不同水分處理下冬小麥光合產(chǎn)物分配格局、過程及調(diào)控機制的研究.pdf

1、于2005-2006年在中國科學(xué)院封丘農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗站防雨篷下，研究了不同水分處理下冬小麥光合產(chǎn)物分配格局及其生理生態(tài)機制。本研究選擇2個冬小麥品種濟麥20(Jimai20)和周麥18(Zhoumai18)分2個試驗分別進行。試驗1水分處理設(shè)充分供水處理Wl，輕度干旱w2和嚴(yán)重干旱W3。分別于冬小麥拔節(jié)期、孕穗期、開花期、灌漿期和收獲期測定生物量、葉水勢、葉綠素、根系活力、RuBP羧化酶活性、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量，同期用Li-64

2、00光合儀測定光合參數(shù)，用ASD FieldSpee HandHdd(Analytical Spectral Device，US)采集高光譜數(shù)據(jù)。試驗2從返青期開始干旱處理，設(shè)拔節(jié)期、孕穗期和開花期復(fù)水為W<,4-1>，W<,4-2>，W<,4-3>，全生育期不澆水處理為W<,0>，全生育期充分供水處理為對照(ck)。復(fù)水后下一個生育期取樣，各生育期測定指標(biāo)同試驗1。試驗1結(jié)果： 1、不同水分處理下冬小麥光合產(chǎn)物分配格局和動態(tài)

3、 1.1 不同水分處理能影響冬小麥生長發(fā)育，干旱脅迫導(dǎo)致植株變矮、葉面積延伸緩慢，個體水平上絕對生物量積累減少。拔節(jié)期前輕度干旱脅迫促進根生長，根冠比增大。干旱脅迫根系干重積累絕對值下降，但根長增加。根系在垂直方向分配格局改變，深層中的分配比例提高。干旱脅迫下冬小麥不同生育期在器官水平上光合產(chǎn)物分配變化，干旱脅迫能促進當(dāng)時生長中心光合產(chǎn)物分配比例增加，營養(yǎng)生長早期促進根的分配，拔節(jié)期促進莖、葉鞘分配更多光合產(chǎn)物，可溶性碳水化合物含

4、量增加，花后又誘導(dǎo)更多的花前各器官儲存物向穗的再分配。 1.2 不同水分處理下不同生育期冬小麥表觀參數(shù)與最終產(chǎn)量有一定相關(guān)性。孕穗期根系生物量與產(chǎn)量相關(guān)性最強(R=0.92)，開花期各指標(biāo)相關(guān)性提高，其中葉干重、根系干重和葉面積相關(guān)性很高(R>0.90)。干旱脅迫造成單株產(chǎn)量降低，產(chǎn)量下降的主要原因是小麥成穗數(shù)和穗粒數(shù)減少。籽粒千粒重具有遺傳特性，不同處理下濟麥20小于周麥18，水分脅迫對千粒重影響不顯著。濟麥20收獲指數(shù)與水分

5、脅迫程度成正比，周麥18收獲指數(shù)對水分脅迫不敏感。 2、不同水分處理下冬小麥生理生態(tài)響應(yīng) 2.1 不同水分處理下冬小麥葉片水勢、葉綠素含量、RuBP羧化酶活性隨干旱脅迫增加呈現(xiàn)下降低趨勢。葉片水勢在輕度干旱脅迫下變化不規(guī)律，嚴(yán)重干旱脅迫下下降；葉綠素含量隨干旱脅迫程度增加而顯著下降；RuBP羧化酶活性在輕度干旱脅迫下稍有增加，嚴(yán)重干旱脅迫顯著下降。滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖含量在輕度脅迫下調(diào)節(jié)能力增強。嚴(yán)重干旱脅迫凈光合速率下

6、降，輕度脅迫凈光合速率受影響不顯著。相關(guān)分析顯示，凈光合速率與RuBP羧化酶活性有極顯著正相關(guān)關(guān)系，與糖含量成負(fù)相關(guān)。葉片水分利用效率以輕度干旱脅迫下最高，充足供水水分利用效率下降的原因主要是蒸騰速率升高幅度大于凈光合速率增加幅度，而嚴(yán)重干旱脅迫下水分利用效率下降的原因是光合速率下降。 2.2 本地區(qū)冬小麥光合特性與環(huán)境因子相關(guān)分析認(rèn)為，黃淮海平原冬小麥旗葉的Pn隨PAR的增加而升高，其光補償點和光飽和點分別在50-60 μmo

7、l·m<'-2>·s<'-1>和1050-1100 μmol·m<'-2>·s<'-1>左右：Tr隨PAR呈線性升高。冬小麥旗葉Pn隨Ta、Tl的增加而升高，冬小麥最適Ta是25～30℃，T1高于Ta約2℃，最適Rh在60％左右。 2.3 不同品種冬小麥的反射光譜形狀相似，冬小麥灌漿期光譜反射率在可見光范圍逐漸升高，在近紅外光區(qū)降低：光譜反射率變化與干旱脅迫有關(guān)，干旱脅迫在可見光部分上升，在近紅外部分下降。紅邊光譜反射率一階微分

8、光譜形狀相似，紅邊位置位于728～735 nm，灌漿期紅邊幅值下降、位置向長波方向移4 nm；干旱脅迫下Dλ<,red>下降。葉綠素、葉片水分含量和葉面積指數(shù)與紅邊參數(shù)相關(guān)性強。Chla、Chlb和Chla+b與Dλ<,703>：Dλ<,702>呈線性關(guān)系，葉WSC與Dλ<,730>呈線性關(guān)系，LAI與Sred呈二次關(guān)系。因此，可以用紅邊參數(shù)來評價冬小麥生育后期干旱脅迫。 試驗2結(jié)果： 1、干旱和復(fù)水對冬小麥生長發(fā)育的影

9、響 不同時期復(fù)水對冬小麥由于干旱脅迫引起的生物量和葉面積有補償作用，拔節(jié)期復(fù)水對生物量和葉面積激發(fā)效應(yīng)最強，但葉面積激發(fā)補償不能完全恢復(fù)干旱減少的量。復(fù)水對根系的影響表現(xiàn)為先抑制后激發(fā)，拔節(jié)期、孕穗期和開花期復(fù)水均能激發(fā)根系生長，并促使根系向深層發(fā)展，開花期對根長密度促進效應(yīng)最顯著。干旱后復(fù)水能改變器官水平上光合產(chǎn)物分配格局，干旱脅迫引起的葉、穗分配指數(shù)降低，莖、葉鞘和根的分配指數(shù)上升。拔節(jié)期復(fù)水葉片光合產(chǎn)物分配指數(shù)增加、莖下降

10、。孕穗期、開花期復(fù)水使更多光合產(chǎn)物向莖和穗中分配。干旱脅迫下產(chǎn)量明顯下降，不同時期復(fù)水均有不同程度產(chǎn)量補償，拔節(jié)期復(fù)水主要提高小麥單株穗數(shù)、孕穗期和開花期復(fù)水以提高千粒重為主。 2、干旱和復(fù)水下冬小麥生理生態(tài)響應(yīng) 干旱后復(fù)水處理能提高冬小麥葉片葉綠素的含量，拔節(jié)/孕穗的早期復(fù)水葉綠素出現(xiàn)超補償現(xiàn)象；復(fù)水后葉片RuBP羧化酶的活性提高，隨著生育期的推進，復(fù)水對RuBP羧化酶的活性影響呈增強趨勢；干旱后復(fù)水還能提高根系活力，

11、拔節(jié)和孕穗期復(fù)水根系活力恢復(fù)超過對照水平。不同時期復(fù)水對Pn有明顯的補償作用，通過對不同生理生態(tài)因子的因素分析，認(rèn)為RuBP羧化酶的活性和葉綠素含量體高是干旱后復(fù)水提高Pn的主要因素。 綜上所述，根據(jù)光合產(chǎn)物在各器官之間的分配規(guī)律可采取生育早期適當(dāng)控水使冬小麥建立合理根系結(jié)構(gòu)，促進深層根系發(fā)展。拔節(jié)到孕穗期適當(dāng)控水能促進莖、葉鞘組織可溶性碳水化合物的積累，增加光合產(chǎn)物在臨時器官的儲藏量。灌漿期適當(dāng)控水能促使儲藏碳水化合物的動員，