冷驯化和冷冻条件下不同抗寒性冬小麦品种三个COR基因表达差异的实时荧光定量分析

COR基因是含有CRT/DRE调控元件的一类冷响应基因,在植物抗寒耐寒过程中发挥着重要作用.为了分析不同抗寒性的冬小麦品种中COR基因表达的差异,明确在抗寒中起关键作用的COR基因,本实验以抗寒品种东农冬麦1号和不抗寒品种济麦22为材料,设定一系列低温处理,用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析低温下Wrab17、Wcor80和Wcs120三个基因的表达差异.结果表明,在所有冷处理中,这三个基因在抗寒品种东农冬麦1号的相对表达量均比不抗寒品种济麦22高,上调表达时间更长,响应时间更短.处理组和对照组中也出现较大差异,在某些处理组中的相对表达量明显更高.其中冷驯化处理8～12 h和冷冻处理4h时Wrab17在东农冬麦1号中分别上调表达11.2、14.7和26倍,同时期同处理的济麦22中此数值分别为2.7、6.2和4.3倍;冷冻处理6h时Wcor80在东农冬麦1号中上调表达6.5倍,在济麦22中则出现小幅下调;冷驯化处理1h后Wcs120在东农冬麦1号中上调8.7倍,在济麦22中未发现上调表达.     

低温驯化及封冻后不同抗寒性小麦品种细胞超微结构的比较

为分析不同抗寒性小麦品种在低温胁迫下细胞超微结构的差异,以抗寒品种东农冬麦1号和对照济麦22为材料,分别在低温驯化期和封冻期用透射电镜观察两个品种分蘖节和叶片的细胞超微结构。结果表明,低温驯化期（11月2日）两个品种分蘖节的细胞超微结构均没有受损。抗寒品种东农冬麦1号分蘖节细胞内有少量质体,且分蘖节的液泡占整个细胞的比例较济麦22小;封冻后10 d,济麦22分蘖节发生严重的质壁分离,线粒体外膜不再清晰,而东农冬麦1号分蘖节内除有的线粒体内外脊不再清晰外,其他细胞器官没有明显变化。封冻后30 d东农冬麦1号发生轻微的质壁分离,细胞核完整,线粒体膜不清晰;济麦22分蘖节细胞内含物基本没有,细胞空泡化。调查期内,济麦22叶片的叶绿体紧贴细胞壁排列,细胞内有较大的中央大液泡,11月2日叶绿体内出现拟脂颗粒,封冻后30 d叶片细胞基本空泡化;东农冬麦1号有一部分叶片细胞的叶绿体在细胞中部聚集,调查期内未见叶绿体内出现拟脂颗粒,封冻后30 d线粒体出现破损,叶绿体排列不再规则,但细胞核仍然清晰。     

外源6 BA对小麦种子萌发及越冬期植株冻害的缓解作用

为了解外源6-BA缓解越冬期间冬小麦植株冻害的生理机制,以冬小麦品种东农冬麦1号和济麦22为材料,研究了不同浓度外源6-BA处理对冬小麦种子萌发及越冬期间植株膜质过氧化及内源激素的影响.结果表明,外源6-BA提高了两个小麦品种的种子发芽势,且对东农冬麦1号影响明显大于济麦22;10μmol·L-1 6-BA处理显著提高了东农冬麦1号的发芽率,减缓其分蘖节的膜质过氧化.外源6-BA增加了低温后期(12月19日即温度低于-25℃时)济麦22的叶片相对电导率、低温中后期11月4日后即温度低于一10℃时东农冬麦1号分蘖节中ABA含量和ABA/GA值,降低了两个品种植株GA含量及低温中后期东农冬麦1号叶片中ABA含量和ABA/GA值,而对济麦22植株内源激素没有显著影响.说明在越冬期间10 μmol·L-16-BA处理可促进种子发芽,调节分蘖节内源激素和膜脂过氧化作用,提高东农冬麦1号抵御低温的能力.     

不同抗寒性小麦品种生长点发育进程及生理指标差异分析

为了解不同抗寒性小麦品种在寒地越冬期间分蘖节生长点发育进程及生理指标的差异,筛选适宜的抗寒指标,以抗寒性差异显著的3个小麦品种(中国春、济麦22和东农冬麦1号)为材料,在小麦生长期、驯化期和封冻期检测分蘖节生长点的分化进程、叶片的相对电导率和PSⅡ光化学效率(F_v/F_m),并测定叶片和分蘖节的丙二醛(MDA)含量以及抗氧化酶活性进行检测。结果表明,强抗寒性小麦品种东农冬麦1号的返青率较高,生长点分化较为缓慢,封冻期时生长点仍处于单棱期;而弱抗寒性小麦品种济麦22和不抗寒小麦品种中国春的生长点在2019年驯化期和2020年封冻期均已进入二棱期。2019年东农冬麦1号的叶片相对电导率以及2019和2020年叶片和分蘖节中MDA含量在封冻期均显著低于中国春和济麦22。此外,东农冬麦1号叶片和分蘖节的过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性在封冻期均显著高于中国春和济麦22,且其叶片的F_v/F_m显著高于中国春,但与济麦22无显著差异。总之,强抗寒性小麦品种生长点分化进程缓慢,封冻期时仍处于单棱期;且该...     

外源海藻糖对冬小麦低温下胚芽长及幼苗抗寒性的影响

为了解外源海藻糖对小麦抗寒性的影响与作用机理,通过室内盆栽,模拟低温(冷冻)条件,研究外源海藻糖处理下抗寒品种东农冬麦1和弱抗寒品种济麦22的胚芽长、抗寒性相关指标及返青率。结果表明,在4℃条件下,抗寒品种东农冬麦1号在10mmol·L-1海藻糖处理下胚芽生长最快,弱抗寒品种济麦22在50mmol·L-1海藻糖处理下胚芽生长相对较快。在-5~-25℃冷冻处理后,东农冬麦1号和济麦22分别在10mmol·L-1和50mmol·L-1海藻糖处理下,分蘖节相对含水量、脯氨酸含量、可溶性糖含量及返青率相对较高,MDA含量较低。结果说明,外源施加一定浓度的海藻糖可以在一定程度上提高冬小麦对低温(冷冻)的抵抗能力。     

低温条件下不同抗寒性冬小麦内源激素的变化

为揭示寒冷地区冬小麦内源激素与抗寒能力的关系,以抗寒性强的冬小麦品种东农冬麦1号和抗寒性弱的品种济麦22为试验材料,在田间自然条件下,于越冬前不同降温时期分别对叶片、根系和分蘖节取样,采用酶联免疫吸附(ELISA)法测定和分析了内源激素ABA、IAA、ZR的含量变化.结果表明,两个品种的叶片和根系中的ABA、ZR、IAA的含量随气温的降低均表现为先升高后降低的趋势,但分蘖节中的ABA、ZR含量则持续增加.分蘖节中的IAA含量表现为东农冬麦1号随气温下降而逐渐增加,济麦22则先增后降.两个品种分蘖节中的IAA/ZR值均表现为前期急剧下降,后期趋于平稳.抗寒性强的东农冬麦1号各器官中的ABA、ZR、IAA含量均高于抗寒性弱的济麦22,对冬小麦安全越冬起重要作用的内源激素是ABA.东农冬麦1号分蘖节中的IAA/ZR低于济麦22,其分蘖能力比济麦22强,更利于安全越冬.     

低温胁迫对冬小麦分蘖节膜脂脂肪酸的影响

为了解冬小麦分蘖节膜脂脂肪酸与耐寒性的关系,以强抗寒品种东农冬麦1号和弱抗寒品种济麦22为材料,在室外和室内两种环境条件下,研究了封冻后持续降温过程中冬小麦分蘖节膜脂脂肪酸组分的变化.结果表明,东农冬麦1号和济麦22的亚麻酸含量在室外和室内两种持续降温过程中均呈逐渐增加的趋势,油酸含量呈逐渐降低的趋势,其他脂肪酸无明显变化规律,且在两种环境下东农冬麦1号亚麻酸含量均高于济麦22,而棕榈酸含量低于济麦22,说明亚麻酸和棕榈酸与冬小麦的抗寒性密切相关.抗寒品种东农冬麦1号的不饱和脂肪酸含量/饱和脂肪酸含量、脂肪酸不饱和度和不饱和指数在室外-18.7～-23.6℃/室内-20～-25℃开始升高,与济麦22产生明显差异.     

外源ABA对苗期低温下冬小麦蔗糖含量及其关键酶基因表达的影响

为了探讨外源ABA对苗期低温下冬小麦植株蔗糖代谢的调节作用,以抗寒性强的品种东农冬麦1号和抗寒性弱的品种济麦22为试验材料,在三叶期分别于不同温度下经ABA处理48 h后取叶片和地下茎,研究外源ABA对苗期低温下冬小麦的蔗糖含量及蔗糖代谢相关酶基因表达的影响。结果表明,外源ABA处理使低温下抗寒性强的东农冬麦1号中积累了更多的蔗糖,尤其是叶片,而在济麦22中则抑制了蔗糖的积累。4℃以上温度时,外源ABA促进了东农冬麦1号叶片和地下茎中UGP在蔗糖合成中的作用;在4℃以下低温时,外源ABA则促进了UGP在蔗糖分解中的作用。4℃以上温度时,外源ABA提高了东农冬麦1号叶片中Ta SPS基因和地下茎中Ta SAInv基因的表达,而抑制了济麦22各器官中Ta SPS基因和Ta SAInv基因的表达。此外,4℃以上温度时,外源ABA抑制了两个小麦品种各器官中Ta SS基因的表达。表明抗寒性强的东农冬麦1号对外源ABA可能更加敏感,其蔗糖合成能力的提高将有利于冬小麦植株抵御低温,进而维持植株的存活。     

干旱和复水对马铃薯叶绿素荧光参数的影响

以‘东农311’和‘克新13号’为试验材料,采用盆栽控水的方式,在抗旱棚内研究马铃薯叶片叶绿素荧光参数受干旱和复水的影响。结果表明:干旱下,叶绿素荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo、Y(Ⅱ)和qP持续下降,Y(NPQ)、NPQ表现为不断增加;在处理的第15 d和第23 d,‘克新13号’的叶绿素荧光指标变化幅度大于‘东农311’,在复水后‘东农311’的恢复程度大于‘克新13号’。‘东农311’的叶绿素荧光参数比‘克新13号’更适应干旱胁迫。     

外源ABA对冬小麦叶片抗寒相关蛋白的影响

为了解外源ABA对冬小麦抗寒性的蛋白质组学影响机制,以强抗寒品种东农冬麦1号和弱抗寒品种济麦22为材料,苗期经外源ABA和钨酸钠(ABA合成抑制剂)处理后,分别于18℃、4℃、-6℃和-20℃进行低温胁迫,对小麦叶片的全蛋白进行聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分析。结果表明,低温下,外源ABA诱导处理后,东农冬麦1号叶片产生23、35和51kD特异蛋白,15、43及53kD蛋白上调表达;济麦22叶片产生28和36kD特异蛋白,15、53及76kD蛋白上调表达。     

寒地冬小麦不同品种越冬期组织结构的差异

冻害在冬小麦越冬期间能影响小麦的生长发育,并导致减产甚至绝产。为深入了解冬小麦的抗寒机制,通过调查统计以及显微观察,比较了冬小麦不同抗寒性品种东农冬麦1号(强冬性)、Nostar(半冬性)和济麦22(弱冬性)在黑龙江等高寒地区越冬期间分蘖节形态结构和显微结构的差异。结果表明,具有不同枯死度、返青率的冬小麦品种的生活习性、冬前分蘖、叶距、叶宽和分蘖节维管束的分布比例皆存在显著性差异。东农冬麦1号冬前分蘖数、返青率、分蘖节维管束分布比例较高,枯死度、叶距、叶宽较小,生长锥下方的15层细胞较小,组织结构紧密,生长锥外形为敦胖形;东农冬麦1号和Nostar在越冬前维管束组织较完整,济麦22的维管束呈现破损。东农冬麦1号返青率与冬前分蘖数、维管束比例呈极显著正相关,而与其他指标呈显著负相关。     

东农冬麦1号TabZIP1基因的生物信息学分析及低温和ABA对其表达模式的影响

为探讨小麦中TabZIP1应答低温胁迫及ABA调控信号的响应机制,以强抗寒性冬小麦品种东农冬麦1号(DN1)和弱抗寒性品种济麦22(JM22)为材料,在大田自然降温条件下,分别于5℃、0℃、-10℃、-25℃取样叶片和分蘖节,通过RT-PCR分析TabZIP1的表达模式,于不同温度下探究ABA对DN1分蘖节TabZIP1表达模式的调控,并对其生物信息学进行分析。结果表明,TabZIP1全长1 167bp,编码388个氨基酸,其表达产物为疏水蛋白,定位于线粒体,无信号肽或跨膜结构域;TabZIP1蛋白二级结构为mixed型。DN1叶片和分蘖节中的TabZIP1表达量均在-10℃时达到最高,且分蘖节中的表达量高于叶片;而JM22分蘖节中的TabZIP1表达量在0℃时达到峰值,叶片中的表达量却在-10℃达到最高。综合分析,DN1分蘖节中的TabZIP1表达量明显高于JM22。ABA处理后,DN1分蘖节中TabZIP1的表达量随温度的降低呈明显升高趋势,在-25℃时达到峰值。可见,ABA正调控TabZIP1的表达,有助于提高冬小麦的抗寒性。     

冬小麦抗寒性鉴定的低温处理方式和鉴定指标的研究

为了筛选冬小麦抗寒性鉴定的低温处理方式和鉴定指标,以冬小麦强抗寒品种东农冬麦1号、弱抗寒品种济麦22和不抗寒品种中国春为试验材料,设室内快速低温、室内缓慢低温和田间种植三种处理,测定和分析了不同处理下小麦叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性及抗坏血酸(ASA)、谷胱甘肽(GSH)、丙二醛(MDA)、过氧化氢(H2O2)含量.结果表明,与室内缓慢低温处理相比,室内快速低温处理下小麦各项指标较接近田间种植处理,且与田间种植处理相关性较显著.低温下抗寒品种的H2O2及MDA含量显著低于弱抗寒品种和不抗寒品种,SOD活性和ASA含量与H2O2含量呈极显著负相关.因此,室内快速低温处理结合SOD活性及ASA、H2O2和MDA含量分析可以进行小麦品种抗寒性鉴定.     

新小黑麦1号光合速率及叶绿素荧光特性的研究

通过对新小黑麦1号光合速率及叶绿素荧光特性的研究,结果表明,光合速率（Pn）、基础荧光（Fo）随光强的变化呈相同的变化趋势;而光化学效率（Fv/Fm）、最大荧光（Fm）则相反,而在抽穗期与扬花期各参数的值基本相同,在蜡熟期下降较明显。随着生育期的延长,Pn、Fo、Fv/Fm和Fm均有所下降,但在蜡熟期仍有一定的光合作用,显示了小黑麦较好的抗逆性及丰产性。     

蝴蝶兰与萼脊兰光合特性的比较

以蝴蝶兰和萼脊兰为材料,对其叶片的CO_2吸收速率、可滴定酸含量和叶绿素荧光参数的昼夜变化进行研究。结果表明:蝴蝶兰和萼脊兰的CO_2交换方式都具景天酸代谢途径(CAM)的特点,其叶片的净CO_2吸收速率分别在22:00和凌晨0:00左右达到最大值。蝴蝶兰暗适应下的叶绿素荧光参数最小荧光F_o、最大荧光F_m、最大可变荧光F_v、可变荧光产量与最大荧光产量之比F_v/F_m、光系统Ⅱ潜在活性F_v/F_o均高于萼脊兰。蝴蝶兰和萼脊兰叶绿素荧光参数日动态变化结果表明,蝴蝶兰所需要的光照强度显著低于萼脊兰,太高的光强将引起植株的光抑制,从而引起光化学效率的下降。总的来说,蝴蝶兰为专性CAM兰花,萼脊兰属兼性CAM兰花,在蝴蝶兰与萼脊兰杂交后代的栽培中,在避免过高的光强引起其光抑制的同时,可提供特定的环境条件以诱导其叶片更多地进行C_3途径光合,尽量减少CAM途径光合,从而有效地促进其干物质的积累,促进杂交后代的生长。     

转GmDREB1基因小麦新品系G19-349的抗旱特性

为明确转GmDREB1基因小麦G19-349的抗旱特性,以分子检测为阳性的转基因植株和受体对照济麦19为材料,利用小区试验测定和分析了浇二水和浇四水条件下小麦叶片叶绿素含量、气体交换、叶绿素荧光等光合参数,SOD、POD和CAT活性,以及MDA含量和籽粒产量,同时通过大区试验分析了在浇三水条件下小麦水分消耗特征参数和籽粒产量。对供试材料分子检测结果表明,目的基因已整合到小麦基因组中,并已正确转录。小区试验结果表明,在浇二水条件下,G19-349的旗叶叶绿素相对含量,气体交换参数P_n、G_s、T_r和C_i,叶绿素荧光参数F_v/F_m和Φ_(PSⅡ),以及三种抗氧化酶活性和产量均显著高于对照,而MDA含量显著低于对照;浇四水条件下,G19-349的各项指标与对照均无显著差异。大区试验结果表明,在浇三水条件下,G19-349较对照济麦19耗水量显著降低,而水分利用效率和产量均显著增加。说明转GmDREB1基因小麦G19-349在缺水条件下具有较高的抗氧化和光合能力,这是其在有限灌水条件下较受体济麦19具有较好水分利用特性的生理基础。     

干旱及复水对油菜苗期光合及叶绿素荧光特性的影响

以西藏当地推广的油菜代表品种芥菜型油菜(Brassica juncea L.)年河1号、白菜型油菜（Brasscia rapa L.）青油17号和甘蓝型油菜（Brasscia napus L.)藏油5号为材料,设置持续干旱1周和2周的2个干旱处理及干旱后复水1周、2周、3周的3个时期,研究苗期干旱及复水对油菜光合及荧光特性的影响。结果表明：（1）干旱胁迫造成油菜实际光化学效率（ФPSⅡ）、表观光合电子传递速率（ETR）、光化学淬灭系数（qP）、净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）均下降,且随干旱时间延长而降低。PSⅡ反应中心完全关闭时荧光产量(Fm）、最小荧光（Fo）随干旱时间延长而升高。PSⅡ原初光能转化效率（Fv/Fm）、PSⅡ的潜在活性（Fv/Fo）相对变化小,下降不显著。（2）干旱后复水1～2周时,油菜气体交换参数较前期干旱处理均有升高,复水2周后升高幅度大于1周,尤其是干旱2周处理后复水时参数值大幅度升高;复水3周时,油菜气体交换参数呈下降趋势,净光合速率明显下降。（3）干旱后复水1～2周时,油菜PSⅡ、ETR、qP值较对照均有升高,复水1周后较2周后的升高幅度大,尤其是干旱2周处理后复水时,它们的升高幅度大于干旱1周处理后复水的情形;Fm、Fo较对照仍有升高,复水3周各荧光参数值下降。复水后Fv/Fm、Fv/Fo值变化相对较小。     

保水剂与氮肥对鼓节竹光合特性和叶绿素荧光特性的影响

本研究以3年生鼓节竹为研究材料,研究单施氮肥（150、300、450 g/丛）以及保水剂（180 g/丛）与氮肥（150、300、450 g/丛）混施对鼓节竹叶绿素、叶片光合参数和叶绿素荧光参数的影响,并通过主成分分析法对不同处理进行综合评价。结果表明：在相同的氮肥条件下,保水剂与氮肥混施提高了叶片叶绿素含量,提高了净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）、胞间二氧化碳浓度（C_i）等光合参数及初始荧光（F_o）、最大荧光（F_m）、可变荧光（F_v）、潜在活性（F_v/F_o）、最大光化学效率（F_v/F_m）实际光化学产量（Φ_PSⅡ）、光合电子传递速率（ETR）、光化学猝灭系数（qP）和非光化学猝灭系数（qN）等荧光参数,降低了水分利用效率（WUE）,说明采用保水剂和氮肥混施能够提高氮肥利用率。主成分分析综合得分CK、A、B、C、D、E、F分别为-12.57、-8.15、-3.89、3.15、0.12、10.02、11.32。综合得分F最高,即保水剂（180 g/丛）与氮肥（450 g/丛）组合最优。