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未来气候变化伴随着CO2浓度、温度的升高及部分地区干旱的加剧。小麦（Triticum aestivum L.）是我国重要的粮食作物,研究小麦对未来气候变化主要因子响应机制具有重要意义。本研究以冬小麦品种旱选3号和烟农19为试材,利用开顶式气室（OTC）模拟未来CO2浓度和温度升高的水旱环境以及当前气候环境条件下的水旱环境,共设置4个处理:常温+正常CO2浓度+灌溉（NT+NC+WW）,常温+正常CO2浓度+干旱（NT+NC+DS）,高温+高CO2浓度+灌溉（HT+HC+WW）,高温+高CO2浓度+干旱（HT+HC+DS）。每个处理下设置4个播期,比较分析4个处理下不同播期的光合、农艺及产量相关性状,确定当前以及未来气候环境背景下的最佳播期。在OTC室设置四个处理:高温+高CO2浓度+灌溉（HT+HC+WW）,高温+高CO2浓度+干旱（HT+HC+DS）,高温+正常CO2浓度+灌溉（HT+NC+WW）,高温+正常CO2浓度+干旱（HT+NC+DS）,于最佳播期播种,比较分析灌浆期间旗叶光合、农艺及产量相关性状,探讨CO2浓度、水分及互作影响小麦生长发育的生理机制。对烟农19不同环境下抽穗期、花后23d的旗叶进行转录组测序,筛选不同CO2浓度和水分条件下的差异表达基因,初步解析小麦响应未来主要气候变化因子的分子机制。主要研究结果如下:1.通过对不同环境下农艺及产量相关性状、SPAD、光合参数、叶绿素荧光参数的综合分析,发现不论水分条件如何,当前气候条件下,小麦的最佳播期为10月上中旬（10月11日前后）;而未来气候环境下,小麦的最佳播期为10月下旬（10月24日-10月29日）。2.综合分析CO2浓度、水分及互作对两个品种农艺和产量相关性状的影响,发现CO2浓度对穗长、结实小穗数、有效分蘖数和经济产量均有显著影响,水分对株高、千粒重、有效分蘖数、生物产量、经济产量有显著影响;CO2浓度与水分互作对经济产量有显著影响。3.OTC室高温环境下,高CO2浓度影响小麦的各个生长发育阶段,从返青到成熟各个生长发育阶段均提前,生育期缩短,提早成熟1-11 d;干旱使两个品种提早成熟3-13 d;高CO2浓度/干旱互作下,与正常CO2浓度/灌溉相比较,两个品种成熟期提前10-14 d。4.OTC室高温环境,灌溉条件下,高CO2浓度处理的WUE显著大于正常CO2浓度处理;干旱条件下,高CO2浓度处理的Ci、WUE均显著大于正常CO2浓度处理。不论水分条件如何,高CO2浓度处理的Gs显著小于正常CO2浓度处理。相同CO2浓度条件下,干旱处理的SPAD、Pn、Tr、Gs、Ci均显著小于灌溉处理。CO2浓度与水分的互作效应并不显著。5.OTC室高温环境,灌溉条件下,高CO2浓度处理的qp、Fv’/Fm’均显著大于正常CO2浓度处理;干旱条件下,高CO2浓度处理的Fv/Fm、ETR均显著大于正常CO2浓度处理。不论水分条件如何,高CO2浓度处理的NPQ显著小于正常CO2浓度处理。相同CO2浓度条件下,干旱处理的qp显著小于灌溉处理。CO2浓度与水分的互作效应并不显著。6.分析抽穗期灌溉条件下高CO2浓度与正常CO2浓度相比的DEGs,发现编码β-呋喃果糖苷酶（INV）的基因上调表达;而编码1,5-二磷酸核酮糖羧化酶（Rubisco）的基因下调表达。表明灌溉条件下,高CO2会使小麦在抽穗期即营养生长转向生殖生长的过程中,减少碳固定,降低光合能力,但会分解更多的单糖并释放能量来维持这一过程。7.分析花后23d灌溉条件下,高CO2浓度与正常CO2浓度相比的DEGs,发现编码1,4-α-葡聚糖分支酶（GBE）、光系统Ⅰ亚基、光系统Ⅱ蛋白、细胞色素c6、铁氧还蛋白（Fd）、质体蓝素（PC）、捕光叶绿素a/b结合蛋白复合体（LHCB）、二氢硫辛酰胺脱氢酶（DLD）、超氧化物歧化酶（SOD）、热激蛋白（HSPs）等相关基因上调表达;编码INV、海藻糖6-磷酸合酶（TPS）、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）等的相关基因下调表达。表明灌溉条件下,高CO2会使小麦光合能力增强,光合产物增多,光能利用率提高,糖酵解作用受到促进,活性氧的积累减少,抗逆增强;糖异生作用受到抑制,蔗糖分解为果糖的能力下降,海藻糖的合成减少。8.分析花后23d干旱条件下,高CO2浓度与正常CO2浓度相比的DEGs,发现编码INV、蔗糖合酶（SUS）、光系统Ⅰ亚基、光系统Ⅱ蛋白、细胞色素b6、Fd、LHCB、6-磷酸果糖激酶-1（PFK1）、果糖二磷酸醛缩酶（FBA）、抗坏血酸过氧化物酶（Apx）、SOD、过氧化氢酶（CAT）、HSPs等相关基因上调表达;编码己糖激酶（HK）、1,6-二磷酸果糖磷酸酶（FDP）、谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、过氧化物酶（POD）等相关基因下调表达。表明干旱条件下,高CO2浓度会使蔗糖分解为葡萄糖和果糖的能力提高,合成淀粉的能力增强,光合能力增强,光能利用率提高,可溶性糖的积累和叶绿素的合成增多;叶片的氧化伤害减轻,抗逆性增强。9.分析花后23d高CO2浓度条件下,干旱与灌溉相比的DEGs,发现编码INV、SUS、海藻糖6-磷酸磷酸酶（TPP）、1,4-α-葡聚糖分支酶（GBE）、淀粉合酶（SS）、光系统Ⅰ亚基、光系统Ⅱ蛋白、细胞色素b6、Fd、LHCB、HK、PFK1、FBA、丙酮酸脱羧酶复合物（PDHC）、乌头酸酶（ACO）、苹果酸脱氢酶（MDH）、HSPs等相关基因上调表达;编码丙酮酸激酶（PK）、GSTs、Apx、SOD、PAL、POD相关基因下调表达。表明高CO2浓度下,干旱会使得小麦蔗糖分解为果糖和葡萄糖的能力增强,合成淀粉的能力增强,糖异生作用会受到促进,叶片的氧化伤害减轻,促进可溶性糖的积累和叶绿素的合成;抑制糖酵解作用,活性氧积累增多,膜脂过氧化,降低抗逆性。10.分析花后23d正常CO2浓度条件下,干旱与灌溉相比的DEGs,发现编码GBE、LHCB、光系统Ⅱ蛋白等相关基因上调表达;编码TPS、TPP、α-酮戊二酸脱氢酶复合体（OGDC）、GSTs、Apx等相关基因下调表达。表明正常CO2浓度条件下,干旱会使合成淀粉的能力及光合能力增强,光能利用率提高;蔗糖分解为果糖的能力下降,海藻糖的合成减少,抗逆性减弱,TCA循环减弱,清除活性氧速度减慢,活性氧积累增多,降低抗逆性。