干旱胁迫下耐旱性小麦在不同生育期脱水素的表达分析

以2种耐旱性不同的盆栽小麦陕合6号(干旱耐受型)和郑引1号(干旱敏感型)为材料,分别在其苗期、分蘖期、拔节期、开花期对土壤实施不同程度的自然干旱胁迫和复水处理,采用SDS-PAGE和Western blotting技术研究其叶片脱水素的表达规律,探究小麦整个生长期脱水素的表达与干旱胁迫的关系.结果表明:2种小麦的脱水素均仅在干旱胁迫时表达,其中45 kD和37 kD的脱水素在2种小麦的4个发育期的叶片中均有表达,28 kD的脱水素仅在特定发育时期表达.在干旱耐受型小麦(陕合6号)中,脱水素在胁迫初期少量表达,随着胁迫程度加剧表达量急剧增加,在重度干旱胁迫下达到峰值,复水后小麦叶片中脱水素含量迅速下降;在干旱敏感型小麦(郑引1号)中,脱水素在胁迫初期大量表达,中度胁迫表达量小幅度回落,到复水1 d达到峰值,此后随着复水时间增加小麦叶片中脱水素的量逐渐下降.研究表明,小麦叶片脱水素表达与干旱胁迫程度和生育期迫密切相关,不同耐旱型小麦材料中叶片脱水素表达的差异与品种之间的干旱耐受能力密切相关.     

水分胁迫下小麦类脱水素基因表达的半定量RT-PCR分析

以‘郑引1号’小麦为材料,经水分胁迫后进行RT-PCR扩增,结果在胁迫条件下获得500bp的脱水素基因(wzy1-1)。利用半定量RT-PCR方法,分析‘陕合6号’和‘郑引1号’小麦在正常供水条件下及PEG6000胁迫后18、24和42h,以及复水6和12h时wzy1-1在叶片中的表达。结果表明:2个小麦品种中wzy1-1在水分胁迫后18h均有表达,至胁迫24、48h时表达量较18h均有所增多;复水6h后该基因表达迅速降低,至复水后12h表达消失。且该基因在‘陕合6号’(抗旱性较强)叶片中表达量较‘郑引1号’(抗旱性较弱)高,表明该基因的表达与小麦的抗旱性密切相关。     

干旱胁迫下硫营养对小麦光合色素及MDA含量的影响

选用郑引1号（高水肥型）和陕合6号（抗旱型）2个小麦品种,通过室内盆栽试验比较了干旱及硫胁迫情况下小麦苗期功能叶片中叶绿素（Chla和Chlb）及丙二醛（MDA）含量的变化。采用自然渐进干旱法控制水分,每天称重。结果表明：无论在正常供水还是干旱胁迫时,供硫处理的叶绿素含量始终高于无硫处理,郑引1号的这种优势明显优于陕合6号,硫营养显示出对叶绿素含量的调节能力。干旱胁迫下,供硫处理的小麦叶片MDA含量始终低于无硫处理。两个试验结果均证实了硫营养能通过调节光合色素及MDA的含量增强作物的抗旱能力。     

PEG胁迫及复水对不同抗旱性小麦幼苗脯氨酸代谢关键酶活性的影响

以两种不同抗旱性小麦品种幼苗为试验材料,采用PEG模拟干旱胁迫处理,探究干旱胁迫及复水对小麦幼苗叶片与根系脯氨酸累积及关键酶活性的影响。结果显示:(1)PEG胁迫下抗旱品种‘普冰143’根长和根干重下降不大,而水敏感品种‘郑引1号’根长和根干重下降显著;且于胁迫处理36h时‘普冰143’根系脯氨酸含量增加(75.0%)显著大于‘郑引1号’(37.7%),复水24h后均恢复至对照水平。(2)PEG胁迫下‘普冰143’叶片中谷氨酸合成途径关键酶P5CS和鸟氨酸合成途径关键酶δ-OAT活性均显著增加,且‘普冰143’叶片脯氨酸两条合成途径关键酶活性均得以加强;PEG胁迫处理36h时,‘郑引1号’叶片中P5CS活性增加显著,δ-OAT活性变化较小,且‘郑引1号’叶片脯氨酸合成可能以谷氨酸途径为主;但在PEG胁迫下两个不同抗旱性品种的根中P5CS、δ-OAT活性均变化较小。(3)PEG胁迫处理36h时‘普冰143’叶片脯氨酸降解酶PDH活性显著下降,而‘郑引1号’叶片PDH活性显著增加,复水后抗旱品种叶片该酶活性显著增加,水敏感品种恢复至对照水平;但PEG胁迫处理下两个不同抗旱性品种的根中PDH活性均显著下降。研究表明,PEG胁迫下小麦叶片是合成脯氨酸的主要部位,抗旱品种‘普冰143’根系脯氨酸持续积累与叶片中高的脯氨酸合成关键酶活性及脯氨酸转运有关。     

水分胁迫对冬小麦CO_2同化作用的影响

比较了两个小麦品种陕合6号和郑引1号经受不同程度的水分胁迫处理后,叶片多种光合参数:净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、细胞间隙CO_2浓度(G_i)、表观量子需要量和羧化效率以及Rubis CO蛋白量与活性等的变化。在轻度水分胁迫下,叶片光合速率降低的根本原因在于气孔导度的下降;而在严重胁迫下,非气孔因素起主要作用。     

干旱胁迫对小麦幼苗根系生长和叶片光合作用的影响

采用水培试验方法,以2个耐旱性不同的小麦品种(敏感型望水白和耐旱型洛旱7号)为材料,研究了干旱胁迫对小麦幼苗根系形态、生理特性以及叶片光合作用的影响,以期揭示小麦幼苗对干旱胁迫的适应机制.结果表明： 干旱胁迫下,2个小麦品种幼苗的根系活力显著增大,而根数和根系表面积受到抑制;干旱胁迫降低了望水白的叶片相对含水量,提高了束缚水/自由水,而对洛旱7号无显著影响;干旱胁迫降低了2个小麦品种叶片的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度,但随胁迫时间的延长,洛旱7号的叶绿素含量和净光合速率与对照差异不显著;干旱胁迫降低了2个小麦品种幼苗的单株叶面积,以及望水白的根系、地上部和植株生物量,而对洛旱7号无显著影响.水分胁迫下,耐旱型品种可以通过提高根系活力、保持较高的根系生长量来补偿根系吸收面积的下降,保持较高的根系吸水能力,进而维持较高的光合面积和光合速率,缓解干旱对生长的抑制.     

干旱胁迫对小麦幼苗根系生长和叶片光合作用的影响

采用水培试验方法,以2个耐旱性不同的小麦品种(敏感型望水白和耐旱型洛旱7号)为材料,研究了干旱胁迫对小麦幼苗根系形态、生理特性以及叶片光合作用的影响,以期揭示小麦幼苗对干旱胁迫的适应机制.结果表明： 干旱胁迫下,2个小麦品种幼苗的根系活力显著增大,而根数和根系表面积受到抑制;干旱胁迫降低了望水白的叶片相对含水量,提高了束缚水/自由水,而对洛旱7号无显著影响;干旱胁迫降低了2个小麦品种叶片的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度,但随胁迫时间的延长,洛旱7号的叶绿素含量和净光合速率与对照差异不显著;干旱胁迫降低了2个小麦品种幼苗的单株叶面积,以及望水白的根系、地上部和植株生物量,而对洛旱7号无显著影响.水分胁迫下,耐旱型品种可以通过提高根系活力、保持较高的根系生长量来补偿根系吸收面积的下降,保持较高的根系吸水能力,进而维持较高的光合面积和光合速率,缓解干旱对生长的抑制.     

干旱胁迫及复水对不同黍稷品种根系生理特性的影响

以2种抗旱性不同的黍稷品种(‘陇糜4号’和‘晋黍7号’)为试验材料,采用盆栽试验研究了苗期中度和重度干旱胁迫后拔节期复水对其根系生理特性的影响。结果显示:(1)干旱胁迫引起2个黍稷品种根系活力明显下降,根系SOD、POD活性以及MDA、脯氨酸含量明显升高,而且重度干旱胁迫处理变化幅度显著大于中度干旱胁迫。(2)复水后,2个黍稷品种根系的各项生理指标均有不同程度的恢复,且中度胁迫处理较易恢复,重度胁迫下恢复能力很弱。(3)2个黍稷品种根系各项生理指标在干旱胁迫及复水条件下变化幅度不同,干旱胁迫下抗旱性强的‘陇糜4号’根系活力下降幅度明显低于抗旱性弱的‘晋黍7号’,根系SOD活性、POD活性、MDA含量和脯氨酸含量的上升幅度明显高于‘晋黍7号’,而复水后‘陇糜4号’根系的各项生理指标的恢复能力明显强于‘晋黍7号’。研究表明,干旱胁迫及复水条件下‘陇糜4号’均表现出较高的根系活力、保护酶活性和脯氨酸含量,且MDA含量较低,从而表现出较强的抗旱性。     

不同抗旱性小麦快速叶绿素荧光诱导动力学曲线对干旱及复水的响应

以抗旱性不同的4个小麦(Triticum aestivum)品种为材料,利用室内水培的方法,系统研究了正常、轻度干旱、重度干旱及旱后复水对小麦苗期干物质量及叶绿素荧光参数的影响。研究结果表明:干旱胁迫下各小麦品种干物质量均明显降低,且4个小麦品种在不同干旱条件下抗旱性均表现为‘晋麦47’‘洛麦26’‘洛麦23’‘郑引1号’;干旱胁迫使叶绿素荧光诱导动力学(OJIP)曲线发生变化,最小荧光强度(F_o)值呈增加趋势,且‘郑引1号’重度干旱组与对照组存在明显差异;随着4个小麦品种抗旱性强弱和干旱程度的增加,叶绿素荧光诱导曲线初始斜率(M_o)、在J点的相对可变荧光强度(V_j)、在I点的相对可变荧光强度(V_i)值均呈递增趋势,最大光合效率(φ_(Po))、用于电子传递的量子产额(φ_(Eo))和反应中心捕获的激子将电子传递到初级醌受体以后其他电子受体的概率(ψ_o)值均呈递减趋势;不同品种小麦光合性能指数(PI_(ABS))在干旱胁迫下比最大光化学效率(F_v/F_m)更为灵敏;干旱胁迫解除后,抗旱性强的品种和中等抗旱小麦品种光合机构还可恢复,而抗旱性弱的‘郑引1号’在重度干旱下受到不可逆的伤害;干旱敏感系数与叶绿素荧光参数单位面积电子传递的量子产额(ET_o/CS)和单位面积热耗散(DI_o/CS)的相关性达到显著水平。因此,可以根据PI_(ABS)、ET_o/CS和DI_o/CS参数的变化来鉴定小麦的抗旱性。     

两种苹果砧木根系水力结构及其PV曲线水分参数对干旱胁迫的响应

研究干旱胁迫对平邑甜茶(Malus hupehensis)和楸子(Malus prunifolia)根系水力结构及其PV曲线水分参数的影响.设定正常与干旱2种水分处理,对2种苹果砧木进行氯化汞-巯基乙醇处理和压力室-容积(PV)曲线测定试验,并利用高压流速仪(HPFM),测定平邑甜茶和楸子根系水力结构.结果表明:随着水分胁迫的加重,平邑甜茶和楸子的根系导水率、根系叶比导水率、根系茎比导水率出现减少趋势.在适宜水分和重度干旱条件下,平邑甜茶根系叶比导水率分别为楸子根系叶比导水率的95％和92％,平邑甜茶根系茎比导水率分别为楸子根系茎比导水率的52％和62％,楸子与平邑甜茶相比在根系茎比导水率和根系叶比导水率上出现增加趋势.干旱胁迫可能会导致水通道蛋白的活性受到抑制,致使其根系导水率出现降低,继而导致了地上部分气体交换受到影响.严重干旱时,楸子与平邑甜茶相比可能具有更大的水孔蛋白表达量来抵御干旱胁迫.在2种水分条件下,楸子的初始质壁分离时的渗透势(ψstlp)、饱和含水时的渗透势(Ψssal)、初始质壁分离时的相对水含量(RWCtlp)、初始质壁分离时的相对渗透水含量(ROWCtlp)、组织细胞总体弹性模量(ε')值与平邑甜茶相比较均处于较低水平,束缚水含量(Va)值处在较高水平.对PV曲线水分参数进行隶属函数综合评价得出的△值为楸子大于平邑甜茶,平邑甜茶和楸子之间b值差异不明显.在适宜水分和重度干旱条件下楸子所体现出的输水策略优于平邑甜茶.PV曲线水分参数同苹果砧木根系的水力结构一样能够随着植物所处的环境做出相应的调整.对于PV曲线水分参数研究发现,楸子在膨压保持方面与平邑甜茶相比,其抗旱性优于平邑甜茶.     

水分胁迫对小麦根质膜H~＋－ATPase活性与H~＋分泌的影响

在渗透势为－０．５和－１．０ＭＰａＰＥＧ处理下,不抗旱的郑引一号小麦根ＰＭＨ＋－ＡＴＰａｓｅ活性分别下降４５％和６５％,抗旱品种陕合六号则增加了１１％和１２％。小麦根组织Ｈ＋分泌与ＰＭＨ＋－ＡＴＰａｓｅ活性的变化趋势基本一致,即随着胁强增加,郑引一号Ｈ＋分泌下降,陕合六号Ｈ＋分泌是先升高后略降。Ｎａ３ＶＯ４和ＤＣＣＤ对Ｈ＋分泌有不同程度的抑制,品种之间没有明显的差异。外源电子受体Ｆｅ（ＣＮ）６３－的加入促进了小麦根Ｈ＋分泌,陕合六号增加２５％－３９％,郑引一号增加２１％－４５％。与此同时,Ｎａ３ＶＯ４没有表现出对Ｈ＋分泌的抑制作用。     

小麦叶片光合作用与其渗透调节能力的关系

在缓慢干旱条件下,小麦叶片渗透调节能力在一定范围内随胁迫程度的加剧而增加,而在快速干旱下,渗透调节能力丧失。小麦叶片通过渗透调节使光合速率和气孔导度对水分胁迫的敏感性降低,叶片维持较高的电子传递能力、RuBP羧化酶活性和叶绿体光合能量转换系统活性,并推迟了小麦叶片光合速率受气孔因素限制向叶肉细胞光合活性限制转变的时间。     

不同施肥水平对旱地冬小麦水分利用效率的影响

1987—1988年,研究了旱地施肥对冬小麦(Triticum aestivum cv．Shanhe No．6)水分利用效率的影响,初步探讨了“以肥调水”的生理机制。施肥不仅提高了旱地土壤含水量,更重要的是提高了土壤水势和土壤水的有效性,从而增加了有效水分利用。施肥增大旱地冬小麦绿叶面积,延缓叶片衰老,从而降低土壤蒸发,增加蒸腾用水潜势和光合潜势,但净同化率不一定提高。施肥增加旱地冬小麦总的水分利用(ET,即蒸散量)和蒸腾(T)用水,增加地上部生物产量,提高了经济产量和水分利用效率。施肥使冬小麦同时具有耗水和节水以抵御干旱的能力,对植株具有调节作用,使之更好地适应干旱环境。     

陕西渭北旱塬土壤—植物—大气连续体中水分运转规律的研究──Ⅴ．田间冬小麦土壤—叶片途径水运转阻力研究

采用Ｍｉｓｈｉｏ和Ｙｏｋｏｉ（１９９１）的方法,在水分运转阻力短期内（如几个小时）恒定不变的假设下,研究了田间冬小麦土壤—叶片途径水分运转阻力．结果表明,一天中,当气孔没有“午休”现象或“午休”现象不明显时,冬小麦土壤—叶片途径水分运转阻力在白天保持恒定,到夜晚则明显增大;当气孔“午休”现象较明显时,冬小麦土壤—叶片途径水分运转阻力在气孔“午休”期间和夜晚明显增大,其余时间基本保持恒定．夜间和气孔“午休”期间阻力增大的原因不确定．土壤干旱条件下冬小麦土壤—叶片途径水运转阻力显著大于土壤湿润条件下,表明水运转阻力与植物抗旱性有关．土壤干旱条件下施肥处理冬小麦土壤—叶片途径水运转阻力显著大于不施肥处理,而土壤湿润条件下显著小于不施肥处理,表明施肥对植物具有调节作用,使之更好地适应干旱环境．     

水分胁迫对耐旱性不同小麦小花化发育和氮磷及激素含量的影响

土壤分水分亏缺导致小麦幼穗内氮、磷、异戊烯基腺嘌呤（ｉＰＡｓ）含量降低,脱落酸（ＡＢＡ）含量升高,影响小花的发育,结实粒数减少。在水分充足的条件下,耐旱性不同的品种穗中氮、氮、ｉＰＡｓ含量和ＡＢＡ含量无显著差异;在水分胁迫条件下,旱地品种幼穗中氮,磷、ｉＰＡｓ含量降低的幅度和ＡＢＡ含量升高的幅度低于水浇地品种,这是耐旱品种在土壤水分亏缺时,较水浇地品种小花发育好、成花率和结实率高,穗粒数稳定的生理     

Proline accumulation and nitrate reductase activity in contrasting sorghum lines during mid-season drought stress

Six lines of sorghum ( Sorghum bicolor L. Moench) with differing drought resistance (IS 22380, ICSV 213, IS 13441 and SPH 263, resistant and IS 12739 and IS 12744, susceptible) were grown under field conditions in the semi-arid tropics and analysed for proline and nitrate reductase activity (NRA; EC 1.6.6.1) during a mid-season drought. The resistant lines accumulated high levels of proline, while the susceptible lines showed no significant proline accumulation. Most of the proline was accumulated after growth of the plants had ceased. In a separate greenhouse experiment, most of the proline was found in the green rather than the fired portions of leaves. The levels returned to that of irrigated controls within 5 days of rewatering. Proline levels increased as leaf water potential and relative water content fell, and there was no apparent difference among the different sorghum lines with change in plant water status. Susceptible lines accumulated less proline than resistant lines as leaf death occurred at higher water potentials. Proline accumulation may, however, contribute to the immediate recovery of plants from drought. Leaf NRA reached high levels at about 35 days after sowing in both the stressed and irrigated plants, after which it declined. The decline in NRA was more pronounced in the stressed than in the irrigated plants and closely followed changes in the growth rate. Upon rewatering, NRA increased several-fold in all the lines and, in contrast to proline accumulation, genotypic differences in NRA were small, both during stress and upon rewatering. The high sensitivity of NRA to mild drought stress was reflected in the rapid decline of activity with small changes in leaf water potential and relative water content. The results are discussed in the light of a possible role for proline during recovery from drought, and the maintenance of NRA during stress and its recovery upon rewatering.     

Contribution of Pre-Anthesis Assimilates and Current Photosynthesis to Grain Yield,and their Relationships to Drought Resistance in Wheat Cultivars Grown Under Different Soil Moisture

We investigated the relative importance of pre-anthesis assimilates stored in plant parts, mainly in the stem, and post-anthesis photosynthesis to drought resistance in wheat (Triticum aestivum L.) cultivars Hongwangmai (drought resistant) and Haruhikari (drought sensitive) subjected to two soil moisture regimes: irrigated and non-irrigated. In the irrigated treatment, soil moisture was maintained near field capacity throughout the growing season, while in the non-irrigated treatment water was withheld from 81 d after sowing until maturity. Drought stress reduced grain yield of Hongwangmai and Haruhikari by 41 and 60 %, respectively. Remobilization of pre-anthesis assimilates to the grain (remobilization) was reduced by drought in Hongwangmai but increased in Haruhikari. The contribution of pre-anthesis assimilates to the grain decreased under non-irrigated treatment in Hongwangmai. However, under water stress, Hongwangmai maintained a higher net photosynthetic rate in the flag leaf than Haruhikari. These results indicated that maintenance of post-anthesis photosynthetic rate was related to drought resistance in Hongwangmai rather than to remobilization under drought stress.     

水分胁迫对不同基因型小麦幼芽蛋白质表达和某些生理特性的影响

以抗旱小麦品种长武134和不抗旱小麦品种郑引1号为试材,采用-1.2 MPa PEG 6000处理种子,研究不同水分条件下小麦幼芽中蛋白质表达和部分生理特性的变化.聚丙烯酰胺凝胶电泳结果表明：水分胁迫可诱导抗旱品种幼芽产生分子量约39.5 kDa和23.0 kDa两种新蛋白亚基,不抗旱品种则无新亚基产生;在正常供水条件下,随着生育期延长,两品种中分子量为48.5 kDa的蛋白亚基表达量逐渐增强,因其对水分敏感且属于新发现蛋白,初步命名为水敏感蛋白.生理特性测定结果表明,水分胁迫条件下长武134的根芽比和相对含水量均高于郑引1号,而细胞膜相对透性和丙二醛含量则低于郑引1号.