一种缓解高温胁迫下小麦光合性能损失的方法

摘要

本发明公开了一种缓解高温胁迫下小麦光合性能损失的方法，包括以下步骤：在小麦开花后5天，使用外源NO供体硝普钠和水杨酸对小麦进行叶面喷雾，至叶片正反两面均湿润为止，每天1次，持续4天，外源NO供体硝普钠和水杨酸的处理浓度分别为0.5mmol/L、0.1mmol/L。本发明可以有效缓解高温胁迫对小麦生长的抑制，最终实现缓解小麦产量损失的作用。

说明书

技术领域

本发明涉及缓解作物高温胁迫的方法，具体涉及一种缓解高温胁迫下小麦光合性能损失的方法。

背景技术

小麦是我国主要的粮食作物之一，其产量的高低直接关系到国民经济的发展。小麦属于喜凉作物，最适生长温度为15-20℃。据研究，小麦籽粒灌浆期的平均气温高于15℃时已开始不利于粒重的形成，每增高1℃使产量降低1％-4％(Chen et al.2014)。我国黄淮麦区作为中国小麦主产区之一，不仅是气候变暖较显著的区域，且小麦生育后期常发生阶段性高温多湿天气，抽穗至成熟的日平均气温大于小麦最适灌浆温度的天气占该生育期的1/3，特别是在灌浆中后期气温急剧升高，常常出现连续的高温天气，形成“高温逼熟”，导致植株叶片早衰，籽粒灌浆期缩短而使粒重降低。

近年来，在全球气候变暖背景下，小麦遭受高温伤害严重减产或绝收事件频发。高温胁迫势必通过影响植株的光合结构从而引起细胞的抗氧化系统紊乱，并最终降低小麦产量。如何破解高温危害影响，提高小麦自身的高温耐性已成为作物学科研究热点。生产中异常高温天气频发，迫切需要找到解决作物热害大幅减产的缓解技术，而选用外源物质诱导作物抗热性已成为一个重要选择。

但是关于外源物质对作物耐热性影响的研究结果大部分来源于实验室层面(水培法、人工培养箱法)，尚缺乏基于作物全生育期生长的数据支撑。另一方面，已有研究多观测施药后较短时间内的作物耐性反应，这种条件下产生的耐热性在实践中可能难以利用，其原因在于高温具有“突发性”，即无法准确预见高温等环境胁迫的来临时间。植物的不同生育时期有不同的生理代谢，植物生长调节剂的功能也会因植物不同的生育时期而作用各异。由于全球气候变暖引起的异常高温天气逐年增加，如在小麦生长前期施用外源物质，诱导作物产生抗性，待小麦开花期等热敏感时期发生热害时减轻其受害程度，在生产上就能有效抵御高温危害，将会具有实际操作的可行性。此外，探究小麦不同生育时期增温条件对其生长代谢特性及灌浆期高温耐性的影响，分析其生理机制，采取措施缓解增温环境对作物产生的不利影响，可为作物抗逆稳产提供理论依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种缓解高温胁迫下小麦光合性能损失的方法，其可以有效缓解高温胁迫对小麦生长的抑制，最终实现缓解小麦产量损失的作用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种缓解高温胁迫下小麦光合性能损失的方法，包括以下步骤：在小麦开花后5天，使用外源NO供体硝普钠和水杨酸对小麦进行叶面喷雾，至叶片正反两面均湿润为止，每天1次，持续4天，外源NO供体硝普钠和水杨酸的处理浓度分别为0.5mmol/L、0.1mmol/L。

优选地，选择傍晚的时候对小麦进行叶面喷雾。

优选地，外源NO供体硝普钠喷施溶液用1mmol KOH调整pH值为6.0±0.1，每100ml溶液含有0.02ml吐温-20。

优选地，水杨酸喷施溶液用1mmol KOH调整pH值为6.0±0.1，每100ml溶液含有0.02ml吐温-20。

优选地，所述外源NO供体硝普钠的纯度为98.5％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过中采用外源NO供体硝普钠和水杨酸对小麦进行喷施，发现适宜浓度的外源NO供体硝普钠和水杨酸对小麦花后高温胁迫下旗叶光合生理表现出明显的促进效应，降低了高温胁迫下小麦旗叶活性氧的产生速率及膜脂过氧化程度，显著提高了叶片净光合速率、气孔导度及蒸腾速率，有效缓解高温胁迫对小麦生长的抑制，最终实现缓解小麦产量损失的作用。因此，结合近年来气候变暖、持续干旱等气候变化均对小麦生长发育造成极大威胁的现实，通过施加微量高效经济的外源NO供体硝普钠和水杨酸实现小麦高产高效是可行的，本发明为其提供了有效的理论依据。

附图说明

图1为外源NO供体硝普钠和SA预喷施对灌浆期高温胁迫下小麦旗叶叶面积的影响；2015-2016(A,B)和2016-2017(C,D)。注：不同字母表示处理间P<0.05水平上的差异，20DAA和25DAA分别表示花后20天和25天，下同；

图2为外源NO供体硝普钠和SA预喷施对灌浆期高温胁迫下小麦旗叶净光合速率(A,B)、气孔导度(C,D)和蒸腾速率(E,F)的影响(2015-2016)；

图3为外源NO供体硝普钠和SA预喷施对灌浆期高温胁迫下小麦旗叶叶绿素含量(A,B)与可溶性蛋白含量(C,D)的影响(2015-2016)；

图4为外源NO供体硝普钠和SA预喷施对灌浆期高温胁迫下小麦旗叶超氧阴离子产生速率(A,B)和丙二醛含量(C,D)的影响(2015-2016)。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

1.试验方法

供试品种：选用不同温度敏感型小麦品种(半冬性品种：烟农19，春性品种：扬麦18)。

种植管理：试验地土壤为黄棕壤土，地面平整，土层深厚，地力中等，0-20cm土层土壤pH＝6.5，土壤有机质含量为1.39％，速效氮为87mg·kg

处理方式：

(1)喷施处理：于小麦开花后5天，使用外源NO供体硝普钠和水杨酸对小麦进行叶面喷雾，至叶片正反两面均湿润为止(有一层小水珠欲落)，每天1次(傍晚)，持续4天。外源NO供体硝普钠(SNP)和水杨酸的处理浓度分别为0.5mmol/L、0.1mmol/L。喷施溶液均用1mmol KOH调整pH值为6.0±0.1，每100ml溶液含有0.02ml Tween-20，对照组喷施等量的蒸馏水。试验所用SNP为外源NO供体硝普钠(Na

(2)高温处理：高温处理采用玻璃温室模拟方式进行。于花后第15天将经过外源喷施后的盆栽转移至玻璃温室进行四天(15-18DAA即小麦开花后15-18天)的高温处理(H)，温度设置为相比环境对照升温大约5℃的高温环境(冠层最终平均温度增加5.85℃)，相对湿度65％。以Elitech(RC-4)智能温湿度记录仪每10分钟1次连续记录小麦冠层空气温湿度。处理结束后将盆子转移到室外在自然环境下生长。处理设置详见表1。

表1试验一处理设置

注：N(Non-treatment)：对照；NO：外源NO供体硝普钠处理；SA：水杨酸处理；H(High-temperature)：高温处理。

测定内容：通过测定小麦籽粒及穗部生长发育特性、光合特性、叶绿素含量、可溶性蛋白含量、氧化代谢特性等的变化特点，明确灌浆前期外源物质预喷施对小麦高温耐性的影响。

2.测定项目与方法

(1)产量和产量构成因素

成熟期取三盆统计每盆穗数，收获全部籽粒室内考种，统计穗粒数、千粒重及每盆产量。

(2)强弱势粒粒重

成熟期每处理取10穗进行不同穗位强弱势粒考种，将麦穗平均分为三部分，上部小穗、中部小穗和下部小穗，将每部分小穗基部第1、第2位籽粒计为强势粒，第3-第5位籽粒计为弱势粒。

(3)生物量

每处理取三盆小麦地上部植株，80℃烘干至恒重并称量计称重。

(4)旗叶绿叶面积测定

每处理测量10株小麦旗叶的长和宽，按系数法计算旗叶叶面积(叶面积＝叶长×叶宽×0.85)。

(5)光合参数

采用便携式光合速率测定仪GFS-3000(德国)测定小麦叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)。配置的人工光源将PAR设定在0-2000μmol·m

(6)叶绿素含量与可溶性蛋白含量

将1g叶片剪成数段放入50ml丙酮：乙醇提取液(v：v＝1：1)，在25℃黑暗条件下提取24h，测定提取液在470、663、645nm处的吸光值，叶绿素含量按照Zheng等(2009)的公式计算。

可溶性蛋白含量测定：用考马斯亮蓝G-250染色法测定(Bradford 1976)。

(7)氧化特性

叶片超氧阴离子(O

丙二醛(MDA)含量：用硫代巴比妥酸(TBA)比色法测定。加入4ml三氯乙酸和硫代巴比妥酸混合液，1ml酶液，沸水浴20min，4000g·min

超氧化物歧化酶(SOD)采用氯化硝基四氮唑蓝(NTB)光化还原法测定。依次加入1.5ml 0.05mol·L

过氧化物酶(POD)采用愈创木酚法测定。分别加入愈创木酚0.019ml，0.2mmol·L

3结果与分析

(1)产量及其构成因素

两个小麦品种各处理间穗数均未达到显著差异，灌浆期高温胁迫(NH)降低了两个小麦品种的穗粒数，但降低幅度低于NOH和SAH处理(表2)。NH显著降低小麦的千粒重，降低幅度烟农19﹥扬麦18，NOH和SAH处理对高温胁迫下小麦千粒重的降低幅度有所缓解，且达到显著差异，外源SA缓解效果较佳。NH显著降低小麦产量，NOH和SAH处理缓解了高温胁迫下小麦产量的降低幅度，两年试验结果表现趋势一致。

表2外源NO供体硝普钠和SA预喷施对灌浆期高温胁迫下小麦产量及其构成因素的影响(2015-2017)

注：NN对照；NH灌浆前期外源喷施蒸馏水+灌浆中期高温胁迫；NOH灌浆前期外源喷施一氧化氮+灌浆中期高温胁迫；SAH灌浆前期外源喷施水杨酸+灌浆中期高温胁迫。同一列中的不同字母表示处理间在P<0.05水平上的差异。F

(2)总小穗数与不孕小穗数

两个小麦品种各处理间总小穗数均未达到显著差异(表3)。在2015-2016年度，NH显著增加了两个小麦品种的不孕小穗数，NOH和SAH处理增加了两个小麦品种的不孕小穗数(扬麦18，NOH除外)，但增加幅度于NN相比未达到显著差异。在2016-2017年度，NH显著增加了两个小麦品种的不孕小穗数，NOH和SAH增加了两个小麦品种的不孕小穗数，但增加幅度低于NH处理。

表3外源NO供体硝普钠和SA预喷施对灌浆期高温胁迫下小麦小穗结实的影响(2015-2017)

(3)不同穗位强弱势粒粒重

NH处理显著降低了两个小麦品种上部小穗的强势粒和弱势粒粒重，强势粒的降低幅度小于弱势粒的降低幅度，扬麦18的降低幅度小于烟农19的降低幅度(表4)。NOH和SAH处理下两小麦品种的强弱势粒粒重降低幅度与NH处理相比有所缓解，且SA较NO缓解效果较好。中部小穗和下部小穗强弱势粒在各处理条件下的变化趋势与上部小穗相似，但受高温胁迫的影响，各部位小穗强弱势粒粒重的降低幅度表现为上部小穗﹥下部小穗﹥中部小穗。

表4外源NO供体硝普钠和SA预喷施对灌浆期高温胁迫下小麦不同穗位强弱势粒结实的影响(2015-2017)

(4)旗叶叶面积

灌浆中期高温胁迫后，NH处理下两个小麦品种的旗叶叶面积显著降低，且在25DAA时降低幅度大于20DAA(图1)。外源SA对两小麦品种旗叶叶面积的降低幅度有所缓解，2015-2016年度，扬麦18在25DAA时和烟农19在20DAA时SAH与NH相比显著提高，2016-2017年度，在20DAA时，扬麦18和烟农19在SAH条件下的旗叶叶面积均显著高于NH，缓解效果显著。

(5)光合参数

NH处理显著降低了两个小麦品种20DAA和25DAA的旗叶净光合速率，降低幅度25DAA时高于20DAA(图2A,B)。与NH相比，NOH和SAH处理下两小麦品种的净光合速率显著提高，旗叶净光合速率的降低得到缓解，且SA的缓解效果较好。NH处理显著降低了两个小麦品种的旗叶气孔导度，烟农19的降低幅度大于扬麦18(图2C,D)。与NH相比，SAH处理显著提高了两小麦品种的旗叶气孔导度，提高幅度大于NOH处理。旗叶蒸腾速率在各处理条件下的变化趋势与气孔导度相似，但SAH处理对旗叶蒸腾速率的缓解程度低于气孔导度和净光合速率(图2E,F)。

(6)叶绿素含量、可溶性蛋白含量

灌浆中期高温胁迫后，两个小麦品种的旗叶叶绿素含量显著降低，降低幅度在25DAA时大于20DAA(图3A,B)。与NH相比，NOH和SAH处理对小麦旗叶叶绿素含量的影响未见显著差异。NH条件下旗叶可溶性蛋白含量显著降低(图3C,D)。与NH相比，SAH处理对小麦旗叶可溶性蛋白含量略有提高，但未达到显著差异(扬麦18在20DAA时除外)。

(7)超氧阴离子产生速率、丙二醛含量

NH处理使扬麦18和烟农19在20DAA和25DAA的旗叶O

(8)各生理指标与籽粒产量的关系

籽粒产量及产量三因素中千粒重和产量与光合特性相关指标(叶面积、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、叶绿素含量和可溶性蛋白含量)的相关性最大，除可溶性蛋白含量达到显著差异(P＜0.05)以外，均达到极显著相关性(P＜0.01)，相关性千粒重>产量，光合特性相关指标中净光合速率与产量及产量构成因素的相关性最大(表5)。在高温胁迫及外源物质处理条件下，穗数和穗粒数的变化与光合特性的变化无相关性。O

表5小麦产量及构成因素与光合特性、氧化特性的关系

注：表中为两个小麦品种不同处理条件下在花后20天的相关性分析(2015-2016)。*和**分别表示在0.05和0.01水平上显著。n＝48，R0.05＝0.404，R0.01＝0.515。

4.NO和SA预喷施对高温胁迫下小麦光合性能损失的缓解作用

(1)NO和SA预喷施对灌浆期高温胁迫下小麦产量变化特性的影响

本发明中，外源SA显著提高了高温胁迫下小麦的产量，这与千粒重的变化有关(表2)。进一步分析小麦不同穗位强弱势粒的粒重发现，高温胁迫下，强势粒的粒重降低幅度小于弱势粒的降低幅度，扬麦18的降低幅度小于烟农19的降低幅度，上部小穗强弱势粒粒重受高温的影响最大(表4)。这表明，灌浆期高温胁迫主要是通过影响弱势粒的发育以及上部小穗的发育并最终影响小麦产量。强势粒开花早，灌浆启动快，速率快，弱势粒则相反，且灌浆时间延后于强势粒。本发明中的高温胁迫正处于灌浆中期，对弱势粒的影响大于强势粒，且中部小穗开花和灌浆的时间要早于上部和下部小穗，因此，灌浆中期高温胁迫对中部小穗发育影响较小。经过灌浆前期的外源NO和SA预处理后，两小麦品种的强弱势粒粒重降低幅度与NH处理相比有所缓解，且SA较NO缓解效果较好(表4)。进一步通过NOH和SAH相对于NH的减少百分比计算我们发现，外源物质对上部小穗强弱势粒粒重的影响较大(数据未列出)。以上结果表明，高温胁迫主要影响小麦上部小穗及弱势粒的发育，从而影响最终产量，外源NO和SA可有效缓解灌浆期高温胁迫下小麦强弱势粒的粒重损失，从而缓解产量的降低。

(2)NO和SA预喷施对灌浆期高温胁迫下小麦光合性能的影响

在本发明中，与高温胁迫处理相比，外源NO和SA处理显著提高了高温胁迫下旗叶的Pn、Gs和Tr，且SA作用较为明显(图2)，这表明NO和SA对高温胁迫导致的光合作用下降具有缓解作用。这是由于在高温胁迫下，植株叶绿体结构破坏，叶绿素含量减少，而NO是具有强氧化性的活性氮，能够促进胁迫条件下植物类囊体膜蛋白复合体的组装和稳定，增强叶绿体对光能的吸收和利用能力，进而缓解高温胁迫导致的叶绿体破坏，提高了植株的抗热能力。

花后维持较高的叶面积是小麦保证高产的基础，在本发明中，外源SA缓解了高温胁迫下小麦旗叶叶面积的降低，缓解灌浆期旗叶捕获光能的有效面积的损失，相对延缓了旗叶的衰老。高温胁迫下植株的叶绿素含量与可溶性蛋白含量降低，外源SA预处理对高温胁迫下小麦旗叶的叶绿素含量和可溶性蛋白含量的降解有所缓解，但未达到显著差异(图3)。SA提高旗叶净光合速率和叶绿素含量的原因可能与其参与保护叶绿体膜结构的完整性、调节叶绿体内抗氧化系统平衡有关，其缓解胁迫的机理还有待于进一步探究。相关性分析表明，千粒重和产量与光合特性相关指标的相关性均达到显著正相关，且净光合速率与产量及产量构成因素的相关性最大(表5)。说明外源NO和SA预处理可能通过对光合速率的调节影响小麦生长发育，最终达到产量调控的作用。

(3)NO和SA预喷施对灌浆期高温胁迫下小麦氧化特性的影响

本发明试验结果表明，适当浓度外源NO和SA预处理能够增强植株抗逆性，降低O

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。