《Plant Stress》：Integrated Physiological, Hormonal, and Metabolic Mechanisms Regulating Wheat Yield Quality under Combined Drought and Heat Stress
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本研究针对灌浆期干旱(HT)和高温(DT)复合胁迫制约小麦产量和品质的关键问题，通过比较野生型(WT)和叶绿素b缺陷突变体(ANK32B)，系统揭示了光合碳分配、蔗糖代谢关键酶(SPS/SS)活性与激素(ABA/GA)网络的协同调控机制。研究发现WT通过协调ABA上升20.83%和GA上升63.63%的激素响应，维持蔗糖合成能力，使复合胁迫下产量损失(24.65%)显著低于ANK32B(14.36%)，为抗逆育种提供了新靶点。
随着全球地表温度近几十年显著上升（2024年已较工业化前水平升高1.55℃），高温事件与干旱频发已成为威胁小麦生产的主要非生物胁迫。灌浆期的干旱和高温胁迫不仅造成小麦减产，更严重制约籽粒加工品质的形成。然而，目前对干旱-高温复合胁迫下小麦品质形成的生理代谢机制尚不明确，特别是不同基因型在蔗糖代谢、激素调控和源库关系方面的响应差异仍有待揭示。
为解析这一科学问题，中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土保护与利用重点实验室的研究团队在《Plant Stress》发表了最新研究成果。该研究以野生型小麦(WT)和其叶绿素b缺陷突变体(ANK32B)为材料，设置对照(CK)、干旱(DT)、高温(HT)及干旱-高温复合胁迫(DHT)四种处理，系统探究了灌浆期胁迫对小麦产量形成、光合特性、蔗糖代谢关键酶活性、内源激素动态及籽粒蛋白质组成的调控网络。
研究采用温室盆栽控制试验，通过定时监测土壤体积含水量（TDR技术）和温湿度参数确保胁迫精度。关键检测技术包括：光合参数测定（便携式光合仪）、叶绿素荧光（OJIP曲线分析）、碳水化合物含量测定（蒽酮比色法、葡萄糖氧化酶法等）、蔗糖代谢关键酶（SPS、SS、AI、NI）活性检测、内源激素（ABA、GA、IAA、CTK）ELISA检测、籽粒蛋白质组分分级提取（清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白）及面团流变学特性分析（粉质仪、拉伸仪）。
3.1 籽粒产量
复合胁迫导致WT和ANK32B的千粒重分别降低24.65%和14.36%，且WT在穗粒数和结实率方面均显著高于突变体。表明WT通过维持更强的库强能力缓解了胁迫造成的同化物流限制。
3.2 光合作用
DHT胁迫下ANK32B的净光合速率(Pn)降幅超30%，SPAD值降低42.89%，且非气孔限制成为主要因素。WT则通过维持较高的光化学效率(Fv/Fm)和蒸腾冷却能力，表现出更强的光合稳定性。
3.3 碳水化合物代谢
WT叶片在DHT下蔗糖积累量显著提高（2.79 mg g-1），而ANK32B各组织蔗糖均呈下降趋势。WT茎秆淀粉在DT下降低40.41%，显示其具备更强的碳水化合物再动员能力。
3.4 酶与激素
WT在DHT下ABA和GA分别上升20.83%与63.63%，且SPS/SS活性保持稳定；ANK32B则出现激素全面抑制与SS活性显著下降。表明激素-酶代谢网络的协同调控是基因型差异的关键。
3.5 蛋白质与淀粉
WT在胁迫下清蛋白和醇溶蛋白积累增加(DHT>HT>DT)，而ANK32B在DHT下这两类蛋白分别降低37.47%和18.80%。淀粉组分中，WT的直链淀粉在DT下降59.40%，而ANK32B在DHT下降幅最大(50.41%)，反映基因型特异的碳氮分配策略。
3.6 流变学特性
WT的面团稳定时间和粉质质量指数(FQN)在DHT下显著降低，而ANK32B的湿面筋含量在HT下降最明显。表明品质性状对胁迫类型的响应存在基因型特异性。
研究通过相关性分析进一步揭示，光合参数(Pn, Fv/Fm)、蔗糖代谢酶(AI, NI)与激素(ABA, GA)间存在显著正相关，证实了“光合作用-蔗糖转运-激素信号-品质形成”的级联调控网络。该研究首次从生理激素-代谢整合角度阐明了小麦应对复合胁迫的基因型分化机制：WT通过协调ABA介导的胁迫信号与GA促进的库强维持能力，实现蔗糖高效分配与品质部分保全；而ANK32B因叶绿素缺陷导致光系统损伤，进而引发激素抑制和碳分配紊乱。该研究为培育抗逆优质小麦品种提供了理论依据和关键靶点，对应对气候变化下的粮食安全保障具有重要意义。
