拔节期和孕穗期低温胁迫对小麦产量形成影响的研究

摘要

全球变暖背景下，极端低温发生的频率、强度和持续时间都不断加强。低温是影响作物生长发育和产量形成最重要的环境胁迫之一。因此，深入分析并量化低温胁迫对小麦产量形成的影响，可以为未来气候条件下我国小麦的安全生产及适应性对策的制定提供理论依据。本研究基于全自动人工气候室在小麦拔节期和孕穗期实施了模拟的自然温度日变化规律下不同品种、不同低温水平和低温持续时间的小麦盆栽试验，以明确并量化拔节期和孕穗期低温胁迫对小麦光合作用、干物质积累与分配、产量及产量结构的影响。具体研究结果如下: (1)低温胁迫对小麦叶片气体交换参数（净光合速率、气孔导度、蒸腾速率）、SPAD、荧光参数（最大量子产量、实际量子产量、光化学猝灭系数、非光化学猝灭系数）的影响在不同处理时期间存在差异。在拔节期，小麦叶片净光合速率随低温持续时间的延长（从0到6天）呈先降低后升高趋势，而孕穗期，小麦叶片净光合速率随低温持续时间的延长呈下降趋势。另外，在拔节期和孕穗期同一低温持续时间下，小麦叶片Pn随温度水平的降低（从T1到T5）而下降。叶片气孔导度和蒸腾速率的变化规律与净光合速率基本一致。低温处理期间叶片SPAD的变化不显著，而在低温处理结束后的恢复期，孕穗期T5(-6℃/4℃/-1℃，TminTmax/Tmean)处理的叶片SPAD明显下降，其他处理的叶片SPAD与对照(6℃/16℃/11℃，Tmin/Tmax/Tmean，T1)的差异不显著。标准化回归系数表明，低温胁迫下，叶片蒸腾速率对净同化速率的影响较大，而低温处理后的恢复期，气孔导度的变化是影响净光合速率的主要原因。在拔节期，扬麦16和徐麦30叶片最大量子产量随低温持续时间的延长呈先下降后升高的趋势，而在孕穗期，最大量子产量随低温持续时间的延长呈下降趋势。在拔节期和孕穗期，扬麦16和徐麦30叶片最大量子产量、实际量子产量和光化学猝灭系数均随温度水平的降低呈下降趋势，而非光化学猝灭系数则随温度水平的降低呈增加趋势。在处理结束后的恢复期叶片气体交换参数和荧光参数的变化表明，除孕穗期T5处理的叶片受到不可逆的损伤，导致光合作用无法恢复外，其他低温处理的叶片均可恢复到对照水平。低温胁迫下，净光合速率与最大量子产量、实际量子产量、光化学猝灭系数均呈显著的正相关关系，而与非光化学猝灭系数呈显著的负相关关系，且净光合速率与实际量子产量、光化学猝灭系数的相关性要好于最大量子产量和非光化学猝灭系数。 (2)拔节期和孕穗期低温胁迫降低小麦的干物质积累和收获指数，影响植株干物质的分配和转运，导致产量降低。拔节期和孕穗期低温水平和低温持续时间显著降低成熟期单株总干重和收获指数。其中，成熟期单株总生物量的下降是小麦单株产量降低的主要原因。在小麦拔节期，低温胁迫对叶片氮含量、平均净同化率和光合时间影响相对较小，而显著降低了平均叶面积指数，从而导致生物量显著降低。在小麦孕穗期，低温胁迫降低两小麦品种的叶片氮含量和平均叶面积指数，导致平均净同化率下降，从而显著降低生物量。拔节期低温处理对小麦植株各器官分配比例的影响不显著，但在孕穗期低温处理下，两小麦品种开花期以前的茎鞘分配指数随温度水平的降低而下降，但绿叶分配指数则呈上升趋势。开花期以后，重低温处理(T5)下，两小麦品种的茎鞘和绿叶分配指数明显高于T1，穗分配指数明显低于T1。另外，随累积低温度日(ACDD)的增加，小麦的收获指数、花前营养器官干物质转运量和花后干物质积累量均显著降低。与拔节期低温相比，孕穗期低温处理对收获指数、花前营养器官干物质转运量和花后干物质积累量的影响更大。此外，低温胁迫下，花后营养器官干物质积累量的变化对单株产量和收获指数的影响大于花前营养器官干物质转运量。低温胁迫显著降低了花前营养器官干物质转运量、花前营养器官干物质输出率及其对籽粒的贡献率。在低温胁迫下，花前营养器官千物质转运量的下降降低花前营养器官千物质输出率，导致花前营养器官干物质转运对籽粒贡献率下降，相应的增加了花后干物质积累量对籽粒千重的贡献率。 (3)拔节期和孕穗期低温水平和低温持续时间主要降低单株穗数和每穗粒数，从而导致小麦减产，且低温影响程度在不同品种和不同处理时期存在差异。总体而言，孕穗期低温对小麦单株产量的影响大于拔节期低温;单株穗数和每穗粒数对低温胁迫的敏感性要大于千粒重。在拔节期，低温胁迫(ACDD)对扬麦16单株产量和单株穗数的影响大于徐麦30，而对每穗粒数和千粒重的影响在品种间差异不大;在孕穗期，当同时考虑原生穗和再生穗时，ACDD对小麦产量及产量构成因素的影响在两小麦品种间差异不大。而在仅考虑原生穗的情况下，ACDD对扬麦16单株产量、单株穗数、千粒重的影响大于徐麦30，对扬麦16每穗粒数的影响小于徐麦30。轻度低温下(-2℃/8℃/3℃，Tmin/Tmax/Tmean，T3)，每穗粒数对小麦单株产量的贡献大于单株穗数和千粒重，而在重度低温下(T5)，扬麦16单株穗数对小麦单株产量的贡献最大，而徐麦30的每穗粒数对单株产量的贡献最大。总体而言，拔节期和孕穗期低温环境下小麦单株产量的下降主要是由于单株穗粒数（单株穗数×每穗粒数）的降低而导致的。因此，在拔节期和孕穗期低温下，保持较高的单株穗粒数对稳定小麦产量极其重要。

目录

声明

摘要

第一章文献综述与研究目的

1 拔节期和孕穗期低温胁迫对小麦产量形成影响的研究进展

1．1低温胁迫对叶片光合作用的影响

1．2低温胁迫对干物质分配和再转运的影响

1．3低温胁迫对小麦产量及产量结构的影响

1．4低温胁迫对作物产量及产量结构的定量研究

2存在的问题

3研究目的与意义

第二章研究思路与材料方法

1研究思路与技术路线

1．1研究思路

1．2技术路线

2数据来源

2．1人工气候室控温试验

3数据分析方法

参考文献

第三章拔节期和孕穗期低温胁迫对小麦叶片光合特性的影响

1材料与方法

1．1试验设计

1．2取样与测试

1．3数据处理与分析

2结果与分析

2．1 拔节期和孕穗期低温对小麦叶片气体交换参数和SPAD的影响

2．2拔节期和孕穗期低温对小麦叶片荧光参数的影响

2．3拔节期和孕穗期低温下小麦叶片净光合速率与荧光参数的关系

3讨论与小结

参考文献

第四章拔节期和孕穗期低温胁迫对小麦植株地上部干物质积累和分配及转运的影响

1材料与方法

1．1 试验设计

1．2取样与测试

1．3数据处理与分析

2结果与分析

2．1 拔节期和孕穗期低温对小麦地上部生物量积累的影响

2．2拔节期和孕穗期低温对小麦干物质分配的影响

2．3拔节期和孕穗期低温对小麦千物质转运的影响及各指标的相关性分析

3讨论与小结

参考文献

第五章拔节期和孕穗期低温胁迫对小麦产量及其构成因素的影响

1材料与方法

1．1试验设计

1．2数据处理与分析

2结果与分析

2．1 拔节期和孕穗期低温对小麦籽粒产量及其构成因素的影响

2．2基于ACDD定量分析拔节期和孕穗期低温对小麦产量及其构成因素的影响

2．3拔节期和孕穗期低温下小麦产量与其构成因素的关系

3讨论与小结

3．1拔节期和孕穗期低温对小麦产量及其构成因素的影响

3．2拔节期和孕穗期低温胁迫对小麦产量和产量构成因素的定量影响

3．3拔节期和孕穗期低温下小麦产量构成因素对产量的贡献

参考文献

第六章讨论与结论

1 讨论

1．1 拔节期和孕穗期低温对小麦叶片光合特性的影响

1．2拔节期和孕穗期低温对小麦千物质积累、分配和转运特性的影响

1．3拔节期和孕穗期低温对小麦籽粒产量及产量构成因素的影响

2本研究的创新及今后的研究设想

2．1 本研究的创新与特色

2．2今后的研究设想

3结论

参考文献

论文发表情况

致谢