施镁对小麦灌浆期高温胁迫下产量和光合特性的影响开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

小麦属喜凉作物，籽粒灌浆阶段的适宜温度为20～24℃，而灌浆期是决定小麦最终产量和品质的关键时期^[1]。我国北方地区，小麦生育后期温度回升快，常出现高温天气，高温低湿伴随着大风，形成典型的干热风，导致小麦高温逼熟。长江中下游麦区小麦生育中后期雨水偏多,特别是小麦灌浆期,湿害还往往伴随着30℃以上的高温天气,导致蒸腾强度剧增,植株水分入不敷出而提早枯熟,形成“高温逼热”。高温加快作物的生育进程，缩短生育期^[2]。在小麦灌浆期日平均气温15.8–27.7℃范围内，温度每升高1℃约使灌浆时间缩短3.1天，单穗粒重下降2.8mg^[6]，高温成为我国北方麦区小麦生产中最主要障碍因子之一。小麦籽粒产量大部分来自开花后积累的光合产物，其所积累的光合产物约占光合总产量的1/2^[3]。灌浆期高温胁迫抑制小麦冠层碳同化^[4]，叶片光合产物输出动态发生紊乱，光合持续期缩短，减少了源的供应量，抑制籽粒中光合产物的累积^[5]，从而粒重降低，致使小麦产量下降3.5%–7.1%。然而光合作用是植物对高温胁迫最敏感的生理过程，往往在其他生理活动受损之前就受到抑制。因而，缓解小麦灌浆期高温胁迫对光合的抑制对于稳定小麦产量具有重要意义。

1.高温胁迫对光合作用的影响

花后灌浆过程是植物叶片衰老的过程，高温导致叶片衰老加速则会导致叶绿素降解，光合作用减弱。由于光合作用的机制涉及的各个组成部分，包括光合色素和光系统，电子传递系统，co₂固定途径，由胁迫引起的任何水平的损害都可能减少绿色植物的光合能力^[7]。光合作用是植物受温度影响最明显的生理过程之一。在其它的胁迫症状还未出现之前，光合作用将会首先被抑制，且光合作用是一个相互关联的过程，任何一个环节受损都会导致其他环节受抑制^[13]。

2. 研究的基本内容和问题

研究内容

1.施镁对小麦灌浆期高温胁迫产量形成的影响；

1)产量及构成因素

3. 研究的方法与方案

研究方法：

1.采用人工气候室内的盆栽试验方法

小麦种植于盆钵，每个盆钵（高30cm，直径25cm）内装过筛土7.5kg左右，每桶施纯氮1.65g、磷0.825g、钾0.825g相当于大田每公顷施纯氮300 kg、磷150kg，钾150 kg，其中氮肥基、追比为5：3：2，追肥于拔节期和孕穗期施用。基肥时选用含氮：磷：钾=15%：15%：15%的复合肥，每桶施复合肥的量为5g。于2016年、2017年11月播种，每盆播24粒，在三叶一心时，间苗至每盆8 株。

2.植株生物量、叶面积测定方法。

随机选取长势一致的麦苗，每个处理每个重复8株，分为3个重复。手拔地上部，注意不要损坏功能叶。将功能叶、余叶、茎秆分开，采用比叶重法测定旗叶叶面积。最后将样品110℃杀青，于75℃烘干至恒量后分别称生物量。

3. 产量及构成因素。

每个处理3个重复，每个重复2盆，测定每盆穗数，穗粒数，千粒重，并计算产量。

4. 光合荧光特性

采用Li-6400便携式光合作用测定仪（美国）测定Pn（净光合速率）、Tr（蒸腾速率）、Gs（气孔导度）。仪器采用开放式气路，CO₂浓度为385umol·L^-1左右，选择红蓝光源叶室，设定光合有效辐射为1200umol·m^-2·s^-1。每处理五片生长状态一致的顶展叶，取所得同一参数的均值。以及通过光合仪测定CO₂响应曲线，通过曲线模拟，计算最大电子传递速率，最大羧化速率。

叶绿素荧光的测定与净光合速率同步，使用叶绿素荧光仪(PAM-2500，Effeltrich，Germany)选取同一叶片。最小与最大叶绿素荧光（F₀和F_m）在黑暗适应30分钟后测定。使用1200umol m^-2s^-1的活化光照射10min后测定稳态荧光（Fs），之后再施加一次强闪光，记录光适应下的最大荧光（F_m’），同时将叶片遮光暗适应3s后打开远红光，后测定光适应下的初始荧光F0’，计算光系统II的实际光化学效率（ΦPSII）。参数计算参照F_v/F_m=(F_m-F₀)/F_m，ΦPSII=(F_m’-F₀’)/F_m’。

技术路线

实验方案

试验地点：南京农业大学牌楼试验基地

研究材料：扬麦16

研究方法：采用人工气候室内的盆栽试验方法

孕穗期施纯镁110mg/桶，在花后灌浆期进行两个阶段高温处理，温度设置模拟昼夜24小时内日温变化，处理如下：

可行性分析

1.研究思路清晰

高温是影响小麦籽粒灌浆的重要气候灾害因子，全球气候变暖使得小麦灌浆期遭遇高温逆境的频率越来越高，严重影响小麦生长及产量形成。外源施镁显著缓解了高温胁迫对小麦生长的影响，对小麦籽粒产量有显著的提高效应。

2.研究条件完备

课题依托南京农业大学作物栽培学与耕作学国家重点学科、农业部作物生长调控重点开放实验室和农业部小麦区域技术创新中心，具有包括光合仪、荧光仪、流动分析仪、高效液相色谱仪等在内的一流仪器设备，以及良好的生产示范基地，可以满足本实验的需要。可较好满足本项目研究工作的需要。

3.研究方法可靠

本项目是在实验室前人研究基础上的进一步深入，盆栽试验方法已十分完善，试验测定方法也已经过优化，具有可行性。经过查阅文献和导师指导，试验方案经过多次修改和完善现已基本成熟，有理有据有意义。

4. 研究创新点

1.研究角度新颖

小麦灌浆期遭遇干热风和高温逼熟是现有小麦生产中存在的重要问题，可造成小麦减产40%以上，充足的镁供应对作物高温胁迫有显著的缓解作用。本项目从一个新的角度——叶绿体的重要组成因子镁，探讨高温胁迫条件下镁对小麦叶片光合功能的缓解效应，将镁营养与逆境胁迫结合并探索其机理，对于缓解逆境胁迫具有创新意义。

2.研究方法科学

5. 研究计划与进展

研究计划

2018.03-2018.05 进行盆栽试验管理、取样、室外分析工作

2018.06-2018.12室内分析第一阶段实验中所取样品