光合源供应限制对冬小麦光合特性和茎杆干物质积累转运的影响.doc

河南科技大学本生科毕业论文光合源供应限制对冬小麦光合特性和茎杆干物质积累转运的影响摘 要穗部是小麦灌浆期光合产物的累积中心，是形成经济产量的库，同时也是重要的光合器官。为揭示不同光合供源条件下冬小麦光合特性和茎杆干物质积累转运的影响，选用河南大面积推广的6个冬小麦品种，设置穗光合限制的遮光处理、叶茎鞘光合限制的去叶包茎鞘处理和正常生长发育的对照3个处理，于灌浆期测定了冬小麦旗叶光合特性、穗部光合色素特性、茎杆干物质转运及其对粒重的贡献率。结果表明，穗光合源限制在一定程度上提高了灌浆期灌浆后期冬小麦旗叶的光合色素含量，但其光合荧光特性性状并没有得到改善；穗部光合源限制显著提高了穗部光合器官叶绿素含量，而叶茎鞘源限制处理则显著提高了灌浆前期的叶绿素含量，Car含量及光合色素的比值受光合源供应限制的影响无明显规律。源限制处理显著影响小麦茎鞘干物质转运量、转运率，其影响效应因品种而异。关键词：光合源限制，冬小麦，穗，茎鞘，光合特性，转运Effect of Photosynthetic Source Limited on Photosynthetic Characteristics and Dry Matter Accumulation and Translocation in Winter WheatABSTRACTFringe is accumulation of photosynthetic products center during wheat grain filling, it is the formation of economic output sink, and is important photosynthetic organs .In order to reveal the effect of the different photosynthetic source on the photosynthetic characteristics and the stem dry matter accumulation and transportation of winter wheat. The selection of six Winter Wheat Cultivars which have been widely released in Henan province, set the light-interrupted treatment of ear photosynthetic limited, the leaf removal and sheathed stem of leaves and sheaths & stems photosynthetic limited and the normal growth and development control group. The photosynthetic characteristics of flag leaves, the characteristics of ear photosynthetic pigments, dry matter translocation in Wheat Stalks and contribution rate for grain weight are assayed in the filling stage of winter wheat. The results indicated that ear photosynthetic source limited can improve photosynthetic pigment content of winter wheat in the filling and late stages to a certain extent. Ear photosynthetic source limited significantly increased the chlorophyll content of ear photosynthetic organs. However, leaves and sheaths & stems source photosynthetic limited treatment significantly increased the chlorophyll content during early filling of wheat. The ratio of the Car content to photosynthetic pigments showed no apparent rule under the influence of photosynthetic source limited. The source limited treatment significantly affected the transportation and transport rate of the wheat stem dry matter, the efficacy of its influence changed with varieties in similar conditions.KEY WORDS: Photosynthetic Source Limited, Winter Wheat, Fringe, Stems, Photosynthetic Characteristics, Translocation目 录摘 要IABSTRACTII目 录IV第一章 文献综述11.1 非叶光合器官在产量形成中的作用11.1.1 不同光合器官的光合能力21.1.2 不同器官对小麦产量的影响21.2 小麦非叶片光合器官的光合特性研究及其调控措施31.2.1 穗器官的光合特性41.2.2 小麦茎鞘器官的光合特性51.2.3 水肥调控措施的影响51.3 光合源限制对小麦产量及其构成因素的影响61.3.1 光合源限制对小麦穗的影响61.3.2 光合源限制对干物质及小麦产量的影响6第二章 试验部分82.1 材料与方法82.2 结果与分析92.3 讨论162.4 结论18参考文献19致 谢22英文翻译23V第一章 文献综述光合作用是小麦生产最基本的生理过程，是小麦干物质生产的重要生理基础，其产量的提高均是通过各种农事活动直接或间接地改善小麦整个生育过程中的光合性能及生理代谢而实现的。其中营养体的构建主要依靠小麦植株中下部叶片的光合积累，而籽粒的形成则主要依赖于上部叶片及穗、茎、鞘等绿色器官的光合作用：深入探讨剖析光合源限制对小麦茎杆干物质积累转运的影响，对指导小麦单产的再提高，不仅具有重要的理论意义，而且对指导小麦的高产栽培具有现实的应用价值。前人的研究和生产实践普遍认为，小麦冠层叶片是光合作用的主要器官，在小麦灌浆过程中，顶三叶的光合作用最强，其籽粒中20-30以上的干物质来自于开花后旗叶、倒二叶和倒三叶的光合产物，特别是旗叶。因而，国内外1.2.3在旗叶和倒二、三叶光合作用及其对籽粒贡献方面的研究较多，对于非叶光合器官的研究虽然很早即受到人们的关注4.5.6，但研究不够深入。从理论上讲7.8，通过生育前期的调控已经建立起合理群体结构的基础上，为增加后期干物质积累，应尽量延长叶片功能期，同时提高叶片光合能力，从这个意义上讲，研究小麦冠层叶片的光合特性、功能叶的光合功能期持续时间是十分有意义。然而，开花后正值小麦叶片生理功能逐步衰退的时期；此时整株绿色光合源的分布已经发生了较大变化，不仅叶片占整个光合源的比例减少，而且叶片光合速率的高低还与叶片的叶位、叶同龄等因素密切相关。前人的研究仅以生育后期对上层叶片的测试结果来判断不同叶位的光合性能，既有失公允，也缺乏整体性和系统性。近年来，为实现小麦单产的再突破，和高产与抗逆相结合的栽培途径，充分挖掘和利用小麦整株光合潜力，已经成为小麦栽培的重要研究方向。基于此，本文在前人研究的基础上，采用遮光处理、叶茎鞘光合限制的去叶包茎鞘处理，于灌浆期测定了冬小麦旗叶光合特性、穗部光合色素特性、茎杆干物质转运及其对粒重的贡献率，为小麦高产提供理论依据。1.1 非叶光合器官在产量形成中的作用小麦叶片是光合作用的重要器官，但穗、茎鞘等对粒重的增加均有一定作用。近年来对大量品种的研究表明26，穗光合对粒重的贡献率约为20.9%-39%，茎鞘光合对粒重的贡献约为5.6%-18.0%。可见，非叶光合器官在小麦产量中表现着重要的作用。1.1.1 不同光合器官的光合能力 小麦群体光合的主要器官除上部叶片外，茎鞘也具有很大的光合潜力。许多研究认为小麦产量与灌浆期的群体光合能力呈显著相关。Puckridgu9测定了48个春小麦基因型，指出光合速率与灌浆时的生长率，与籽粒产量呈显著的正相关（分别为R=0.46和0.45）。王志敏、张英华7对两个穗型茎鞘光合能力的研究结果表明，中穗型和大穗型分别占冠层群体光合的41.18和32.21，仅次于叶片总光合能力。若将各层次叶片单独作为器官分析，茎鞘的光合贡献是最高的，这一结果与Puckridgu9和Wall等10的结论一致。Puckridgu9用剪叶的方法测定大田群体条件下植株各部位的光合能力，顶三叶占群体光合的2430，项二叶占25-28，穗占7-15，茎鞘占44；Wall等10指出，在植株衰老阶段，当叶面积指数降低到2.5-35以下时，茎鞘和穗部具有十分重要的作用。穗部是小麦灌浆期光合产物的累积中心，是形成经济产量的库，同时也是重要的光合器官，对冠层贡献为10.6-12.1，是个不容忽视的光合源。穗部对冠层光合的贡献一般为10-12左右，这与Puckridgu9的研究结果（7-15）极相似，表明穗部也是小麦生育后期的重要光合器官。然而，在一定范围内随着穗部的增加，穗部光合能力和光合贡献大幅降低。因此，保持适宜的穗数，改善穗部性状，争取大穗，有利于提高穗部的光合能力，提高产量。王志敏等7研究指出与旗叶叶片相比，非叶光合器官（穗、茎、鞘）具有较低的平均叶绿素含量，具有较高的光饱和点、较低的光补偿点和较长的高效光合持续期。在籽粒生长前期，非叶器官净光合速率低，但在籽粒生长后期，叶片光合迅速下降，而非叶光合速率相对稳定，并逐渐超过叶片。还指出，非叶器官光合耐逆性明显高于叶片，因此在开花后高温、干旱胁迫和衰老过程中，当叶片光合活性迅速下降时，非叶器官却能维持较长时间相对稳定的光合功能。1.1.2 不同器官对小麦产量的影响众所周知，小麦的籽粒产量主要依赖于植株扬花后地上各绿色器官特别是上三叶、穗部和穗下节间进行光合作用的产物积累，花前植株各部分储存干物质的转运只占次要作用。如果这些光合器官的光合功能受到损伤，就会使光合产物减少影响小麦产量。有关小麦植株各部分光合器官对籽粒产量的贡献，大量的研究证明以旗叶为最大11，扬花期旗叶全剪穗粒重、粒重分别损失21.25和20.1712，罗春梅等13研究表明不同小麦品种的穗部对籽粒产量的贡献在24-40。麦类作物籽粒产量主要来自于开化后的物质生产，而旗叶节以上器官是产量物质的主要贡献者。过去，普遍强调旗叶的同化作用，而对穗光合贡献认识不一。有人根据所测定的穗表观光合速率较低这一事实，认为穗光合作用对产量的贡献较小，但由于正在生长的籽粒呼吸旺盛，籽粒呼吸占穗呼吸的60以上，穗自身能将呼吸释放的CO2重新固定14，因此所测表观光合速率可能低估了穗光合作用的实际贡献。麦类作物穗光合产物对籽粒充实的贡献估计在10-76之间，依赖于作物品种类型和环境条件15.16。旗叶较小和有芒品种穗的贡献较大，大穗的贡献比小穗的大；在水分胁迫条件下，穗的贡献会增加，甚至比旗叶的贡献更大。穗光合产物主要留在穗内。在开花后的第一周内，穗光合既可满足穗和籽粒呼吸的需要，又可满足相当于籽粒生长3/4的物质需要，但当籽粒快速增重时，穗光合贡献可能降至籽粒需要的20以下。罗春梅等13对小麦穗部光合性能与籽粒产量关系的研究表明，穗器官每天生产的干物质93-95分配到籽粒中。开花后的前10天穗光合产物是籽粒增长的主要来源，10天以后其他器官（旗叶、旗叶鞘和穗下茎等）提供的营养物质迅速增加，而穗本身提供的物质所占比例逐渐减小。根据研究者对17个品种的观察，在籽粒产量物质中穗同化物所占比例最大可达42.1。最近，Araus等14报道，在地中海气候条件下，从开花后一周到小麦成熟，对旗叶（叶片和叶鞘）和穗部进行遮光处理分别使粒重下降22.4和59.0，表明籽粒中的光合产物大部分自于穗器官而不是来自旗叶。当然穗遮光处理可能不仅影响穗光合，也影响籽粒库功能17。穗光合对粒重的贡献约为20.9-39，茎鞘光合对粒重的贡献约为5.6-18.020.21。非叶光合对粒重的贡献存在明显的基因型差异，穗光合面积和光合速率与粒重呈明显的正相关，穗库强度高的大穗型品种非叶器官光合活性明显较高，这是大穗型品种穗粒重高的重要机理。穗光合对籽粒中相对贡献均大于旗叶叶片，穗下节间和旗叶鞘的贡献率也与旗叶相当18，在旗叶和旗叶节以上非叶器官对籽粒重的总贡献率中，非叶器官光合的作用更为突出19。1.2 小麦非叶片光合器官的光合特性研究及其调控措施尽管绿色叶片是作物的主要光合器官，但许多作物的非叶器官或组织，如茎秆、花器、果实和某些气生根等，也能形成或含有叶绿素，并具有实际的或潜在的光合能力，所以小麦的整株光合生产潜力有待充分挖掘。魏爱丽等16认为，小麦叶片是光合作用的重要器官，但穗、茎鞘等对粒重的增加均有一定作用，尤其是小麦穗器官对穗粒重的贡献通过方差分析发现与叶片之间差异不显著，证明穗器官也是十分重要的源。各个源都不是孤立存在的，而是相互作用、相互协调的。只有搞清影响各个源对粒重作用的内外因，才能更好地发挥各光合器官的潜力22。1.2.1 穗器官的光合特性穗也是小麦生长后期主要的光合器官之一。在穗抽出后的初期，穗轴、护颖、稃片、芒等均具有光合能力，以后才慢慢减弱。有研究指出，麦穗的各苞片（护颖、内稃、外稃）不仅有光合生产的功能，而且可保护籽粒免受强光伤害，并维持籽粒所处生长微环境的湿度和温度，因而在籽粒形成中起重要作用，通过在开花期去掉护颖、外稃和内稃观察其对籽粒发育的影响。结果表明，去掉护颖使粒重减少6.7%，去掉外稃和内稃使粒重减少52.5%，去掉护颖、外稃和内稃使粒重减少了88.2%。穗光合产物主要留在穗内。在开花后7d内，穗光合既可满足穗和籽粒的呼吸需要，又能满足相当于籽粒生长3/4的物质需要，当籽粒快速增重时，穗光合贡献可能降至籽粒需要的20%以下。罗春梅23对小麦穗部光合性能与籽粒产量关系的研究表明，穗器官每天生产的干物质93%-95%分配到籽粒中。开花后的前10d穗光合产物是籽粒物质增长的主要来源，10d以后其它器官（旗叶、旗叶鞘和穗下茎等）提供的营养物迅速增加，而穗本身提供的物质所占比例逐渐减小，并逐渐停止。根据他对17个品种的观察，在籽粒形成过程中，穗部同化物所占比例为25.2%-35.5%不等，主要与品种有关。不同的栽培条件也有影响，在籽粒产量物质中穗同化物所占比例最大可达42.1%。在开花后10-30d，发育中的小麦籽粒果皮也有光合作用，并且超过呼吸作用。果皮的最大光合活性出现在开花后20d，此时果皮绿色组织层中的叶绿素含量最高。近年来对大量品种的比较表明，穗光合对粒重的贡献率约为20.9%-39%，茎鞘光合对粒重的贡献约为5.6%-18.0%。非叶光合对粒重的贡献存在明显的基因型差异，穗光合面积和光合速率与穗粒重呈明显的正相关，穗库强度高的大穗型品种非叶器官光合活性也明显较高，这是大穗型品种穗粒重高的重要机理。测定不同灌溉处理下各器官光合对籽粒重的相对贡献表明，各处理穗光合对籽粒的相对贡献率均大于旗叶叶片，穗下节间和旗叶鞘光合对粒重的贡献率也与旗叶相当。在旗叶和旗叶节以上非叶器官对粒重的总贡献率中，非叶器官的贡献率占总贡献率70%-83%，在此范围内随灌水的减少而增加。说明在节水栽培下，非叶器官光合作用更为突出。1.2.2 小麦茎鞘器官的光合特性旗叶鞘的光合生产能力。Evans等24研究结果表明，小麦籽粒干物质的主要来源是旗叶，但旗叶包括叶片和叶鞘两部分，而大部分研究者往往把旗叶片作为整个旗叶而忽视了旗叶鞘的作用，而从形态特征及与地上部产量的相关性来看，旗叶鞘在产量形成中起到重要作用，因为在籽粒灌浆后期，当旗叶片正趋于衰老时，旗叶鞘具有作为光合器官的功能，并将其储藏的同化物源源不断地输入籽粒。旗叶叶片的光合功能十分重要，旗叶鞘的形态特征对产量的影响比旗叶片还要明显。在灌浆后期当旗叶片已经衰老时，旗叶鞘能成为光合的主要器官，其贮存的同化物最后都能够移向发育中的籽粒。籽粒灌浆主要是依靠开花后的光合作用。一般来说，开花后形成的碳同化物占80%-90%，而先前贮存的碳同化物只占10%-20%。在逆境条件下，开花前贮存的光合产物对籽粒的贡献要大些。开花后使植物的绿色部分维持高光合活性并延长其寿命，是获得籽粒高产的关键。但是高光合能力的持续时间受温度、水分、氮供应、病虫害以及基因型的影响很大。茎鞘的群体光合潜力。徐恒永21认为茎鞘具有很强的群体光合潜力，若将各层次叶片单独作为器官分析，茎鞘的光合贡献是最高的。Araus等14研究认为当小麦植株开始衰老后，旗叶叶鞘对光合作用没有重大影响。而徐永恒21研究结果表明，在田间群体条件下，尽管灌浆中期植株下部叶片已经衰老，但整个茎鞘群体仍具有相当高的光合能力，与单层旗叶相似或偏高。同时茎鞘所具有的高光合速率仅仅表明茎鞘的光合潜力很大，因为他的研究在测定茎鞘群体光合时剪去了所有被测植株的穗和叶片，使茎鞘的光照条件和气体交换显著改善，因而所测得的光合值比自然状态下要高。1.2.3 水肥调控措施的影响 施肥是提高作物产量的重要手段，通过施肥既能改善作物的营养生长，又能改善生殖生长。小麦开花后在籽粒形成中，叶器官和非叶器官的光合能力对产量起着决定性的作用，通过施肥延缓后期叶片衰老，延长绿叶功能期，对产量的形成有良好作用25。一般认为，水分亏缺对产量构成因素的影响主要是穗粒重降低。王俊儒，李生秀26研究指出，不施底肥时拔节期水分亏缺，主要使有效穗减少，但在供足底氮情况下，拔节期水分亏缺则使每穗粒数、千粒重显著减少或低于对照水平，表明拔节期为千粒重、每穗粒数的水分亏缺敏感期。苗期、灌浆期水分亏缺对小麦产量构成因素影响不大。从补偿角度看，无论施底肥与否，苗期补水对产量构成因素没有明显补偿效应。受苗期、灌浆期水分丰缺状况影响，无底肥时，拔节期补水对有效穗数、每穗粒数有一定的补偿效应；有底肥时，此期补水对产量构成因素均有显著的补偿效果。灌浆期补水却使千粒重产生负的补偿效应，该期为水分补偿无益期。1.3 光合源限制对小麦产量及其构成因素的影响光强度的变更引起代谢（合成、分解，及其方向、速度等）在质和量上的不同，导致了物质能量变化、器官形成在质和量上的改变，最后表现在植株生长发育的形态桔构和生理机能的差异上27。因此，光合源条件不同，对小麦也会产生不同的影响。1.3.1 光合源限制对小麦穗的影响 遮光是通过绿色同化器官来影响穗的发育的（可以通过营养生长来影响生殖生长的）。遮光首先使得绿色同化器官同化效率低，同时同化物向穗部分配得少。这样，物质（以碳水化合物为代表）、能量（以高能核普酸为代表）均供应不足。在穗中小孢子母细胞进行减数分裂的这个时期，对于物质和能量的要求是非常强烈的，因此在这时物质与能量的供不应求致使小孢子母细胞不能正常地进行减数分裂，深刻地影响了小孢子的发育，从而显著地降低了结实小穗、小花数而导致减产28。1.3.2 光合源限制对干物质及小麦产量的影响 小麦抽穗前茎、鞘等器官的贮藏物质是籽粒灌浆物质的重要来源，提高其向籽粒库的运转率，有利于增加粒重。受籽粒库容活性调控的影响，不同小麦品种调节同化物分配能力不同29。与多穗型品种相比，大穗型品种籽粒库利用和转化同化物能力较强，对茎秆中贮存物质的“抽提”作用较强30，31。光合源受到限制后，茎秆中贮存物质转运至籽粒库比例增加，滞留在茎鞘中的光合产物减少32。姜东等33试验发现，花前叶片同化的光合产物贮存于茎鞘后，在整个籽粒灌浆过程中很少再用于呼吸作用，茎节干物重变化可反映贮存物质运输至籽粒中的量33。研究表明，籽粒库中的碳水化合物有1/4 到1/3 来源于茎鞘内贮存物质的再分配34，35。在逆境条件下，这些贮存物质对缓冲源叶片光合产物供应与籽粒库光合产物需求之间的矛盾和维持较高的籽粒灌浆速率具有重要意义36，37。这表明，在光合源受到限制后，大穗型品种茎秆贮存物质转运至籽粒库的比例高于多穗型品种。 小麦籽粒中的干物质约有2/3 来自抽穗后的光合产物，而抽穗后干物质积累量取决于这一时期的绿色面积的大小，尤其是靠近穗部的绿色部分38。研究表明39，剪去上部3片叶后干物质生产量均有不同程度的降低。剪叶后，小麦光合源受到限制，导致单茎光合生产量下降和干物质积累量降低，致使籽粒正常生长所需的同化物质供应不足，最终引起穗粒数减少和粒重降低。第二章 试验部分实验部分省略！由于实验数据及实验结果非本人所有，所以删除实验部分。参考文献1 匡廷云, 段续川光合作用研究进展J生物学杂志, 1980, 2(2)：103-1222 于振文不同密度对冬小麦开花后叶片衰老和粒重的影响J作物学报, 1995, 21(4)：412-4183 阎素红, 杨兆生, 柴升小麦上三叶性状与产量及其构成因素的关系J麦类作物学报, 2004, 24(4)：39-424 张娟, 崔党群, 范平, 等小麦冠层结构与产量及其构成因素的典范相关分析J华北农学报, 2000, 15(3)：39-445 Borojevie S, William W AGenotype environment interaction for leaf area parameters and yield component and their effect on wheat yield.Crop Sci, 1982, 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要小麦在一天的生长中日夜温度在1318之间变化，小麦开花期受逆境的影响，或在轻度或重度水分胁迫条件下通过抑制水分来影响小麦的开花时间。小麦茎秆（由剑叶叶鞘包裹）和倒数第二节间的提取物可以决定果聚糖外切酶和酸性转化酶的活性和评估小麦中的己糖，蔗糖和果聚糖含量的标准。试验对麦穗单粒重、茎秆的鲜重和干重进行了测量。在每个采样时间段里，小麦旗叶水势和个别组织的含水量的变化决定着植物与水分的关系。水分胁迫导致籽粒灌浆持续时间缩短，到成熟时小麦籽粒变小，同时在早期对小麦干重造成损失。干物质损失与水分胁迫之间存在相应的关系，在此之前，茎秆中果糖含量增多和果聚糖含量下降。在水分胁迫条件下小麦早期果聚糖含量下降与植物节间的果聚糖外切酶和酸性转化酶的含量升高有关。这种相关性表明，果聚糖到果糖的转化可能是由酶的诱导与水分胁迫造成的，但这种转换发生在小麦茎秆中贮藏物质大量输出之前，也可能与贮藏物质的需求变化有着间接联系。关键词：干旱，果聚糖，聚糖外切酶，蔗糖酶，茎秆贮藏物质，小麦 1.引言非结构性碳水化合物（主要是果聚糖）在小麦和大麦茎秆中的积累直至开花后1520 天（Borrell等，1989；Takahashi 等，1990；Davidson 和 Chevalier，1992；Bancal 和 Tribof，1993；Bonnett 和 Incoll，1993；Schnyder，1993；Takahashi 等，1993；Wardlaw 和 Willenbrink，1994）。在大麦的早期研究中，对比饱满与空瘪籽粒中糖类积累的变化（Archbol，1945），表明在籽粒灌浆期茎秆贮藏物质的转运情况，相当于一个独立的大水槽，然而这并不是一个重要的影响因素。在1993年，Bonnett 和 Incoll也在大麦研究中采用延迟去除麦穗的时间，但是没有成功，从茎秆中果聚糖的减少可以得出果聚糖的转运并不仅仅是源库平衡的一个反映，即使交替中的库在这些变化中可能发挥着作用。多数研究认为，在非胁迫条件下，在灌浆期小麦籽粒中茎秆贮藏物质的积累发生了巨大的变化，对此他们比Archbol等人研究更为深入（Simpson，1992；Schnyder，1993评论），在成熟时最终粒重可增加20-30%。在试验中有一些变化需将茎秆呼吸损失纳入到该变化过程（Austin等，1977）。此外，对籽粒有机物质的转运的一些评估过高，高达他们不允许茎秆贮藏物质运输到库中的平衡性，就如正在发生的分蘖（Wardlaw 和 Porte，1967）。如果在籽粒灌浆速率和干物质的转运同期之间，对籽粒的生长进行比较，这些贮藏物质可以解释为在这个阶段籽粒的需求 50%（Wardlaw 和 Porter，1967；Apel 和 Naitr，1976；Bell 和 Incoll，1990；Bonnett 和 Incoll，1992）。在夜晚，茎秆贮藏物质也可以起到一个短期的缓冲作用，为籽粒不断地补充光合产物以供其生长（Takahashi等，1994）。在光合产物供应中，白天此缓冲作用可能与蔗糖含量的变化有关，而不是果聚糖（Schnyde，1993）。为建立果聚糖系统，蔗糖转入到植物茎秆中的时间似乎要比正常的黑暗时期12小时长（Wardlaw 和 Willenbrin，1994）。在逆境条件下，茎秆贮藏物质所起的作用变得越来越重要。如果在弱光或干旱条件下，光合产物的总供给量将减少（Blum等，1991；kiniry，1993：Schnyder，1993；）。在干旱条件，有效的光合产物由于叶片的光合作用减弱而减少（Asana，1966；Brooks等，1982；Aggarwal 和 Sinha，1984），但是籽粒灌浆速率基本保持不变而在成熟时籽粒的质量有所减小，这与籽粒灌浆期的持续时间有关 。由于光合产物的总供给量减少，最初植物可以通过有效的分配光合产物来供给籽粒的生长，也可以通过茎秆贮藏物质的转运来弥补光合产物的减少，到成熟时所补给量至少占籽粒干重的50%（Asana，1966；Wardlaw，1967；Johnson 和 Moss，1976；Brooks等，1982；Aggarwal和Sinha，1984）。籽粒水势和籽粒含水量似乎对水分胁迫不敏感，但在干旱的条件下，为了维持籽粒的生长，叶片开始大量枯萎（Barlow等，1980）。这说明，在干旱条件下茎秆贮藏物质转运加快，与穗对贮藏物质需求增强有关。然而Virgona和Barlow在1991年发现，干旱条件诱导灌浆期小麦产生中间体，大量的贮藏物质（果聚糖）分解变得更少，在茎秆贮藏物质减少之前很多的渗透活性化合物已开始分解。与这一发现相符，Schnyder（1993）表明，果聚糖的运输与最初的积累量和储存量相比，与有效光合产物的产生之间的相关性可能不是太密切。Virgona 和 Barlow（1991）也表明，干旱对茎秆水分关系的影响程度处于旗叶（敏感）和籽粒（稳定）之间。 为了更全面的理解干旱胁迫与小麦茎秆贮藏物质转运的关系，通过实验研究在两倍的水分胁迫下麦梗和倒数第二节间中果聚糖与糖之间的转化，比较该转变方式对果聚糖外水解酶（FEH）和酸性转化酶（Inv）两个关键酶活性的影响。2.材料与方法2.1植物栽培小麦（小麦属）品种。莱亚普尔73（aus18804），一种来自巴基斯坦的小麦矮小品种，将两个不同的处理品种种在同一容器中，对每一植株茎的性状做定期的观察。用珍珠岩和蛭石以1: 1混合加入到容器中，到小麦开花期，每天早上加入适量标准营养液（霍格兰2号与适量的微量元素），每天下午加定量自来水。小麦的培养最初是在一个自然人工培养室里，白天温度保持在15持续8小时和晚上温度保持在10持续16小时，并在低强度碘石英灯下保持光照16小时。到开花期所有的植物转移到一个自然光照实验室，温度保持在13：18（白天：晚上），但是在早期其他生长条件基本保持一致。2.2处理和采样随着开花期的临近不再向容器中加水，为了减轻籽粒在灌浆期的水分胁迫程度。通过改变水分胁迫的程度，在每个容器中加入定量的珍珠岩：蛭石，一个处理以2.12-1加入提供轻度水分胁迫环境和另一个处理以1.54-1加入提供重度水分胁力。每天控制植物浇水量，但在籽粒灌浆期间所加水中不含其他营养元素。在一定的间隔时间内，每个处理收获六个植株。收获样品应控制在开花后22天到32天之间，在轻度胁迫条件处理下的小麦在开花后24，26，28，30和32天收获，而在高胁迫条件处理下的样品在21，23和25天收获。最后一次的收获在成熟时（穗完全变黄）进行，为了分析不同胁迫条件下对籽粒灌浆的影响，最少收获18株。在收获时，剑叶叶鞘内包含的花序长梗和倒数第二节间被细分，用于分析可溶性碳水化合物和酶。可溶性碳水化合物分析所选样本最初为冷冻干冰形式，存放于-20环境中。随后，这些样本在提取糖类前会被冷冻干燥以确定干重。用作酶分析的样品在液氮中冷冻，并储存在-70下。在这样条件下，保存6个月不会损害样品酶的活性。单个植株和穗粒在零下80摄氏度下干燥48小时后测试其干重。2.3植物与水分关系当样品收获时，从单个成分的水含量和剑叶叶鞘水势来评估样品水分状况。在剑叶叶鞘上打孔获得两个新鲜的叶圆片，然后用热电偶温度计测量其水势（Wescor，Logan， UT，美国）。2.4可溶性碳水化合物（WSC）分析将单个样品切成一段一段的，直接选取加入到10毫升水中沸腾一小时。从反应液中提取上清液，剩余溶液用5毫升热水加热，最后用冷水冲洗（Bonnett 和 Incoll，1993b）。所有的提取物和洗涤剂相结合，混合成5毫升溶液，用高效液相色谱法（HPLC）来进行分析。没有任何迹象表明，该实验过程中会产生任何对蔗糖和果聚糖水解的反应。用HPLC分析分析提取液，用安博莱特 MB-1（混合离子交换器）树脂振荡首先出去溶液中的离子。这种仪器在使用之前需在40干燥性能可得到提高，采用这种方法可以避免溶液中糖浓度的变化和其他糖类造成的差异。对于不带电的可溶性碳水化合物，采用高效液相色谱系统（水，米尔福德，MA，USA），用3007.8毫米（多孔性阴离子交换树脂）HPX 42C糖分析柱（BIO RAD）在80下进行分离，以水为洗脱液以一分钟0.5毫米的流速洗脱溶液。用水域示差折光仪（型号R401）测定其最大值。用联合色谱法的定性和定量的鉴定（Wardlaw 和 Willenbrin，1994）葡萄糖，果糖，蔗糖，棉子糖，水苏糖和糖（聚合度）和DP3、DP4果聚糖，Sims等，1991）。DP3果聚糖可以用该系统来分离，但更大的果聚糖（ DP3）可作为一个单一组分进行测量。在这些实验中干鲜重的测量的主要变量是干旱条件，干重和蛋白质含量不能作为参考，因为这依赖于胁迫的程度。为此，糖含量一般在一个基础器官得到表达。2.5酸性转化酶（INV）和果聚糖外水解酶（FEH）分析用于测定酶活性的步骤是基于之前的研究（Simpson等人，1991；Smouter 和 Simpson，1991；Bancal 和 Triboi，1993；Simpson 和 Bonnett，1993）中使用的步骤，且实验样品中测定果聚糖外水解酶和酸性转化酶的活性水平与之前报告的小麦茎秆中的果聚糖外水解酶和酸性转化酶的活性水平（Bancal 和 Triboi，1993）相似。取适量超低温冷冻的样品（0.3-0.8 G F WT）在液氮中研磨。将粉末材料被转移到冰冷的萃取介质（1g重量：8毫升培养基）中1 小时，然后用离心机以每15分钟16000转的转速离心。提取介质由50mM柠檬酸盐/pH为5.5的磷酸盐缓冲液组成，包含5 mM MgCl2，5 mM二硫苏糖醇（DTT），20%（W / V）的聚乙烯吡咯烷酮（PVP；24 000MW）和1%（W / V）的牛血清白蛋白。在制备好的pH为5.5的柠檬酸盐/磷酸盐缓冲液中，用移液管吸取上清液7毫升，加入到凝胶过滤介质（BIO RAD）。然后吸取0.8毫升溶液加入到离心管中，去除溶液中空隙部分，放在离心机中离心75-80 秒。提取液的大小接近或略小于套管要求的装载量和6 kDa分子量。在酸性转化酶实验中，0.3毫升过滤液，0.09毫升的0.5 M蔗糖（柠檬酸盐/磷酸盐缓冲液）和0.06毫升的柠檬酸盐/磷酸盐缓冲液，在30下孵育30分钟。在果聚糖外水解酶反应中，蔗糖的浓度比较接近饱和状态，通常是在范围2-13mM有一mM（Avigad，1982）。果聚糖外水解酶中，用从硬直黑麦草中提取的果聚糖作为底物（Willenbrink等，1998）。从硬直黑麦草中提取的果聚糖在这里使用，虽然比那些在小麦茎秆中发现的聚合度更大，但是都是相似的，因为它们优势是有一个j3-2，6-糖苷键（Bonnett 和 Simpson，1995）。样品滤液（0.3毫升），用0.15毫升的底物果聚糖（20%（W / V）柠檬酸盐/磷酸盐缓冲液，pH值5.5）在30下孵育30分钟或60分钟。当采用40%（W / V）果聚糖对比时，底物的数量未达到完全反应的量（Simpson 和 Bonnett，1993），虽然对比实验使用的是4和2 00果聚糖，对但在一系列实验中表明，通过改变浓度，不同组织的相对酶活性没