干旱胁迫对不同蜡质含量小麦近等基因系光合性能的影响

发布时间：2020-06-07 15:09

【摘要】：小麦是世界上种植最广泛的作物之一,占谷物种植面积的30%,全球35%~40%的人口以小麦为主食。然而,小麦也是需水量相当大的作物,冬小麦生长季节正值降水稀少的时期,干旱灾害频发,对小麦的产量影响巨大。研究发现,植物表皮蜡质与抗旱性之间存在着极为密切的关系。为了探讨叶片蜡质含量对小麦抗旱性的影响,本研究以四个蜡质含量不同的小麦近等基因系:多蜡质品系JM205、JM208和少蜡质品系JM204、JM206为实验材料,采用田间旱棚方式控制土壤水分,探究干旱条件下小麦蜡质结构的变化以及蜡质含量与小麦叶片水分散失、光合特性变化等的关系。为探究蜡质小麦的抗旱能力,在人工气候室采用逐渐干旱的方式测定了不同土壤相对含水量下小麦旗叶的水势、气体交换参数及叶绿素荧光参数。田间实验结果显示,在正常浇水条件下多蜡质小麦JM205表面蜡质明显高于少蜡质小麦JM204,干旱处理以后多蜡质小麦和少蜡质小麦表面蜡质都明显增加。旗叶正面与背面结构不相同,正面主要是线状结构,无序的分布在气孔周围,而背面主要为垂直片层状和柱状,蜡质整齐,但同样也分布在气孔周围。同一品系旗叶背面比正面的蜡质多。在正常浇水条件下,多蜡质品系与少蜡质品系旗叶水势和光合速率差异不明显;干旱胁迫处理以后,多蜡品系与少蜡品系旗叶水势和光合均降低,但少蜡品系降低幅度较大。盆栽实验表明,在正常浇水条件下多蜡质品系JM205和少蜡质品系JM204旗叶水势无显著差异。随着干旱时间的延长,多蜡质品系和少蜡质品系的旗叶水势逐渐下降,但是少蜡的品系下降更快,特别是在处理第3天到第5天,土壤相对含水量由49%降至32%,多蜡品系JM205和少蜡质品系JM204旗叶水势大幅度下降,二者差异显著,干旱五天后多蜡品系JM205和少蜡品系JM204旗叶水势分别下降了12.7%和33%。当土壤相对含水量高于49%时,多蜡质品系JM205与少蜡质品系JM204旗叶的光合速率(Pn)无显著差异,随着干旱程度的加重,多蜡和少蜡质品系的光合速率都逐渐降低,但少蜡质品系JM204下降幅度更大。蒸腾速率(E)和胞间CO_2浓度(Ci)变化趋势与光合速率类似;当土壤相对含水量高于49%时,少蜡质品系JM204的气孔导度高于多蜡质品系,随着干旱程度加重,少蜡质品系气孔导度下降的幅度更大。当土壤相对含水量降至32%时,少蜡和多蜡各气体交换参数差异显著。随着干旱程度继续加重,各气体交换参数急剧下降,不同品系之间无显著性差异。为了进一步验证不同干旱胁迫条件下蜡质对光合机构的保护机理,当逐渐干旱胁迫达到45%、36%和31%,控制土壤含水量,进行不同干旱胁迫处理。在不同干旱胁迫下,少蜡质品系的PSII实际光化学效率(ΦPSII)和最大光化学效率(Fv/Fm)下降更快,说明少蜡质品系PSII电子传递受阻和光抑制程度更严重,JIP-test分析发现PSII电子传递受阻主要是因为受体侧Q_A到Q_B电子传递限制。与之相反,多蜡质品系在干旱条件下维持较高的光合能力,电子传递较通畅,过剩光能少,因此光抑制较轻。综上所述,本研究初步阐明了多蜡质品系JM205在土壤相对含水量49%~32%范围内多蜡质品系JM205旗叶水势更高,光抑制较轻,电子传递更通畅,具有较高的光合能力,与少蜡质品系相比具有显著的抗旱优势,结果为选育抗旱小麦新品种和栽培提供理论指导。
【图文】：

示意图,角质层,植物,横截面

蒸腾速率迅速下降。植物在干旱胁迫下会通过关闭气孔，降低蒸腾速来减少水分的散失，维持植物正常的水分平衡。植物光合速率的下降受气孔限孔限制两种因素的影响，在轻度和中度干旱的胁迫条件下时，植物主要受到气限制，但当植物受到重度干旱胁迫时，其光合机构遭到破坏，非气孔限制成为限制因素（Chaitanya et al., 2003；Ni et al., 1992；郭慧等，2009）。史玉炜等（植物代谢的变化也会对其光合速率产生影响，在相同的干旱胁迫条件下，不同者同一植物的不同品种对干旱胁迫的响应也是不同的。植物角质层蜡质的概述植物角质层蜡质结构角质层是覆盖在大部分高等植物地上部分表皮细胞外的一层脂肪性的物质，直环境接触，，是植物应对生物胁迫和非生物胁迫的重要屏障。不同种属植物的角

长链脂肪酸,加成,脂肪酸,复合物

图 1-2 脂肪酸延长酶（FAE）复合物通过重复的双碳加成循环合成长链脂肪酸（JiríFriml et al., 2009）在一个循环中，FAE 复合物的四种酶顺序工作以将来自丙二酰辅酶 A（碳供体）的两个碳缩合成生长的酰基辅酶 A 链（碳受体），然后进行还原，脱水和另一个还原反应，产生完全饱和的酰基-CoA。Fig. 1-2 Fatty acid elongase (FAE) complex synthesizes very long chain fatty acids (C20 and longer) by repeated cyclesof two-carbon addition (Jiri Friml et al., 2009)In one cycle, the four enzymes of the FAE complex work sequentially to carry out the condensation of two carbonsfrom malonyl-CoA (carbon donor) to the growing acyl-CoA chain (carbon acceptor), followed by reduction, dehydration,and another reduction reaction, resulting in a fully saturated acyl-CoA.（3）烷烃合成途径：烷烃合成途径又叫脱羰途径，植物的脱羰途径可以产生烷烃、脂肪醛、次级醇及酮类等物质。该途径中，超长链脂肪酰基-辅酶 A 前体在脂酰辅酶还原酶（FAR）的作用下还原成脂肪醛，脂肪醛又在醛脱羧酶（Aldehyde Decarbonylase）的作用下直接进行脱羧（Cheesbrough et al., 1984），从酰基前体失去一个碳原子，并释放一氧化碳，从偶数碳链转向奇数碳链，生成烷烃。该途径产生的直链烷烃占到了表皮蜡质的 70%以上（Bernard et al., 2012），烷烃再通过烷烃羟化酶对其碳链进行羟基化作
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S512.1

【参考文献】