花后水分亏缺对不同品种小麦光合特性和蔗糖代谢的影响

论文摘要

小麦是世界上种植面积最大,分布最广的粮食作物,也是我国的重要粮食作物。灌浆时期是小麦粒重和产量形成的关键时期,在我国北方,小麦灌浆期常常遭受不同程度的土壤和大气干旱,严重影响小麦的灌浆过程,进而限制产量提高。作物高产不仅要求功能叶有较强的光合能力,而且还要求叶片中的光合产物有效地运输分配。小麦叶片光合产物主要以蔗糖的形式存在并向外输出,控制叶片中蔗糖合成的酶是蔗糖磷酸合成酶（SPS）。运转到籽粒中的光合产物最初以蔗糖的形式存在。所以通过研究小麦旗叶、茎杆、籽粒中蔗糖的代谢过程,对于掌握小麦各个部位光合产物的合成、运输及分配方向有一个全面的了解,对于探讨干旱条件下蔗糖对小麦源库关系的调节具有重要意义。本试验选用旱地小麦品种长武134和长旱58,水地小麦品种西农9871作为供试材料,采用盆栽称重控水方式,在小麦灌浆期进行干旱胁迫处理,测定和分析了花后6d、12d、18d、24d小麦的光合参数（旗叶）、蔗糖含量与蔗糖磷酸合成酶（SPS）和蔗糖合成酶（SS）活性（旗叶、茎杆、籽粒）、产量指标。结果显示:1.随着土壤干旱程度的增加和籽粒灌浆的进行,花后6-18 d,小麦旗叶光合速率的变化趋势与蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度基本一致;花后24d,Gs、Ci均升高而Pn降低。在小麦灌浆的前期和中期影响光合作用大小为气孔因素,而后期伴随着叶绿体的降解,旗叶的衰老,非气孔因素成为主要限制因素。2.随着土壤水分从WCK到SWS的减少,长武134旗叶瞬时水分利用效率（WUE）分别为3.86、3.96、3.33 umolCO2/mmolH2O ;长旱58WUE分别为3.32、3.53.3.49 umolCO2/mmolH2O;西农9871WUE分别为3.31、3.22、2.65 umolCO2/mmolH2O。说明干旱不同程度的提高了旱地小麦的水分利用效率。其中旱地小麦长武134的水分利用效率高于其它两个小麦品种。3.在小麦旗叶,茎,籽粒中,花后12d时蔗糖、SPS和SS活性均明显高于24d。小麦旗叶和籽粒中,在土壤中度干旱下,旱地小麦花后12dSPS、SS活性提高,蔗糖合成能力增强,含量增大,而降低了水地小麦花后12d各个器官SPS和SS活性,蔗糖含量也减少;花后24d,各小麦品种蔗糖代谢关键酶活性均小于对照,蔗糖含量也不同程度的降低或升高。在小麦茎中,与对照相比,在中度干旱下,三个小麦品种花后12d茎中SPS和SS活性提高,但旱地小麦蔗糖含量略有降低,水地小麦蔗糖含量升高;但降低了花后24d茎中SPS和SS活性,而使各小麦茎中蔗糖合成能力增强。重度干旱下,三个小麦品种旗叶、茎和籽粒中蔗糖含量、SPS活性和SS活性均下降。以上结果表明,除在茎中中度水分下水地小麦蔗糖含量较对照升高,而旱地小麦略有降低。不管是蔗糖含量还是SPS和SS活性,在中度水分亏缺下都表现为旱地小麦高于水地小麦。在灌浆过程中,旱地小麦在干旱条件下蔗糖代谢比水地小麦活跃。在小麦不同部位积累了大量的碳水化合物,为籽粒的充实奠定了基础。4..三个小麦品种籽粒千粒重表现为:长武134（38g）>长旱58（32g）>西农9871（31g）;小麦穗粒数表现为:长旱58（52粒/穗）>西农9871（43粒/穗）>长武134（40粒/穗）;最终产量表现为:长旱58（19g/pot）>长武134（18g/pot）>西农9871（16g/pot）。以上数据表明旱地小麦长武134产量的增高主要是千粒重增大的结果,长旱58产量增高主要是穗粒数增多的体现。水地小麦西农9871产量的降低是两个因素共同的结果,这与品种自身遗传因素和抗旱性有关。5.适度干旱处理有利用旱地小麦收获指数的提高,但降低了水地小麦收获指数。随土壤水分亏缺程度的加重,两个小麦品种水分利用效率均表现出先升后降低的趋势。总之,水分亏缺对旱地小麦产量和收获指数的影响小于水地小麦,而对水分利用效率的影响大于水地小麦,旱地小麦表现出较高的耐旱和水分利用能力。以上结果初步证明,灌浆期水分亏缺对小麦光合特性的影响因品种不同而异。对于旱地小麦,适度的水分亏缺不会造成PSⅡ的破坏,光合速率略有增加,而水地小麦会因为水分亏缺光合速率下降。表明水分胁迫对水地小麦光合参数大小的影响大于两个旱地小麦。在小麦灌浆的前期和中期影响光合作用大小为气孔因素,而后期伴随着叶绿素的降解,旗叶的衰老,非气孔因素成为主要限制因素。植物光合作用生成的碳水化合物,主要是以蔗糖的形式在体内运输和储存。旱地小麦在中度水分亏缺下具有高的Pn,这就为其蔗糖代谢的完成提供了充足的光合碳同化物。在小麦的旗叶、茎、籽粒中旱地小麦蔗糖含量均值分别75.5mg/g、53.1 mg/g、1.02mg/grain;水地小麦各个器官蔗糖含量的均值分别为53.2 mg/g、49.1 mg/g、0.84mg/grain。水分亏缺通过影响光合作用到蔗糖代谢,最终通过产量的构成关系得以体现。在干旱条件下两个旱地小麦产量高于水地小麦的原因,经分析是从千粒重和穗粒数方面得到了补偿。

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 水分亏缺对植物光合作用和气孔行为的影响
• 1.2.2 水分亏缺对植物蒸腾作用的影响
• 1.2.3 水分亏缺下植物体内的渗透调节
• 1.2.4 光合产物的积累与分配
• 1.2.5 水分亏缺下同化物的动员与分配
• 1.2.6 水分亏缺下作物体内碳同化物的补偿效应
• 1.3 研究内容及意义
• 第二章 试验材料与方法
• 2.1 试验设计与供试材料
• 2.2 采样时间及方法
• 2.3 研究项目和测定方法
• 2.3.1 土壤水分测定
• 2.3.2 光合指标的测定
• 2.3.3 蔗糖含量和SPS、SS 活性测定
• 2.3.4 产量构成指标
• 2.4 数据统计及分析方法
• 第三章 灌浆期水分亏缺对小麦光合特性的影响
• 3.1 水分亏缺对冬小麦旗叶净光合速率（Pn）与蒸腾速率（Tr）的影响
• 3.2 水分亏缺对冬小麦气孔导度（Gs）与胞间C02 浓度（Ci）的影响
• 3.3 水分亏缺对冬小麦单叶水分利用效率的影响
• 3.4 水分亏缺对小麦旗叶荧光参数的影响
• 3.5 小结
• 第四章 水分亏缺对灌浆期冬小麦蔗糖代谢及其关键酶活性的影响
• 4.1 水分亏缺对冬小麦旗叶蔗糖含量的影响
• 4.2 水分亏缺对冬小麦旗叶SPS 和SS 活性的影响
• 4.3 水分亏缺对冬小麦茎中蔗糖含量的影响
• 4.4 水分亏缺对冬小麦茎中SPS 和SS 活性的影响
• 4.5 水分亏缺对冬小麦籽粒中蔗糖含量的影响
• 4.6 水分胁迫下小麦籽粒SPS 和SS 活性的变化
• 4.7 小结
• 第五章 灌浆期水分亏缺对冬小麦产量和水分利用效率的影响
• 5.1 水分亏缺对冬小麦蒸腾耗水量的影响
• 5.2 水分亏缺对冬小麦产量构成因素的影响
• 5.3 水分亏缺对冬小麦产量和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