花后高温干旱胁迫下小麦淀粉粒表面微孔和微通道的变化及形成机理研究

小麦生产中花后高温干旱胁迫导致籽粒产量下降，淀粉品质不稳定。目前关于高温干旱胁迫对小麦淀粉品质影响的研究多从直/支链淀粉比例、支链淀粉分支结构等方面入手，事实上，高温干旱胁迫可导致淀粉粒表面的微孔数量增加、孔径变大，也是影响淀粉粒理化特性和品质的重要因素。本研究以2个耐旱性差异较大的冬小麦品种为供试材料，通过扫描电镜和激光共聚焦显微镜观察花后高温、干旱及其共胁迫下小麦籽粒不同发育时期淀粉粒表面微孔和微通道的变化；利用Real-time PCR、显色原位杂交和组织化学染色等技术，研究不同时期胚乳中淀粉合成关键酶和降解酶活性、酶基因表达、淀粉粒积累的时空变化；通过分析不同胁迫处理下淀粉粒表面酶降解位点变化、粒级分布、品质特性等，揭示高温干旱胁迫下小麦淀粉粒表面微孔和微通道的变化、形成原因以及对淀粉品质的影响，为研究高温干旱胁迫下小麦淀粉生物合成、淀粉粒性质及其品质变化提供一个新途径。

小麦生产中花后高温干旱胁迫导致籽粒产量下降，淀粉品质不稳定。本研究以2个耐旱性差异较大的冬小麦品种新冬20号和新冬23号为供试材料，研究籽粒灌浆期高温、干旱和高温干旱共胁迫对淀粉粒发育及微观结构的影响。结果表明，（1）高温、干旱和高温干旱共胁迫对小麦籽粒发育的负面影响很大，热胁迫的破坏性强于同期的干旱胁迫。胁迫处理未改变淀粉粒的基本形态特征，干旱处理显著增加了B型淀粉粒的比例；高温和高温干旱处理则显著增加了A淀粉粒的比例；（2）高温及高温干旱共胁迫下淀粉粒表面出现明显的孔洞，CBQCA染色结果发现外界干旱胁迫增加了淀粉粒表面微孔和微通道的数量；（3）花后胁迫下两个小麦品种籽粒α-淀粉酶活性在灌浆后期显著增强。胁迫下小麦籽粒发育进程加快，相关淀粉合成酶活性的峰值出现时间较对照提前；（4）高温对淀粉合成关键酶基因表达的影响最大，其次是干旱；各淀粉降解酶基因中amy4、bam1和bam5基因的相对表达量最高。原位杂交结果表明，中后期的籽粒中amy4、bam1和bam5三个基因的表达部位主要集中于胚乳外侧，籽粒发育后期此趋势越明显，且在新冬23号中表现更明显；（5）酶解试验表明胁迫下淀粉粒表面的孔洞及微通道结构的变化有利于淀粉的水解。品质分析结果表明干旱胁迫下新冬23号籽粒淀粉的持水力、碘吸收率和破损淀粉显著降低；淀粉糊化特性指标峰值粘度、低谷粘度、崩解值和回升值均显著升高。新冬20号淀粉的峰值粘度、低谷粘度、崩解值和回升值均显著升高。综上所述，外界胁迫通过改变小麦籽粒灌浆过程中淀粉合成酶和降解酶之间的平衡，抑制淀粉合成、增强淀粉水解。胁迫下淀粉粒内部微孔和微通道的改变对淀粉粒的吸水性和持水力产生影响，最终对淀粉品质造成影响。