外源ABA對(duì)干旱條件下小麥冠層溫度及光合同化物積累與分配的調(diào)控效應(yīng)

張 鑫，孔 祥，李 勇，駱永麗，黃 翠，金 敏

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018； 2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)院，山東泰安 271018)

黃淮海區(qū)域是我國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)，降雨季節(jié)分布不均，小麥生長(zhǎng)季年均降雨量不足200 mm，占其全生育期需水量的35%～50%[1]；灌漿期干旱頻發(fā)，造成小麥植株代謝紊亂，葉綠體降解，灌漿期縮短，灌漿速率降低，最終導(dǎo)致粒重和產(chǎn)量的降低[2-6]。小麥灌漿期冠層溫度既能反映植株和外部環(huán)境間的能量交換，也是葉片光合能力及產(chǎn)量的影響因素之一[7]。冠層溫差(CTD)是指空氣溫度與作物冠層溫度的差值，與土壤水分含量、葉氣交換率、葉面積、光合酶活性等環(huán)境和葉片生理?xiàng)l件有關(guān)[8-9]。研究表明，小麥冠層溫度和產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，CTD與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)[10]，因此CTD可用來作為作物抗旱性鑒定的指標(biāo)。灌溉可使小麥冠層溫度顯著降低[7]。水分脅迫和缺氮會(huì)減弱光合作用并使葉溫和冠層溫度升高，導(dǎo)致冠層溫差降低[11]。光合作用是小麥干物質(zhì)積累和籽粒產(chǎn)量形成的生理基礎(chǔ)，葉綠素?zé)晒庾鳛楣夂献饔玫膬?nèi)在因素，在光能吸收、傳遞及轉(zhuǎn)換過程中起著重要作用[12-13]。灌漿期水分虧缺時(shí)，小麥光合速率減弱，造成大幅減產(chǎn)，因此促進(jìn)光合同化物大量向籽粒的快速轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)小麥高產(chǎn)十分重要。

干旱條件下植物的脫落酸(abscisic, ABA)含量與氣孔導(dǎo)度和葉片生長(zhǎng)有關(guān)。當(dāng)植物根系感受干旱信號(hào)時(shí)，植株體內(nèi)ABA含量迅速上升，ABA通過調(diào)節(jié)K+運(yùn)動(dòng)與Ca2+協(xié)同效應(yīng)來控制葉片氣孔關(guān)閉，從而降低蒸騰失水，維持葉片細(xì)胞水分狀態(tài)，提高植物的耐旱能力[15]。ABA對(duì)調(diào)節(jié)植物抗旱性的提高具有重要作用[16]。噴施外源ABA可以延長(zhǎng)小麥葉片保綠時(shí)間，減緩葉綠素降解速率[17]。同時(shí)，外源ABA還可以促進(jìn)莖葉中的同化物向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，有利于籽粒灌漿[18]?；ê蟾珊得{迫對(duì)小麥冠層溫度、葉片光合能力及籽粒灌漿進(jìn)程影響的研究已有報(bào)道，但關(guān)于在灌漿過程中噴施外源ABA如何調(diào)節(jié)冠層溫度以及冠層溫度與光合產(chǎn)物積累分配的關(guān)系如何，仍有待深入研究。本研究在產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期(灌漿期)進(jìn)行干旱脅迫試驗(yàn)，分析干旱對(duì)兩個(gè)小麥品種冠層溫度、葉片光合生產(chǎn)力及籽粒灌漿過程的影響，探討干旱逆境下外源 ABA 對(duì)不同耐旱型小麥光合產(chǎn)物積累和分配的調(diào)控作用，以期深入認(rèn)識(shí)小麥冠層溫度變化與光合產(chǎn)物積累與分配的關(guān)系，為花后籽粒生長(zhǎng)調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

2017-2018年小麥生長(zhǎng)季，在山東泰安山東農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)遮雨棚內(nèi)(36°9′ N，117°9′ E)進(jìn)行池栽試驗(yàn)，試驗(yàn)地耕層(0～20 cm)土壤含有機(jī)質(zhì)11.3 g·kg-1、全氮0.9 g·kg-1、堿解氮83.4 mg·kg-1、速效磷30.3 mg·kg-1、速效鉀90.8 mg·kg-1。播種前基施純氮120 kg·hm-2、P2O575 kg·hm-2、K2O 100 kg·hm-2，拔節(jié)期追施純氮120 kg·hm-2，全生育期嚴(yán)格控制病蟲草害。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用三因素裂區(qū)設(shè)計(jì)。主區(qū)是小麥品種，為水分敏感型品種輻287和耐旱型品種山農(nóng)20；副區(qū)是水分，設(shè)正常灌水條件(田間持水量的75%～80%，用W表示)和水分虧缺條件(田間持水量的40%～50%，用D表示)兩個(gè)水分梯度；副副區(qū)是噴施外源激素，設(shè)噴施ABA和噴施清水(CK)兩個(gè)水平。

試驗(yàn)小區(qū)面積6.25 m2(2.5 m×2.5 m)，每處理重復(fù)3次。小麥基本苗為270株·m-2，于2017年10月8日播種，2018年6月5日收獲。于盛花期開始控水，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤體積含水量并及時(shí)補(bǔ)灌?？厮_始后每天16:00左右全株噴施外源ABA(美國(guó)Sigma公司)，連續(xù)噴施4 d。為使激素能更好地附著于植株上，噴施前將激素與 0.5%(v/v)Tween-20 (美國(guó)Sigma公司)混合，濃度為10 mg·L-1，用量為100 mL·m-2。以噴施含0.5%(v/v)Tween-20的清水為對(duì)照(CK)，每處理重復(fù)3次。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 植株掛牌標(biāo)記及取樣

于花后開始，在每個(gè)小區(qū)中選擇株高和綠葉數(shù)基本一致且無病害的5株小麥植株掛牌標(biāo)記，用于旗葉SPAD值、光合指標(biāo)及熒光參數(shù)的測(cè)定?；ê?、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23、25 d(弱勢(shì)粒從花后5 d開始)和成熟期進(jìn)行取樣，每次每個(gè)小區(qū)取10個(gè)麥穗作為一組，取3次重復(fù)，共30個(gè)麥穗。每穗取中部小穗的第1、第2位籽粒為強(qiáng)勢(shì)粒，第3、第4位籽粒為弱勢(shì)粒，若無第4位籽粒，則只取第3位籽粒為弱勢(shì)粒，若有第5位籽粒，則取第3、第4、第5位籽粒為弱勢(shì)粒。所取樣品烘干至恒重，用于籽粒灌漿特性分析。

1.3.2 補(bǔ)灌水量及遮雨棚內(nèi)溫度測(cè)定

土壤含水量及補(bǔ)灌水量測(cè)定：于盛花期開始進(jìn)行控水，利用環(huán)刀法測(cè)定田間持水量、土壤容重和土壤質(zhì)量含水量。用一定容積(V)的環(huán)刀取 0～20 cm的原狀土，每10 cm為一層，每個(gè)處理做好標(biāo)記，取回后進(jìn)行稱重，記為m1；將原狀土放于盛水的搪瓷盤內(nèi)，有孔蓋的一端朝下，盤內(nèi)水面較環(huán)刀上緣低1～2 mm，勿使環(huán)刀上面淹水，讓土壤水分充分飽和達(dá)到恒重為止，稱重，記為m2，然后放入105～110 ℃ 烘箱中，烘至恒重，取出稱重，記為m3。依據(jù)公式“田間持水量=(m2-m3)/m3×100%”、“土壤容重=m3/V”、“土壤質(zhì)量含水量=(m1-m3)/m3×100%”進(jìn)行計(jì)算。采用美國(guó) Decagon公司生產(chǎn)的ECH2O土壤含水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤體積含水量，15 min讀取1個(gè)數(shù)據(jù)，當(dāng)土壤體積含水量快達(dá)到閾值時(shí)，依據(jù)公式“補(bǔ)灌水量=20/3×a×H×(B1-B2)”計(jì)算補(bǔ)灌水量(m3·667 m2)并及時(shí)補(bǔ)灌。式中a為測(cè)墑土層容重(g·cm-3)；H為測(cè)墑土層深度(cm)；B1為目標(biāo)土壤質(zhì)量含水量(田間持水量乘以目標(biāo)土壤相對(duì)含水量)；B2為灌溉前土壤質(zhì)量含水量。

遮雨棚內(nèi)溫度測(cè)定：采用美國(guó) Decagon公司生產(chǎn)的EM50微型氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣溫變化，每15 min讀取1個(gè)數(shù)據(jù)。

1.3.3 冠層溫度測(cè)定

利用紅外熱成像儀(Testo 890)拍攝植物冠層的熱度圖，傳感器分辨率為640×480，靈敏度為0.04 ℃。于花后7、14、21、28 d選擇晴朗中午的12:00到14:00之間進(jìn)行冠層紅外圖像采集，共采集4次數(shù)據(jù)。利用TestoIRsoft 4.0版本軟件進(jìn)行圖像分析。從每個(gè)小區(qū)的熱成像圖片中選出15片旗葉和15個(gè)麥穗測(cè)定葉溫及穗溫，計(jì)算了每種處理下的冠層溫差(CTD)及穗葉溫差(SLTD)[8]。CTD=氣溫-冠層溫度；(2)SLTD=穗溫-葉溫。

1.3.4 葉綠素相對(duì)含量測(cè)定

采用日本大阪Minolta公司生產(chǎn)的手持式葉綠素計(jì)(SPAD-502)來估測(cè)葉綠素含量。于花后5、11、17、23和30 d按照每個(gè)小區(qū)中掛牌標(biāo)記的編號(hào)測(cè)定旗葉SPAD值，測(cè)定時(shí)選取無葉脈的部位，每片旗葉測(cè)定3次，取其均值。

1.3.5 旗葉葉面積測(cè)定

于花后從每個(gè)小區(qū)中隨機(jī)抽取15片完全發(fā)育的旗葉，利用美國(guó)CID公司生產(chǎn)的CI-202便攜式激光葉面積儀來測(cè)定葉面積(LA)。

1.3.6 光合指標(biāo)測(cè)定

采用美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400便攜式光合作用測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定旗葉的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度。于花后7、14、21、28 d晴朗上午的9:00到12:00之間，按照每個(gè)小區(qū)中掛牌標(biāo)記的編號(hào)進(jìn)行測(cè)定，共測(cè)定 4次。

1.3.7 熒光參數(shù)測(cè)定

利用英國(guó)Hansatech公司生產(chǎn)的Handy-PEA植物效率分析儀測(cè)定旗葉葉綠素?zé)晒鈪?shù)。于花后7、14、21、28 d晴朗上午的9:00到12:00之間，按照每個(gè)小區(qū)中掛牌標(biāo)記的編號(hào)進(jìn)行測(cè)定，共測(cè)定4次。通過數(shù)據(jù)分析獲得Vj(PSII活性反應(yīng)中心的關(guān)閉程度)、Wk(放氧復(fù)合體受害程度)、φ0(被捕獲電子傳遞到電子傳遞鏈Q(jìng)A-中下游的其他電子受體的概率)和PIabs(基于光能吸收的性能指數(shù))[11]。

1.3.8 干物質(zhì)積累與分配測(cè)定

于開花期和成熟期從每個(gè)小區(qū)各取生長(zhǎng)一致的10個(gè)小麥單莖，將成熟期樣品分為莖稈及葉鞘、葉片、穗軸及穎殼、籽粒四部分，所取樣品于105 ℃下殺青30 min，然后在70 ℃烘箱中烘至恒重。計(jì)算干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的相關(guān)指標(biāo)[19]。

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量=開花期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)量-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官(莖鞘+葉片+穎殼)干物質(zhì)量；

花后光合積累量=籽粒產(chǎn)量-花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量；

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率=花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/籽粒產(chǎn)量×100%；

花后光合積累量對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率=花后光合積累量/籽粒產(chǎn)量×100%。

1.3.9 籽粒動(dòng)態(tài)灌漿過程測(cè)定

采用Richard方程W=A/(1+Be-kt)1/N模擬籽粒增重動(dòng)態(tài)過程[20]。式中W為籽粒重量，A為生長(zhǎng)終止量，t為花后天數(shù)，B、k、N為參數(shù)。對(duì)方程求一階導(dǎo)數(shù)可得灌漿速率G=AKBe-kt/(N(1+be-kt)(N+1)/N)。當(dāng)灌漿進(jìn)程達(dá)到生長(zhǎng)終止量的99% 時(shí)，實(shí)際灌漿終期t3=ln[(100/99)N-1/B]/k；最大灌漿速率Gmax=Ak(1+N)-(N+1)/N；平均灌漿速率Gmean=Ak/(2N+4)；活躍生長(zhǎng)期D=2(N+2)/k。

1.3.10 產(chǎn)量及其構(gòu)成要素測(cè)定

于小麥成熟期各小區(qū)收獲1 m2用于測(cè)產(chǎn)，各小區(qū)選取1 m雙行用于統(tǒng)計(jì)穗數(shù)和穗粒數(shù)，并于脫粒后晾干稱重，測(cè)千粒重。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

利用DPS 7.05統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析及顯著性檢驗(yàn)(LSD法)，用MATLAB 2012計(jì)算灌漿參數(shù)，用SigmaPlot 10.0軟件作圖。

云、貴、川三省的人民收入在近年一直保持著較快的增長(zhǎng)趨勢(shì)。2017年云南城市居民人均可支配收入達(dá)到30 996元，增長(zhǎng)8.3%，農(nóng)村居民人均純收入達(dá)到9 862元，增長(zhǎng)9.3%；2017年貴州城市居民人均可支配收入達(dá)到29 080元，增長(zhǎng)8.7%，農(nóng)村居民人均純收入達(dá)到8 869元，增長(zhǎng)9.6%；2017年四川城市居民人均可支配收入達(dá)到30 727元，增長(zhǎng)8.4%，農(nóng)村居民人均純收入達(dá)到12 227元，增長(zhǎng)9.1%。從現(xiàn)有的城鎮(zhèn)與農(nóng)村收入水平來看，三省的居民已經(jīng)基本具備一定的體育消費(fèi)能力。簡(jiǎn)而言之，隨著云、貴、川三省居民收入的不斷增高，大型體育賽事運(yùn)作管理將會(huì)得到愈來愈強(qiáng)的推動(dòng)力。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱和外源ABA對(duì)不同小麥品種干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

與正常灌水相比，干旱條件下兩品種成熟期植株總干重及單莖籽粒干重均顯著降低(表1)。與CK相比，噴施外源ABA顯著提高了成熟期水分敏感型品種輻287植株總干重、兩品種單莖籽粒干重及干物質(zhì)分配比例。耐旱型品種山農(nóng)20的花后光合積累量顯著高于水分敏感品種輻287(表2)。不同處理間兩個(gè)品種的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量差異均不顯著，花后干物質(zhì)積累對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為67.92%～81.88%。在CK條件下，與正常灌溉相比，干旱脅迫后兩品種花后光合積累量及其貢獻(xiàn)率均顯著降低，且輻287降幅大于山農(nóng)20，其中輻287和山農(nóng)20的貢獻(xiàn)率分別降低5.05%和3.25%。在干旱條件下，與CK相比，噴施ABA后花后光合積累量及其貢獻(xiàn)率均顯著提高。這表明兩個(gè)品種籽粒中的干物質(zhì)均主要來源于花后干物質(zhì)積累，但灌漿期發(fā)生干旱時(shí)，耐旱型品種籽粒的形成對(duì)花后干物質(zhì)積累的依賴性 更大。

表1 成熟期小麥不同器官干物質(zhì)積累量及分配比例Table 1 Amountand its proportion of dry matter accumulation in different wheat organs at maturity

同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理間在0.05水平差異顯著。下表同。

Different lower-case letters following the values within the same columns indicate significant difference among the treatments at 0.05 level. The same in tables 2 and 4.

2.2 干旱和外源ABA對(duì)不同小麥品種冠層溫度、葉溫和穗溫的影響

隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，小麥花后旗葉溫度及穗溫均逐漸升高，干旱條件下葉溫和穗溫升高得更快(圖2)?；ê?1 d不同處理間葉溫和穗溫差異最明顯。其中,與正常灌水相比，干旱脅迫導(dǎo)致輻287的葉溫及穗溫分別升高2.16和3.96 ℃，山農(nóng)20分別升高3.27和4.1 ℃。噴施外源ABA可以使葉溫升高，降低穗溫。花后21 d，在干旱條件下，與CK相比，ABA噴施后輻287和山農(nóng)20葉溫分別升高1.94和2.48 ℃，穗溫分別降低 0.94和1.38 ℃。整個(gè)灌漿期間，山農(nóng)20的冠層溫度顯著高于輻287。灌漿前期，在CK條件下，干旱處理的葉溫升高幅度大于穗溫，導(dǎo)致其穗葉溫差顯著低于正常灌水處理；隨著葉片的衰老，灌漿后期干旱處理的穗溫升高加快，導(dǎo)致其穗葉溫差顯著高于正常灌水處理，說明干旱脅迫加速了小麥葉片衰老。在干旱條件下，與CK相比，噴施ABA可以降低穗葉溫差，灌漿中后期降輻更大。隨著冠層溫度的不斷升高，冠層溫差呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。灌漿中后期耐旱型品種山農(nóng)20的冠層溫差顯著低于水分敏感型品種輻287。這說明干旱顯著降低了冠層溫差，干旱條件下噴施ABA可升高了冠層溫度，降低其冠層溫差。

2.3 干旱和外源ABA對(duì)小麥旗葉面積和葉綠素相對(duì)含量(SPAD值)的影響

輻287的旗葉面積顯著大于山農(nóng)20，但土壤水分和外源ABA對(duì)兩個(gè)小麥品種旗葉面積影響不顯著(圖2)?；ê髢善贩N旗葉SPAD值均呈降低趨勢(shì)，整個(gè)灌漿期間山農(nóng)20顯著高于輻287(圖3)。干旱處理的SPAD值顯著低于正常灌水處理，其中花后23 d兩種處理間差異最大。與WCK處理相比，在花后23 d DCK處理下輻287和山農(nóng)20的SPAD值分別降低35.04%和 25.73%。噴施ABA能顯著提高SPAD值。在花后23 d，與DCK處理相比，在DABA處理下輻287和山農(nóng)20的SPAD值分別提高20.03%和 24.48%。這表明噴施外源ABA可以減弱干旱小麥旗葉葉綠素分解的速率，延長(zhǎng)葉片保綠時(shí)間。

表2 小麥營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量及其對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率Table 2 Transportation amount and contribution rate of dry matter in vegetative organs of wheat

圖柱上同一時(shí)期不同小寫字母表示處理間在 0.05 水平上差異顯著。下圖同。

Different lower-case letters above the columns at the same stage indicate significant difference among the treatments at 0.05 level,The same in figures 2-5.

圖1 不同處理下小麥花后冠層溫度、葉溫和穗溫變化

Fig.1 Changes of canopy,leaf and spike temperature of wheat under different treatments after anthesis

圖2 不同處理間小麥旗葉面積差異Fig.2 Differences of wheat flag leaf area among various treatments

2.4 干旱和外源ABA對(duì)小麥旗葉光合作用的 影響

花后兩品種旗葉凈光合速率、蒸騰速率及氣孔導(dǎo)度均呈下降趨勢(shì)(圖4)。整個(gè)灌漿期間，干旱脅迫下山農(nóng)20的凈光合速率顯著高于輻287。干旱處理的三個(gè)指標(biāo)均顯著低于正常灌水處理，在灌漿中后期下降更顯著。其中，花后21 d兩種處理間差異最大，DCK處理下輻287和山農(nóng)20的凈光合速率較WCK處理分別降低50.48%和29.85%，氣孔導(dǎo)度分別降低26.79%和45.43%，蒸騰速率分別降低了26.46%和41.36%。噴施ABA能顯著提高兩品種凈光合速率，其中花后21d，DABA處理下輻287和山農(nóng)20的凈光合速率較DCK處理分別提高53.35%和31.31%。同時(shí)，外源ABA使兩品種氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率顯著降低，其中花后21 d，與DCK處理相比，DABA處理下輻287和山農(nóng)20的氣孔導(dǎo)度分別降低35.46%和47.74%，蒸騰速率分別降低19.34%和32.23%。這說明外源ABA可緩解干旱對(duì)小麥旗葉光合和蒸騰作用的抑制效應(yīng)。

圖3 不同處理下小麥花后旗葉SPAD值的變化Fig.3 Changes of SPAD values in wheat flag leaf under different treatments after anthesis

2.5 干旱和外源ABA對(duì)小麥旗葉熒光參數(shù)的影響

花后兩品種PIabs及φ0值隨籽粒灌漿的進(jìn)行均呈降低趨勢(shì)(圖5),表明小麥葉片光能吸收和光合電子傳遞能力均逐漸減弱。整個(gè)灌漿期間山農(nóng)20的PIabs值均高于輻287。與WCK處理相比，DCK處理下兩品種PIabs值均顯著降低，尤其在灌漿后期，PIabs值降幅達(dá)到50%以上。噴施ABA能顯著提高PIabs值，改善光合機(jī)構(gòu)對(duì)光能的吸收，其中花后21 d升高幅度最大，DABA處理下輻287和山農(nóng)20的PIabs值較DCK處理分別提升133.37%和82.49%。整個(gè)灌漿期間山農(nóng)20的φ0值也均高于輻287。在灌漿中后期，與WCK處理相比，DCK處理后兩品種φ0值均顯著降低，尤其灌漿后期的降幅均達(dá)到50%以上。噴施ABA能顯著增高φ0值，其中花后21 d，DABA處理后輻287和山農(nóng)20的φ0值與DCK處理相比分別提升38.94%和32.86%。

花后兩品種Vj和Wk值在籽粒灌漿過程中均呈逐漸升高趨勢(shì)(圖5)，表明小麥光系統(tǒng)II活性反應(yīng)中心的關(guān)閉程度及放氧復(fù)合體的受損害程度在不斷增加。整個(gè)灌漿期間山農(nóng)20的Vj值均低于輻287。與正常灌水處理相比，干旱顯著提高灌漿中后期兩品種的Vj值，其中花后21 d，DCK處理下輻287和山農(nóng)20的Vj值與WCK處理相比分別升高31.57%和26.99%。噴施ABA能顯著降低Vj值，減少光合電子傳遞鏈中質(zhì)體醌陰離子的積累量，其中花后21 d，DABA處理后輻287和山農(nóng)20的Vj值較DCK處理分別降低14.56%和15.47%。灌漿中后期山農(nóng)20放氧復(fù)合體受損害程度低于輻287。干旱脅迫導(dǎo)致兩品種Wk值均顯著升高，其中花后21 d，DCK處理后輻287和山農(nóng)20的Wk值與WCK處理相比分別提高30.85%和22.49%。噴施ABA也降低了Wk值，其中花后21 d，DABA處理下輻287和山農(nóng)20的Wk值與DCK處理相比分別降低13.6%和13.57%。

2.6 干旱和外源ABA對(duì)小麥籽粒灌漿過程的 影響

2.6.1 籽粒增重過程

兩品種強(qiáng)、弱勢(shì)籽粒增重過程均呈“S”型曲線變化(圖6)，隨著籽粒灌漿的進(jìn)行，不同處理間差異逐漸增大，花后30 d強(qiáng)、弱勢(shì)粒重達(dá)最大值。

圖4 不同處理下小麥花后旗葉光合參數(shù)變化Fig.4 Changes of photosynthetic parameters of wheat flag leaf under different treatments after anthesis

圖5 不同處理下小麥花后旗葉熒光參數(shù)變化Fig.5 Changes of chlorophyll fluorescence parameters of wheat flag leaf under different treatments after anthesis

灌漿中后期山農(nóng)20強(qiáng)、弱勢(shì)粒重顯著高于輻287。干旱脅迫顯著降低了兩品種強(qiáng)、弱勢(shì)粒重，且灌漿中后期降幅更大?；ê?0 d，與WCK處理相比，DCK處理下輻287的強(qiáng)、弱勢(shì)粒重分別降低16.21%和16.91%，山農(nóng)20分別降低 11.88%和6.79%。噴施ABA 可以促進(jìn)籽粒灌漿，強(qiáng)弱勢(shì)粒重均顯著提高?；ê?0 d，與DCK處理相比，DABA處理下輻287強(qiáng)、弱勢(shì)粒重分別提高 7.43%和12.44%，而山農(nóng)20分別提高7.42%和6.77%。

2.6.2 灌漿速率

灌漿過程中兩品種強(qiáng)、弱勢(shì)籽粒灌漿速率均呈先升后降趨勢(shì)(圖7)，其中輻287的強(qiáng)、弱勢(shì)粒分別在花后13、15 d達(dá)最大值，而山農(nóng)20分別在花后14、13 d達(dá)最大值。與WCK處理相比，DCK處理下輻287的強(qiáng)、弱勢(shì)粒灌漿速率在花后3～25 d均顯著降低，山農(nóng)20強(qiáng)勢(shì)粒在花后13～25 d、弱勢(shì)粒在花后5～15 d顯著下降。與DCK處理相比，DABA處理下輻287強(qiáng)勢(shì)粒在花后 5～25 d及弱勢(shì)粒在花后5～11 d和19～27 d的灌漿速率顯著提高，山農(nóng)20強(qiáng)勢(shì)粒在花后5～ 11 d和17～30 d及弱勢(shì)粒在花后5～17 d的灌漿速率顯著提高。

2.6.3 籽粒灌漿參數(shù)

山農(nóng)20強(qiáng)勢(shì)粒的最大灌漿速率、平均灌漿速率及活躍生長(zhǎng)期均大于輻287，并且兩個(gè)品種強(qiáng)勢(shì)粒最大灌漿速率、平均灌漿速率和生長(zhǎng)活躍期均高于弱勢(shì)粒(表3)，說明山農(nóng)20的較高粒重主要?dú)w因于最大灌漿速率和平均灌漿速率較大。與WCK處理相比，DCK處理下輻287的最大灌漿速率、平均灌漿速率及生長(zhǎng)活躍期均顯著降低，山農(nóng)20的最大灌漿速率、平均灌漿速率顯著降低，說明灌漿期干旱脅迫下，水分敏感型品種的粒重降低主要是籽粒灌漿速率下降和生長(zhǎng)活躍期縮短引起，而耐旱型品種主要是籽粒灌漿速率降低所致。與DCK處理相比，DABA處理下兩品種強(qiáng)勢(shì)粒最大灌漿速率、平均灌漿速率、生長(zhǎng)活躍期及實(shí)際灌漿終期均有所提高，說明噴施ABA后粒重的增加主要是由于其灌漿速率提高和生長(zhǎng)活躍期延長(zhǎng)。

2.7 干旱和外源ABA對(duì)小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

山農(nóng)20的平均千粒重及產(chǎn)量均顯著高于輻287(表4)。干旱脅迫導(dǎo)致兩品種千粒重及產(chǎn)量均下降，對(duì)穗數(shù)和穗粒數(shù)影響不明顯。與WCK處理相比，DCK處理后輻287的千粒重及產(chǎn)量分別降低15.76%和21.08%，山農(nóng)20分別降低

A和B: 強(qiáng)勢(shì)粒; C和D: 弱勢(shì)粒。圖7同。

A&B：Superiorgrain; C&D: Inferior grain. The same in figure 7.

圖6 不同處理下小麥粒重變化

Fig.6 Change of wheat grain weight under different treatments after anthesis

10.36%和13.32%，說明灌漿期干旱主要通過降低粒重造成小麥減產(chǎn)。與DCK處理相比，DABA處理下輻287千粒重和產(chǎn)量分別升高 7.02%和7.08%，山農(nóng)20分別升高6.65%和 8.97%，說明噴施ABA可以減弱干旱對(duì)千粒重的不利影響，進(jìn)而增加產(chǎn)量。

圖7 不同處理下小麥籽粒灌漿速率變化Fig.7 Change of grain filling rate of wheat under different treatments表3 小麥籽粒灌漿模擬方程及籽粒灌漿特征參數(shù)Table 3 Grain filling parameters and grain filling process model of wheat

品種Cultivar籽粒Grain處理Treatment最大灌漿速率Gmax/(mg·gain-1·d-1)平均灌漿速率Gmean/(mg·gain-1·d-1)活躍生長(zhǎng)期D/d實(shí)際灌漿期T3/d輻287 Fu 287強(qiáng)勢(shì)粒 SuperiorWCK2.461.6524.7232.39WABA2.491.6726.2134.52DCK2.241.5023.1131.77DABA2.351.5823.4833.13弱勢(shì)粒 InferiorWCK2.031.3524.0731.75WABA2.071.3924.8434.47DCK1.751.1722.9532.64DABA1.761.1725.7833.85山農(nóng)20 強(qiáng)勢(shì)粒 SuperiorWCK2.611.7125.1231.68Shannong 20WABA2.621.7426.3633.79DCK2.341.5624.7033.60DABA2.351.5826.5936.98弱勢(shì)粒 InferiorWCK2.211.5022.9135.15WABA2.551.7220.8233.62DCK1.951.3124.2035.59DABA2.231.5021.9432.02

表4 不同處理下小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素差異Table 4 Difference in grain yield and its components of wheat among different treatments after anthesis

3 討 論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，灌漿期干旱脅迫條件下兩品種粒重及產(chǎn)量均出現(xiàn)了不同程度的下降，且耐旱型品種山農(nóng)20降幅顯著小于水分敏感型品種輻287，說明耐旱型小麥具有顯著穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。這與前人研究結(jié)果基本一致[21]。楊東清等[22]研究表明，高溫脅迫條件下，噴施外源ABA可以提高內(nèi)源 ABA含量，促使籽粒胚乳細(xì)胞分裂速率提高，數(shù)目增大，進(jìn)而引起籽粒產(chǎn)量顯著提高。本試驗(yàn)中，干旱條件下噴施外源ABA后兩品種千粒重及產(chǎn)量均顯著提高。

小麥花后至成熟期是籽粒形成的關(guān)鍵時(shí)期，在籽粒灌漿的過程中葉片光合作用的強(qiáng)弱對(duì)最終產(chǎn)量的形成具有重要意義[23]。前人研究認(rèn)為，小麥旗葉面積與其光合能力及穗粒重間存在密切關(guān)系[24-25]。本試驗(yàn)中，水分敏感型品種輻287較耐旱型品種山農(nóng)20有較大的旗葉面積，但輻287的凈光合速率及產(chǎn)量均顯著低于山農(nóng)20，這是由于群體及旗葉面積較大，導(dǎo)致有限的光資源分配比例減小，葉片間遮蔭作用增大，從而引起群體光合能力降低，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降[26]。通過分析葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)，可以評(píng)估對(duì)光系統(tǒng)和光合電子傳遞鏈的活性[27]，同時(shí)這些參數(shù)也是評(píng)價(jià)光合機(jī)構(gòu)的功能和光合同化速率的重要指標(biāo)[28]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，干旱處理加劇對(duì)旗葉放氧復(fù)合體的損傷，降低了光合機(jī)構(gòu)吸收光能及光系統(tǒng)的電子傳遞能力。這是因?yàn)檫^剩的光能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)活性氧增多，加劇了光合機(jī)構(gòu)的損傷，最終影響光合作用[29]。汪月霞等[30]研究表明，外源ABA能抑制光系統(tǒng)II原初光能轉(zhuǎn)化效率降低，進(jìn)而促進(jìn)光合作用。本試驗(yàn)中，干旱條件下噴施外源ABA可以顯著提高PIabs和φ0值，降低Vj和Wk值，說明外源ABA改善了干旱脅迫對(duì)光合機(jī)構(gòu)造成的負(fù)面影響。這可能是由于外源 ABA 處理能夠明顯緩解因干旱脅迫引起的psbA基因轉(zhuǎn)錄水平降低，從而加快新D1蛋白的合成以修復(fù)受損 PSII復(fù)合體[31]。Kobata等[32]研究認(rèn)為，灌漿期水分脅迫造成功能葉衰老加速、光合能力下降是小麥籽粒產(chǎn)量降低的主要原因。本研究表明，干旱處理后兩品種氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率均顯著降低，且中后期兩品種各處理的胞間二氧化碳濃度不斷降低。這表明干旱處理后兩品種中后期光合速率降低均為非氣孔限制因素導(dǎo)致[33]。此外。山農(nóng)20的氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率降幅顯著高于輻287，導(dǎo)致其葉溫顯著高于輻287，但山農(nóng)20的葉綠素相對(duì)含量及凈光合速率下降相對(duì)緩慢。這表明當(dāng)供水不能滿足植物蒸騰需求時(shí)，耐旱型品種水分蒸發(fā)量小，蒸騰散熱減少，冠層溫度升高較快，也說明耐旱型品種光合持續(xù)期較長(zhǎng)且保水能力較強(qiáng)[30-34]。干旱條件下噴施ABA可以減小葉片同化能力降低幅度。這與Travaglia等[17]和楊東清等[22]的研究結(jié)果基本一致。另外，干旱脅迫下外源ABA可以顯著降低蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度，增強(qiáng)葉片保水能力，導(dǎo)致CTD的降低。這是由于ABA會(huì)誘導(dǎo)葉片細(xì)胞質(zhì)膜上的信號(hào)傳導(dǎo)，導(dǎo)致葉片氣孔不均勻關(guān)閉，提高葉片氣孔阻力，減少水分蒸騰散失量，提高葉片相對(duì)含水量，進(jìn)而增強(qiáng)植株自身調(diào)節(jié)能力和抵御干旱的能力[35-36]。

前人研究表明，小麥籽粒產(chǎn)量形成主要來源于花后光合同化物的積累及花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)[37-38]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，輻287籽粒產(chǎn)量的形成既依賴于花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏同化物向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)需要花后光合同化物的積累，但山農(nóng)20花前貯藏同化物轉(zhuǎn)運(yùn)量較少，籽粒產(chǎn)量的形成主要依賴于花后光合同化物的積累。這說明小麥營(yíng)養(yǎng)器官貯藏同化物的轉(zhuǎn)運(yùn)主要受基因型的影響[39]。不同時(shí)期的光合同化物對(duì)耐旱型品種和水分敏感型品種產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率不同。干旱條件下兩品種小麥花前同化物的貢獻(xiàn)率均顯著提高，這與Foulkes等[40]研究結(jié)果基本一致。籽粒灌漿速率和籽粒灌漿持續(xù)期決定小麥粒重，對(duì)產(chǎn)量變化有顯著影響[41]。張偉楊等[42]研究認(rèn)為，重度水分脅迫會(huì)顯著降低小麥籽粒灌漿速率和粒重。本試驗(yàn)中，干旱處理顯著降低了兩品種強(qiáng)、弱勢(shì)粒灌漿速率，縮短了強(qiáng)勢(shì)粒灌漿的活躍生長(zhǎng)期，與水分敏感型品種輻287相比，耐旱型品種山農(nóng)20主要是通過提升強(qiáng)勢(shì)粒的灌漿速率和活躍生長(zhǎng)期來增大粒重。這與前人研究結(jié)果基本一致[43]。此外，隨著籽粒灌漿的進(jìn)行，穗溫不斷升高，穗葉溫差加大，這可能是由于后期穗部含水量的降低速度顯著快于葉片的衰老速率。楊東清等[22]的研究結(jié)果顯示，高溫脅迫下噴施ABA可以提高籽粒的灌漿速率。本試驗(yàn)表明，干旱條件下噴施外源ABA后，延長(zhǎng)了灌漿的活躍生長(zhǎng)期并顯著提高強(qiáng)、弱勢(shì)粒灌漿速率，最終提高粒重及產(chǎn)量。

綜上所述，耐旱型品種產(chǎn)量高于水分敏感型品種的主要原因是由于其葉片衰老較慢，葉片保水能力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的光合能力和較長(zhǎng)的光合持續(xù)期，并且其花后光合積累量大，有利于籽粒灌漿增重，最終促進(jìn)千粒重及產(chǎn)量的提高。噴施外源ABA有利于提高小麥旗葉PIabs、φ0值、葉綠素相對(duì)含量及凈光合速率，降低Vj、Wk、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度，增強(qiáng)葉片保水能力和光合機(jī)構(gòu)活性，延長(zhǎng)光合持續(xù)時(shí)間，減弱干旱處理對(duì)植株衰老的影響；同時(shí)其可以提高灌漿速率及同化物積累量和分配至籽粒的比例，延長(zhǎng)籽?；钴S生長(zhǎng)期，降低穗葉溫差，獲得更高的粒重及產(chǎn)量。因此，當(dāng)灌漿期發(fā)生水分脅迫時(shí)，噴施ABA可以顯著提高小麥葉片光合性能，優(yōu)化同化物分配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)小麥的抗旱穩(wěn)產(chǎn)。