[发明专利]一种原位定量无损检测小麦穗光合贡献率的方法

说明书

本发明提供了一种原位定量无损检测小麦穗光合贡献率的方法，包括以下步骤：标记、套袋充¹³CO₂、测量、计算。本发明依据小麦穗器官具有光合作用能力的科学事实，提供了一种原位定量无损检测小麦穗光合贡献率的方法，利用本方法，以小麦旗叶为对照，利用¹³CO₂对小麦穗和功能旗叶分别进行标记，测定小麦穗和旗叶的同化能力，能计算出小麦穗对籽粒产量的贡献率。测量结果将为小麦高产品种培育与筛选以及配套栽培技术提供理论依据。也可用于定量检测小麦穗以及叶片以外其余非叶光合器官（穗下节间、旗叶鞘等）的光合作用贡献；还可用于检测除小麦以外的其他作物不规则光合器官光合作用的贡献。

技术领域

本发明涉及植物生理研究领域，具体涉及一种原位定量无损检测小麦穗光合贡献率的方法。

背景技术

近年来，为突破产量限制、寻求高产与抗逆相结合的途径，挖掘和利用作物整株的光合潜力和光合资源成为重要研究方向。除了叶片以外，小麦穗部的颖片、外稃、内稃和芒以及茎秆等非叶绿色器官，均含有叶绿体，同样具有光合作用的能力(Edwards et al.，1983；Blanke et al.，1989；Kong et al., 2011)。小麦花后叶片生理功能逐步衰退，穗等非叶器官的冠和面积此时在整株中占有较大的比例，可以补偿生育后期因绿叶面积减少而造成的灌浆物质不足，并且具有时空结构和生理机能的多方面的优势。非叶器官对籽粒产量具有重要贡献，因而引起关注。

小麦的穗器官位于整株植物的顶部，暴露在高光密度的位置，有利于截获光能。穗部的颖片、内稃、外稃和芒等部分，不仅具有光合作用的功能，而且具有旱生植物结构，具有较高的蒸腾速率，还可以保护籽粒免受强光的伤害。穗器官所处的空间位置不仅有利于吸收空气中的CO₂，包在籽粒外面的结构可以再利用籽粒呼吸释放的大量CO₂，并使籽粒所在处微环境的湿度和温度保持在适宜范围内。包裹在籽粒外的各部分在结构上都与籽粒果皮存在密切的联系，便于光合产物向库(果实)的就近运输，因而在籽粒形成中起到了举足轻重的作用。

Tambussi等(2005，2007)综述了小麦穗及其组成部分光合对籽粒产量的作用, 以及在水分胁迫下的优势。Ashcan和Pfanz (2003)认为小麦的非叶器官是额外的碳源。Zhou等(2016)则认为穗是不仅小麦植株的碳源,也是氮源,对籽粒产量具有重要贡献。Maydup等(2010)利用去叶、遮阴以及抑制PSII受体的方法研究发现穗对籽粒产量的贡献大于叶片,这与Sanchez-Bragado等(2014)的结论一致。Maydup等(2010)还认为品种穗的特征(如芒的长短)影响穗对籽粒产量的贡献率,而魏爱丽和王志敏(2001)则认为穗对粒重的贡献因穗面积增大而减小。Wang等(2016)在小麦开花后7天采用锡箔纸包穗,直至成熟,认为穗对我国北方水浇地和旱地小麦籽粒产量贡献分别为33.6%~64.5%和32.2%~57.2%。我们之前的试验中采用传统的包穗包茎剪叶方法,对各籽粒同化物来源的贡献进行了定量分析。穗部和叶片是籽粒产量的主要贡献者,其中,叶片的贡献为42.41%~44.97%,穗为17.77%~47.36%。叶片和穗是最终籽粒产量的贡献主体,为85.04%~90.06%。穗在植株顶部,受光条件好,且具有高效光合功能,同时由于光合产物的“就近运输”原则,穗部的光合产物大多直接转运到籽粒当中。并且相较于穗下节间、旗叶和旗叶鞘,穗部光合产物运输到籽粒中的距离最短,转运效率大大提高。

试验时期不同，测定的穗对籽粒产量的贡献率结果不同。我们之前在灌浆中期进行包穗包茎处理结果表明,叶片对籽粒贡献最大,穗部对籽粒产量形成的贡献率较开花期大大降低,来自于茎秆和叶鞘的贮存物质的转运以及叶鞘的光合的贡献率增加。这是由于与开花期相比,穗中的籽粒已经充实大半,该方法计算出来的是灌浆中期至成熟期阶段穗对籽粒产量的贡献,而且灌浆中后期,小麦穗叶绿素含量下降最多,因此光合功能下降。上述遮阴、包穗等处理会相应的影响到植株其他器官的光合，使其他光合器官产生一定的补偿效应,同时也会影响到同化物的运输，因此由于试验条件的限制,目前还没有报道定量计算补偿效应的方法。