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。     

干旱低磷胁迫对不同品种小麦根系导水率的影响

控制磷素水平,采用控制灌水量(正常供水、中度及重度干旱胁迫)的盆栽试验法,选择抗旱性小麦品种陕合6号(W1)和水分敏感型品种郑引1号(W2)为供试材料。用压力室法测定了三叶期的两品种小麦根系导水率(LPr)的变化规律。结果表明：陕合6号,在有磷正常供水处理( PH)下具有较高的导水率,干旱胁迫时LPr降低较少,且复水后有较强的恢复能力。郑引1号, PH的LPr值相对较小,干旱导致的根系导水率下降非常突出,复水后的恢复能力也较弱。另外,干旱胁迫对小麦苗期根系导水率的影响大于磷胁迫对其导水率的影响,且两品种小麦无磷止常供水处理(-PH)的LPr分别为 PH的31．9%和53．6％,即磷对前者LPr的影响大于后者。     

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。     

小麦脱水素基因wzy2表达量实时荧光定量PCR方法的建立和应用

以陕合6号小麦品种为材料,用SYBR GreenⅡ染料,参照小麦脱水素wzy2和-βactin基因序列设计引物,建立小麦wzy2基因的实时荧光定量PCR分析方法.结果表明:通过对标准品标准曲线和熔解曲线分析,其标准曲线的Ct值检测范围为12~30,PCR扩增效率高达111.3%;不同的标准品扩增曲线的间距为3.078,接近于理想值3.32,且可显示产物特异的单峰,引物的特异性扩增强.小麦脱水素基因wzy2表达量实时荧光定量PCR的测定结果表明,小麦脱水素基因wzy2在胁迫24 h的表达量明显高于胁迫12 h的表达量.     

小麦类脱水素的表达、纯化及多克隆抗体的制备

脱水素在胚胎发育后期累积,外源脱落酸(ABA)、低温、干旱和其他一些环境条件下能诱导脱水素的产生,尽管植物在脱水条件下脱水素广泛存在于细胞中,但其生化功能仍不清楚.为研究小麦在不同时期脱水素基因的表达情况和生物学功能及抗体制备,以小麦幼芽为材料,经干旱胁迫处理后,提取总RNA,通过RT-PCR得到小麦类脱水素基因片段(WZY1-1),再连接至克隆载体PUCM-T,并成功构建重组表达质粒PET-32a( )-wzy1-1,将阳性重组质粒转化于受体菌BL21(DE3)感受态细胞中,经IPTG诱导表达,进行表达产物的聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)检测.结果表明,表达蛋白位于37ku处,小麦类脱水素基因获得高效表达.表达蛋白经Ni2 琼脂糖凝胶亲和层析和透析袋电洗脱法纯化后,对兔子进行免疫,制备的抗血清通过ELISA检测到较高的多克隆抗体效价.蛋白质印迹结果显示,利用纯化的蛋白质制备的兔抗血清可以很好地和所表达的蛋白质带特异性结合,且郑引1号小麦幼苗进行干旱处理,提取粗蛋白,SDS-PAGE,蛋白质印迹检测显示,在分子质量28ku处出现特异的蛋白质条带,这说明所制备的抗血清可以与小麦叶片所表达的dehydrin蛋白特异性结合,证明其具有良好的免疫原性.     

外源海藻糖对PEG渗透胁迫下小麦Rubisco及其活化酶的影响

以抗旱品种‘晋麦47’和干旱敏感品种‘郑引1号’为材料,通过室内水培试验研究了外源海藻糖对PEG渗透胁迫下小麦叶片净光合速率、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)和1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶活化酶(RCA)含量和相关基因表达特性的影响。结果表明:(1)外源海藻糖和渗透胁迫均能显著增加2个小麦品种叶片海藻糖含量。(2)渗透胁迫显著降低了2个品种小麦叶片的净光合速率,而外源海藻糖能显著缓解受胁迫小麦叶片净光合速率的降低幅度。(3)渗透胁迫仅使‘郑引1号’Rubisco大亚基基因(rbcL)相对表达量及相应蛋白含量显著降低;渗透胁迫显著降低了小麦RCAα和β亚基基因相对表达量,并显著降低RCA蛋白含量,而外源海藻糖不能缓解RCA蛋白含量的降低;渗透胁迫显著降低了Rubisco总活性、初始活性、活化状态及RCA活性,而外源海藻糖则能显著缓解上述酶活性的下降。(4)小麦叶片净光合速率与其rbcL、RCAα和β亚基基因相对表达量及Rubisco总活性、初始活性、活化状态及RCA活性均呈极显著正相关关系。研究发现,在渗透胁迫条件下,外源海藻糖主要从翻译后层面对小麦叶片Rubisco和RCA的活性发挥显著保护作用,从而缓解了小麦净光合速率的降低。     

水分胁迫下内生真菌球毛壳ND35对冬小麦苗期生长和抗旱性的影响

为明确不同水分条件下内生真菌对冬小麦苗期生长和抗旱性的影响,以抗旱型小麦品种山农16和水分敏感型小麦品种山农22为材料,利用荧光定量PCR技术检测小麦干旱诱导基因脱水素wzy2的表达量来了解冬小麦在干旱胁迫下相关基因的表达差异,通过测定相关生理指标与酶活性来判断小麦发育及其在干旱胁迫下的生理响应状况。结果表明,与正常水分ND35组相比,接种球毛壳菌(Chaetomium globosum)ND35的干旱处理组小麦的根冠比、总蛋白含量、脯氨酸含量及丙二醛含量等指标显著提高,小麦叶片含水量和可溶性糖含量有所降低。在干旱处理组中,球毛壳菌ND35可以显著提高小麦山农16的根长和山农22的株高,接种球毛壳ND35的山农16脯氨酸含量、可溶性糖含量、过氧化氢酶活性比对照组均显著提高,丙二醛含量比对照组降低9.0%,但差异不显著;山农22脯氨酸含量和过氧化氢酶活性比对照组显著提高,丙二醛含量和可溶性糖含量比对照组有所降低,但可溶性糖含量差异不显著;相对定量检测数据显示,接种球毛壳ND35后,两种小麦脱水素wzy2基因的表达量较对照组均能够显著提高。综合分析说明内生真菌球毛壳ND35可以促进冬小麦苗期根系和植株发育,小麦提前进入三叶期,增强小麦避旱性,同时提高小麦根系活力,增强小麦耐旱性;提高个体细胞内水分、糖分、脯氨酸含量,降低丙二醛的氧化性损伤,增强过氧化氢酶活性,从而提高两种冬小麦对干旱胁迫的耐受能力;球毛壳ND35促进小麦干旱诱导相关基因wzy2的表达量,进而提高抗旱相关蛋白的表达,从而提高两种冬小麦耐脱水性和对干旱胁迫的适应性。     

干旱胁迫对不同抗旱性棉花品种抗氧化酶活性及基因表达的影响

为明确不同抗旱性棉花品种对干旱胁迫的适应性差异,该研究选用‘新陆早50号’(耐旱型)和‘新陆早27号’(干旱敏感型)为材料,分析干旱及复水处理下两材料的活性氧产生、电解质渗漏、抗氧化酶活性变化,并分析部分抗氧化酶基因、渗透调节基因和转录因子在干旱胁迫下的表达谱。结果显示:(1)棉花叶片的电导率和MDA含量随着干旱胁迫的加强逐渐增加,复水后恢复;在干旱胁迫处理6和8d,耐旱型品种‘新陆早50号’的抗氧化酶活性显著高于干旱敏感型品种‘新陆早27号’。(2)基因表达谱分析显示,棉花超氧化物歧化酶基因(GhSOD)仅在干旱胁迫下表达,且2个品种间差异不显著,GhBADH、GhNCED和GhP5Cs及转录因子GhPHD1、GhPHD5、GhPHD6和GhPHD10在‘新陆早50号’叶片中的表达量均高于‘新陆早27号’。研究表明,耐旱型棉花品种较干旱敏感型在干旱胁迫下其体内的活性氧含量、电导率和MDA含量较低,抗氧化酶活性较高,并且其抗旱相关基因表达量也更高。     

Differential accumulation of a 24-kd dehydrin protein in wheat seedlings correlates with drought stress tolerance at grain filling

The Pacific Northwest (PNW), an important region for wheat production in the USA, is often subject to water deficits during sowing and grain filling. These deficits reduce the quality and yield of the crop. As a consequence, an important objective of breeding programs in the region is improving the genetic adaptation of wheat cultivars to drought stress. One response to dehydrative stresses is the accumulation of proteins called dehydrins, which are believed to protect membranes and macromolecules against denaturation. We characterized dehydrin accumulation in seedlings during drought stress and its correlation with stress tolerance during grain filling in seven wheat cultivars, 'Connie', 'Gene', 'TAM105', 'Rod', 'Hiller', 'Rhode', and 'Stephens'. A 24-kd dehydrin accumulated in seedlings under stress, but not in irrigated control plants. Connie, TAM105, and Gene started to accumulate dehydrins at the fourth day of stress, while the other cultivars showed dehydrins after twelve days of stress. This differential accumulation in seedlings was associated with stress tolerance at grain filling, characterized by a lower reduction in yield and in the rate of decrease in leaf water potential per day of stress. Connie, TAM105, Gene and Rod where the most tolerant cultivars. The results indicate that expression of this 24-kd dehydrin might serve as a rapid and non-destructive screening technique at the seedling stage. Even though the results are promising, selection experiments using a population segregating for stress tolerance are needed to test more conclusively whether this dehydrin can serve as a genetic marker for cultivars with tolerance to drought stress.     

不同生育时期干旱对冬小麦氮素吸收与利用的影响

以抗旱性强的‘石家庄8号’和抗旱性弱的‘偃麦20’冬小麦(Triticum aestivum)为材料, 在田间遮雨棚条件下, 研究返青-拔节期、拔节-开花期和灌浆后期3个生育期不同干旱程度对冬小麦产量、氮素吸收、分配和利用的影响。结果表明, 在干旱条件下, 抗旱性强的‘石家庄8号’产量高于抗旱性弱的‘偃麦20’, 并且其3个生育时期轻度干旱均可提高产量。拔节-开花期干旱对两个冬小麦品种氮素的吸收和运转影响均最大, 其次为返青-拔节期, 而灌浆后期影响较小。不同生育期中度和重度干旱均降低了花前贮藏氮素向籽粒中的转移, 并且氮肥利用效率和生产率也较低, 而在返青-拔节和灌浆后期轻度干旱有利于营养器官的氮素向籽粒中转移, 提高了氮肥利用效率和生产率。在干旱条件下, 抗旱性强的‘石家庄8号’籽粒氮素积累对花前贮藏氮素再运转的依赖程度高, 而‘偃麦20’对花后氮素的积累和转移依赖较高。综合产量和氮素的转移特点, 在生产实践中, 返青-拔节期和灌浆后期要注意对小麦进行适度的干旱处理, 在拔节-开花期要保证冬小麦的充分灌溉, 从而有利于氮素的积累和分配。     

小麦抗旱机理研究进展

干旱是影响小麦产量和品质的重要环境因素,而小麦在干旱胁迫下的抗旱机理非常复杂,不同程度以及不同发育时期的干旱胁迫对不同品种的影响各异。对近年来有关干旱胁迫下小麦的形态结构与渗透调节物质的变化,特别是基因和蛋白表达量的改变进行了综述,对小麦在干旱胁迫下如何提高品质及产量等问题提出建议。     

Favorable Alleles for Stem Water-Soluble Carbohydrates Identified by Association Analysis Contribute to Grain Weight under Drought Stress Conditions in Wheat

Drought is a major environmental constraint to crop distribution and productivity. Stem water-soluble carbohydrates (WSC) buffer wheat grain yield against conditions unfavorable for photosynthesis during the grain filling stage. In this study, 262 winter wheat accessions and 209 genome-wide SSR markers were collected and used to undertake association analysis based on a mixed linear model (MLM). The WSC in different internodes at three growth stages and 1000-grain weight (TGW) were investigated under four environmental regimes (well-watered, drought stress during the whole growth period, and two levels of terminal drought stress imposed by chemical desiccation under the well-watered and drought stress during the whole growth period conditions). Under diverse drought stress conditions, WSC in lower internodes showed significant positive correlations with TGW, especially at the flowering stage under well-watered conditions and at grain filling under drought stress. Sixteen novel WSC-favorable alleles were identified, and five of them contributed to significantly higher TGW. In addition, pyramiding WSC favorable alleles was not only effective for obtaining accessions with higher WSC, but also for enhancing TGW under different water regimes. During the past fifty years of wheat breeding, WSC was selected incidentally. The average number of favorable WSC alleles increased from 1.13 in the pre-1960 period to 4.41 in the post-2000 period. The results indicate a high potential for using marker-assisted selection to pyramid WSC favorable alleles in improving WSC and TGW in wheat.     

水分胁迫下不同抗旱性小麦品种叶片转录因子表达差异研究

通过研究不同抗旱性小麦品种中转录因子表达水平的差异,为阐明小麦抗旱机制奠定基础。依据候选基因序列设计PCR引物,以干旱胁迫后0、3、6、9、12和24 h的小麦叶片为实验材料,以26S rRNA为内参,运用荧光定量PCR技术,检测Wdreb2、Wlip19基因在干旱敏感性和干旱耐受性小麦叶片中的相对表达量。定量PCR结果显示：干旱胁迫后,Wdreb2、Wlip19基因在干旱敏感性小麦叶片中的表达明显低于干旱耐受性小麦,在不同品种叶片中的响应时间和表达趋势存在差异。研究认为,Wdreb2、Wlip19基因在不同品种小麦受到干旱胁迫后的表达差异,与该品种小麦的抗旱能力具有一定的相关性。     

水分胁迫下小麦地上和地下部的反应及其抗旱性研究

本试验较系统地研究了四个小麦品种水分胁迫下地上、地下部的形态、生理和信息传递物质的变化及其抗旱性,为高等植物的抗旱机理研究提供了一些有价值的资料。为抗旱育种和育农栽培提供理论上的依据。     

Importance of pre‐anthesis anther sink strength for maintenance of grain number during reproductive stage water stress in wheat

Reproductive stage water stress leads to spikelet sterility in wheat. Whereas drought stress at anthesis affects mainly grain size, stress at the young microspore stage of pollen development is characterized by abortion of pollen development and reduction in grain number. We identified genetic variability for drought tolerance at the reproductive stage. Drought‐tolerant wheat germplasm is able to maintain carbohydrate accumulation in the reproductive organs throughout the stress treatment. Starch depletion in the ovary of drought‐sensitive wheat is reversible upon re‐watering and cross‐pollination experiments indicate that the ovary is more resilient than the anther. The effect on anthers and pollen fertility is irreversible, suggesting that pollen sterility is the main cause of grain loss during drought conditions in wheat. The difference in storage carbohydrate accumulation in drought‐sensitive and drought‐tolerant wheat is correlated with differences in sugar profiles, cell wall invertase gene expression and expression of fructan biosynthesis genes in anther and ovary (sucrose : sucrose 1‐fructosyl‐transferase, 1‐SST; sucrose : fructan 6‐fructosyl‐transferase, 6‐SFT). Our results indicate that the ability to control and maintain sink strength and carbohydrate supply to anthers may be the key to maintaining pollen fertility and grain number in wheat and this mechanism may also provide protection against other abiotic stresses.     

不同烤烟品种抗旱生理特征比较研究

以4个抗旱性不同的烤烟品种(系)为材料,采用盆栽试验测定了它们在干旱胁迫条件下的生物量以及叶片相对含水量、保水力、净光合速率、脱落酸含量等生理指标,并用隶属函数法对它们的抗旱性进行综合评价,以探讨烤烟的抗旱生理机制.结果表明:在干旱胁迫条件下,各品种烟株的鲜、干重积累量、叶片相对含水量及净光合速率均下降,但'豫烟6号'和'农大202'降幅相对较小;各品种烟株的丙二醛和脱落酸含量在干旱胁迫下均显著增加,且脱落酸含量以'豫烟6号'的增加量最大,'NC89'最小,丙二醛含量以'NC89'增加量最大,'农大202'和'豫烟6号'相对较小;'豫烟6号'在干旱胁迫下的叶片保水能力极限著差高于'K326'、'NC89'; 隶属函数法综合分析结果显示,'豫烟6号'的抗旱性最强,'农大202'次之,'NC89'最差.研究发现,各烟草品种的植株形态和生理指标在干旱条件下存在明显的差异,抗旱性强的品种表现出较高的叶片保水力、净光合速率、生物量和脱落酸含量,以及较低的丙二醛含量,且除脱落酸含量外大多指标的升降幅度较小.