高温胁迫下施镁对小麦碳氮代谢和产量的影响开题报告

1. 研究目的与意义

小麦是我国主要的粮食作物之一，因此保障小麦产量稳定对于我国粮食安全具有重要意义。在小麦生长发育过程中，灌浆期是小麦产量形成极为重要的时期，籽粒灌浆适宜灌浆温度为20-24℃，最高温度是30-32℃。但近年来，随着全球气候变暖的加剧，极端高温事件发生的频率也在增加，这就导致我国小麦主产区容易发生高温危害，小麦籽粒灌浆期若遇超过30℃的短时高温，使小麦衰老加速，灌浆期缩短，导致小麦高温逼熟，产量降低，严重的地区和年份减产幅度可达30%以上，因此高温危害现已成为小麦高产、稳产的主要障碍因子之一。镁是植物生长的必需营养元素，近年来许多学者将镁列为仅次于n、p、k的植物第四大必需营养元素。镁在植物体内碳水化合物的合成与转运中起着重要作用。近年来，随着农业生产中肥料的大量应用和有机肥的减少，我国土壤酸化程度和面积越来越大，而ph偏低的土壤往往存在缺镁现象，白由路等人研究发现我国有54 %的土壤需要不同程度的补充镁素肥料。因此，农业生产中镁素的施用越来越受重视。碳水化合物是植物光合作用的主要产物，其中非结构性碳水化合物（如可溶性糖和淀粉）是植物新陈代谢的重要物质，也是光合作用的直接产物，其在植物体内的代谢直接影响植物生长和对外界环境的响应。环境温度的变化影响植物的碳水化合物代谢过程, 从而改变植物的生长发育。小麦叶片光合产物主要以蔗糖的形式存在并向外输出。高温胁迫下小麦植株器官中光合产物的积累和运输的平衡遭到破坏，田良才等指出高温胁迫对小麦的危害主要表现在光合作用效率的降低，呼吸作用增强，干物质积累减少，进而影响到植物的营养生长。olugbemi和bush（1987）研究温度对小麦旗叶和穗净光合影响时发现，由低温至高温处理，开花后光合期下降较多，从而大大影响了干物质生产。郑飞等研究发现高温胁迫初期，对高温的应激反应使小麦植株体内代谢系统的活动加强，物质的输出加剧；而当高温持续到一定时间，破坏了植株的正常代谢活动，物质输出受到严重阻碍，碳同化输出速度降低。高温胁迫不仅影响植株旗叶的光合性能而且影响光合产物的输出与向库器官的分配减少籽粒和韧皮部汁液中蔗糖含量，导致灌浆强度和粒重急剧下降。plaut等认为花后高温使光合作用降低，叶面积减少，籽粒干物重积累速率降低，导致粒重降低。

氮素的吸收利用直接影响小麦的生长发育，进而影响其产量和品质。小麦从土壤中吸收的无机氮主要有no₃^-和nh₄ 两种形态。no₃^-在植物根表皮细胞原生质膜载体的协助下进入根表皮细胞，通过木质部运输到叶片细胞。no₃^-在叶片硝酸还原酶的作用下形成no₂^-,硝酸还原酶活性是测定植物氮素代谢常用的生理指标。洪剑明等通过研究发现小麦灌浆期旗叶nr活性与籽粒产量、氮含量呈显著正相关。gs是叶绿体内氮同化途径的关键酶，其对氨基酸的初步合成以及来自光呼吸n的再动员n的再同化起重要作用。有研究标明，高温胁迫引起小麦叶片氮素含量降低。corbellinil m 等通过研究发现35-40℃的高温会显著影响植株不同部位蛋白质的积累。此外另有研究发现，灌浆前期高温胁迫导致蛋白质含量显著降低。

有研究表明，镁缺乏会影响rubisco活性，降低光合对co₂的固定。镁离子能调节rubp 羧化酶、pep 羧化酶的活性。此外植株镁缺乏还会抑制蔗糖向韧皮部的装载，导致老叶的干物重和可溶性碳水化合物将显著增加，而新生叶片的干物重和可溶性碳水化合物显著降低。zhao等研究表明h -atp 酶活性受损伤导致老叶片mg-atp 水平的降低可能是阻碍韧皮部运输光合产物的真实原因，同时新生叶中mg-atp 减少也可能导致其对碳水化合物的需求降低。此外镁是多种酶的辅助因子，而且，镁离子还参与蛋白质合成中氨基酸的活化过程，有研究表明，植物中大部分蛋白质的合成都需要镁离子的参与。镁离子可提高nr的活性水平。缺镁时，会抑制nr（硝酸还原酶）的活性，导致蛋白质合成受阻，蛋白质氮占总氮的比率下降。所以镁和植物的碳氮代谢过程直接相关。

2. 研究内容和预期目标

1、研究高温胁迫下镁对小麦碳氮代谢的影响。

2、阐明高温胁迫下镁缓解小麦籽粒灌浆碳氮代谢的生理机制。

3. 研究的方法与步骤

4. 参考文献

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30%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镁是mg-atp（影响韧皮部转运）的重要组成因子，探讨高温胁迫条件下镁对小麦叶片碳氮物质积累与转运的缓解效应，研究角度新颖。

2) 研究方法科学。应用人工气候室进行盆栽模拟试验，可以准确地获得小麦灌浆期遭遇的高温持续时间和温度，进而通过碳氮代谢光合产物运输淀粉、蛋白质合成籽粒灌浆这一技术途径开展研究，研究思路清晰可行。

3) 研究结果应用前景广阔。小麦是我国第三大粮食作物，其产量的稳定与提高有利于为我国粮食生产的安全，本项目从碳氮代谢角度明确外源镁供应对高温胁迫下籽粒灌浆的调控机理，能够为小麦实现高产、高效、安全的栽培措施提供理论依据和技术支撑，具有广阔的应用前景。

5. 计划与进度安排

1、2022年7月：主要完成毕业论文的选题工作，学习相关的知识并查阅参考文献，了解与此研究相关的国内外研究动态。

2、2022年8月至12月：完成相关文献资料的收集整理工作，制定研究方案，进行样品处理及相应指标的测定与分析。

3、2022年1月至2022年2月：查阅相关文献，学习掌握sigmaplot软件，运用sas软件等初步分析所获得的数据并作图；根据试验结果分析高温胁迫下外源镁对小麦碳氮代谢的影响；阐明高温胁迫下镁缓解小麦籽粒灌浆碳氮代谢的生理机制。