逆境条件下小麦种子活力与种子萌发相关酶活性及其基因表达的关系

分析不同基因型小麦品种逆境萌发过程中种子萌发相关酶活性及基因表达差异,明确在逆境条件下,种子活力与种子萌发相关酶活性及基因表达量的关系.通过标准发芽试验和逆境(冷浸、人工老化、干旱胁迫)发芽试验,测定4个小麦品种种子活力、萌发过程中可溶性总糖和可溶性蛋白含量、α-淀粉酶活性、半胱氨酸蛋白酶活性及相关基因表达量.结果表明:干旱、人工老化和冷浸胁迫3种逆境对种子活力都有一定影响.不同萌发条件下,可溶性总糖含量呈现先小幅度升高后小幅度降低再迅速升高的趋势;而可溶性蛋白含量随着萌发时间的延长呈现逐渐下降的趋势.α-淀粉酶活性整体呈现逐渐升高的趋势,但在冷浸胁迫处理后,豫农949和轮选061的α-淀粉酶活性在萌发60 h后出现下降.半胱氨酸蛋白酶活性整体呈先降低后升高的趋势,但在干旱胁迫条件下,豫农949、豫麦49-198和轮选061的半胱氨酸蛋白酶活性呈现先升高后降低再升高的趋势.不同逆境萌发条件下,α-AMY(α-淀粉酶基因)表达量整体呈先上升后下降的趋势.冷浸胁迫处理后,轮选061的α-AMY表达量高于对照,在其他逆境萌发条件下,4个品种的α-AMY表达量均低于对照;人工老化处理后,长4738的CP(半胱氨酸蛋白酶基因)表达量与对照差异不显著,在其他逆境萌发条件下,4个品种的CP表达量均高于对照.种子萌发期间,不同萌发条件下α-淀粉酶和半胱氨酸蛋白酶活性与其基因表达并没有直接关系,α-淀粉酶活性与可溶性总糖含量达到显著正相关,半胱氨酸蛋白酶活性与可溶性蛋白含量的相关性不显著.在标准发芽条件下,α-淀粉酶活性与活力指数呈显著正相关,而在逆境萌发过程中,其相关性不显著.冷浸胁迫处理后,半胱氨酸蛋白酶活性与活力指数呈显著正相关,但在标准发芽、干旱胁迫、人工老化处理后,其相关性不显著.     

不同发育时期小麦种子活力的变化及其对环境温度的响应

以济麦22和山农23号为试验材料,利用标准发芽试验法对不同年份小麦种子发育过程中的种子活力变化进行研究,分析环境温度对不同发育时期小麦种子活力变化的影响,为早期小麦种子的利用及高活力种子的生产提供参考依据.结果表明: 伴随着小麦种子发育,鲜种子在花后26 d左右出现发芽能力,之后其发芽率整体呈上升趋势;干种子发芽势、发芽率和发芽指数在花后5～8 d迅速升高,之后保持相对稳定,活力指数主要受到幼苗单株干质量的影响而持续升高,一般在完熟前4～6 d达到最大值;不同发育时期小麦干种子的田间种植及其后代种子的活力测定表明,济麦22花后17 d以后的干种子田间出苗较好,并可成穗结实,其后代种子的发芽率和活力指数在不同样品间无显著差异.环境温度对不同发育时期小麦种子活力变化的影响显著,小麦花后日平均温度均值、日最高气温均值以及日最低气温均值均高,且花后日温差均值大的年份,种子发育时间短、百粒重及种子活力达到最大值的时间较早;反之,发育时间较长、百粒重及种子活力达到最大值的时间较晚,但完熟期积温高,种子活力较高.     

不同小麦品种对低温胁迫的反应及抗冻性评价

以济麦19、济麦21、济南17等15个冬小麦品种为材料,对其在低温胁迫条件下功能叶和叶鞘超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、丙二醛(MDA)含量与可溶性蛋白含量等生理指标进行测定,以功能叶各项指标的抗冻系数作为衡量抗冻性的指标,利用主成分分析、聚类分析对其抗冻性进行综合评价。低温胁迫条件下,不同冬小麦品种起身拔节期功能叶和叶鞘中SOD活性、POD活性和CAT活性均不同程度地上升,MDA含量和可溶性蛋白含量均下降。通过主成分分析和聚类分析,将15个冬小麦品种划分为3类:济麦19、山农8355属强抗冻类型;山农664、泰山9818、济麦21、济麦22、烟农24、烟农19、烟农21、汶农6号、鲁麦21、济南17属中度抗冻类型;其余3个品种(泰山23、聊麦18、临麦2号)属弱抗冻类型。     

高温、干旱及其互作对两个筋力小麦品种淀粉糊化特性的影响

以强筋和弱筋的两个代表性小麦品种为材料,采用盆栽与人工气候箱模拟的方法,研究了花后不同时期高温、干旱及其互作对籽粒淀粉糊化特性的影响。结果表明,高温和干旱均显著影响淀粉糊化特性,但两品种表现有所不同:高温胁迫使强筋小麦品种豫麦34的峰值黏度、最终黏度(除花后5 d外)、稀懈值(除花后15 d外)和反弹值显著增大;而弱筋小麦品种豫麦50低谷黏度和最终黏度显著下降,其峰值黏度、反弹值变化不明显,从不同时期看,花后15 d影响较大。干旱胁迫使豫麦34多数黏度参数增大;而使豫麦50峰值黏度、反弹值和稀懈值下降,其低谷黏度和最终黏度在灌浆前期和中期干旱胁迫下增大,后期干旱胁迫则明显下降。研究结果还表明,花后高温与干旱胁迫对小麦黏度参数的影响存在显著的互作效应。从F值大小看,互作对弱筋小麦品种豫麦50多数黏度参数影响较大,而对强筋小麦品种豫麦34淀粉黏度参数影响较小,反映了高温、干旱及其互作对小麦淀粉特性的影响存在着显著的基因型差异。     

不同黄瓜品种种子萌发期的耐盐性研究

在不同浓度的NaCl胁迫盐境下发芽,对黄瓜种子萌发有显著影响,随着NaCl胁迫浓度增大,对种子萌发的抑制作用明显增强,种子活力指数、发芽指数、幼胚一级侧根数比发芽率对NaCl胁迫的反应更敏感.在供试的14个黄瓜品种中,不同黄瓜品种种子萌发受盐胁迫抑制的程度不同,其中耐盐品种有中农12号和津春5号,新秀2号和津优1号为不耐盐品种,其他为耐盐性中等品种.     

六个黄淮麦区优质小麦品种在晋中麦区晚播的产量与品质性状研究

目的：为拓宽山西优质小麦品种资源,采用田间试验,研究来自黄淮麦区的6个优质小麦品种在晋中晚熟冬麦区的籽粒产量及品质性状表现。方法：供试小麦品种分别是：来自河南省国家小麦工程中心的豫农416（编号Y-1）、豫麦34（Y-2）、豫麦70（Y-3）和豫麦18（Y-4）,来自山西省农科院棉花科学研究所的舜麦紫秆（S-1）和舜麦1718D（S-2）,以山西农业大学育成品种山农129为对照（CK）。试验于2010年10月15日在山西农业大学实验农场进行,收获后测定籽粒产量与产量结构及籽粒品质。结果：引进的6个黄淮麦区育成小麦品种在晋中晚熟冬麦区晚播种植,其籽粒品质均优于当地品种山农129,但产量不足。6个引进品种在晋中晚播种植后,其籽粒蛋白质含量、湿面筋含量等相关的籽粒品质亦明显高于原品种。相对而言,豫麦34、豫农416和舜麦紫秆均为高蛋白（〉17％）强筋（≥32％）品种,但前者高产（〉5800kg·hm-2）,后两者中产（〉4300kg·hm-2）;豫麦70和舜麦1718D均为高蛋白中筋（30％-32％）品种,但前者中产,后者低产（〈4000kg·hm-2）;豫麦18则为中等蛋白（〉16％）中筋的高产品种,当地品种山农129为低蛋白（〈16％）低湿面筋（〈30％）的高产品种。结论：豫麦34和豫麦18对改良山西小麦品种籽粒品质具有一定的意义。     

基于生理指标与籽粒产量关系的小麦品种抗冻性分析

以20个冬小麦品种为材料进行盆栽试验,对其在低温胁迫条件下功能叶超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性,丙二醛（MDA）、可溶性蛋白、可溶性糖含量以及籽粒产量、千粒重和籽粒形态性状进行测定.结果表明：拔节初期麦苗经-4 ℃低温胁迫后,不同品种冬小麦籽粒形态性状和产量性状均发生变化,绝大多数小麦品种籽粒长宽比、圆度和不育小穗数均增加,籽粒等效直径和面积及千粒重和籽粒产量均下降.通径分析表明,拔节初期低温处理后,功能叶SOD活性和可溶性糖含量是影响籽粒产量的主导因素,其中SOD活性对籽粒产量的直接影响较大,直接通径系数为-0.578.以籽粒产量下降的百分数作为小麦抗冻性评价的标准,可将20个小麦品种划分为3类：强抗冻类型的济麦19、济麦20、良星99、山农1135、山农8355、泰山23、泰山9818、汶农6号和烟农21,弱抗冻类型的临麦2号、潍麦8号、烟农19和淄麦12号,而其余7个品种属中度抗冻类型.苗期综合评价值（D值）与籽粒产量下降的百分数之间呈显著负相关(r=-0.512*),说明小麦苗期抗冻性强有利于获得较高的籽粒产量.苗期是小麦抗冻性鉴别选择的重要时期.     

小麦品种间感染纹枯病的差异及普遍率与严重度的关系

通过人工接菌方法比较了６个小麦主栽品种间感染纹枯病的差异,结果表明,高感类型有阜阳８６１、温麦４号和皖麦１９,中感类型有扬麦１５８、豫麦１８和豫麦２１．各品种苗期病株率反映不出品种感病程度的差异,以灌浆后期的病情指数为标准比较品种间抗感染程度较为适宜．认为寄主生育阶段影响小麦纹枯病的ＩＳ关系．回归分析表明,按内茎和外茎发病程度分级可减少田间调查误差,且省时省工．     

山西省主推小麦品种芽期及苗期的抗旱性评价

水分对小麦生长发育具有重要的作用。山西省水资源严重匮乏,鉴定山西省主推小麦品种的抗旱性,对于培育优异抗旱品种具有重要意义。本研究以40份山西省各麦区主推小麦品种为试材,分别在芽期和苗期对其进行模拟干旱(20%PEG-6000)处理,分析干旱胁迫对小麦芽期和苗期形态指标的影响,并利用隶属函数和抗旱综合评价值,对参试小麦品种的抗旱性进行评价。结果表明：小麦芽期和苗期的各项指标均不同程度受干旱胁迫的影响,芽期的芽长、根长、芽鲜重、根鲜重和苗期的叶鲜重、根鲜重受干旱胁迫的影响较大;芽期共筛选出抗旱型品种21个(52.5%),其中山农17综合评价值最高,达0.783;苗期共筛选出抗旱型品种5个(12.5%),分别为山农24、晋麦66、长麦6135、晋麦62、长麦3897;芽期和苗期皆为抗旱型的小麦品种是长麦3897;拟合芽期和苗期抗旱性综合评价值之间的关系表明,参试品种2个时期的抗旱性之间无显著相关性。本研究结果可为山西省选取旱地小麦生产用品种以及抗旱性的改良提供参考。     

小麦幼苗根系核蛋白体上结合态多胺与渗透胁迫关系

检测了渗透胁迫下, 小麦幼苗根系核蛋白体(deoxyribonucleic acid-protein, DNP)上的非共价结合态多胺(noncovalently conjugated polyamines, NCC-PAs)和共价结合态多胺(conjugated polyamines, CC-PAs)的含量. 两个品种的NCC-Spm(精胺)含量都因渗透胁迫而上升, 而且抗旱性强的豫麦18上升幅度明显大于抗旱性弱的扬麦9号; 豫麦18的NCC-Spd(亚精胺)含量因胁迫明显上升, 而扬麦9号的NCC-Spd变化不明显; 在两个品种中未检测到NCC-Put(腐胺). 外源Spm处理明显促进了渗透胁迫下扬麦9号核蛋白体上NCC-Spm和NCC-Spd含量的上升, 也提高了扬麦9号幼苗对渗透胁迫的抗性; 甲基乙二醛-双(鸟嘌呤腙)(即MGBG: Spd和Spm的生物合成的抑制剂)处理豫麦18的效应相反. 两品种小麦幼苗在渗透胁迫下根系核蛋白体上共价结合态腐胺(covalently conjugated, CC-Put)和CC-Spd水平上升, 抗旱性强的豫麦18的上升幅度明显大于抗旱性弱的扬麦9号. 菲咯啉(即o-Phen, CC -PAs合成酶, 转谷酰胺酶(TGase)的抑制剂)处理明显抑制了渗透胁迫下豫麦18小麦幼苗根系核蛋白体上CC-PAs的上升, 而且明显降低其幼苗的抗性. 这些结果表明: 渗透胁迫下小麦幼苗根系核蛋白体上NCC-Spm和NCC-Spd以及CC-Put和CC-Spd水平的上升有利于增强小麦幼苗适应渗透胁迫的能力.     

胡麻种质萌发期抗旱性综合评价

为研究不同类型胡麻种质萌发期抗旱性表现,以筛选抗旱品种,为抗旱育种提供科技支撑。本研究采用不同浓度的PEG-6000高渗溶液模拟干旱胁迫的方法,对定亚17、陇亚8号和2011621080进行渗透胁迫试验,筛选适宜浓度的PEG-6000溶液。对161份不同类型的胡麻种质在萌发期进行渗透胁迫试验,考查与抗旱性相关的5个性状,并运用单项抗旱系数、综合抗旱系数、隶属函数和灰色关联度相结合的方法对种质资源的抗旱性进行综合评价。结果表明,不同浓度PEG-6000胁迫对胡麻种质的萌发均有影响,当PEG-6000的浓度在18%时,各种指标的抑制作用均显著加强,因此本研究选用18%的PEG-6000浓度模拟干旱胁迫试验;PEG-6000胁迫降低了161份胡麻种质资源的相对发芽率,抑制了幼芽的生长,种质间表现出较大差异。根据抗旱性量度值将供试种质划为5级,其中1级抗旱型2份、2级15份、3级28份、4级82份、5级34份;供试种质的抗旱性强弱与地理来源息息相关。试验结果说明选择多个性状,综合评价胡麻萌发期抗旱性是可行且准确的。     

小麦冬性强弱评价体系的建立

建立一个比较准确的小麦冬性评价体系,对小麦种质研究评价、引种及应对自然灾害都具有重要应用价值,对小麦生态型的解释具有一定的理论意义。以12个冬性强弱不同的小麦品种为材料,经过两年重复试验,在自然春化与人工春化条件下,对与春化有关的成穗数等4个形态指标进行调查,对人工春化条件下5月份播种的小麦生长锥进行观察。经过对成穗数进行聚类分析,将12个冬小麦品种划分为弱冬性、冬性、强冬性3类。另外,结合不同春化条件下小麦成穗数差异的显著性分析结果及相关指标的标准化数据进行分析,结果表明:(1)根据幼苗习性对小麦冬性进行划分的方式存在一定缺陷,划分结果存在误差。自然春化条件下进行冬性划分具有一定的合理性,但由于受到多种外界因素影响,对相邻类型的划分效果不理想。(2)茎蘖数、小穗数、千粒重等指标存在一定的交叉现象,不适于进行冬性评价。人工春化处理下,小麦的成穗数与生长锥形态可以准确评价小麦冬性的强弱。     

模拟干旱胁迫下六个种源梓树种子萌发特性及地理变异研究

该研究采用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫,测定了发芽率、发芽势和胚根长度等指标,运用相关性分析、聚类分析和隶属函数法综合评价梓树六个种源种子萌发期的抗旱性大小,初步筛选出抗旱性较强的种源。结果表明:随着溶液水势的降低,六个种源种子的发芽率、发芽势、相对发芽率、发芽指数、活力指数表现为持续下降趋势;除河南洛阳种源的胚根、胚轴长度以及甘肃正宁种源的胚根长度外,其余种源胚根、胚轴长度均表现为逐渐下降趋势;溶液水势为-1.0 MPa时,河南洛阳种源失活,其余种源各指标趋于一致。将各种源种子发芽特性与原产地地理环境因子进行相关分析表明,种子活力指数与经度、纬度呈显著正相关(0.903和0.871),经度、纬度较大的种源活力更强、抗旱性更佳;年均气温越高,种子发芽率和活力均降低;年降雨量与种子的发芽率和活力指数呈中偏弱的负相关,但与胚根和胚轴的生长呈中等正相关;温度和降雨量对梓树种子的抗旱性有一定影响,主要体现在年均温和年降雨量越低,种子的发芽率也越低;初步发现处于干旱和寒冷等相对恶劣环境下的梓树种源表现为以提高种子发芽率和降低种子胚生长活性的调节机制来适应不良环境。运用聚类分析及隶属函数法对六个种源梓树种子萌发期进行抗旱性综合评价,辽宁恒仁种源种子抗旱性最强,河南洛阳种源种子抗旱性最弱。综上结果认为,梓树六个种源抗旱性差异明显,温度和降雨量在一定程度上影响了种子萌发的抗旱性。     

扁蓿豆和苜蓿种子萌发期抗旱性和耐盐性比较

为明晰扁蓿豆[Medicago ruthenica(Linn.)Trautv.]和苜蓿(Medicago varia Martin.)种子萌发期的抗旱性和耐盐性强弱,以不同浓度的聚乙二醇(PEG-6000)和Na Cl溶液模拟干旱和盐胁迫,研究了不同程度干旱和盐浓度对采自甘肃景泰的扁蓿豆和苜蓿品种阿尔冈金(M.varia Martin.cv."Algonquin")种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,干旱胁迫和盐胁迫降低了扁蓿豆和苜蓿种子的发芽率、发芽指数、活力指数,抑制了胚芽和胚根的生长。-0.3~-0.9 MPa和-1.5 MPa的PEG处理下苜蓿和扁蓿豆种子的相对发芽率间无显著差异,-1.2 MPa的PEG胁迫下苜蓿种子的相对发芽率显著高于扁蓿豆。-0.3~-1.2MPa的PEG胁迫下苜蓿种子的相对发芽指数均显著高于扁蓿豆,其相对芽长无显著差异。Na Cl渗透势为-0.9~-1.5 MPa时,苜蓿种子的相对发芽率显著高于扁蓿豆;-0.3~-1.2 MPa的Na Cl胁迫下苜蓿种子的相对发芽指数和相对活力指数均显著高于扁蓿豆。通过种子萌发期的相对发芽率、相对发芽指数、相对活力指数、相对胚根长和相对胚芽长5项指标,应用隶属函数法对参试材料种子萌发期抗旱性和耐盐性进行综合评价的结果表明,苜蓿品种阿尔冈金种子萌发期的抗旱性、耐盐性均强于来自景泰的扁蓿豆。此结果和人们以往对扁蓿豆和苜蓿的认识"扁蓿豆的抗旱性和耐盐性优于苜蓿"不一致。     

Differences in physiological characteristics between two wheat cultivars exposed to field water deficit conditions

We investigated various physiological characteristics of two wheat (Triticum aestivum L.) cultivars differing in drought tolerance, i.e., Shannong16 (a drought-tolerant cultivar) and Weimai8 (a high-yield wheat cultivar under well-watered conditions), under field drought conditions. The experiments were conducted over a two-year period. Drought stress (DS) was imposed by controlling irrigation and sheltering the plants from rain. Compared with Weimai8, Shannong16 exhibited the better water balance, the higher osmotic adjustment, the slower degradation of chlorophyll, and the higher net photosynthetic rate under drought-stress conditions. At the same time, we observed that Shannong16 maintained more integrated chloroplast and thylakoid ultrastructure in flag leaves than Weimai8 under field drought stress. The different levels of antioxidant competence, indicated by MDA content, antioxidant enzyme activities, and the level of superoxide radicals observed in the two wheat cultivars may be involved in the different levels of drought resistance of these cultivars.     

Dehydration tolerance in spring wheat seeds

Studies performed on seeds of several cultivars of spring wheat (Triticum aestivum L. var.lutescens) revealed differences in the studied seed dehydration tolerance affecting seed germination and seedling emergence. Among the cultivars studied, seeds of Kolibri showed capability to maintain both high germination energy and high emergence rate at diminished water potential of the environment. Seed dehydration tolerance was increased when the parent plants were subjected to drought. This work was supported by Project No. 9.1.1. coordinated by the Plant Breeding and Acclimatization Institute.