The Crop Journal | 河南农业大学王晨阳课题组揭示水氮亏缺降低小麦叶片光合能力的生理机制

水分和氮素是影响小麦生长发育和决定产量高低的主要因素。水氮亏缺削弱小麦植株光合能力并导致产量下降。然而，水氮亏缺降低小麦旗叶光合能力的生理机制尚不清楚。

近日，河南农业大学王晨阳研究员团队在The Crop Journal在线发表了题为“Physiological mechanisms underlying reduced photosynthesis in wheat leaves grown in the field under conditions of nitrogen and water deficiency”的研究论文，以大田小麦全生育期灌2水和施纯氮240 kg ha−1为对照，设置了灌水不施氮、施氮不灌水和不施氮不灌水的水氮单一和复合亏缺处理，采用生理指标测定（图1）与iTRAQ蛋白质组学技术，解析了水氮亏缺降低小麦光合作用的生理与分子机制。

研究发现，106个光合蛋白参与了水氮亏缺响应。其中，氮素亏缺、水分亏缺和复合亏缺下分别有25、75和48个光合蛋白丰度发生了显著变化；单一氮素亏缺处理中的差异蛋白在复合亏缺处理中亦有相似的表现。水分亏缺所引起的差异光合蛋白最多，这可能是导致旗叶光合能力显著下降和千粒重最低的主要原因。单一水分亏缺和复合亏缺处理中多数ATP、NADPH相关蛋白丰度的变化造成了ATP/NADPH比值不平衡（图2），进而改变了卡尔文循环碳代谢途径（图3），并显著降低了小麦光合能力。

研究还发现，单一氮素亏缺可促进光呼吸（图4），单一水分亏缺则抑制光呼吸，而水氮复合亏缺能抑制光呼吸通量并增强氮循环。比较不同试验地点间的差异表达光合蛋白，发现小麦生育期间降雨量可通过影响光反应中的线性电子传递链而改变植株光合效率。该研究结果为进一步探究小麦光合蛋白响应水氮亏缺的功能及其对粒重的影响提供了重要依据。

作者和基金项目

河南农业大学博士研究生康娟和已毕业硕士研究生褚莹莹为该文共同第一作者，王晨阳研究员为通信作者。该研究得到国家重点研发计划项目（2018YFD0300707，2016YFD0300105）和河南省小麦产业技术体系（S2010-01-G07）的资助。王晨阳研究员领衔的小麦栽培生理生态研究团队主要从事小麦优质高产、资源高效及抗逆减灾机制与调控技术方面的研究工作，相关研究结果发表在Field Crops Research、European Journal of Agronomy、Food Research International、Land Degradation & Development、《作物学报》、《中国农业科学》等学术期刊上。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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