外源L-谷氨酸對花后干旱脅迫下小麥干物質積累分配、籽粒灌漿特性及品質形成的調控效應

摘要： 【目的】谷氨酸（Glu） 具有調節植物生長，提高作物抗逆能力的功效。研究外源 L-谷氨酸（L-Glu）對灌漿期干旱脅迫下小麥干物質積累分配及轉運、光合參數、灌漿特性、農藝性狀及品質特性的影響，為進一步研究谷氨酸提高小麥耐旱性奠定理論基礎。【方法】以新疆主栽冬小麥品種新冬18 號和新冬22 號為試驗材料，在抽穗期、開花期分別噴施0、2、4 mmol/L 的L-Glu 溶液，開花后進行大田干旱脅迫（DT） 和適水處理（WT）。在開花初期和花后10、20、30 天 （即灌漿初期、中期、后期），測定了小麥干物質積累分配及轉運、光合特性、灌漿特性、農藝性狀及品質等相關指標。【結果】外源噴施L-Glu 可以顯著增加開花后干旱脅迫下地上部總干物質積累量，其中DT-G2、DT-G4 處理顯著高于DT-G0 處理。與DT-G0 處理相比，DT-G2 和DT-G4 處理有效提高了開花后干旱脅迫下干物質積累對籽粒干物質積累的貢獻率，新冬18 號小麥分別增加24.65%、24.28%，新冬22 號小麥分別增加28.44%、16.03%；與DT-G0 處理相比，DT-G2、DT-G4 處理提高了灌漿期光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、葉肉瞬時羧化效率（Pn/Ci） 及籽粒灌漿平均速率，其中DT-G2、DT-G4 處理下新冬18 號小麥籽粒灌漿平均速率分別較DT-G0 增加15.17% 和3.59%，新冬22 號小麥分別增加19.92% 和14.70%；與DT-G0 處理相比，DT-G2 處理顯著提高了2 個小麥品種的千粒重，DT-G4 處理顯著降低了2 個小麥品種的濕面筋含量。【結論】抽穗期、開花期噴施外源L-Glu 可以顯著增加開花后干旱脅迫下小麥地上部總干物質積累量，降低灌漿后期小麥干物質在營養器官的分配比例，同時提高開花后干旱脅迫下旗葉的光合速率及蒸騰速率，進而促進小麥穗部干物質的分配，提高小麥籽粒的灌漿速率，延長灌漿持續時間，最終在降低干旱脅迫下粒重損失的同時提高籽粒品質。

關鍵詞： 小麥； 花后干旱脅迫； L-谷氨酸； 干物質積累分配； 光合效率； 灌漿持續時間； 籽粒品質

灌漿期是小麥籽粒產量和品質形成的關鍵階段，近年來，小麥主產區出現極端天氣，如高溫干旱等頻發，使得小麥籽粒產量及品質同時下降[1?2]。因此，在旱作農業中，提高小麥對干旱脅迫的抗性或采取相應緩解措施以降低干旱脅迫所造成的不利影響有重要意義。干旱脅迫會影響小麥對水分和養分的吸收利用[3]，減弱小麥的光合作用，抑制其生長最終降低產量[4]。而干物質的積累及分配與小麥產量息息相關，Dordas[5]、仝錦等[6]研究認為決定小麥產量高低的關鍵取決于地上部干物質的積累與分配，更與營養器官與生殖器官協調平衡發展密切相關[7]，同時提高逆境條件下小麥穗軸+穎殼+麥芒及籽粒干物質的分配比例更是提高小麥產量的關鍵。氨基酸是由堿性氨基和酸性羧基所構成的有機化合物，屬于一種有機氮源，可以發揮一定的肥效，其中谷氨酸（Glu） 被證明可以提高作物的抗逆能力及品質。左瑩[8]、鄧旭東[9]研究表明非生物逆境脅迫下外源添加L-谷氨酸（L-Glu） 可以顯著提高水稻的耐旱性及水蜜桃的耐冷性。同時研究發現氨基酸參與了蛋白質的合成，可以促進和調節植物的生長發育[10]。光合作用是植物干物質積累的基礎[11]，前人研究認為外源氨基酸肥料可以顯著提高植物葉片的凈光合速率（Pn） 和光合色素含量，尤其是提高葉片的光合能力，對作物高產及干物質的積累起著重要的作用[12?13]，王貝貝等[14]發現噴施植物生長調節劑可以顯著提高小麥地上部干物質積累量及延長灌漿持續時間。針對在非生物逆境脅迫到來前噴施外源氨基酸的研究也有相關報道，南鎮武等[15]在拔節期倒春寒來臨前噴施外源氨基酸顯著提高了成熟期籽粒、穗軸+穎殼+麥芒、莖鞘及葉的干物質積累量，并且提高了籽粒結實率及籽粒蛋白質含量。張靜靜等[16]研究發現，噴施聚谷氨酸和L-Glu 后均可以促進玉米干物質的積累，并且可以增加穗粒數從而提高產量，但聚谷氨酸效果強于L-Glu。本課題組前期通過蛋白質組學、轉錄組學、生理生化等方法，揭示了小麥灌漿期遭遇干旱脅迫時氨基酸代謝和糖代謝的協同作用以及谷氨酸的重要作用[17]。然而，關于優質小麥灌漿期遭遇干旱脅迫時，植株干物質積累分配及轉運、光合特性、灌漿特性、農藝性狀和品質特性對外源L-Glu 響應方面的研究不足。此外，外源氨基酸在谷類作物中的作用仍存在一些不確定性，特別是外源L-Glu 是否可以作為減小干旱脅迫所帶來的傷害和提高產量及品質性狀的常用農藝措施值得深究。

為此，本研究選用2 個新疆本地優質主栽小麥品種，研究噴施L-Glu 對開花后干旱脅迫下小麥干物質積累分配與轉運、光合特性、灌漿特性、農藝性狀及品質特性的影響，為優質冬小麥品種的綠色栽培及解析外源L-Glu 調控抗旱性的機制提供有價值的信息。