一种提高灌浆期增温下小麦逆境耐性的方法及其应用

摘要

本发明公开一种提高灌浆期增温下小麦逆境耐性的方法及其应用，具体过程如下：以搭建增温棚的方式，在冬季，即12月中旬至次年2月中旬或春季，即2月下旬至3月下旬夜间通过关闭塑料薄膜对小麦进行夜间增温处理，增温处理采用被动式夜间增温方法，采用可移动的塑料增温硼，日落时覆盖塑料薄膜，日出时揭开薄膜；这种提高灌浆期增温下小麦逆境耐性的方法，提高了在灌浆期增温情况下小麦旗叶的叶绿素含量、小麦磷脂酶D含量，降低了灌浆期增温下小麦可溶性蛋白含量、Rubisco活化酶含量以及小麦丙二醛含量，同时缓解灌浆期增温下小麦了旗叶磷脂降解的程度以及灌浆期夜间增温对抗氧化酶的活性的抑制，从而使得灌浆期增温下小麦逆境耐性提高。

说明书

技术领域

本发明涉及小麦种植技术领域，具体涉及一种提高灌浆期增温下小麦逆境耐性的方法及其应用。

背景技术

20世纪中国的年平均气温升高了0.4～0.5℃，春、夏、秋、冬四季分别增温0.33℃、0.4℃、0.73℃、1.37℃，冬季增温幅度已超过全球年平均气温增幅(0.6℃)的两倍之多，且在1990年后经历了连续17个暖冬。根据IPCC预测，21世纪中国气候仍将继续变暖，尤以冬半年北方最为明显。不断加剧的气候变化将大幅度地影响大气环流，引发更多的极端天气事件的发生。预计这些极端气候在华东地区将会更大幅度、更高频率出现，因为该地区的增温趋势高于全球平均水平。

小麦作为世界三大作物之一，也是我国的主要粮食作物，其产量高低对中国粮食安全和社会经济发展具有十分重要的作用。小麦在花后常会受高温逼熟影响而会严重降低到小麦的产量和品质。温度是在籽粒形成过程中影响其灌浆的一个重要环境因子，研究表明，花后早期增温显著降低了小麦旗叶光合和抗氧化能力，导致籽粒变小和粒重下降，但对产量影响不明显。花后增温在日均温为20.8℃左右且白天平均温度为23.1℃左右的基础上增加1.8℃左右时，有助于蛋白质的积累，并且蛋白质各组分中谷物蛋白含量增加较多，而增温1.8℃以下淀粉的相对含量变化较小。在小麦籽粒灌浆过程中，最为适宜的环境温度为20-24℃，当环境温度超出25℃时则会缩短小麦的灌浆时间，从而影响粒重，然而环境温度低于12℃时小麦则会受到低温冷害的影响。

籽粒积累的物质的主要来源是小麦旗叶在灌浆期的光合产物，其生理活性直接影响植株干物质的积累与转运。籽粒的灌浆也受旗叶光合特性的影响，进而影响粒重乃至产量建成。但小麦灌浆中后期往往伴随着旗叶衰老。研究表明，小麦在衰老过程中叶绿素含量显著下降，蛋白质含量减少，各种抗氧化酶活力也下降，导致植株体内产生与清除活性氧的动态平衡被打破，使大量活性氧自由基积累，引起生物大分子损伤，膜脂结构遭破坏，从而影响光合作用的正常进行。

后期高温使小麦叶片的光合能力下降，膜脂过氧化程度加剧，加速植株的衰老，导致小麦产量降低。如何提高灌浆期增温下小麦生育后期的生活力，成为增加小麦产量的方法之一。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

本发明的目的在于解决如何提高灌浆期增温下小麦生育后期的生活力的问题，提供了一种提高灌浆期增温下小麦逆境耐性的方法及其应用。

本发明公开了一种提高灌浆期增温下小麦逆境耐性的方法，包括以下步骤：

S1：选择试验田：选择合适土壤作为试验田；

S2：播种：播种时间为10月下旬，3叶期定苗，基本苗1.8×10

S3：增温处理：以搭建增温棚的方式，在冬季，即12月中旬至次年2月中旬，或春季，即2月下旬至3月下旬，夜间通过关闭塑料薄膜对小麦进行夜间增温处理。

所述步骤S1中试验田的土质为：0-25cm土层土壤含有机质21.62g kg

所述步骤还包括施加氮肥，小麦全生育期施纯氮240kg hm

所述步骤还包括施加磷肥、钾肥，全生育期施磷100kg hm

所述磷肥为P

所述步骤S3中增温处理采用被动式夜间增温方法，具体过程如下：采用长3m，宽5m，高2m的可移动的塑料增温棚进行增温处理，在日落时覆盖塑料薄膜，在日出时揭开薄膜。

所述增温处理时段为18:00～8:00。

本发明还公开了这种提高灌浆期增温下小麦逆境耐性的方法在扬麦13和烟农19小麦种植中的应用。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明通过对小麦进行冬春季增温处理，提高了在灌浆期增温情况下小麦旗叶的叶绿素含量、小麦磷脂酶D含量，降低了灌浆期增温下小麦可溶性蛋白含量、Rubisco活化酶含量以及小麦丙二醛含量，同时缓解灌浆期增温下小麦了旗叶磷脂降解的程度以及灌浆期夜间增温对抗氧化酶的活性的抑制，从而使得灌浆期增温下小麦逆境耐性提高，提高灌浆期增温下小麦生育后期的生活力，进而使得小麦产量不受灌浆期环境温度的升高而减少。

附图说明

图1为不同增温处理的处理设置示意图；

图2为冬春季夜间增温对灌浆期夜间增温下小麦旗叶净光合速率的影响；

图3为冬春季夜间增温对灌浆期夜间增温下小麦旗叶叶绿素含量的影响；

图4为冬春季夜间增温对灌浆期夜间增温下小麦旗叶Fv/Fm(A，B)和Φ

图5为冬春季夜间增温对灌浆期夜间增温下小麦旗叶可溶性蛋白(A，B)和Rubisco活化酶含量(C，D)的影响

图6为冬春季夜间增温对灌浆期夜间增温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；

图7为冬春季夜间增温对灌浆期夜间增温下小麦旗叶磷脂酶D含量(A，B)和磷脂酸含量(C，D)的影响；

图8为冬春季夜间增温对灌浆期夜间增温下小麦旗叶脂氧合酶含量(A，B)和游离脂肪酸含量(C，D)的影响；

图9为冬春季夜间增温对灌浆期夜间增温下小麦旗叶超氧化物歧化酶活性(A，B)和氧化物酶活性(C，D)的影响。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

试验在南京农业大学江浦实验基地进行，供试品种为扬麦13(YM13)和烟农19(YN19)。

小麦生长季播种前试验田0～25cm土层土壤含有机质21.62g kg

本试验采用被动式夜间增温方法，采用可移动的塑料增温棚实现增温。增温棚长3m，宽5m，高2m，每天由专人于日落(18:00)时覆盖塑料薄膜，日出(8:00)时揭开薄膜，为保证作物夜间的呼吸和正常通风，设备设有通风区域，为防止增温影响降水的接纳，在雨雪天不覆盖。采用NZ-LBR-F智能温湿度记录仪(南京能兆科技有限公司，中国)每10分钟1次连续记录小麦生长期间冠层的空气温度。图1显示不同增温处理的处理设置示意图，图中CK：对照；FT：灌浆期夜间增温；WT+FT：冬季夜间增温加灌浆期夜间增温；ST+FT：春季夜间增温加灌浆期夜间增温；NW：夜间增温。

一、冬春季增温处理对小麦的产量和产量构成因素的影响

成熟期在各组中各收取1m

表1冬春季夜间增温对灌浆期夜间增温下小麦产量和产量构成因素的影响

注：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-

由表1可知，，三个增温处理使两个小麦品种的产量均有所降低，且处理间产量特性表现为CK＞WT+FT＞ST+FT＞FT，这表明灌浆期夜间增温不利于产量的形成，而冬春季夜间增温提高了灌浆期夜间增温对籽粒产量降低幅度。与对照相比，FT使穗数没有显著变化，WT+FT和ST+FT使穗数略有降低，但未达到显著性差异。FT显著地降低了两个小麦品种的穗粒数，YM13在WT+FT和ST+FT条件下穗粒数有所提高，而YN19在WT+FT和ST+FT条件下穗粒数有所降低，但都未达到显著性差异。FT显著地降低了两个小麦品种的千粒重，WT+FT和ST+FT使两个小麦品种的千粒重均有所降低，但降低幅度低于FT，与对照相比，WT+FT显著地降低了YM13的千粒重。

二、冬春季增温处理对小麦旗叶净光合速率的影响

在花后0、7、14、21、28、35天测定标记旗叶的净光合速率。每次取4片生长一致且受光方向相近的旗叶测定，三次重复。采用便携式光合速率测定仪LI-6400(Li-Cor Inc，美国)测定小麦叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)。系统采用开放式气路，选择红蓝光源叶室，光合有效辐射(PAR)设定为1200μmolm

净光合速率测定结果如图2所示，由图可知，FT使小麦花后旗叶净光合速率逐渐降低，且降低幅度逐渐增大；WT+FT和ST+FT使旗叶净光合速率在花后0-7天高于对照，而在花后14-28天低于对照，但仍高于FT处理。在花后28天时YM13的三个增温处理的净光合速率分别比对照降低了53.19％、19.91％和19.64％，在YN19中分别降低65.58％、12.72％和16.41％。这表明灌浆期夜间增温会降低旗叶的光合性能，而经过冬春季夜间增温的小麦旗叶在灌浆前期还可以维持较高的光合能力，而经过灌浆期夜间增温后旗叶光合能力也逐渐降低，但降低幅度显著低于FT处理。

三、冬春季增温处理对小麦旗叶叶绿素含量

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，叶绿素含量按照以下的公式计算：

C

C

将C

C

叶绿素含量测定结果如图3所示，由图可知，FT降低了花后旗叶的叶绿素含量，在花后0-14天时，降低幅度较小，而在花后21-28天时，降低幅度逐渐增大。在YM13中，WT+FT和ST+FT在开花期的叶绿素含量显著高于对照，ST+FT在花后7-14天时略高于对照，在花后21-28天时显著低于对照；而WT+FT条件下在花后7-14天时，旗叶叶绿素含量与对照相比没有显著差异，在花后21-28天时显著低于对照，且在花后7-21天时WT+FT始终低于ST+FT。在YN19中，在花后0-14天，ST+FT旗叶中的叶绿素含量显著高于对照，花后21-28天低于对照；WT+FT旗叶中的叶绿素含量在花后0-7天高于对照，且在花后7-21天，其旗叶叶绿素含量低于ST+FT处理。

四、冬春季增温处理对小麦旗叶叶绿素荧光参数的影响

叶绿素荧光动力学参数的测定与光合同步，选择与光合作用测定相同的叶片，使用叶绿素荧光仪(PAM-2500,Effeltrich,Germany)选取同一片旗叶。最小与最大叶绿素荧光(F

测定结果如图4所示，由图可知，图4(A、B)花后旗叶Fv/Fm表现出先略有增加后降低的趋势。FT的旗叶Fv/Fm在花后始终低于对照，WT+FT和ST+FT表现出旗叶Fv/Fm在花后0-7天高于对照，而花后14-28天低于对照的趋势，且随灌浆的进行与对照相比差异逐渐变大，但始终高于FT水平。图4(C、D)表明，FT降低了花后旗叶的实际光化学效率，在花后0-7天时，与对照相比降低幅度较小，随后差异性逐渐变大。在花后0-7天时，WT+FT和ST+FT旗叶中的Φ

五、冬春季增温处理对小麦旗叶可溶性蛋白含量和Rubisco活化酶含量的影响

可溶性蛋白含量测定：称取0.1g样品，加入5mL蒸馏水或缓冲液研磨成匀浆后，于4℃、10000×g离心20min，收集上清液。吸取1.0mL样品提取上清液，放入具塞试管中，加入5.0mL考马斯亮蓝G-250溶液，充分混合，放置2min后在波长595nm处比色。Rubisco含量的测定：使用Tris-HCl缓冲液冰浴碾磨，4℃、10000×g离心15min，收集上清液，采用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)测定上清液中Rubisco含量。

测定结果如图5所示，由图可知，图5(A、B)表明FT降低了花后旗叶的可溶性蛋白含量，且降低幅度随灌浆的进行逐渐变大。WT+FT和ST+FT使旗叶可溶性蛋白含量在花后0-7天高于对照，花后21-28天低于对照，在花后0-14天表现出WT+FT＞ST+FT，而在花后21-28天ST+FT＞WT+FT，这表明冬春季夜间增温缓解了灌浆期夜间增温对旗叶可溶性蛋白的降低。图5(C、D)表明，花后旗叶Rubisco含量处理间差异与可溶性蛋白含量表现出相似的变化趋势，这表明WT+FT和ST+FT使旗叶在灌浆前期表现出较强的光合碳同化能力，而在灌浆中后期缓解了灌浆期夜间增温对光合系统的破坏。

六、冬春季增温处理对小麦旗叶氧化代谢程度的影响

样品提取：0.5g小麦叶片，加5mL酶提取液[50mmol L

叶片超氧阴离子(O

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

丙二醛(MDA)含量测定：加入4mL三氯乙酸和硫代巴比妥酸混合液，1mL酶液，沸水浴20min，4000r/min离心15min，上清液测定532nm和600nm处的OD值。

测定结果如图6所示，图6(A、B)表明，FT增加了花后旗叶O

七、冬春季增温处理对小麦旗叶膜磷脂代谢的影响

使用试剂盒DRE97194(丰翔生物，上海，中国)双抗体夹心法(ELISA)测定。测定结果如图7、图8所示。

图7(A、B)表明，在YM13中，FT显著地提高了花后14天时旗叶PLD含量，而WT+FT和ST+FT与对照相比没有显著差异；在花后28天时，三个增温处理均显著地提高了旗叶的PLD含量，且FT提高幅度最大。在YN19中，花后14天时，处理间没有显著差异；花后28天时三个增温处理均显著地提高了旗叶的PLD含量，处理间差异表现为FT＞WT+FT＞ST+FT＞CK。图7(C、D)表明，在YM13中，花后14天WT+FT和ST+FT旗叶PA含量显著低于FT；花后28天时三个增温处理均显著地提高了旗叶PA含量。在YN19中，花后14天，FT和WT+FT显著地提高了旗叶PA含量，而ST+FT显著地降低了旗叶PA含量；在花后28天时，FT和WT+FT显著地提高了旗叶PA含量，ST+FT与对照相比没有显著差异。

图8(A、B)表明，在花后14和28天时，三个增温处理均提高了旗叶的LOX含量，以FT处理提高的最多，图8(C、D)表明，在花后14天时，YN19的三个增温处理显著地提高了旗叶FFA含量，在花后28天时，两个小麦品种的三个增温处理均显著地提高了旗叶FFA含量，且处理间差异表现为FT＞WT+FT＞ST+FT＞CK，表明灌浆期夜间增温会促进LOX对旗叶膜磷脂的降解，加速旗叶衰老，同时经过冬春季夜间增温的小麦旗叶可以缓解花后夜间增温对旗叶磷脂降解的程度。

八、冬春季增温处理对小麦旗叶抗氧化酶活性的影响

使用试剂盒DRE97194(丰翔生物，上海，中国)双抗体夹心法(ELISA)测定。测定结果如图9所示。

图9(A、B)表明，在花后0-7天，YM13和YN19的WT+FT和ST+FT旗叶SOD活性高于对照，花后21-28天时，WT+FT和ST+FT旗叶的SOD活性低于对照，且YM13在花后0-21天表现为ST+FT＞WT+FT，YN19在花后7-28天表现为ST+FT＞WT+FT；FT处理显著地降低了花后旗叶的SOD活性，且降低幅度随着灌浆的进行逐渐增大。图9(C、D)表明，花后POD活性在灌浆期夜间增温条件下逐渐降低，而WT+FT和ST+FT处理可以使POD活性在灌浆前期维持较高活性，而在灌浆后期逐渐低于对照。这表明灌浆期夜间增温不利于花后旗叶抗氧化保护系统活性的维持，而经过冬春季夜间增温适应可以缓解灌浆期夜间增温对抗氧化酶的活性的抑制。

综上所述，在冬春季夜间对小麦进行增温处理，可以提高灌浆期增温下小麦叶片的净光合速率，增加提高灌浆期增温下小麦旗叶叶绿素含量、小麦磷脂酶D含量，降低了灌浆期增温下小麦可溶性蛋白含量、Rubisco活化酶含量以及小麦丙二醛含量，同时缓解灌浆期增温下小麦了旗叶磷脂降解的程度以及灌浆期夜间增温对抗氧化酶的活性的抑制，从而使得灌浆期增温下小麦逆境耐性提高，提高灌浆期增温下小麦生育后期的生活力，进而使得小麦产量不受灌浆期环境温度的升高而减少。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。