小麦会-张英华

张英华 王志敏 魏爱丽等中国农业大学冬小麦叶与非叶器官 PEP羧化酶活性及其对籽粒 C、 N物质积累的影响 第 14次全国小麦栽培科学学术研讨会1高产 优质抗逆 ？黄淮海地区是我国粮食的主产区，也是水资源比较紧缺、地下水污染严重的地区。如何在有限资源条件下实现高产，并达到高产与优质的统一是我们农业科研工作者急需解决的重大问题。2多年来，我们在中国农业大学河北吴桥试验站研究的冬小麦 “ 四统一 ” 栽培技术体系，实现了节水省肥条件下的高产，其重要一点即揭示了非叶器官光合作用对产量形成的重要贡献，提高了非叶器官的 PEPC（磷酸稀醇式丙酮酸羧化酶）活性，增强了冬小麦后期的光合耐逆机能，为有限资源下实现高产奠定了基础。3内稃： CO2交换 ; 较低光合籽粒： 种子呼吸释放 CO2; 果皮再固定 CO2芒： 固定外部 CO2; 旱生性状 ; 水分胁迫下高光合外稃： 固定外部 CO2(干旱下 ); 呼吸 CO2再固定护颖： 固定外部 CO2; 旱生性状 ;穗下节间：逆境高光合叶鞘 ：逆境高光合CO2CO2CO24（魏爱丽等， 2007，作物学报）5表 1 热胁迫对旗叶和穗光合速率的影响VarietiesHeatstressdurationFlag leaf Pn (mgCO2/dm2/h) Ear Pn (mgCO2/ear/h)Control Heat Declined % Control Heat Declined %JD8 4d 28.9 2.4 27.2 2.8 5.88 2.9 0.9 2.8 0.8 3.4512d 10.1 1.5 5.9 1.8 41.58 1.4 0.5 1.0 0.2 35.71Jing411 4d 28.6 2.6 23.7 2.7 17.13 2.4 0.7 2.1 0.5 12.512d 8.9 1.7 4.1 1.9 53.93 1.2 0.4 0.7 0.3 41.67Tam202 4d 20.5 2.9 16.3 2.3 20.48 2.7 0.4 2.3 0.6 14.8112d 6.8 1.4 2.9 1.7 57.35 1.1 0.3 0.6 0.2 45.45Centurk 4d 21.4 2.7 17.3 2.3 19.16 2.8 0.6 2.4 0.5 14.8912d 7.4 1.6 3.5 1.5 52.70 1.2 0.4 0.7 0.3 41.67（徐晓玲等， 2001，植物学报）6磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（ PEPC）是 C4植物光合固定 CO2的关键酶，在 HCO3- 存在下催化 PEP产生草酰乙酸 (OAA)和 Pi。CO2PEPPEPCMg2+HPO42-OAA MDHNADH MALNAD7非叶器官PEP羧化 酶 N代谢C代谢产量 品质抗逆性PEPC8为此 ，我们以 PEPC为核心，以 C、 N代谢为主线，以不同基因型的冬小麦品种为材料，研究不同品种、不同器官 (旗叶、穗下节、旗叶鞘、护颖、外稃、籽粒 )、不同生育时期 PEPC的变化动态，PEPC与粒重和蛋白质含量的相关性，并考察温度和水分胁迫对 PEPC活性的影响以及离体培养条件下不同 C、 N供给对穗颖和籽粒 PEPC活性的调节，探讨实现高产与优质相结合的突破口，同时进一步挖掘产量提高途径，为品种改良和栽培措施调控提供一定的理论指导。9z小麦叶与非叶器官 PEP羧化酶活性的时空变化与基因型差异z小麦叶与非叶器官 PEP羧化酶活性对花后水热逆境的响应z外源 C、 N物质供给对小麦穗器官 PEP羧化酶活性的影响z小麦叶与非叶器官 PEP羧化酶活性与籽粒重和蛋白质含量的关系研究结果10PEPC活性的时空变化与基因型差异图 2 不同基因型小麦不同器官 PEPC活性（魏爱丽等， 2007，作物学报）11图 3 不同基因型小麦不同器官 RuBPC活性（魏爱丽等， 2007，作物学报）12图 4 不同基因型小麦不同器官 PEPC/RuBPC比值（魏爱丽等， 2007，作物学报）13表 2 不同年代品种 旗叶和穗器官 PEPC活性 (鲜重表示 ， mol h-1 g-1 fr wt)（张英华等，未发表）PEPC活性的时空变化与基因型差异14表 3 不同年代品种籽粒 PEPC、 RuBPC活性（ 每粒表示 ， molh -1grain-1）以及 PEPC/RuBPC比值（张英华等，未发表）PEPC活性的时空变化与基因型差异15表 4 华北地区不同推广品种 旗叶和穗器官 PEPC活性 (Zhang et al., 2008 Journal of Cereal Science)16l 小麦叶与非叶器官 PEP羧化酶活性的时空变化与基因型差异l 小麦叶与非叶器官 PEP羧化酶活性对花后水热逆境的响应l 外源 C、 N物质供给对小麦穗器官 PEP羧化酶活性的影响l 小麦叶与非叶器官 PEP羧化酶活性与籽粒重和蛋白质含量的关系研究结果17表 5 水分处理花后 15天 旗叶和穗器官的 PEPC活性 (molh -1 g-1 fr wt) （张英华等， 2009, 麦类作物学报）逆境胁迫对 PEPC和 RuBPC活性的影响18表 6 水分处理花后 20天 旗叶和穗器官 PEPC活性 (mol h-1 g-1 fr wt)（张英华等， 2009, 麦类作物学报）逆境胁迫对 PEPC和 RuBPC活性的影响19图 5 热胁迫不同时期 6365各器官 PEPC活性的变化 6365 热处理 6365 对照 热胁迫天数 PEPC活性平均值表现为：籽粒 旗叶 旗叶鞘 穗下节 外稃 护颖 （张英华等，未发表） 20图 6 热胁迫不同时期 6365各器官 RuBPC活性的变化 RuBPC活性平均值表现为：旗叶 护颖 穗下节 旗叶鞘 外稃 籽粒 （张英华等，未发表）热胁迫天数 6365 热处理 6365 对照 21表 7 热胁迫 不同时期各器官 PEPC/RuBPC比值 的变化（括号内为对照 PEPC/RuBPC比值） PEPC/RuBPC比值表现为：籽粒 外稃 穗下节 旗叶鞘 护颖 旗叶 （张英华等，未发表） 22l 小麦叶与非叶器官 PEP羧化酶活性的时空变化与基因型差异l 小麦叶与非叶器官 PEP羧化酶活性对花后水热逆境的响应l 外源 C、 N物质供给对小麦穗器官 PEP羧化酶活性的影响l 小麦叶与非叶器官 PEP羧化酶活性与籽粒重和蛋白质含量的关系研究结果23表 9 培养基蔗糖和硝酸铵浓度对穗颖和籽粒 PEPC、 RuBPC活性以及PEPC/RuBPC比值的影响（ Zhang et al, Photosynthetica, unpublished）离体穗培养下 C、 N供给对 PEPC和 RuBPC活性的影响24l 小麦叶与非叶器官 PEP羧化酶活性的时空变化与基因型差异l 小麦叶与非叶器官 PEP羧化酶活性对花后水热逆境的响应l 小麦穗器官 PEP羧化酶活性对外源 C、 N物质供给的影响l 小麦叶与非叶器官 PEP羧化酶活性与籽粒重和蛋白质含量的关系研究结果25表 10 不同年代冬小麦品种的籽粒产量和蛋白质含量（张英华等，未发表）PEPC活性与籽粒重和蛋白质含量的关系26表 11 现代推广品种籽粒重和蛋白质含量的比较(Zhang et al., 2008 Journal of Cereal Science)27表 12 两种水分