【摘 要】
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受人类活动影响,大气CO2浓度持续升高,进而导致气温升高。小麦是我国重要的粮食作物,小麦产量及品质除受品种遗传性、栽培措施等因素影响外,还受到生态环境条件的制约。本试验以小麦品种“良星99”和“中科2011”为材料,利用山西农业大学试验基地控制气室,设置四个环境处理,分别为CK（环境CO2浓度,环境温度）、EC（环境CO2浓度+200μmol/mol,环境温度）、ECT（环境CO2+200μmol
【基金项目】
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国家自然基金面上项目（31971773）； 山西省基础研究计划青年科学研究项目（20210302124656）； 山西农业大学省部共建有机旱作农业国家重点实验室自主研发项目（202105D121008-3-7）； 山西省高等学校科技创新项目（2021L111）；
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受人类活动影响,大气CO2浓度持续升高,进而导致气温升高。小麦是我国重要的粮食作物,小麦产量及品质除受品种遗传性、栽培措施等因素影响外,还受到生态环境条件的制约。本试验以小麦品种“良星99”和“中科2011”为材料,利用山西农业大学试验基地控制气室,设置四个环境处理,分别为CK（环境CO2浓度,环境温度）、EC（环境CO2浓度+200μmol/mol,环境温度）、ECT（环境CO2+200μmol/mol,环境温度+2℃）和ET（环境CO2浓度,环境温度+2℃）,于2020年和2021年进行盆栽试验,通过研究大气CO2浓度和温度升高对两品种小麦光合生理、碳氮相关代谢产物及关键酶活性、产量构成因素的影响,结合小麦光合作用和碳氮相关代谢关键酶基因表达量的变化,综合分析大气CO2浓度和温度升高条件下小麦碳氮代谢的影响机理,拟为未来气候变化背景下小麦生产提供理论依据。本试验主要结果如下:1.CO2浓度和温度升高均显著提高了拔节期小麦旗叶光合色素含量,而对开花期和灌浆期光合色素含量有显著的降低作用。CO2浓度和温度同时升高对小麦各生育时期光合色素含量没有显著的影响。此外大气CO2浓度升高和气温升高均显著提高了小麦净光合速率（PN）,而大气CO2浓度升高可以缓解气温升高条件下小麦水分利用效率（WUE）的降低。2.随着生育进程的推进,小麦旗叶可溶性糖和蔗糖含量呈现“逐渐升高”的趋势。大气CO2浓度升高显著提高了灌浆期小麦旗叶可溶性糖、蔗糖及淀粉含量,蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性也显著升高。温度升高降低了灌浆期小麦旗叶可溶性糖、蔗糖等碳水化合物的合成和积累,蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶活性也显著下降。同时升高CO2浓度可以缓解灌浆期因气温升高导致的小麦碳水化合物含量的下降和糖类合成关键酶活性的降低。3.大气CO2浓度升高显著降低了拔节、开花和灌浆期小麦旗叶硝酸还原酶活性,同时升高温度小麦叶片硝酸还原酶活性降幅减小。而大气CO2浓度和温度升高对小麦旗叶谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶活性的影响在开花期前后表现不一致。花前大气CO2浓度和温度升高提高了小麦旗叶谷氨酰胺合成酶活性,温度升高对此没有显著影响。花后温度升高对小麦旗叶谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合酶活性有显著的降低作用,同时升高CO2浓度可以缓解高温对小麦叶片谷氨酸合酶活性的负效应。4.大气CO2浓度升高和温度升高均下调了灌浆期小麦旗叶线粒体ATP-β亚基基因（Ta PATPase-β）和光系统Ⅱ反应中心D1蛋白基因（Ta D1）等光合作用相关基因、碳代谢相关蔗糖合成酶（Ta SUS）和蔗糖磷酸合成酶基因（Ta PFP）和氮代谢相关硝酸还原酶（Ta NR）和谷氨酸合酶基因（Ta GOGAT）等基因表达量。CO2浓度和温度同时升高对灌浆期小麦旗叶光合作用及碳氮代谢关键酶基因表达量有协同降低作用。5.大气CO2浓度升高提高了两品种小麦株高、茎粗等形态指标和单位面积穗数、千粒重等产量构成因素,进而提高了小麦生物量和产量。而温度对小麦株高有降低作用,单位面积穗粒数和千粒重在高温下也显著下降,基本抵消了CO2浓度升高对小麦生物量和产量的增效作用。总体来看,CO2浓度升高和温度升高对小麦生育前期光合作用和碳氮代谢促进作用较为明显;而生育后期高温不利于小麦叶片碳水化合物的积累,同时也影响了蔗糖合成酶和谷氨酰胺合成酶等碳氮代谢关键酶活性,进而影响生物量和产量。CO2浓度升高可以缓解生育后期高温对小麦叶片碳氮代谢的负效应,但生育后期高温基本抵消了CO2浓度升高对小麦生物量和产量的增效作用。
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