镁缓解高温抑制小麦籽粒灌浆的生理机制

Grain filling determines grain weight of wheat, and high temperature notably inhibited the grain filling of wheat. Magnesium significantly affected the high temperature resistance and the grain filling of wheat. However, the effect of magnesium on grain filling of wheat under high temperature was still unclear. In this study, pot experiments with magnesium applications and high temperature treatments were conducted in phytotron to figure different filling group. The ROS scavenging antioxidant defense mechanism of leaf, photosynthetic characteristics of leaf, carbon and nitrogen transport, grain filling characteristics and synthesis of starch and protein were measured. The objective was to clarify the physiological mechanism of magnesium in regulate the grain filling of wheat under high temperature stress and hold up the production of wheat.

籽粒灌浆是小麦产量形成的重要进程，高温胁迫显著抑制小麦籽粒灌浆，降低小麦粒重及产量。镁对小麦粒籽灌浆及产量有显著的正向调节作用，但关于镁调控高温抑制小麦籽粒灌浆的机理，还不明确。本项目拟采取人工气候室控制小麦花后高温试验，同时结合外源施用镁素处理，塑造灌浆特性不同的小麦群体，研究外源施镁对高温胁迫下叶片活性氧清除、叶片光合能力、光合产物运输、籽粒灌浆特性、淀粉、蛋白合成的影响，阐明高温胁迫下镁对小麦籽粒灌浆的调控及其生理机制，为小麦生产中缓解高温逼熟及镁素合理施用提供理论依据。

籽粒灌浆是小麦产量形成的重要进程，高温胁迫显著抑制小麦籽粒灌浆从而降低小麦产量，而镁对作物热伤害有显著的正向调节作用。基于此，本项目在人工气候室控制高温和盆栽试验条件下，采取孕穗期施镁量处理（Mg0、Mg10、Mg20），和花后不同时段高温处理(T0：自然条件，T1: 花后15-21天高温，T2：花后22-28天高温)，研究了外源施镁对小麦高温胁迫下产量形成、叶片光合能力、抗氧化代谢及碳氮代谢的影响。研究结果表明：（1）花后高温胁迫显著降低了籽粒产量，主要源于千粒重的大幅降低，施镁能通过维持高温胁迫下干物质积累和转运能力促进籽粒灌浆，有利于维持小麦籽粒产量平衡。（2）高温胁迫显著提高了小麦旗叶O2.-产生速率，导致膜脂过氧化，施镁通过提高抗氧化酶活性，从而有利于提高活性氧的清除能力，减轻膜脂过氧化伤害，延缓旗叶衰老。（3）高温胁迫提高了小麦旗叶胞间二氧化碳浓度，降低了小麦旗叶气孔导度、蒸腾速率、叶绿素含量、Fv/Fm和ΦPSⅡ，施镁能显著提高小麦的光合能力，促进胞间二氧化碳的利用，提高旗叶叶绿素含量、Fv/Fm和ΦPSⅡ，缓解高温胁迫下非气孔因素对小麦光合能力的伤害，从而维持较高的净光合速率。（4）高温胁迫抑制了植株代谢的稳定性，碳氮代谢活性降低，而施镁能显著增强植株氮同化能力，稳定蛋白质合成，并有助于旗叶光合产物向蔗糖转化，提高旗叶蔗糖含量，从而保证更多的蔗糖运输到籽粒，籽粒中蔗糖的充足供应，也有利于籽粒淀粉的快速积累。综上所诉，孕穗期施镁有利于小麦灌浆期高温胁迫下光合代谢，延缓了衰老，促进物质向籽粒转运，增强籽粒库代谢能力，从而有利于稳定高温胁迫下籽粒产量的形成。