干旱复水激发冬小麦光合补偿效应的生理学机制研究

At present，there are many researches about the adaptation and regulation of the crops in the variable and low water environment, but the physiological mechanism of the photosynthetic compensation effect of re-watering after the draught stress is still unclear. With a combination of the pot experiment and the field simulation experiment, the leaf stomatal and photosynthetic characteristics in winter wheat, the photosynthetic index, the chlorophyll fluorescence parameters, the leaf stay green, the photosynthetic enzymes activity, the metabolism of the soluble carbohydrate and the enzyme recovery system are studied under the different stress level, different re-watering period and different re-watering level. The physiological mechanism of photosynthetic compensation effect in winter wheat by re-watering after draught stress is discussed from the photosynthetic energy conversion, metabolism of the soluble carbohydrate and enzyme recovery system. At the same time, to grasp the changes of agronomic traits, to explain the physiological mechanism of photosynthetic compensation effect in winter wheat by re-watering after draught stress, which provide the theoretical basis for the theoretical research in modern biology research and practice of water saving plant drought resistance mechanism.

虽然目前有关作物对多变低水环境的适应与调节研究很多，但对干旱复水所引起的光合补偿效应的生理学机制尚无统一认识。本研究采用盆栽控水试验取证、田间模拟试验验证的试验方法，进行不同胁迫程度、不同复水时期及复水水平处理下冬小麦叶片气孔分布特征和导度、光合气体交换参数、叶绿素荧光参数）、叶片持绿性、Rubisco等光合酶类含量活性及茎秆可溶性碳水化合物含量的变化规律及它们与相关农艺性状的相关性研究，从光合能量转化、可溶性碳水化合物代谢调节及酶促防御机制上探讨冬小麦旱后复水条件下光合补偿及生理调控的作用机理，摸清旱后复水期间冬小麦相关农艺性状的变化规律，从而阐明干旱复水条件所激发冬小麦光合补偿效应的生理学机制，为开展现代生物学节水实践研究以及植物抗旱机制的理论研究提供理论依据。

摘要：通过两年盆栽控水试验的取证、一年田间模拟试验印证，在不同干旱胁迫程度、不同复水时期及复水水平处理下对冬小麦叶片光合气体交换参数、叶绿素荧光参数、WUE、光合酶类含量活性、部分农艺性状及茎秆可溶性碳水化合物含量的检测与分析研究，初步掌握旱后复水期间冬小麦部分相关农艺性状的变化规律，分别从光合能量专化、可溶性碳水化合物代谢调节及酶促防御机理探讨了冬小麦旱后复水条件下光合补偿效应的生理学机制，得出以下结论：（1）干旱胁迫对冬小麦生长发育的影响是一个从“适应”-“伤害”-“修复”的过程，只要不超过适应范围的缺水，在拔节期、抽穗期及时复水后可产生光合生理上和产量形成上的旱后超补偿和补偿效应，可获得较高产量和WUE；（2）干旱复水过程中农艺性状的动态变化随着胁迫程度、胁迫时间长短及复水期的不同也存在很大的差异性，植株形态、株高、旗叶面积、穗长均随着干旱胁迫程度加重而成变小，随着胁迫后复水期的缩短而变化差异越小；（3）随干旱胁迫程度的加剧及干旱胁迫时期的延长，SOD、POD活性逐渐增强（P<0.05），冬小麦旗叶内MDA含量和细胞膜透性均随胁迫程度的加深而逐步增大，干旱胁迫程度与SOD活性、POD活性MDA增加程度和膜透性具有一定相关性。（4）在干旱胁迫及复水过程中，冬小麦茎秆可溶性糖含量呈先增加后递减的趋势，茎秆的渗透调节能力逐渐增强，但若超过一定的调节范围，则冬小麦的茎秆组织会受到伤害，茎秆渗透调节就会失去作用。（5）旱后复水激发了冬小麦的生理补偿效应，抗旱性越强的品种保护机能越强、受害度较轻，干旱胁迫对其光系统损伤越轻，叶绿素含量下降的速度也越慢，复水后光系统恢复能力也就越强。为提高旱地小麦的光合作用和生物学节水给予理论支撑，也为提高冬小麦旱后受灾的科学补救办法提供理论依据。