测定
• 2.3.4 磷酸蔗糖合成酶（SPS）、蔗糖合成酶（SS）酶液的活性测定
• 2.3.5 淀粉含量测定及积累速率计算
• 2.3.6 产量及构成指标测定
• 2.4 数据统计及分析方法
• 第三章 干旱及复水对小麦光合特性的影响
• 3.1 对旗叶净光合速率（Pn）与蒸腾速率（Tr）的影响
• 2 浓度（Ci）的影响'>3.2 对旗叶气孔导度（Gs）与胞间C0₂浓度（Ci）的影响
• 3.3 对旗叶瞬时水分利用效率（WUE）的影响
• 3.4 小结
• 第四章 干旱及复水对旗叶蔗糖合成及籽粒淀粉积累的影响
• 4.1 干旱及复水对旗叶蔗糖含量及SPS 活性的影响
• 4.1.1 蔗糖含量
• 4.1.2 磷酸蔗糖合成酶（SPS）活性
• 4.2 干旱及复水对籽粒蔗糖含量及SS 活性的影响
• 4.2.1 籽粒蔗糖含量
• 4.2.2 籽粒蔗糖合成酶（SS）活性
• 4.3 干旱及复水对不同小麦品种籽粒的淀粉积累量及淀粉积累速率的影响
• 4.3.1 淀粉积累量
• 4.3.2 淀粉积累速率
• 4.4 小结
• 第五章 干旱及复水对冬小麦产量和水分利用效率的影响
• 5.1 不同水分处理对冬小麦产量的影响
• 5.2 不同水分处理对冬小麦产量构成因素的影响
• 5.3 不同水分处理对冬小麦耗水量、产量水分利用效率的影响
• 5.4 小结
• 第六章 讨论与主要结论
• 6.1 讨论
• 6.2 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介