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外源NO：解锁水分亏缺下小麦叶片光合潜能的密钥

一、引言

1.1研究背景与意义

小麦（TriticumaestivumL.）作为全球最重要的粮食作物之一，为超过三分之一的世界人口提供主食来源，在保障全球粮食安全方面发挥着举足轻重的作用。在中国，小麦的种植历史源远流长，可追溯至新石器时代，历经数千年的发展，已成为国内主要的粮食作物之一，尤其在北方地区，小麦是人们日常生活中不可或缺的主食，馒头、面条等各类面食均以小麦面粉为主要原料。小麦的稳定生产不仅关系到民众的温饱问题，更对国家的粮食安全战略意义重大，其产量和质量的波动直接影响着农产品市场的稳定以及国家的经济发展。

然而，随着全球气候变化的加剧，干旱、高温、低温等极端天气事件频繁发生，对小麦的生长发育和产量构成了严重威胁。其中，水分亏缺是影响小麦生产最为普遍且严峻的环境胁迫因素之一。据统计，全球约有40%的耕地面临不同程度的缺水问题，而小麦作为主要种植在干旱和半干旱地区的作物，极易受到水分亏缺的影响。水分亏缺会导致小麦植株生长迟缓、叶片枯黄、根系发育不良，进而影响其光合作用、呼吸作用、物质运输等一系列生理生化过程，最终导致小麦产量大幅下降。相关研究表明，在水分亏缺条件下，小麦的产量损失可达30%-70%，严重制约了小麦产业的可持续发展。

光合作用是小麦生长发育和产量形成的基础，是植物利用光能将二氧化碳和水转化为有机物质并释放氧气的过程。在水分亏缺条件下，小麦叶片的光合能力会受到显著抑制，主要表现为气孔导度降低、光合色素含量减少、光合电子传递受阻以及碳同化关键酶活性下降等。气孔导度的降低限制了二氧化碳的进入，使得光合作用的底物供应不足；光合色素含量的减少削弱了叶片对光能的捕获和传递能力；光合电子传递受阻影响了光能向化学能的转化效率；碳同化关键酶活性下降则直接导致二氧化碳的固定和还原过程受到抑制，这些因素共同作用，使得小麦叶片的光合速率大幅下降，进而影响了小麦的生长发育和产量形成。因此，如何提高水分亏缺条件下小麦叶片的光合能力，成为了农业领域亟待解决的关键问题。

一氧化氮（NitricOxide，NO）作为一种广泛存在于生物体内的气体活性分子，近年来在植物科学领域受到了广泛关注。研究发现，NO在植物的生长发育、种子萌发、开花结果、衰老凋亡以及对生物和非生物胁迫的响应等诸多生理过程中均发挥着重要的调节作用。在植物应对非生物胁迫方面，NO表现出了显著的缓解效应，能够增强植物对干旱、高温、低温、盐害、重金属胁迫等逆境的耐受性。例如，在干旱胁迫下，外源NO处理可以提高植物的抗氧化酶活性，增强其清除活性氧的能力，从而减轻氧化损伤；还可以调节植物的气孔运动，降低蒸腾速率，提高水分利用效率，维持植物体内的水分平衡。在小麦的研究中，也有报道表明外源NO能够缓解干旱胁迫对小麦幼苗生长的抑制作用，提高其根系活力和渗透调节能力。然而，目前关于外源NO对水分亏缺下小麦叶片光合能力的调控效应及其作用机制的研究仍相对较少，且存在诸多争议，亟待深入探究。

本研究旨在系统地探讨外源NO对水分亏缺下小麦叶片光合能力的调控效应及其作用机制，通过研究不同浓度外源NO处理对水分亏缺下小麦叶片光合色素含量、光合气体交换参数、光合电子传递效率、碳同化关键酶活性以及抗氧化系统等方面的影响，揭示外源NO提高小麦光合能力的内在机制，为小麦的抗逆栽培和高产优质生产提供理论依据和技术支持。这不仅有助于深入理解植物在逆境条件下的光合调控机制，丰富植物生理学的理论知识，还具有重要的实践意义，能够为农业生产中应对干旱胁迫提供有效的技术手段，对于保障小麦的稳定生产和国家粮食安全具有重要的现实意义。

1.2国内外研究现状

水分亏缺对小麦光合影响的研究一直是农业领域的重点。大量研究表明，水分亏缺会显著降低小麦叶片的光合速率。当小麦遭受水分亏缺时，气孔导度会迅速下降，限制了二氧化碳向叶片内部的扩散，进而导致光合速率降低。如学者[具体学者姓名]通过对不同水分处理下小麦的研究发现，随着水分亏缺程度的加剧，小麦叶片的气孔导度呈线性下降，光合速率也随之大幅降低。水分亏缺还会影响光合色素的合成与稳定性，使叶绿素含量减少，降低叶片对光能的捕获和转化能力。相关实验表明，在干旱胁迫下，小麦叶片的叶绿素a和叶绿素b含量均显著下降，导致光能吸收和传递受阻，进而影响光合电子传递和碳同化过程。水分亏缺还会对光合电子传递链中的关键蛋白和酶产生负面影响，阻碍光合电子的传递，使光合作用的能量供应不足。

关于外源NO在植物抗逆尤其是对小麦光合作用的研究也取得了一定成果。研究发现，外源NO可以通过调节植物体内的抗氧化系统，减轻水分亏缺等逆境胁迫下活性氧的积累，从而保护光合器官，维持光合作用的正常进行。在干旱胁迫下，