酸雨胁迫对小麦结实及胚乳发育的影响及生理机制

中国是世界第三大酸雨区，主要分布在长江以南地区，与南方酸性红壤相重叠，对农作物危害更严重。小麦开花期及花后是穗粒数和粒重形成的关键时期，此期由于幼穗抽出，易遭受酸雨的直接危害，且无法像苗期那样通过产生新叶片缓解酸雨胁迫，因此此期也是对酸雨敏感的关键时期，此阶段酸雨易导致穗粒数减少和粒重下降，而显著降低产量。本项目拟采用对酸雨抗性有显著差异的不同小麦品种为材料，开花期及花后进行酸雨处理，重点研究不同酸度酸雨胁迫对小麦小花开花受精、籽粒中主要成分积累动态、碳、氮代谢的关键酶活性变化及其基因表达的影响，阐明酸雨对小麦穗粒数和粒重影响的内在作用机理及不同品种抗性差异机制。同时研究酸雨发生时期和频率与小麦产量损失的关系，明确酸雨胁迫减产的关键生育时期，并初步形成形成产量损失剂量响应曲线。研究结果将进一步深化酸雨对小麦产量影响的机理研究，并为生产上小麦产量损失预测和避灾减灾决策提供理论

酸雨是中国重要的环境问题，中国酸雨区占到国土面积的40%，特别是经济发达的长江流域，酸雨发生频率更高。酸雨对植物的影响是复杂的，既会对植物产生明显的酸性危害，但同时由于SO42-和NO3-的存在，也有一定的肥效。为客观全面的了解酸雨对小麦生长和籽粒发育的影响及其内在的生理机制，本项目以不同小麦品种为材料，研究了不同酸度酸雨和花后不同时期酸雨对小麦的形态、光合荧光、抗氧化特性、碳氮和硫代谢关键酶活性和籽粒关键生化组分的影响。结果显示：酸雨抑制了小麦的生长，尤其是强酸雨胁迫下，生物量显著下降。酸雨影响了小麦开花受精，抑制花粉的萌发，降低穗粒数。酸雨还引起了小麦体内氧化胁迫，导致叶片和籽粒中丙二醛含量显著增加，叶片抗氧化酶活性在一定程度上上升，但不足以消除氧化胁迫，最终引起籽粒产量下降。小麦的碳、氮、硫代谢受酸雨影响不同，酸雨降低了叶片磷酸蔗糖合成酶活性，叶片可溶性总糖含量下降，提高了灌浆后期茎鞘中可溶性总糖含量，减少向籽粒中蔗糖的供应，籽粒中蔗糖合成酶和腺苷二磷酸焦磷酸化酶活性下降，降低了小麦籽粒中淀粉含量。酸雨处理抑制叶片硝酸还原酶（NR）活性，提高了灌浆期或灌浆中后期叶片谷氨酰胺合成酶（GS）活性，促进了叶片蛋白的降解。不同酸度酸雨提高了成熟期籽粒中蛋白质含量，籽粒中各蛋白组分含量和大部分氨基酸含量也有明显提高。由于酸雨供应了一定的硫素，酸雨处理提高了扬麦15叶片丝氨酸乙酰转移酶（SAT）和O-乙酰丝氨酸硫裂解酶（OAS-TL）活性，但对另一品种汶农17硫代谢关键酶活性影响较小，酸雨处理提高了籽粒中二硫键和含硫氨基酸含量。花后不同时期酸雨对小麦碳、氮代谢影响不同，不同品种对酸雨的响应也存在明显差异，但均表现为花后0-4d处理的小麦对酸雨最敏感，其次为花后15-19d的处理，最后是花后5-9d的处理。酸雨渍水复合胁迫进一步加剧胁迫，对小麦的形态结构和生理特性产生了不利影响，影响了小麦产量和籽粒关键组分的积累。可见酸雨影响了小麦开花受精及籽粒灌浆的生理代谢过程，进而影响了小麦籽粒产量和关键生化组分的积累，对小麦产量和品质产生不同程度影响，但不同品种对酸雨响应有一定差异。