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小麦生育后期限量供水的生理生化基础

吕金印  
【摘要】: 水资源紧缺限制了干旱半干旱地区农业生产。为了缓解水分与产量之间的矛盾,对作物实施限量供水,其宗旨是对产量不构成明显影响的前提下,最大限度提高水分利用效率(WUE)。将水分、产量、WUE有机联系起来。本研究以此作为切入点,通过1999~2002年四年的盆栽、小区等试验,研究了小麦灌浆期有限供水对产量、生物量及WUE的影响及其生理生化机理。利用~(14)C同位素示踪和SDS-PAGE等技术对不同水分亏缺下碳同化物再动员与补偿效应、及水分与品质的关系做了初步探讨。主要结果和结论如下: 1.小麦灌浆期中度干旱胁迫对旗叶光合等生理特性影响较小,严重干旱处理下则造成一定的伤害。 盆栽小麦灌浆期中度干旱处理(MS),旗叶中叶绿素含量、光合和蒸腾速率、气孔导度和单叶WUE与对照接近,而严重干旱处理(SS)下则降低,但单叶WUE增加。开花8d以后,两种干旱处理的旗叶可溶性糖含量均高于对照(CK)。花后0~16d,MS和SS两种干旱处理的旗叶中脯氨酸(Pro)含量锐增,尔后又降低到对照水平以下。严重干旱导致旗叶中可溶性蛋白含量下降,而MS处理的与对照接近。 2.小麦灌浆期中度水分亏缺诱导了籽粒对叶、鞘、茎等花前“临时库”中同化物的再动员,减少滞留,提高了向籽粒中的转运率。严重水分亏缺促进了颖壳、茎中~(14)C同化物向外输出及在籽粒中的累积。认为花后水分亏缺可促进对花前同化物的再动员和对产量的补偿。 利用~(14)CO_2对盆栽小麦在花前7d光合标记,测定~(14)C同化物在植株各器官中的分配率,结果表明:中度干旱处理下小麦叶片中~(14)C同化物输出16.58%百分点,高于正常供水和严重干旱处理;并且在收获时叶中分配率最低。严重干旱促进了颖壳中同化物大量外运,输出(8.8%)约为对照的2倍。中度和严重干旱下,鞘中~(14)C同化物输出略高于对照;茎中分别输出1.60%和2.84%百分点。而对照则没有输出。随着干旱程度的加重,籽粒对其同化物调运比例增加。收获时MS和SS处理向籽粒中输入分别高出对照2.94%和9.33%百分点。 3.小麦花后适度水分亏缺,提高了叶、鞘和颖壳等器官中~(14)C同化物向外输出比例,增加了籽粒中碳同化物的累积量。以产生对籽粒干物质累积的补偿作用。 在花后14d进行~(14)C标记。结果表明:约有39.03%~66.92%~(14)C同化物分配到籽粒。花后34d中度干旱处理籽粒中~(14)C同化物分配率高出对照8.65%百分点,~(14)C同化物向籽粒转运净增35.43%百分点,远高于对照的20.18%。而严重干旱胁迫下籽粒中~(14)C同化物分配率明显低于对照。 中度胁迫处理下,叶中~(14)C同化物净输出17.52%百分点,远高于对照的净输出 小麦生育后期限量供水的生理生化基础 8.23%百分点;鞘中净输出略高于对照。严重胁迫下叶、鞘中同化物净输出均低于对 照,表明同化物滞留。两种水分胁迫处理,茎中’4C净输出略低于对照。 中度和严重干旱处理均诱导了颖壳中’4C同化物向外输出,花后34d分别输出 8.21%和7.44%百分点,而正常供水则无净输出。各处理穗下节中’4c分配差异不大。 4.小麦灌浆期间,水分亏缺处理的籽粒中淀粉含量和ADPG焦磷酸化酶(AGpase) 活性高于正常供水处理,并且二者相关系数达到显著水平。认为花后限量供水对小麦 产量未产生不利影响,与籽粒部位保持较高的AGpase活性和较强的库活力有关。 在小麦花后12一27d,三种水分胁迫处理的籽粒中淀粉含量均高于对照。中度和 严重胁迫处理的胚乳中AGPase活性高于对照,而轻度胁迫(Ls)则与对照接近。花 后犯d,三种水分胁迫的该酶活性和淀粉含量均低于对照。各处理籽粒中淀粉含量与 AGPase活性相关系数达到显著水平,其中轻度和中度胁迫处理均达到1%显著水平。 5.小麦灌浆期的适度水分亏缺,对其产量的影响差异不显著,而产量水平的WUE 提高。并且减少供水21%~35%。 花后水分亏缺导致盆栽小麦前、中期籽粒灌浆加快。轻度和中度水分胁迫处理的 最大灌浆速率与对照接近,严重胁迫则高于对照16.5%,干湿交替处理也明显高于对 照。中度胁迫下生物量与对照差异不显著。中度和严重胁迫处理根干重比对照减少 13.3%~17.9%,而轻度胁迫处理与对照差异不显著。严重胁迫下盆栽产量下降10.2%, 而轻度和中度胁迫与对照相近。三种干旱处理后,收获指数均提高。干湿交替盆栽小 麦产量分别比对照下降4.8%和5.4%,经方差分析差异不显著,二处理收获指数均高 于对照。花后三种干旱及干湿交替处理,盆栽小麦产量水平WUE均提高。 水分亏缺及干湿交替处理,盆栽小麦花后供水利用效率均增加,差异显著。轻、 中度胁迫下,花后供水量分别比对照减少了21.8%和35.3%。严重胁迫下供水量减少 47.8%,但产量下降明显。两种干湿交替分别比对照减少供水19.3%和28.6%。以上 各水分处理,通过小区试验验证,产量和WIJE等变化趋势与盆栽试验基本一致。 6.水分亏缺导致了小麦籽粒中蛋白质和一些氨基酸含量的增加,尤其89KD高分 子(HMW)麦谷蛋白亚基含量增加显著。 在小麦灌浆过程中,三种水分亏缺处理的籽粒中谷蛋白和醇溶蛋白含量相对高于 对


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