小麥不同綠色器官對灌漿中期高溫脅迫的響應

馮波，劉開昌，高春華，曹芳，王崢，李升東，張立順

（1.山東省農業(yè)科學院作物研究所，山東濟南 250100；2.山東棉花研究中心，山東 濟南 250100；3.濟南永豐種業(yè)有限公司，山東濟南 250306）

小麥生育后期發(fā)生的高溫脅迫因其通常伴隨著籽粒灌漿而抑制籽粒產量［1-4］。近年來，我國黃淮海地區(qū)每年在小麥灌漿期都發(fā)生高溫脅迫，小麥產量和品質下降。熱脅迫已經成為限制小麥產量的最主要非生物脅迫之一。IPCC第五次會議報告指出，到2100年全球的平均溫度將比1980—2000年的平均溫度升高1.8～4.0℃，未來熱脅迫帶來的問題很可能加劇。研究小麥的耐高溫機制并找到提高小麥耐高溫脅迫性能科學可行的方法，緩解因脅迫造成的減產是當前小麥育種家和栽培學者迫切的科學任務。近些年來，小麥非葉光合器官（如穗、裸露的穗下節(jié)間等）因具有高效光合能力而引起人們的研究興趣，尤其是逆境下葉片因干旱、干熱風以及病蟲害而衰老，而非葉光合器官的高效光合特性可以彌補葉片的光合不足［5-10］，非葉光合器官在高溫逆境下還具有光合抗逆優(yōu)勢［8，10，11］。因此，許多科學家認為提高穗、穗下節(jié)間等非葉光合器官在小麥群體中的比例，可以提高小麥對干旱和熱脅迫的適應能力，從而提高作物的產量潛力［8，12］。

研究發(fā)現(xiàn)，逆境下植物通過關閉氣孔、滲透調節(jié)、活性氧代謝等生理活動進行自我調節(jié)以適應環(huán)境變化［13］。灌漿期小麥葉片的抗氧化酶活性隨著溫度升高而降低，裸露的穗下節(jié)間具有較高的抗氧化酶活性，從而在生育后期環(huán)境溫度較高的條件下較葉片衰老慢［9］。張英華等［14］研究表明，高溫脅迫初期旗葉、穗的SOD活性和旗葉、旗葉鞘、籽粒的CAT活性以及旗葉、旗葉鞘、穎片的POD活性即誘導增強，而其它器官的抗氧化酶活性則在高溫持續(xù)一段時間后誘導增強，高溫解除后旗葉鞘、穗下節(jié)、穎片的SOD活性和旗葉、穎片、籽粒的POD活性有恢復跡象，高溫對其它器官的SOD和POD活性以及所有器官的CAT活性造成不可逆影響。NPQ在光能轉化與利用平衡關系中發(fā)揮著重要作用，以熱能的形式無害地耗散吸收的多余光能，是植物不可或缺的光防御機制［15，16］。高溫脅迫時，小麥葉片可以通過熱耗散調節(jié)來緩解光合電子傳遞鏈的過度還原，保護光合機構，緩解高溫對小麥旗葉的傷害［17，18］。Zhu等［19］研究也指出，超過35℃的高溫顯著增加水稻植株NPQ，葉黃素循環(huán)與熱耗散在緩解高溫引起的光抑制中起著重要作用。隋娜等［20］研究發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫下番茄反義株系的NPQ和（A＋Z）／（V＋A＋Z）增加幅度較野生型大，說明高溫脅迫下轉基因植株的光保護系統(tǒng)能夠更加有效地耗散過剩激發(fā)能，減輕對光系統(tǒng)的傷害程度。

研究高溫脅迫對小麥生理特性的影響是小麥抗逆穩(wěn)產栽培調控技術和品種培育工作的基礎。前人關于高溫對小麥生理特性的影響，研究對象多為葉片；雖然小麥穎殼、內外稃、芒、籽粒功能各不相同，但將穗作為一個有機整體作為研究對象的甚少。前人研究內容以葉片的抗氧化酶活性較多，而系統(tǒng)研究小麥葉片及穗、穗下節(jié)間和旗葉鞘等非葉綠色器官對熱脅迫響應差異的報道較少。本試驗從抗氧化酶活性、非光化學耗散以及葉黃素循環(huán)等多個角度系統(tǒng)研究不同綠色器官對熱脅迫響應的生理基礎，揭示高溫脅迫對不同綠色器官的影響，比較研究不同綠色器官應對高溫脅迫的防御差異，以期為小麥抗高溫脅迫的栽培技術和育種調控提出理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設計與田間管理

試驗于2017—2019年在山東省農業(yè)科學院濟南試驗田進行。供試小麥品種為濟麥22（JM22）和新麥 26（XM26）。小區(qū)面積 1.5 m×9 m?；久?65株／m2，行距25 cm。完全隨機區(qū)組排列，重復3次。兩年度JM22均于10月6日播種，XM26均于10月9日播種，花期一致。花后12～14天通過搭建的塑料大棚高溫處理（Str）3天。棚高1.7 m，塑料薄膜厚度70μm，透光率92.7%。大棚兩側距底部30 cm處留空，以保證棚內良好的通風狀態(tài)。每日8時至18時進行高溫處理，處理結束后移除大棚。在試驗小區(qū)冠層上方10 cm處懸掛溫濕度計，每30 min自動記錄溫濕度。以不搭棚的大田小區(qū)作對照（CK）。兩年高溫處理期間均無降水。兩年處理期間的平均溫度如圖1所示，其中2018年的平均溫度與最高溫度分別是27.86℃和 35.86℃，2019年分別為33.04℃和39.85℃（圖1）。

圖1 試驗期間高溫棚內外的氣溫

1.2 測定項目與方法

1.2.1 樣品標記與葉綠素總量測定 開花期對長勢一致的單株進行標記，用以測定和取樣分析。高溫脅迫處理結束后0、5天和10天，取處理和對照標記植株旗葉、裸露的穗下節(jié)間、第三小穗以及旗葉鞘各0.5 g，剪成數(shù)段放入50 mL提取液（無水乙醇∶丙酮＝1∶1）中，25℃黑暗條件下提取24 h，測定 663 nm和 645 nm處的吸光值，按照Arnon［21］的公式計算葉綠素總量。

1.2.2 丙二醛測定 脅迫處理前、結束后0天和5天，參考硫代巴比妥酸法［22］測定丙二醛（MDA）含量。

1.2.3 質膜透性測定 參照楊根平等［23］的方法。脅迫結束后0天，處理植株和對照每份材料均取15個直徑0.5 cm的葉圓片，浸于試管中抽真空10 min，28℃保溫30 min，其間搖動幾次，測定電導率E0，此值作為背景值；然后28℃保溫30 min，測定電導率（Ep）；最后將試管置于沸水中15 min，冷卻至室溫，再測1次總電導率（Et）。

細胞質膜相對透性（%）＝（Ep-E0）／（Et-E0）×100。

1.2.4 抗氧化酶活性測定 脅迫處理結束后0天和5天，取處理和對照標記植株的穗、穗下節(jié)間、旗葉鞘、旗葉，用液氮速凍后置于-80℃超低溫冰箱中保存。稱取各不同綠色器官鮮樣（穗取基部第三和第四小穗）0.5 g，剪碎放入預冷的研缽中，加入磷酸緩沖液1 mL，冰浴下研磨，加緩沖液定容至終體積5 mL，再4℃條件下10 000 r／min離心20 min，取上清液用于酶活性測定。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性分別采用氮藍四唑光化學還原法和愈創(chuàng)木酚法測定［24］，過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外線吸收法測定［22］。所有酶活性單位以樣品鮮重為基準。

1.2.5 NPQ及過剩光能測定及計算 處理結束后0天，挖取處理和對照的標記植株，快速帶回實驗室后，分取旗葉、穗、穗下節(jié)間以及旗葉鞘，并放置于濕潤的吸水紙上，參照Nedbal等［25］的方法，避光暗適應30 min后，采用開放式熒光成像系統(tǒng)（FluorCamFC800，Photon System Instruments Ltd，Brno，Czech Republic），于紅光（690 nm）激發(fā)條件下分別測定不同綠色光合器官的葉綠素熒光感應曲線（Kautsky曲線）。葉綠素熒光發(fā)射瞬間變化由頂部CCD相機捕獲，同時記錄熒光生理參數(shù)NPQ和Qp。過剩光能＝（1-Qp）／NPQ。

1.2.6 葉黃素循環(huán)組分測定 取脅迫結束0天處理和對照的不同綠色器官，按趙世杰等［26］的方法，于暗中色譜純丙酮研磨提取，0.22μm微孔濾膜過濾。采用美國Waters公司生產的控制儀、W510型高壓液相泵、2487型紫外檢測儀，浙江大學智能信息工程研究所研制的N2000系統(tǒng)工作站，測定葉黃素循環(huán)各組分含量。組分物質之間的轉化用（A＋Z）／（A＋Z＋V）百分比表示。

1.3 數(shù)據(jù)處理

兩年度試驗結果趨勢一致，采用其數(shù)據(jù)平均值進行分析。用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理，DPS 17.10軟件進行統(tǒng)計分析，單因素方差分析法（one-way ANOVA）和 Duncan’s法進行方差分析和多重比較，SigmaPlot 10.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 高溫脅迫對小麥不同綠色器官葉綠素總量下降百分比的影響

由表1可以看出，高溫脅迫后，小麥不同綠色器官的葉綠素含量均較對照降低，但不同綠色器官間葉綠素總量降幅不一。脅迫結束0天，穗部葉綠素含量下降百分比最大，極顯著大于旗葉，旗葉極顯著大于穗下節(jié)和旗葉鞘，穗下節(jié)間和旗葉鞘間無顯著差異。兩個品種該指標趨勢表現(xiàn)一致，但XM26旗葉、穗、穗下節(jié)間和旗葉鞘的葉綠素含量下降程度都大于JM22。

脅迫結束后5天，兩個品種仍是穗部葉綠素含量下降百分比最大，極顯著大于其它綠色器官；其次是旗葉鞘，極顯著大于旗葉和穗下節(jié)間。兩品種略有不同的是，JM22各綠色器官中葉綠素含量下降百分比最低的是穗下節(jié)間，而XM26則是旗葉，并且旗葉葉綠素下降百分比XM26高于JM22。

脅迫結束后10天，兩個品種葉綠素含量較對照下降百分比最大的為旗葉，極顯著大于其余綠色器官；其次是旗葉鞘，再次是穗和穗下節(jié)間。JM22的穗下節(jié)間葉綠素下降百分比極顯著低于穗，而XM26兩者間無顯著差異。

表1 高溫脅迫后不同綠色器官葉綠素總量較對照下降的百分比 （%）

2.2 高溫脅迫對小麥不同綠色器官丙二醛含量的影響

圖2表明，高溫脅迫開始發(fā)生到脅迫結束后5天，旗葉、穗、旗葉鞘及穗下節(jié)間的MDA含量都呈逐漸增加趨勢，且高溫脅迫加速MDA的積累，兩品種表現(xiàn)一致。脅迫結束0天，兩品種MDA含量由高到低均依次為旗葉＞穗＞穗下節(jié)間＞旗葉鞘。JM22和XM26旗葉、穗、穗下節(jié)間和旗葉鞘MDA含量分別比對照增加19.58%和27.22%、19.11%和 15.17%、9.61%和 12.39%、9.89%和14.98%。

脅迫結束后5天，兩品種不同綠色器官處理與對照MDA含量由高到低均依次為穗＞旗葉＞旗葉鞘＞穗下節(jié)間，JM22和XM26旗葉、穗、穗下節(jié)間和旗葉鞘MDA含量分別比對照增加28.82%和 31.42%、26.38% 和 29.13%、20.61%和19.70%、17.83%和 18.81%。

圖2 高溫脅迫對小麥不同綠色器官MDA含量的影響

2.3 高溫脅迫對小麥不同綠色器官質膜透性的影響

由表2可知，高溫脅迫增大小麥不同綠色器官的電導率，各綠色器官質膜透性增大。與對照相比，質膜透性增加百分比最大的是旗葉，其次是穗的外稃，變化最小的是穗下節(jié)間，旗葉鞘、護穎及芒居于中間。兩品種變化趨勢一致。質膜透性的增加使得細胞內源物質外滲程度加大，但XM26處理之前和處理之后的各個綠色器官質膜透性均大于JM22對應各綠色器官，不僅如此，脅迫后其各綠色器官電導率增加百分比也都大于JM22，說明熱脅迫對XM26各綠色器官質膜透性的影響大于對JM22各綠色器官的影響。

表2 高溫脅迫對小麥不同綠色器官細胞質膜透性的影響

2.4 高溫脅迫對小麥不同綠色器官SOD活性的影響

圖3顯示，高溫脅迫結束0天，JM22旗葉SOD活性較對照升高15.55%，XM26較對照升高22.60%；穗部SOD活性降低，JM22較對照降低12.67%，XM26降低 23.00%；JM22穗下節(jié)間SOD活性比對照降低1.79%，XM26降低7.95%；JM22旗葉鞘的 SOD活性較對照降低0.70%，XM26降低1.90%。

脅迫結束后5天，各綠色器官SOD活性繼續(xù)降低。脅迫處理旗葉的SOD活性顯著低于對照，JM22降低58.24%，XM26降低32.27%；JM22穗部SOD活性比對照降低11.08%，XM26降低23.28%；穗下節(jié)間SOD活性顯著低于各自對照，JM22降低43.23%，XM26降低59.90%；旗葉鞘SOD活性顯著低于對照，JM22減少69.08%，XM26減少71.03%。高溫脅迫發(fā)生前至脅迫結束后0天和5天，兩品種旗葉、穗、穗下節(jié)間以及旗葉鞘的SOD活性變化表現(xiàn)一致。

2.5 高溫脅迫對小麥不同綠色器官POD活性的影響

自高溫脅迫發(fā)生到脅迫結束后第5天，旗葉、穗、穗下節(jié)間和旗葉鞘的POD活性加速下降，各器官POD活性都顯著低于各自對照（圖4）。脅迫結束后0天，JM22和XM26旗葉、穗、穗下節(jié)間和旗葉鞘的POD活性分別較對照降低21.41%和28.73%、34.97%和 47.04%、36.17%和 46.89%、40.29%和50.25%。脅迫結束后5天，兩品種旗葉、穗、穗下節(jié)間和旗葉鞘的POD活性比各自對照分別降低 46.45%和 66.67%、42.63%和68.60%、32.66% 和 54.12%、40.34% 和51.53%。

圖3 高溫脅迫對小麥不同綠色器官SOD活性的影響

圖4 高溫脅迫對小麥不同綠色器官POD活性的影響

2.6 高溫脅迫對小麥不同綠色器官CAT活性的影響

由圖5可知，高溫脅迫結束后0天，JM22旗葉CAT活性比對照增加13.00%，XM26增加34.40%；而JM22穗、旗葉鞘和穗下節(jié)間的 CAT活性分別較對照降低 30.09%、1.75%、16.20%，XM26較對照分別降低 58.96%、37.76%、40.06%。

脅迫結束后第5天，各綠色器官處理的CAT活性顯著低于對照，JM22和XM26旗葉、穗、旗葉鞘、穗下節(jié)間分別較對照降低 65.77%和81.04%、44.82%和 56.36%、30.67%和 40.37%以及 43.96%和 57.68%。

2.7 高溫脅迫對小麥不同綠色器官NPQ和過剩光能的影響

如圖6所示，不同綠色器官耗散非光化學能量（NPQ）的能力不同。高溫脅迫結束后0天，各綠色器官的NPQ值較對照都升高，JM22旗葉、穗、穗下節(jié)間和旗葉鞘的NPQ分別較對照增加2.94%、34.38%、34.38%和 11.76%，XM26相應增加 10.34%、20.00%、16.67%和 14.29%。

脅迫結束后5天，JM22旗葉、穗、穗下節(jié)間和旗葉鞘的 NPQ值分別較對照減少 9.38%、15.39%、30.56%和 27.59%，XM26相應減少11.54%、19.36%、38.24%和 11.54%。

圖5 高溫脅迫對小麥不同綠色器官CAT活性的影響

圖6 高溫脅迫對小麥不同綠色器官NPQ的影響

高溫脅迫結束后0天，兩品種不同綠色器官的過剩光能與各自對照相比均顯著降低，較對照減少百分比由大到小依次為穗＞旗葉＞穗下節(jié)間＞旗葉鞘，JM22和XM26穗、旗葉、穗下節(jié)間、旗葉鞘過剩光能減少百分比分別為43.76%和47.27%、39.09%和 40.88%、34.30%和 38.76%、25.58%和28.17%（圖7）。

圖7 高溫脅迫對小麥不同綠色器官過剩光能的影響

2.8 高溫脅迫后冬小麥不同綠色器官葉黃素循環(huán)的變化

圖8表明，高溫脅迫條件下，耐熱性不同的小麥品種JM22和XM26旗葉、穗、穗下節(jié)間和旗葉鞘的脫環(huán)氧化狀態(tài)（A＋Z）／（A＋Z＋V）的變化趨勢一致，各綠色器官的（A＋Z）／（A＋Z＋V）都顯著增加，穗下節(jié)間增加最多，JM22和XM26分別增加19.80%和21.02%；其次是旗葉鞘，兩品種分別增加18.37%和12.89%；再次是穗，分別增加16.95%和7.14%；旗葉變化最小，分別增加6.24%和 2.32%。

圖8 高溫脅迫對各綠色器官（A＋Z）／（A＋Z＋V）的影響

3 討論

3.1 高溫脅迫對小麥不同綠色器官葉綠素含量的影響

作物葉綠素含量影響其光合作用的強度，持綠時間決定光合作用的持續(xù)期［27，28］。灌漿期高溫脅迫后，小麥不同綠色器官黃化失綠是小麥衰老的形態(tài)表現(xiàn)，穗、旗葉、穗下節(jié)間和旗葉鞘的葉綠素含量均較對照降低，但各自降幅不同。脅迫結束0天，與對照相比，葉綠素含量下降百分比由大到小依次為穗、旗葉、旗葉鞘和穗下節(jié)間，穗下節(jié)間和旗葉鞘間無顯著差異。兩個品種表現(xiàn)一致。

脅迫結束后5天，JM22不同綠色器官葉綠素含量下降百分比由大到小依次為穗、旗葉鞘、旗葉和穗下節(jié)間，XM26為穗、旗葉鞘、穗下節(jié)間和旗葉。

脅迫結束后10天，不同綠色器官葉綠素含量下降百分比由大到小依次為旗葉、旗葉鞘、穗和穗下節(jié)間。旗葉的葉綠素含量較對照下降百分比最大，可能是因為此時對照旗葉的葉綠素含量最高，而冠層其它綠色器官各自對照的葉綠素含量較低。

小麥穗、旗葉、穗下節(jié)間和旗葉鞘是構成小麥冠層的主體，也是小麥進行光合作用的主體。高溫后小麥不同綠色器官葉綠素含量的下降是造成小麥產量降低的直接因素。因此，如何通過栽培或者化控技術保持高溫脅迫后冠層不同綠色器官葉綠素含量是小麥抗逆栽培的一個重要研究方向，也是后續(xù)開展研究的重點之一。

3.2 高溫脅迫對小麥不同綠色器官MDA含量和質膜透性的影響

通常用丙二醛（MDA）含量來衡量逆境引起的膜脂過氧化程度［29］。高溫會損傷細胞膜，引起離子滲漏，使細胞代謝和功能發(fā)生紊亂，這些結果的出現(xiàn)與活性氧積累和發(fā)生膜脂過氧化有關［30］。Cao等［31］研究高溫對不同耐熱性水稻的影響發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫顯著增加耐熱品種葉片的抗氧化酶活性，對熱敏感品種影響不大；高溫處理增加耐熱和不耐熱品種的丙二醛含量。

本試驗結果表明，高溫脅迫加速小麥各綠色器官MDA含量的積累。脅迫結束0天，兩品種都表現(xiàn)為旗葉的 MDA含量增加較多，分別為19.58%和 27.22%；其次為穗，分別為 19.11%和15.17%；旗葉鞘和穗下節(jié)間增加相對較少，穗下節(jié)間為 9.61%和 12.39%，旗葉為 9.89%%和14.98%。脅迫結束后5天，穗下節(jié)間和穗的MDA含量較脅迫處理前分別增加92.44%和89.22%，旗葉鞘和旗葉則分別增加41.99%和29.62%。此時，由于環(huán)境氣溫較高，各對照綠色器官的MDA含量增加，處理較對照增加顯著。

后期高溫使小麥葉片造成質膜相對透性增大［31，32］。本試驗表明，高溫脅迫改變了小麥不同綠色器官的電導率。質膜透性增加百分比最大的是旗葉，其次是外稃，變化最小的是穗下節(jié)間，旗葉鞘、護穎以及芒居于中間。兩個品種變化趨勢一致。質膜透性的增加使得細胞內源物質外滲程度加大，但XM26處理前后各綠色器官的質膜透性均大于JM22，不僅如此，脅迫后其各綠色器官電導率增加百分比也都大于JM22，說明熱脅迫對XM26各綠色器官質膜透性的影響大于對JM22各綠色器官的影響。脅迫結束0天和5天，XM26旗葉、穗下節(jié)間、旗葉鞘和穗部的MDA含量較對照增幅基本高于JM22對應各器官的增幅，也高于同期 JM22對應各器官的 MDA含量，說明XM26耐熱性差、衰老快，在同等高溫條件及高溫持續(xù)期脅迫下膜脂過氧化程度更加嚴重。

3.3 高溫脅迫對小麥不同綠色器官活性氧清除酶系統(tǒng)的影響

正常條件下，活性氧（ROS）的產生和清除保持平衡，植物細胞中沒有活性氧的凈積累。逆境下這種平衡會被破壞，造成活性氧的積累。而SOD、POD和CAT對防止膜脂過氧化、減輕逆境造成的膜傷害和延緩植物衰老有重要作用。張黎萍等［33］研究得出高溫使小麥旗葉MDA含量升高，SOD活性下降，植株衰老加速。姜春明等［32］認為灌漿早期的高溫處理使旗葉內活性氧防衛(wèi)系統(tǒng)能更有效的啟動，而灌漿中期的高溫處理SOD活性未見上升，甚至有所下降，CAT活性雖然高于對照，卻未能有效減輕膜脂過氧化程度。劉萍等［34］研究認為，高溫脅迫可誘導活性氧清除酶系統(tǒng)（SOD、POD和CAT）活性下降，植株體內保護酶系統(tǒng)趨于衰弱或崩潰，高溫導致膜脂過氧化程度（MDA）加劇，衰老速度加快。高溫脅迫條件下，隨著溫度的升高，SOD、POD和CAT活性呈下降趨勢。

本研究發(fā)現(xiàn)，灌漿中期遭受3天高溫脅迫后，旗葉SOD和CAT活性都顯著升高，而穗、穗下節(jié)間和旗葉鞘的SOD活性和CAT活性降低。高溫脅迫使兩品種旗葉、穗、穗下節(jié)間和旗葉鞘的POD活性不論是在脅迫結束后0天還是脅迫結束后5天都顯著低于對照，POD清除H2O2的能力大大降低。脅迫結束后0天，XM26旗葉、穗、穗下節(jié)間和旗葉鞘的POD活性低于JM22，各綠色器官POD活性較對照下降的百分比也高于JM22。通過比對前人的研究結果，我們認為高溫脅迫對活性氧清除酶系統(tǒng)的影響受多方因素的影響。酶促系統(tǒng)啟動還是活性功能下降不僅受高溫發(fā)生的時期、溫度條件、高溫持續(xù)時間的影響，也因綠色器官的不同、品種不同等而存在差異。

3.4 高溫脅迫對不同綠色器官葉黃素循環(huán)的影響

葉黃素循環(huán)在多種自然條件下都有保護光合機構正常運轉的功能。葉黃素循環(huán)的脫環(huán)氧化狀態(tài)（A＋Z）／（A＋Z＋V）與熱耗散能力直接相關。植物遭受脅迫時，光合機構通過葉黃素循環(huán)處理過剩光能的能力增強［35］。吳長艾等［36］研究表明，依賴葉黃素循環(huán)的熱耗散和PSⅡ反應中心的可逆失活在浸水處理過程中對小麥葉片光合機構避免強光高溫的損傷方面起保護作用。小麥在開花灌漿期經常會遭受高溫強光脅迫，過剩的激發(fā)能可能對小麥葉片造成傷害［36，37］。我們通過研究發(fā)現(xiàn)，高溫脅迫后小麥不同綠色器官依賴葉黃素的熱耗散能力均增強。通過比較不同綠色器官葉黃素循環(huán)（A＋Z）／（A＋Z＋V）的變化可以看出，依賴葉黃素循環(huán)的熱耗散能力依次為穗下節(jié)間＞旗葉鞘＞穗＞旗葉。這說明高溫脅迫條件下，小麥不同綠色器官的熱耗散能力均增強。品種間比較發(fā)現(xiàn)，JM22依賴葉黃素循環(huán)的熱耗散能力大于XM26。

3.5 高溫脅迫下不同綠色器官的非光化學耗散機制

NPQ，非光化學淬滅，是指因非光化學反應引起的熒光產量的降低，一般用來表示熱耗散的多少。較強的熱耗散能力可以促進過剩光能以熱能形式耗散，降低光合系統(tǒng)內激發(fā)能壓力，減少活性氧的產生和光抑制的發(fā)生頻率，是重要的光合防御機制之一。熱脅迫下能量耗散可以減少激發(fā)能在供體側的積累，從而對PSⅡ具有較強的保護能力［38，39］。番茄幼苗葉片在一定高溫脅迫后并沒有誘導過量的活性氧（ROS）產生，這與非光化學淬滅（NPQ）有效淬滅過剩光能有關，而在40℃高溫脅迫下番茄幼苗葉片NPQ顯著降低，導致葉片中過剩光能（1-qP）／NPQ和 ROS大量積累［40］。李傳宗等［41］在棉花上的研究表明，高溫脅迫后棉花葉片通過NPQ增高提高其耐熱性。本試驗表明，不同的非葉光合器官耗散非光化學能量的能力不同，以穗和穗下節(jié)間的耗散能力較強，而旗葉和旗葉鞘的熱耗散能力較弱。高溫脅迫使各器官的NPQ都顯著升高，說明在籽粒灌漿過程中隨著光合器官的衰老和光合能力的減弱，光合器官俘獲的過剩光能增多，而以熱的形式耗散掉的光能在逐漸增加，從而減少過剩光能對光合器官的傷害。高溫脅迫后各綠色器官的過剩光能與對照相比都顯著降低，降幅由多到少依次為穗＞旗葉＞穗下節(jié)間＞旗葉鞘。過剩光能較對照顯著減少的原因有二，一是植物自身應對脅迫的保護機制，即吸收的光能減少；二是植物對吸收光能的利用相對增多，從而減少過剩光能對植物的損傷。

綜上所述，小麥不同綠色器官對高溫脅迫的響應不同，不同綠色器官通過有效啟動活性氧清除酶促系統(tǒng)、增加非光化學耗散能力、通過葉黃素循環(huán)散熱等途徑進行避熱耐熱自我調節(jié)。旗葉中清除活性氧保護性酶活性顯著升高，而穗、穗下節(jié)間和旗葉鞘等非葉光合器官的保護性酶活性則因高溫而降低；不同綠色器官非光化學熱耗散能力則以穗和穗下節(jié)間最強，旗葉和旗葉鞘較弱；依賴葉黃素循環(huán)的熱耗散能力增加幅度依次為穗下節(jié)間＞旗葉鞘＞穗＞旗葉。

4 結論

4.1 不同綠色器官對高溫防御的生理機制存在差異。高溫后旗葉中清除活性氧保護性酶活性顯著升高，而穗、穗下節(jié)間和旗葉鞘的保護性酶活性則因高溫而降低；非葉光合器官通過非光化學耗散和依賴葉黃素循環(huán)的熱耗散能力要優(yōu)于旗葉。

4.2 不同基因型品種耐熱性不同。JM22光合性能受高溫脅迫的抑制較XM26??；JM22在高溫下能夠更加有效地啟動保護酶系來應對高溫熱害造成的活性氧積累和膜脂過氧化，并且其通過葉黃素循環(huán)和非光化學耗散過剩光能的能力也優(yōu)于XM26。