小麦水分高效利用的光合作用机理及与产量的关系研究

水资源不足是限制黄淮海麦区小麦高产的主要因素，小麦生育期内受旱导致光合器官功能受阻是减产的主要原因之一。有关水分对小麦光合特性的影响，前人研究多集中于干旱和定量灌水对光合速率、气孔导度、叶绿素荧光参数等的影响。本项目在大田条件下，根据小麦需水规律和耗水特性及土壤水和降水的数量，在小麦需水的关键期补充灌水，达到目标土壤相对含水量。利用电子显微技术、生理生化、酶学、土壤学等方法研究不同土壤相对含水量下，不同小麦品种旗叶叶绿体的结构和数目、电子传递和光合磷酸化活性、光系统Ⅰ和光系统Ⅱ活性，气孔特性，CO2传输和碳同化的关键酶活性；研究小麦旗叶水势、渗透调节能力等水分生理特性，籽粒中淀粉积累及相关酶活性。明确大田生产条件下小麦节水高产的光合作用机理及对小麦籽粒淀粉积累和产量的影响、小麦水分生理特性与光合作用的关系及对粒重与产量的影响，制定小麦节水高产灌溉方案，为黄淮海麦区小麦节水高产提供依据。

本项目针对我国黄淮海麦区小麦生育期间水资源不足导致小麦光合器官功能受阻，生产中灌水不合理造成小麦减产、水分利用效率低等问题。选用不同小麦品种，设置不同土壤相对含水量处理，利用电子显微技术、生理生化、酶学、土壤学等方法研究明确了节水高产小麦水分高效利用的光合作用机理及与产量的关系，重要结果如下：. 拔节期和开花期0–140cm土层土壤相对含水量均补灌至75%处理比常规灌水60mm处理提高了开花至成熟阶段耗水量占总耗水量的比例，减少了灌溉水，促进了对土壤水的利用，提高了灌溉水利用效率。. 不同土壤相对含水量条件下，济麦22灌浆中后期旗叶净光合速率和旗叶相对含水量、籽粒淀粉含量均高于洲元9369，是其籽粒产量较高的主要原因。.依据0-40cm土层土壤含水量测墒补灌处理的小麦籽粒产量和水分利用效率较高，其光合生理原因是：该处理小麦开花后旗叶光合速率、旗叶叶绿素含量、旗叶磷酸蔗糖合成酶活性和旗叶蔗糖含量较高，有利于光合物质生产；灌浆中后期旗叶叶肉细胞叶绿体数、叶绿体基粒数和基粒片层数较多；叶绿体超微结构无明显损伤，叶绿体呈椭圆形，与细胞膜排列紧密；叶绿体膜和细胞膜较完整；基粒片层沿叶绿体长轴方向排列且排列紧密，基粒片层间由清晰的基质片层连接；亲锇颗粒较少且颜色较浅；灌浆中后期旗叶最大光化学效率、旗叶实际光化学效率、光合电子传递速率较高，光合作用能力强；成熟期籽粒支链淀粉和总淀粉含量较高。. 依据0~40cm土层土壤含水量测墒补灌处理的小麦开花后干物质向籽粒的转运量及其对籽粒的贡献率、成熟期氮素在籽粒中的分配量均高于其他处理，是其籽粒产量、氮素利用效率和氮肥生产效率较高的主要原因。. 畦长为80米的处理小麦灌浆中后期旗叶光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、旗叶水势均较高，是其籽粒产量和水分利用效率较高的光合生理原因。. 本项目研究结果可为我国黄淮海麦区小麦生产制定节水高产灌溉方案，实现节水高产提供依据。