外源ABA对花后干旱胁迫下小麦光能利用及同化物转运的影响

摘要

黄淮海区域是中国小麦的主产区，降雨季节分布不均，小麦生长季年均降雨量仅占其全生育期需水量的35％-50％。灌浆期间干旱频发对籽粒产量的影响尤为显著。因此，本试验通过研究干旱逆境下外源脱落酸（ABA）对小麦光能利用与同化物转运的调控作用，探讨外源ABA对干旱条件下不同基因型小麦花后冠层温度和同化物积累与分配的影响，为提高小麦稳产抗逆性及花后延衰增粒重提供理论依据。本试验于2016-2018年在山东农业大学试验农场遮雨棚水分池内进行，主区为品种，供试品种为水分敏感型品系辐287（F287）和耐旱型品种山农20（SN20）。副区设置正常灌水条件（田间持水量的75％-80％，W）和水分胁迫条件（田间持水量的40％-50％，D）。副副区设置外源激素处理，花后连续4天喷施10mg·L-1外源脱落酸（ABA），用量为100mL·m-2，以喷施含0.5％（V/V）Tween-20的清水为对照（CK）。主要研究结果如下： 1.外源ABA对干旱条件下小麦冠层温度的影响 干旱处理显著提高两品种的叶、穗温及穗叶温差（SLTD），显著降低冠层温差（CTD）。整个灌浆期间，山农20的叶温显著高于辐287，穗温显著低于辐287。灌浆中后期山农20的CTD及SLTD均显著低于辐287，说明耐旱型品种叶片的水热损失较小。喷施外源ABA可以显著提高两品种叶温，显著降低穗温、CTD和SLTD。品种与ABA互作对SLTD影响显著，水分条件与ABA互作对CTD和SLTD造成显著影响。 2.外源ABA对干旱条件下小麦光合机构活性的影响 干旱处理后两品种PIabs（吸收光能性能指数）及φ0（捕获电子传递到电子传递链QA-中下游的其它电子受体概率）均出现显著降低，尤其在灌浆后期，二者降幅均达到50％以上。整个灌浆期间山农20的PIabs值和φ0值均高于辐287，说明耐旱型品种吸收光能及传递电子的能力较强。喷施ABA能显著提高PIabs值和φ0值，说明喷施ABA可以改善光合机构活性，从而为光合作用吸收更多光能和同化力。干旱处理下两品种psbA基因相对表达量均显著降低。整个灌浆期间，干旱处理下山农20的psbA基因相对表达量均显著高于辐287，说明耐旱型品种较水分敏感型品种受水分胁迫影响较小，可以维持正常的psbA基因表达水平来合成更多D1蛋白，以保持其光系统活性。喷施外源ABA可以显著减小psbA基因相对表达量的降幅。与DCK处理相比，外源ABA处理下辐287和山农20的psbA基因相对表达量分别升高56.64％和29.29％。 3.外源ABA对干旱条件下小麦光合能力的影响 干旱处理后两品种净光合速率（PN）、气孔导度（gs）、蒸腾速率（Tr）显著降低，在中后期降幅更大。羧化效率（CE）呈现先升高再降低的趋势，在花后21天左右达最大值，灌浆中后期山农20旗叶的CE较为稳定。干旱处理下辐287的叶片水分利用效率（WUEL）显著低于正常灌水处理，相反，山农20的WUEL呈现小幅升高趋势。外源ABA能显著提高两品种的WUEL、PN和CE，显著降低gs和Tr。与DCK处理相比，DABA处理下辐287和山农20的PN分别提高了53.35％和31.31％，gs分别降低35.46％和47.74％，Tr分别降低19.34％和32.23％。说明外源ABA通过降低叶片gs和Tr以增强叶片保水性能，以提高旗叶的光合能力并延长其光合持续时间。 4.外源ABA对干旱条件下小麦籽粒灌浆的影响 干旱处理显著降低了两品种强、弱势粒重，中后期降低幅度更大。与WCK处理相比，DCK处理下辐287的最大灌浆速率、平均灌浆速率及生长活跃期均显著减小，山农20的最大灌浆速率、平均灌浆速率显著减小。说明干旱条件下水分敏感型品种是通过降低籽粒灌浆速率并缩短生长活跃期引起导致粒重降低的，而耐旱型品种主要是通过降低籽粒灌浆速率来引发粒重降低。与DCK处理相比，外源ABA处理后两品种强势粒最大灌浆速率、平均灌浆速率、生长活跃期及实际灌浆终期均有所提高，说明ABA处理后粒重的增加主要是由于其可以促进籽粒灌浆，提高灌浆速率并延长生长活跃期。 5.外源ABA对干旱条件下小麦干物质积累与分配以及产量的影响 干旱条件下两品种植株总重及粒重均出现显著降低。与WCK处理相比，DCK处理后两品种花后干物质转运量及花后贮藏同化物转运量对籽粒的贡献率均显著降低，水分敏感型品种降幅大于耐旱型品种。与DCK处理相比，DABA处理显著提高了花后干物质转运量及花后同化物转运量对籽粒的贡献率，表明灌浆期发生干旱时，耐旱型品种籽粒中的干物质主要来源于花后干物质积累，水分敏感型品种籽粒干物质来源于营养器官花前贮藏同化物的转运和花后干物质的积累。 干旱处理下两品种产量均显著低于正常灌水处理，水分敏感型品系辐287千粒重和产量的降幅均高于耐旱型品种山农20。喷施ABA可以缓解干旱对千粒重的降低幅度。品种、水分和ABA均对粒重和产量影响极显著（P＜0.01），品种水分互作及水分ABA互作对粒重和产量造成显著影响（P＜0.05）。

目录

声明

符号说明

1前言

1.1选题的目的意义

1.2国内外研究现状

1.2.1冠层温度和作物抗旱性的关系

1.2.2光能利用与作物抗旱性的关系

1.2.3同化物转运与作物抗旱性的关系

1.2.4脱落酸对作物光能利用的调控

1.2.5脱落酸对作物同化物转运的调控

2材料和方法

2.1试验设计

2.1.1试验地情况

2.1.2田间设计

2.1.3试验处理

2.1.4取样

2.2测定项目与方法

2.2.1补灌水量及遮雨棚内温度测定

2.2.2冠层温度测定

2.2.3叶绿素相对含量测定

2.2.4光合指标测定

2.2.5荧光参数测定

2.2.6旗叶脯氨酸含量测定

2.2.7 psbA基因表达量的测定

2.2.8蔗糖含量测定

2.2.9蔗糖合成酶（SS）及蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性测定

2.2.10 旗叶面积及植株干物质积累与分配测定

2.2.11 籽粒动态灌浆过程测定

2.2.12 产量 及产量构成要素测定

2.3统计分析

3结果与分析

3.1联合方差分析表

3.2外源ABA对干旱条件下不同耐旱型小麦花后冠层温度的影响

3.2.1冠层温度热图

3.2.2叶温及穗温

3.2.3冠层温差及穗叶温差

3.3外源ABA对干旱条件下不同耐旱型小麦旗叶光合特性的影响

3.3.1净光合速率（PN）及胞间二氧化碳浓度（Ci）

3.3.2气孔导度（gs）及蒸腾速率（Tr）

3.3.3旗叶水分利用效率（WUEL）

3.3.4旗叶羧化效率（CE）

3.4外源ABA对干旱条件下不同耐旱型小麦旗叶荧光特性的影响

3.4.1吸收光能性能指数（PIabs）

3.4.2捕获电子传递到电子传递链QA-中下游的其它电子受体概率(φ0)

3.4.3光合电子传递链中质体醌阴离子（QA-）积累量（Vj）

3.4.4光系统II放氧复合体损害程度（WK）

3.5外源ABA对干旱条件下不同耐旱型小麦叶绿素相对含量的影响

3.6外源ABA对干旱条件下不同耐旱型小麦psbA基因相对表达量的影响

3.7外源ABA对干旱条件下不同耐旱型小麦旗叶脯氨酸含量的影响

3.8外源 ABA对干旱条件下不同耐旱型小麦旗叶蔗糖含量及合成相关酶活性的影响

3.8.1蔗糖含量

3.8.2蔗糖合成酶(SS)及蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性

3.9外源ABA对干旱条件下不同耐旱型小麦籽粒灌浆进程的影响

3.9.1小麦籽粒增重过程

3.9.2小麦籽粒灌浆速率

3.9.3小麦籽粒灌浆模型及灌浆参数

3.10外源ABA对干旱条件下不同耐旱型小麦旗叶叶面积及干物质积累转运的影响

3.10.1小麦叶面积和不同器官中干物质的重量及比例

3.10.2花后干物质积累与再分配

3.11外源ABA对干旱条件下不同耐旱型小麦产量及其构成因素的影响

3.12多因素相关性分析

4 讨论

4.1小麦基因型对花后冠层温度及光能利用的影响

4.2小麦基因型对花后冠层温度及同化物转运的影响

4.3外源ABA对小麦花后冠层温度及光能利用的影响

4.4外源ABA对小麦花后冠层温度及同化物转运的影响

4.5外源ABA对小麦产量及其构成因素的影响

5 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况