不同时期追氮缓减春小麦花后高温早衰的生理机理

来源 :宁夏大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gxb396104807
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近年来,随着全球气候变暖,极端高温天气频发,对小麦生产造成一定的伤害,特别是灌浆期的高温,很容易引起小麦早衰,产量大幅度下降,已成为限制小麦生产的重要因子之一。为探究追氮时期对春小麦花后高温早衰的影响,本研究以宁春50号为试材,采取裂区试验设计,主区为不同追氮时期,设分蘖期和孕穗期(N1;对照)、分蘖期和拔节期(N2)、分蘖期和抽穗期(N3)、拔节期和孕穗期(N4)、拔节期和抽穗期(N5)5种追肥处理,副区为温度,设(25±2)℃(对照)和(35±2)℃(T)两个温度处理,通过研究氮素营养对春小麦田间生长状况、与淀粉代谢关键酶及相关调控基因的差异,揭示不同时期追施氮肥缓解花后高温引起小麦早衰的机理,主要结果如下:1.花后高温胁迫下,春小麦叶绿素含量、SPAD值、荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、PI均有不同程度的降低。NT5处理的叶绿素总量、SPAD、PI较对照分别增加5.2%、1.5%、28.1%,说明适当的氮肥后移能够提高叶片的功能持续期,延缓小麦旗叶的衰老,利于植株进行光合作用。2.花后高温胁迫使得小麦旗叶的膜脂过氧化作用加剧,保护酶活性降低,适当的追氮时期能够提高保护酶活性,增强植株的抗逆性。与对照相比,NT3和NT5处理的丙二醛和O2-的含量分别降低3.5%、8.0%和4.0%、9.4%,SOD酶活性只有NT5增加12.8%,POD和CAT酶活性两处理分别增加10.3%、8.0%和13.1%、0.1%,脯氨酸含量分别增加2.1%、0.4%。3.高温胁迫使得旗叶可溶性蛋白和核酸含量下降,蛋白酶和核酸酶活性升高,而适当的追氮时期能够缓解高温的危害。NT3、NT5处理能够使可溶性蛋白的含量较对照增加26.0%和28.6%,核酸总量分别较对照增加18.99%和12.98%,DNA含量分别较对照增加了 25.99%和24.35%,RNA含量分别较对照增加了 17.57%和10.68%,内肽酶和氨肽酶活性较对照降低43.35%、45.2%和17.7%、15.6%,核酸酶活性也较对照降低。4.花后高温胁迫下,NT5和NT3叶片含氮量和1,5-二核酸核酮糖羧化酶(Rubisco)活性较对照分别增加1.8%、24.3%和31.52%、32.61%。适当的氮肥追施后移能够促进小麦碳氮代谢,减缓高温对植株的危害。5.花后高温胁迫降低了春小麦籽粒淀粉及淀粉合成关键酶的活性,而适当的追氮时期能够不同程度提高淀粉合成酶活性,促进小麦淀粉的合成。NT3、NT5处理使得直链淀粉较对照分别增加 24.2%和23.1%,支链淀粉增加19.8%和16.9%,总淀粉含量增加20.4%和17.9%,同样,适当的氮肥能够显著提高淀粉形成关键酶(ADPG-PPase、UDPG-PPase,GBSS、SSS、SBE)酶活性。6.本试验通过RNA-Seq技术对花后高温胁迫下的春小麦籽粒进行转录组测序,找到与淀粉代谢相关的差异表达基因共有20个,其中7个上调表达基因,主要参与苯丙酸生物合成、氰胺酸代谢以及淀粉和蔗糖代谢,促进籽粒中淀粉的积累;13个下调表达基因,主要参与丙酮酸代谢、光合有机物的碳同化、苯丙酸生物合成、氰胺酸代谢、淀粉和蔗糖代谢和半乳糖代谢等途径,抑制小麦的光合作用,降低了光合产物的转化,进而影响籽粒淀粉积累,降低粒重,使得产量下降。7.花后高温胁迫会使小麦穗粒数、千粒重、结实率和收获指数降低,进而使得小麦产量下降,而NT3和NT5处理的穗粒数和千粒重及产量都要高于对照,两处理的穗粒数分别较对照增加了6.2%和14.7%,千粒重分别较对照增加了 1.30%和6.10%。综上,适当的氮肥后移,特别是抽穗期追施氮肥可以有效缓解高温对小麦的危害,提高植株的光合效率和抗氧化能力,促进植株蛋白质和核酸代谢,加快籽粒淀粉形成,进而获得较高产量。因此,在生产上改变过去传统的施肥方式,除在关键时期追施氮肥以外,在抽穗期增加一次追肥,能够有效抵御灌浆期高温对植株的危害,避免产量损失。
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