春小麦淀粉形成对花后高温干旱的响应机制

春小麦是宁夏平原的主要作物之一，近年来，气候变暖引起高温干旱等灾害频发，导致春小麦产量和品质明显下降，严重影响了春小麦生产。淀粉品质的小麦品质的重要方面，研究高温干旱对春小麦淀粉合成及产量的影响机制，对丰富作物栽培理论、实现小麦优质高效生产具有重大意义。以往有关高温与干旱的逆境研究，单项因子较多，高温干旱双重胁迫下的研究资料较少。本项目采用温室模拟高温干旱和田间试验相结合的方法，以春小麦为材料，用酶学和荧光定量PCR的方法，研究花后干旱和高温对春小麦籽粒淀粉形成中关键酶的基因表达和酶活性的变化规律、籽粒淀粉组分、叶片的光合特性、保护酶活性等的变化规律以及和产量构成因素的关系，阐明花后高温干旱对春小麦淀粉形成和产量影响的规律，揭示高温干旱影响春小麦淀粉合成的关键酶的基因表达和春小麦淀粉形成和产量的生理原因，初步确定宁夏灌区春小麦缓解高温干旱的农艺措施，为春小麦优质高效栽培提供理论支撑。

春小麦是宁夏平原的主要作物之一，近年来，气候变暖引起高温干旱等灾害频发，导致春小麦产量和品质明显下降，严重影响了春小麦生产。淀粉品质是小麦品质的重要方面，研究高温干旱对春小麦淀粉合成及产量的影响机制，对丰富作物栽培理论、实现小麦优质高效生产具有重大意义。本项目采用温室模拟高温干旱和田间试验相结合的方法，以宁夏春小麦主栽品种宁春4号和宁春47号为材料，用酶学和荧光定量PCR、植物生理学的方法，研究了花后高温和干旱对春小麦籽粒淀粉形成中关键酶的基因表达和酶活性的变化规律、籽粒淀粉组分、叶片的光合特性、保护酶活性等的变化规律以及和产量构成因素的关系。结果表明，高温使春小麦叶片光合速率下降，淀粉形成关键酶(ADPG酶活性、UDPG酶活性、SSS酶活性和SBE酶活性等)活性显著下降，显著影响淀粉形成和产量，千粒重显著下降；RT-PCR扩增分析表明，花后较低的温度有利于APGase和SBE的表达，对SSS影响不大，但会抑制GBSSI的表达；高温使APGase、SBE、SSS三个基因在花后20天达到最大，而GBSSI的表达在15天达到最大，然后显著下降；综合分析表明，高温影响最严重的时期是花后5-10d，高温越早，影响越大。花后干旱处理的结果表明，轻度干旱、中度干旱和重度干旱都使春小麦的直链淀粉、支链淀粉和淀粉总量下降，使籽粒淀粉形成关键酶(ADPG酶活性、UDPG酶活性、SSS酶活性和SBE酶活性等)活性显著下降，APGase、GBSSI的表达量在花后25天显著下降，光合作用和叶绿素含量下降，光系统Ⅱ的光化学过程发生紊乱，导致春小麦千粒重显著下降。而花后高温干旱互作显著降低了春小麦淀粉形成相关的各项指标，表现为温度一定时，在一定范围内，土壤含水量越低淀对春小麦影响越大；土壤含水量一定时，在一定范围内温度越高对春小麦影响越大；高温干旱胁迫越早，对淀粉形成关键酶和抗氧化酶活性的影响越大，高温干旱叠加的影响越显著。研究结果表明，合理的灌水、施肥（氮肥）能有效缓解花后高温干旱的为害，延缓叶片衰老，提高光合效率和淀粉积累，千粒重显著增加。因此，生产上，宁夏春小麦全生育期灌三水、减少麦黄水，施氮量为225-250kg/666.7m2、基追比为4:6，分别在拔节期和孕穗期追施氮肥，在灌浆期喷施2%尿素、4%磷酸二氢钾，可有效缓减花后高温干旱的为害，提高春小麦籽粒产量和淀粉品质。