不同抗旱型小麦品种响应干旱差异的生理机理

发布时间：2020-06-18 15:59

【摘要】：本试验于2015-2016和2016-2017年度在河南农业大学科教示范园区进行,采用盆栽种植,以抗旱性不同的两个冬小麦品种洛旱7号(高抗)和西农979(低抗)为供试材料,通过设置正常水分(土壤相对含水量70%~80%)和中度干旱(土壤相对含水量45~55%)两种水分处理,研究干旱胁迫下两个抗旱性不同小麦品种旗叶光合特性、抗氧化系统以及茎鞘非结构性碳水化合物含量的变化;同时从基因转录水平探讨了参与果聚糖合成代谢相关酶基因表达量的差异,以期为抗旱品种选育利用以及抗旱栽培提供参考。主要研究结果如下:1、干旱胁迫下不同抗旱品种产量及构成因素差异分析干旱显著降低了洛旱7号(LH7)和西农979(XN979)籽粒产量,其中干旱胁迫下LH7产量较对照下降6.8%,而XN979下降26.3%;并且干旱胁迫下LH7的产量高于同样胁迫下XN979的产量。表明干旱胁迫下高抗品种减产幅度小,能减缓干旱对产量的影响。从本试验的产量构成因素来看,两个品种穗数和千粒重在干旱胁迫和正常处理之间均没有显著差异,但是干旱胁迫显著降低了穗粒数,表明在小麦生育中后期开始的中度干旱胁迫对产量性状中穗粒数影响较大。2、干旱胁迫下不同抗旱品种光合特性差异分析干旱胁迫下LH7和XN979旗叶SPAD均较对照下降,其中在20DAS(DAS,干旱胁迫后天数)和30DAS的LH7和XN979分别较对照下降18.8%、33.0%和11.4%、32.8%。LH7旗叶SPAD值在干旱和正常处理下均高于相应处理下XN979的数值。和XN979相比,LH7保持较高的最大光合效率,特别是在30DAS,这可能是因为高抗品种LH7具有较强的光合同化能力,从而在胁迫下有助于减少穗粒数的降低,从而使其产量下降较小。3、干旱胁迫下不同抗旱品种抗氧化系统响应的差异干旱胁迫下旗叶MDA含量显著高于对照处理,其中在30DAS,LH7和XN979干旱胁迫下MDA平均含量分别较对照增加10.5%和48.3%;两个品种之间比较,XN979在10DAS和20DAS旗叶MDA含量高于相应处理下LH7。干旱胁迫下两个品种旗叶SOD活性均显著高于高于对照。LH7旗叶SOD和POD酶活性均高于XN979的酶活性,这可能与LH7的高抗旱性有关,表明高抗品种具有较高的活性氧清除能力。4、干旱胁迫下不同抗旱小麦品种干物质量及茎鞘非结构性碳水化合物变化特征在干旱处理的不同时间内,叶片和茎鞘的干重变化不同。干旱胁迫下LH7叶干重在10DAS和40DAS分别较正常处理低10.5%和22.0%;而干旱胁迫下XN979叶干重在20DAS、30DAS和40DAS分别较正常处理低3.5%、46.0%、44.8%。两个品种茎鞘干重的变化趋势与叶片相似,在灌浆后期(40DAS),胁迫下干重显著低于正常处理。花后茎鞘中非结构性碳水化合物含量先增加后降低,在20DAS含量最大,成熟期含量最低。干旱胁迫降低了茎鞘非结构性碳水化合物含量,其中花后10天(20DAS)LH7和XN979最大含量分别降低3.9%和10.9%。干旱处理前期的糖组分含量增加,随着干旱程度的增加,糖含量显著小于正常处理。作为暂储性器官,倒二茎鞘(PEN)和余茎鞘(LOW)的糖含量显著大于穗下节(PED),在低位茎鞘储存较多的非结构性碳水化合物,可能在提高植株抗旱性中具有更重要的作用。5、干旱胁迫下不同小麦品种果聚糖代谢相关酶基因表达量变化随着灌浆的进行(或胁迫时间的延长),不同节位果聚糖合成相关酶基因总体呈下降趋势,在10DAS相对表达量最高。其中LH7和XN979穗下节的1-SST-A1基因在20DAS表达量分别较10DAS下降58%和80%;相应的倒二节基因表达量下降46%和86%;两品种余节在20DAS的基因表达量分别升高183%和79%。LH7茎鞘中果聚糖合成酶基因的表达量高于XN979。干旱胁迫下不同基因在不同时间段变化趋势不同,其中在干旱胁迫初期(10DAS),穗下节、倒二节和余节多数基因表达量均较对照下降,而随着胁迫时间的延长,不同基因在不同节位呈增加的趋势。不同果聚糖水解酶基因表达量随灌浆进程的变化趋势不同。其中1-FEH-W1基因在胁迫中期表达量较高,而1-FEH-W2和1-FEH-W3在后期表达量较高。INV3在后期表达量较高,而INV1则在灌浆期的变化趋势不明显。LH7的多数水解酶基因在胁迫前期表达量高,而XN979是在胁迫后期的表达量较高。干旱胁迫下,不同节位不同基因响应模式存在时间上的差异;干旱胁迫初期,多数基因在穗下节的表达量低于对照,而在后期高于对照;而多数基因倒二节的表达量则在灌浆初期高于对照。果聚糖合成酶基因在前期的高表达有助于茎鞘中积累较多的果聚糖,增强抗逆;而后期水解酶基因的高表达有利于果聚糖的分解,从而促进碳水化合物向籽粒运转,增加穗粒重。
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S512.1
【图文】：

干旱胁迫,叶绿素荧光参数,旗叶

注：DAS：干旱胁迫后天数；CK ：对照处理；DS：干旱处理。每个柱状图代表三个数据的平均值。柱形图上相同小写字母表示不同处理之间不存在显著差异（p<0.05），下同。图 1 干旱胁迫下旗叶 SPAD 值和叶绿素荧光参数变化Fig.1 SPAD and Fv/Fm of wheat flag leaves under drought stress4.3 干旱胁迫下不同小麦品种旗叶 MDA 和 H2O2含量变化丙二醛（MDA）和过氧化氢（H2O2）含量是表征膜脂过氧化和胁迫程度的重要指标。图 2 结果表明：从 10DAS 到 30DAS，两个品种 MDA 含量呈先增加后降低的趋势，其中 LH7的 MDA 含量在 20DAS 和 30DAS 分别较 10DAS 增加 75.5%和 14.9%；XN979 的 MDA 含量在 20DAS 较 10DAS 增加 126%。干旱胁迫下的 MDA 含量较正常处理显著增加，干旱胁迫下 LH7 在 20DAS 和 30DAS 的 MDA 含量分别较正常处理增加 30.5%和 10.5%。XN979 的MDA 含量在 10DAS、20DAS、30DAS 分别较正常处理增加 40.5%、55.5%、48.7%。表明干旱胁迫增加了植株的 MDA 含量，且 XN979 升高的幅度高于 LH7。干旱胁迫后 30 天（30DAS）和 10DAS 相比，正常处理下 H2O2含量显著增加，LH7 在30DAS 的 H2O2含量较 10DAS 升高 7.0%；而 XN979 在 30DAS 的 H2O2含量较 10DAS 高

变化图,干旱胁迫,旗叶,酶活性

图 2 干旱胁迫对旗叶 MDA 和 H2O2含量的影响Fig.2 Effect of drought stress on MDA and H2O2of flag leaves4.4 干旱胁迫下不同小麦品种抗氧化酶活性变化图 3 可以看出，正常处理下两个品种的 POD 酶活性总体呈先降低后增加趋势，LH7 和XN979 在 20DAS 的 POD 酶活性比 10DAS 分别降低 18.3%和 16.5%，而 30DAS 的 POD 酶活性分别比 20DAS 高 49.6%和 11.6%。其中 LH7 的 POD 酶活性在 10DAS、20DAS 和 30DAS分别比 XN979 高 5.85%、3.55%、38.7%，表明 LH7 的 POD 酶活性高于 XN979，且随着灌浆期的进行，其差值越大。干旱胁迫下两个品种 POD 酶活性在 10DAS 和 30DAS 均显著下降，LH7 和 XN979 分别较正常处理下降 7.8%、18.1%和 22.6%、17.2%。SOD 能够清除活性氧，减弱膜脂过氧化程度，减缓干旱胁迫对小麦植株的伤害。随着灌浆和胁迫的进行，SOD 酶活性的变化趋势和 POD 一致，均呈先减小后增加趋势。两个品种 LH7 和 XN979 在 20DAS 的 SOD 酶活性比 10DAS 分别降低 5.0%和 0.8%，30DAS 的 SOD酶活性分别比 20DAS 高 27.3%和 49.0%。两个品种之间比较发现，LH7 在 10DAS 和 20DAS 的 SOD 酶活性较 XN979 高 21.0%和

【参考文献】