种子生产过程中氮肥和水分调控小麦种子活力的机理解析

发布时间：2018-06-24 23:44

  本文选题：小麦 + 种子活力　； 参考：《山东农业大学》2017年博士论文

【摘要】：种子活力是受多基因控制、易受环境因素影响的复杂数量性状,它是衡量种子质量的重要指标之一。高活力的种子发芽迅速整齐、生长健壮、产量高。田间肥水对高活力种子生产影响很大,目前研究较少而且分子机制仍不清楚。本研究以小麦为试验材料,从田间氮肥和水分两个角度进行研究,在生理学、转录组学、蛋白质组学3个方面解析高活力种子形成机理,以期探索到高活力种子具有的共性特征,为高活力小麦种子生产提供理论基础,对保障田间出苗整齐、高产、稳产具有重要意义。主要研究结果如下:1.氮肥水平显著影响高活力小麦种子生产本研究以小麦品种泰农18为试验材料,4个氮水平N0(0 kg/ha)、N168(168kg/ha)、N240(240 kg/ha,华北平原小麦生产常用氮水平)、N300(300 kg/ha)不仅显著影响小麦产量,而且显著影响种子萌发、幼苗形态建成和种子活力。N168和N240处理生产的种子活力最高,N300生产的种子活力次之,N0生产的种子活力最低。4个氮水平处理对发芽势、发芽率和发芽指数的影响较小。在施氮量168 kg/ha和240 kg/ha条件下,适宜高活力小麦种子生产。施氮量过低(0 kg/ha)条件下生产的种子产量和活力都很低。施氮量过高(300 kg/ha)条件下生产的种子活力也较低,并且灌浆后期有倒伏的风险。因此,在高活力小麦种子生产过程中应施用适量氮肥。2.低氮条件下生产的小麦种子萌发速度快的机理种子吸胀8 h时,胚根突出为0%;吸胀12 24 h,N0种子表现出最高的胚根突出百分率,N240种子表现出最低的胚根突出百分率,N168和N300种子的胚根突出百分率略高于N240;吸胀36 h,各处理的胚根突出百分率至少达到95%,并且处理间无显著差异。这些结果表明,N0种子比其他处理的种子萌发快。进一步研究发现N0处理导致小麦种子蛋白质含量显著低于N240种子,N0种子胚乳结构疏松,萌发过程中吸水快,进而导致萌发速度快。转录组分析揭示细胞壁代谢(最显著富集的GO term:GO:0016998,细胞壁大分子代谢过程,p=1.99E-7;GO:0004568,几丁质酶活性,p=1.99E-7)促进快速萌发的种子胚根突破种皮,从而加快种子萌发速度。在吸胀8 h的N240种子中有30个与细胞壁代谢相关的差异基因显著下调,差异倍数最大的前4个差异基因是几丁质酶,吸胀8 h的N240种子比N0种子下调约4倍。萌发8 h的N240种子比N0种子蛋白质代谢(GO:0006412,翻译,p=1.70E-5;GO:0030529,核糖核蛋白复合体,p=1.52E-4)水平高,可能与N240种子的蛋白质含量更高有关。此外,谷胱甘肽代谢在快速萌发的种子中也表现上调,可能与清除种子萌发过程中的活性氧有关。3.氮肥调控小麦种子幼苗形态建成和种子活力的机理不同的氮肥水平生产的小麦种子发芽指数无显著差异,活力指数方面的差异主要由幼苗重量决定,幼苗形态建成影响幼苗重量。N168和N240种子的幼苗株鲜重最高,且二者间无显著差异,N300种子的幼苗株鲜重次之,N0种子的幼苗株鲜重最低。株鲜重的变化趋势与活力指数变化趋势一致。转录组和蛋白质组分析揭示高活力种子幼苗形态建成过程中涉及营养物质调运(淀粉和蔗糖代谢、氮代谢和亚油酸代谢)、谷胱甘肽代谢通路上调。此外,蛋白质组分析表明氮肥对小麦种子蛋白质中α-醇溶蛋白影响最大,高活力种子的光合作用相关蛋白显著上调。吸胀72 h的N240种子α-淀粉酶活性显著高于N0种子,与α-淀粉酶差异基因表达水平一致。N240种子吸胀后3 8 d的幼苗株干重显著高于N0种子,而且二者的差异逐渐增大。虽然N0种子萌发最快,但活力最低,本研究证明了萌发快的种子活力不一定高。综合氮肥调控种子萌发和幼苗形态建成的转录组分析,蛋白质代谢和氮代谢在调控种子活力方面发挥了重要作用。4.花后干旱显著影响高活力小麦种子生产本研究以小麦品种山农20、泰农18和淄麦12为为试验材料,设置花后正常灌溉和干旱(控制降雨且不灌溉)两种处理。花后严重干旱条件下生产的小麦种子产量和活力都显著降低,不同品种降低幅度略有不同。花后严重干旱显著降低多数小麦品种种子的发芽势、发芽率和发芽指数,少数小麦品种种子的发芽势、发芽率和发芽指数与正常灌溉条件下生产的种子无显著差异。因此,在高活力小麦种子生产的灌浆期应根据土壤墒情及时灌溉。5.高活力种子的共性特征多个小麦品种和玉米品种在多种处理条件下种子活力的共性分析表明,种子蛋白绝对含量与幼苗株干重呈极显著正相关。当发芽指数相差较小时,活力指数由幼苗重量决定,因此可以用种子蛋白绝对含量评价种子活力。虽然在个别试验中百粒重和蛋白相对含量与幼苗株干重也显著正相关,但是不适用于全部试验,而且相关系数均小于蛋白绝对含量与幼苗株干重的相关系数。用贮藏了约6个月的30个小麦品种种子进行验证,种子蛋白绝对含量与幼苗株干重的相关系数R=0.897。因此,新收获的种子或短时间贮藏的种子可以用种子蛋白绝对含量评价种子活力,加快了种子活力检测速度。此外,种子蛋白绝对含量在高活力种子分选方面具有潜在的应用价值。
[Abstract]:绉嶅瓙娲诲姏鏄�鍙楀�氬熀鍥犳帶鍒，

本文编号：2063525