水分胁迫对燕麦穗颖渗透调节和抗氧化能力的影响

以抗旱性不同的燕麦品种‘蒙燕1号’(抗旱性强)和‘坝莜3号’(水分敏感)为试验材料,采用盆栽方式研究了抽穗期和灌浆期水分胁迫对燕麦穗颖渗透调节和抗氧化能力的影响。结果表明:(1)水分胁迫处理均显著促进了不同抗旱性品种穗颖渗透调节物质(游离脯氨酸和可溶性蛋白)含量增加,并以抗旱品种累积水平高于水敏感品种,且两种渗透调节物质对抽穗期胁迫的反应比灌浆期胁迫更敏感。(2)两时期的水分胁迫处理均能降低不同抗旱性品种穗颖SOD和POD活性,抗旱品种的保护酶活性要高于水敏感品种,抗旱品种的SOD活性降低幅度明显低于水敏感品种,而POD活性降低幅度在两品种间差异不明显。(3)水分胁迫导致2个品种穗颖丙二醛(MDA)含量和相对电导率显著增加,细胞膜结构受到严重伤害,且水敏感品种受害程度大于抗旱品种。(4)水分胁迫使2个品种单株籽粒产量下降,且在中度胁迫和重度胁迫下,抗旱品种的减产幅度要低于同期水敏感品种;水分胁迫下,水敏感品种‘坝莜3号’减产4.54%~30.29%,抗旱品种‘蒙燕1号’减产6.69%~23.54%。可见,抗旱性强的燕麦品种在受到水分胁迫的条件下能通过增强穗颖渗透调节和抗膜质过氧化能力、减弱穗颖细胞质膜损伤程度来适应干旱胁迫,最大限度减少水分胁迫对穗颖的伤害,有利于稳产。     

不同红小豆品种幼苗对干旱胁迫的生理响应

为筛选红小豆（Phaseolus angularis Linn.）幼苗抗旱性鉴定指标,采用盆栽控水方法,对红小豆3个品种‘保红947’、‘东北大红袍’、‘晋小豆5号’进行了苗期形态特征及根系生理生化特性的研究。结果表明：干旱胁迫抑制了红小豆3个品种植株的生长;重度干旱胁迫下,3个品种光系统Ⅱ（PSⅡ）的潜在活性（可变荧光/初始荧光,Fv/Fo）、最大光化学效率（可变荧光/最大荧光产量,Fv/Fm）、株高、叶面积、茎粗、根鲜重、根系活力、可溶性蛋白质含量等指标均随干旱胁迫强度的增加呈明显下降趋势,根冠比、根系脯氨酸（Pro）含量、可溶性糖含量、SOD活性、POD活性、MDA含量等指标随着干旱胁迫强度的增加呈明显上升趋势。综合各项生理指标,‘东北大红袍’在干旱胁迫下能保持相对较优的生理状态,抗旱性最强。通过主成分分析表明,株高、叶面积、茎粗、主根长、根鲜重、最大光化学效率、根系活力、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、SOD活性、MDA含量等生理生化特性可作为鉴定红小豆苗期抗旱性的指标。     

干旱胁迫下小麦幼苗根、叶多胺含量和多胺氧化酶活性的变化

 以抗旱性不同的两个小麦品种（‘晋麦33’和‘温麦8’）（Triticum aestivum cv. Jinmai 33 and Wenmai 8）为材料,研究了干旱胁迫下多胺含量和多胺氧化酶活性的变化。结果表明：旱过程中,幼苗根、叶中腐胺（Put）、亚精胺（Spd）、精胺（Spm）3种多胺含量和多胺氧化酶（PAO）活性先迅速升高,而后下降。与抗旱性弱的‘晋麦33’相比,抗旱性强的品种‘温麦8’幼苗根、叶中Spd、Spm 含量初期升高幅度大,之后下降速率减慢;PAO活性的变化与之相反,‘晋麦33’的PAO活性提高的幅度大于‘温麦8号’。多胺含量和PAO活性在小麦幼苗的根与叶之间呈极显著正相关。干旱初期,小麦根、叶中多胺迅速积累可能是干旱胁迫反应的一个信号,随后较高的Spd、Spm 水平有利于增强小麦幼苗的抗旱性。     

干旱胁迫对不同苦荞品种苗期生长和根系生理特征的影响

采用盆栽人工控水试验,研究了不同水分处理(正常供水、中度干旱和重度干旱)对耐旱型(‘迪庆苦荞’、‘西农9909’)和不耐旱型(‘西荞1号’和‘黑丰1号’)苦荞品种苗期生理、形态指标的影响,并通过隶属函数法与主成分分析对品种抗旱性进行综合评价,以揭示苦荞苗期的抗旱生理机制。结果表明:(1)与正常供水相比,除‘迪庆苦荞’和‘西农9909’在重度干旱胁迫下主根长呈升高趋势外,其余苦荞品种在2个干旱条件下的株高、茎粗、叶面积、地上部干重、地下部干重、根系体积、根系表面积均呈下降趋势,且耐旱品种降幅小于不耐旱品种;重度干旱胁迫使得‘迪庆苦荞’的根冠比升高,而其余品种根冠比在干旱胁迫下均无显著变化。(2)干旱胁迫使苦荞叶片的叶绿素含量、相对含水量、最大荧光产量(Fm)、最大光化学效率(Fv/Fm)、根系活力和可溶性蛋白含量显著降低,而根系超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)、可溶性糖及游离脯氨酸含量呈升高趋势;不同抗旱性品种间的升降幅度存在差异。(3)各苦荞品种耐旱能力综合评价值(D)表现为‘迪庆苦荞’‘西农9909’‘黑丰1号’‘西荞1号’;幼苗株高、地下部干重及根系SOD活性和蛋白质含量与D值呈显著正相关关系,而根系脯氨酸含量和可溶性糖含量与D值呈极显著正相关关系。研究发现,在中度与重度干旱逆境下,苦荞品种‘迪庆苦荞’和‘西农9909’综合表现较好,具有更强的耐旱能力,而品种‘西荞1号’和‘黑丰1号’综合表现较差,其抗旱性较弱;苗期株高、地下部干重以及根系SOD活性、蛋白质含量、脯氨酸含量和可溶性糖含量可作为苦荞抗旱性快速鉴定的指标。     

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。     

源于小孢子培养的大麦耐盐变异体获取

以大麦品种‘花30’作为供试材料,比较了甲基磺酸乙酯（EMS）和平阳霉素处理小孢子60Co γ-射线辐照处理离体穗和干种子,对300mg·L-1NaCl胁迫培养下游离小孢子的愈伤组织产量和愈伤组织在0.3％NaCl胁迫筛选下的绿苗产量的影响。结果表明,EMS处理离体小孢子和60Co γ-射线辐照千种子的愈伤组织产量和绿苗产量明显优于平阳霉素处理小孢子和60Co γ-射线辐照离体穗。以16份源于种子辐照处理的再生植株自交一代种子为供试材料,比较了在0．3％NaCl胁迫下种子的发芽率和幼苗的成活率以及植株的分蘖数、株高和单株产量。结果表明,‘花30’发芽率为0,供试的16份耐盐变异体中,有14份材料在NaCl胁迫下的发芽率优于‘花30’,鉴定出4份耐盐性明显优于‘花30’的变异体材料。选择耐盐变异体作为供试材料,测定了变异体中Na＋／H＋逆向转运蛋白基因NHXl、NHX2和NHX3和编码甜菜碱醛脱氢酶（BADH）的两个同工酶基因曰肋,和BBD2的表达模式和表达量,结果表明变异体耐盐性的提高与这些基因的表达量存在联系。     

苗期干旱及复水条件下不同花生品种的光合特性

为探索不同花生(Arachis hypogaea)品种的旱后恢复能力, 研究花生品种耐旱性与光合特性的关系, 通过盆栽土壤水分控制实验, 测定了12个花生品种苗期对干旱胁迫与复水过程的光合响应特征, 并讨论了所测各性状参数与抗旱性强弱的关系, 包括对水分胁迫伤害的修复能力。结果表明, 根据苗期生物量抗旱系数, ‘山花11号’、‘如皋西洋生’、‘A596’、‘山花9号’、‘农大818’的抗旱性较强, 且复水后植株产生超补偿生长效应, 补偿生长能力与抗旱性呈极显著正相关。叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)随干旱进程逐渐降低, 复水后逐渐增加, 抗旱性强的花生品种变幅较小。干旱7天, 大多数花生品种的光合参数值未有显著性差异。干旱14天, 抗旱性越强的花生品种光合参数值越高, 不同抗旱性花生品种的光合参数值有显著差异。‘山花11号’、‘如皋西洋生’、‘A596’、‘山花9号’的P_n、G_s、Φ_PSII、F_v/F_m、q_P在复水5天时恢复至对照水平, 复水10天时超过对照, ‘79266’、‘ICG6848’、 ‘白沙1016’、‘花17’在复水10天时仍未达到对照水平, 复水过程中抗旱性强的品种的光合参数显著高于抗旱性弱的品种。相关分析表明, 干旱胁迫14天和复水5天后, 花生的P_n、Φ_PSII、F_v/F_m、q_P与品种抗旱性呈极显著正相关。因此, 可在苗期用40%土壤相对含水量胁迫14天及复水5天时花生的P_n、Φ_PSII、F_v/F_m、q_P鉴定品种的干旱伤害程度及修复能力, ‘山花11号’可作为强干旱适应性鉴定的标准品种。     

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。     

花生抗旱性鉴定指标的筛选与评价

为确定鉴定花生(Arachis hypogaea)品种(系)抗旱性指标体系, 综合评价花生品种(系)的抗旱性, 在人工控水条件下, 通过盆栽试验, 测定了29个花生品种(系)苗期和花针期的株高、分枝数、生物累积量、叶片含水量和光合色素含量等与抗旱性有关的13个表观形态性状和生理性状的指标, 采用抗旱系数法和隶属函数值法, 对各指标性状进行了水分胁迫下的抗性评价和鉴定。结果表明, 29个花生品种(系)可划分为抗旱性较强、中等、较弱和不抗旱4类, 其中‘唐科8号’、‘冀花2号’、‘大唐油’、‘花育25号’、‘花育17号’、‘鲁花14号’、‘丰花1号’ 7个品种(系)具有较强的抗旱能力; 苗期同一品种(系)的主茎高、分枝数和生物累积量等形态指标和光合色素等生理指标的隶属函数值均有较大差别, 苗期各指标隶属函数值与品种(系)抗旱性无显著相关关系, 苗期单一形态指标不能作为鉴定品种(系)抗旱性的指标; 但苗期抗旱性综合评价值(D)与抗旱系数间存在显著相关关系, D的大小可作为抗旱性的鉴定指标。花针期形态指标和生理指标D值间, 以及各类指标D值与抗旱系数间均存在显著或极显著的相关关系, 此期植株形态指标、生理指标隶属函数值以及综合D值均可作为鉴定品种(系)抗旱性的指标。     

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。     

丛枝菌根真菌对柑橘嫁接苗枳/红肉脐橙抗旱性的影响

采用盆栽试验,研究了自然水分胁迫和胁迫解除复水条件下接种AM真菌摩西球囊霉对柑橘嫁接苗枳/红肉脐橙生长和保护系统能力的影响.结果表明,接种AM真菌的柑橘嫁接苗的株高、穗粗、叶面积和新梢生长量显著或极显著地高于未接种植株.在胁迫解除复水第4天,接种AM真菌的根系可溶性蛋白质含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性显著或极显著高于未接种植株.在自然水分胁迫和胁迫解除复水过程中,接种AM真菌较未接种处理降低叶片丙二醛(MDA)含量,提高可溶性糖和可溶性蛋白质含量,增强SOD、过氧化物酶(POD)、CAT活性,从而增强柑橘嫁接苗的渗透调节和保护防御能力,提高柑橘嫁接苗的抗旱能力.水分和菌根显著交互影响叶片SOD活性.AM真菌提高寄主植物的抗旱性机制可能与寄主植物的保护系统能力的改变有关.     

谷子品种抗旱性的苗期快速鉴定

报道了在苗期快速鉴定谷子品种抗旱性的实验结果.通过比较种子在甘露醇渗透胁迫条件下的相对萌发率和芽生长抑制率、幼苗在适度控水条件下的相对含水量和水势、幼苗严重失水恢复供水后的存活率等几个指标,对5个谷子品种(鲁7060、羊角黄、豫谷5号、Jun 24和Mar 51)的苗期抗旱性进行鉴定.结果表明,Mar 51在所鉴定的品种中具有相对的抗旱优势,可以作为谷子苗期抗旱性研究的代表性材料.谷子种子在甘露醇渗透胁迫条件下的相对萌发率与幼苗在适度控水条件下相对含水量的变化趋势一致,初步认为这两个指标可以作为苗期快速鉴定谷子抗旱性的筛选指标.     

Use of doubled haploid technology for development of stable drought tolerant bread wheat (Triticum aestivum L.) transgenics

Anther culture–derived haploid embryos were used as explants for Agrobacterium‐mediated genetic transformation of bread wheat (Triticum aestivum L. cv CPAN1676) using barley HVA1 gene for drought tolerance. Regenerated plantlets were checked for transgene integration in T₀ generation, and positive transgenic haploid plants were doubled by colchicine treatment. Stable transgenic doubled haploid plants were obtained, and transgene expression was monitored till T₄ generation, and no transgene silencing was observed over the generations. Doubled haploid transgenic plants have faster seed germination and seedling establishment and show better drought tolerance in comparison with nontransgenic, doubled haploid plants, as measured by per cent germination, seedling growth and biomass accumulation. Physiological evaluation for abiotic stress by assessing nitrate reductase enzyme activity and plant yield under post‐anthesis water limitation revealed a better tolerance of the transgenics over the wild type. This is the first report on the production of double haploid transgenic wheat through anther culture technique in a commercial cultivar for a desirable trait. This method would also be useful in functional genomics of wheat and other allopolyploids of agronomic importance.     

不同花生品种对旱涝胁迫的响应及生理机制

为评价花生对旱、涝胁迫的响应,本试验以4个旱、涝耐性差异明显的花生品种为材料,运用温室防雨盆栽方法,在苗期、花针期分别进行正常灌溉(对照)、干旱(7d,叶片萎蔫)、根部淹涝(土面水深2 cm,时间1d、3d、7d)和整株淹涝(水深至苗顶,时间1d、3d、7d)的处理,测定地上部及根系生物量、根冠比、根系活力、叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量。结果表明,苗期、花针期干旱均抑制地上部生长,提高根冠比;苗期干旱降低根系生物量,而花针期增加。2个时期淹涝均促进地上部生长、抑制根系生长、降低根冠比,并随淹水加深、延时而加重。旱、涝条件下根系活力均降低,SOD、MDA呈上升趋势。遭受相同时间(7d)的水分胁迫后,危害程度以干旱重于淹涝,花针期重于苗期。基于生物量、生理指标变化的综合分析进一步表明,4个花生品种的旱、涝耐性差异很大,湘花55号耐旱性强、耐涝性弱,豫花15号耐旱性弱、耐涝性强,中花4号耐旱、涝性均最弱,中花8号耐旱、涝性均最强。     

糜子育成品种苗期抗旱性评价与鉴定指标筛选

在年降雨量不足40 mm的敦煌市,对我国不同地区育成的56份糜子品种,采用反复干旱法进行了苗期抗旱性鉴定,利用反复干旱存活率和抗旱性综合评价值D的聚类结果筛选出一级抗旱品种4份,分别是陇糜5号、吉3、蒙粳糜1号和蒙粳糜7号;配对t测验显示:反复干旱胁迫后糜子苗高、植株含水量、单株叶面积、生物学产量分别降低了16.097 cm、0.393 g/株、10.358 cm2/株、0.075 g/株,差异达到了极显著水平,而根长、相对生长率反向增加了0.555 cm、3.213%;主成分分析中,植株含水量、生物学产量、单株叶面积3个指标在第1主成分中起决定作用(系数均≥0.881),且与两种抗旱评价参数值相关性均达到了极显著水平,因此,确定植株含水量、生物学产量、单株叶面积作为糜子苗期抗旱性鉴定1级指标。     

Expression profiling of rice cultivars differing in their tolerance to long-term drought stress

Understanding the molecular basis of plant performance under water-limiting conditions will help to breed crop plants with a lower water demand. We investigated the physiological and gene expression response of drought-tolerant (IR57311 and LC-93-4) and drought-sensitive (Nipponbare and Taipei 309) rice (Oryza sativa L.) cultivars to 18 days of drought stress in climate chamber experiments. Drought stressed plants grew significantly slower than the controls. Gene expression profiles were measured in leaf samples with the 20 K NSF oligonucleotide microarray. A linear model was fitted to the data to identify genes that were significantly regulated under drought stress. In all drought stressed cultivars, 245 genes were significantly repressed and 413 genes induced. Genes differing in their expression pattern under drought stress between tolerant and sensitive cultivars were identified by the genotype x environment (G x E) interaction term. More genes were significantly drought regulated in the sensitive than in the tolerant cultivars. Localizing all expressed genes on the rice genome map, we checked which genes with a significant G x E interaction co-localized with published quantitative trait loci regions for drought tolerance. These genes are more likely to be important for drought tolerance in an agricultural environment. To identify the metabolic processes with a significant G x E effect, we adapted the analysis software MapMan for rice. We found a drought stress induced shift toward senescence related degradation processes that was more pronounced in the sensitive than in the tolerant cultivars. In spite of higher growth rates and water use, more photosynthesis related genes were down-regulated in the tolerant than in the sensitive cultivars.     

盐旱交叉胁迫对银沙槐幼苗生理生化特性的影响

以盆栽银沙槐（Ammodendron argenteum（Pall.）Kuntze）幼苗为材料,研究盐旱交叉胁迫对幼苗抗逆生理特性的影响,为其引种栽培提供理论依据。结果显示,随着交叉胁迫程度的加剧,银沙槐幼苗的根重比、根冠比、可溶性糖含量、叶绿素a/b（Chl a/Chl b）、类胡萝卜素（Car）含量显著上升,在各种重度胁迫处理下含量均维持在较高的水平;叶重比、根系活力、根系和叶片相对含水量（RWC）、叶绿素含量下降;过氧化氢酶（CAT）的活性呈现先上升后下降的趋势。分析认为银沙槐幼苗在盐旱交叉胁迫下表现出交叉适应性,适度的干旱胁迫可增加银沙槐的抗盐能力。     

植物激素ABA在水分胁迫下的功能及信号途径

植物根系感知外界水分胁迫刺激,诱导ABA生物合成。ABA既可诱导气孔关闭或抑制气孔开放,以降低植物的蒸腾失水,又可影响植物根系发育,以抵御水分胁迫。本文就植物激素ABA及其下游信号H2O2、NO以及Ca2＋等在植物生长调节方面的研究进展进行概述,以构建水分胁迫下植物生长自我调控的可能模式。