氯化胆碱与海藻糖协同赋能：低温下小麦生长发育的调控密码.docxVIP

氯化胆碱与海藻糖协同赋能：低温下小麦生长发育的调控密码

一、引言

1.1研究背景与意义

小麦作为全球最重要的粮食作物之一，其产量和品质直接关系到全球粮食安全和人类福祉。中国是小麦生产和消费大国，小麦在保障国家粮食安全中占据着举足轻重的地位。然而，小麦生长过程中面临着诸多挑战，其中低温胁迫是影响小麦产量和品质的重要环境因素之一。在小麦的生长周期中，常常会遭遇不同程度的低温天气，如倒春寒、冬季寒潮等。这些低温事件会对小麦的生长发育产生严重的负面影响，导致小麦减产甚至绝收。

低温对小麦生长的危害是多方面的。在生理层面，低温会降低小麦细胞的活性，使细胞膜的流动性和通透性发生改变，影响细胞的正常生理功能。同时，低温还会抑制小麦体内各种酶的活性，从而影响小麦的光合作用、呼吸作用、物质代谢等生理过程。例如，低温会使小麦叶片的光合酶活性降低，气孔关闭，二氧化碳供应不足，导致光合作用减弱，光合产物减少，影响小麦的生长发育；还会使小麦的呼吸作用出现紊乱，呼吸速率异常升高或降低，消耗过多的有机物质，进一步削弱植株的生长能力。在形态结构上，低温会导致小麦叶片干枯、发黄，甚至坏死，影响叶片的光合作用和蒸腾作用。低温还会影响小麦的根系生长，使根系发育不良，吸收水分和养分的能力下降。在产量和品质方面，低温会使小麦的穗分化受到影响，导致穗粒数减少，千粒重降低，从而影响小麦的产量。低温还会使小麦的蛋白质含量、淀粉含量等品质指标发生变化，影响小麦的加工品质和食用品质。如在小麦拔节期遭遇低温，幼穗可能会发育受阻或畸形，甚至冻死，直接影响小麦的成穗率和结实率，降低产量；在灌浆期遭遇低温，则会使灌浆速度减慢，籽粒不饱满，千粒重下降，同时还可能导致小麦的蛋白质含量降低，影响面粉的加工性能。

为了应对低温胁迫对小麦生长的危害，提高小麦的抗寒性和产量，研究人员一直在寻找有效的调控措施。植物生长调节剂作为一种能够调节植物生长发育的化学物质，在提高小麦抗寒性和产量方面具有巨大的潜力。氯化胆碱和海藻糖作为两种重要的植物生长调节剂，近年来受到了广泛的关注。

氯化胆碱是一种水溶性维生素类物质，也是一种重要的植物生长调节剂。它能够促进植物的光合作用，提高光合效率，增加光合产物的积累。通过促进细胞分裂和伸长，氯化胆碱还能加快作物的生长速度，使茎秆更加粗壮，叶片更大更厚，增强作物的抗倒伏能力。相关研究表明，在小麦孕穗期喷施氯化胆碱，可促进小穗分化，多结穗粒，灌浆期喷施则能加快灌浆速度，使穗粒饱满，千粒重增加2-5克。在干旱条件下，氯化胆碱的应用还可以显著提高作物的耐旱能力，减少水分流失，确保作物在恶劣环境下依然能够健康成长。其作用机制主要是通过激活植物光合作用的关键酶，促进植物吸收和转化光能，提高光合效率；被植物的茎、叶、根吸收后，氯化胆碱迅速传导到作用部位，增加叶片叶绿素含量，促进二氧化碳的固定和同化，提高叶片光合速率，进而增加碳水化合物、蛋白质和叶绿素等有机物的积累。氯化胆碱还能促进根系发育，增加根系数量和长度，提高根系吸收能力；提高超氧歧化酶的活性，降低植物体内活性氧的积累，减轻氧化损伤，维持细胞正常生理功能。

海藻糖是一种非还原性双糖，广泛存在于自然界中的许多生物体内。在植物中，海藻糖不仅是一种重要的碳水化合物，还在植物的生长发育和抗逆过程中发挥着关键作用。海藻糖被誉为植物的“生命之糖”，在植物应对干旱、高温、低温和盐碱等非生物胁迫中发挥着重要作用。它可以有效地保护膜和蛋白质结构，维持细胞渗透压，防止细胞内营养成分流失，从而维持细胞正常的生命结构。在低温胁迫下，海藻糖能够调节植物的生理代谢过程，增强植物的抗寒性。一方面，海藻糖具有显著的抗氧化能力，能够直接清除植物体内因低温胁迫产生的大量活性氧，如对过氧化氢（H?O?）和超氧阴离子（O??）具有直接的清除作用，且清除率具有浓度依赖性，50mM海藻糖的清除率最大；还能激活植物体内的抗氧化酶系统，如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）等，增强植物对活性氧的清除能力，减少氧化损伤。另一方面，海藻糖是一种有效的渗透调节物质，能够提高细胞的渗透压，减缓细胞水势，从而降低细胞失水率，维持细胞的膨压和正常生理功能，帮助植物在低温环境下保持细胞的正常形态和功能。海藻糖还可以通过调节植物激素的信号转导来影响植物的生长发育，如参与脱落酸（ABA）、生长素等激素信号通路的调控，从而影响植物对环境胁迫的响应。

尽管氯化胆碱和海藻糖在调控小麦生长发育和提高抗寒性方面具有重要作用，但目前关于它们在低温条件下对小麦生长发育的调控效应及作用机制的研究还不够系统和深入。不同浓度的氯化胆碱和海藻糖对小麦生长发育的影响存在差异，二者复配使用时的最佳配比以及对小麦抗寒性和产量的协同调控效应也有待进一步明确。深入研究低温下氯