不同小麦基因型耐铝性的差异及筛选方法的研究

采用了大体积溶液培养法、培养皿快速鉴定法和小盆钵土培筛选法对小麦基因型进行了耐铝性筛选。供试的 24个小麦基因型的耐铝性存在极显著的差异。所采用的各项筛选指标间呈极显著的正相关 ,且都能不同程度地区分基因型间的耐铝性差异。其中相对根长的SD、CV及分布范围最大 ,可以灵敏、可靠地反映不同基因型的耐铝性差异 ;其次是相对根系干重 ;相对株高和相对地上部干重的SD、CV及分布范围较小 ,反映基因型间耐铝性差异的灵敏度较低。 3种筛选方法能克服传统筛选方法如小体积溶液培养、土培和田间试验的繁琐、费时和筛选效率低等缺点 ,具有快速简便 ,一次可筛选较多样本 ,且条件易于控制等优点 ,大大地提高了筛选的可靠性和筛选效率。     

小麦苗期耐低氮基因型的筛选与评价

氮是作物吸收的第一大必需营养元素, 对作物生长发育具有不可替代的作用。大量研究表明, 不同基因型小麦对氮的吸收利用能力不同, 培育氮高效小麦品种是提高氮利用效率的根本途径, 而发掘耐低氮小麦种质资源是小麦氮高效育种的基础。为此, 本研究以30 个小麦-冰草远缘杂交的高代品系, 1 个小麦-黑麦远缘杂交的T1BL·1RS 易位系, 2 个"小偃54"×"京411"重组自交系群体中的品系, 以及13 个生产上的主栽品种为试验材料, 通过低氮胁迫和正常供氮2 个处理的苗期水培试验, 进行了耐低氮基因型的筛选与评价。方差分析显示, 13 个氮效率相关性状在2 种氮水平之间及各小麦基因型之间的差异均达到显著或极显著水平。主成分分析显示, 前3 个主成分累积贡献率达到81.2%, 已包含了大部分信息, 能够基本反映整体状况。其中, 相对茎叶吸氮量、相对植株吸氮量、相对根冠比、相对茎叶干重、相对植株干重、相对茎叶氮利用效率、相对根含氮量在3 个主成分中占较大的比重。综合评价结果显示, 在33 个小麦远缘杂交品系中08B41 得分最高, 为1.60,为最耐低氮的品系; 13 个主栽品中"科农9204"得分最高, 为2.10, 为耐低氮的品种。聚类分析显示, 46 份基因型小麦可划分为3 大类: 耐低氮型(15 份)、中间型(22 份)和低氮敏感型(9 份)。筛选出08B41、XJ19-1、08B8、08B10、08B13、08B25、WR9603、08B2、08B5 共9 份耐低氮远缘杂交高代品系, 及"科农9204"、"邯7086"、"河农827"、"石麦18"、"石4185"、"石新733"共6 份耐低氮主栽品种。这些耐低氮的基因型可作为小麦营养高效育种的种质资源, 本文并对小麦近缘种属在小麦营养高效遗传改良中的作用进行了讨论。     

小麦氮素利用效率的基因型差异研究

研究了植株生长和产量性状差异很大的58个小麦基因型的氮素营养和利用效率。结果表明,开花期和成熟期植株各器官的含氮量和氮积累量,基因型之间差异显著;开花期剑叶含氮量与子粒含氮量呈显著正相关;每生产100公斤子粒需氦量,供试基因型变动于2.15～4.09公斤;氮收获指数的变幅为59.35％～82.89％,显示出小麦基因型在氮利用效率上的遗传差异。相关分析表明,每穗粒数、单蘖干物重、收获指数与氮效率比、氮利用效率呈显著正相关。     

不同供Zn量对三种小麦基因型幼苗生长和养分吸收的影响

采用溶液培养方法,研究了不同供Zn量(0、0.5、104、0.mg/L,分别用Zn0、Zn0.5、Zn10、Zn40表示)对三种亲缘关系很远的半冬性小麦基因型郑麦9023、陕512、西农979幼苗生长发育及Zn、Fe、Mn吸收的影响,以期为筛选耐高锌的小麦基因型提供理论依据。结果表明,不供Zn时小麦幼苗未出现缺Zn症状;Zn0.5对小麦的正常生长影响较小。三种基因型小麦的幼苗在过量供Zn(Zn10、Zn40)时均受到严重伤害:抑制小麦分蘖、根系及地上部生长,叶片叶绿素SPAD值显著降低,小麦植株尤其是根部的耐性指数降低;施入的Zn的转运率显著降低,却大大提高了小麦植株尤其是根部的Zn含量和吸收量,但Zn10时幼苗体内Zn含量和吸收量大于Zn40,且Zn10比Zn40更能在根部积累Zn。Zn与Fe的吸收在根部似乎表现为互助作用,而地上部表现为颉颃作用;Zn与Mn之间表现出强烈的颉颃作用。过量供Zn时以西农979耐性指数最大,Zn转运率最高,植株体内的Fe、Mn含量也高。总之,供Zn量为通常配方的51～0倍时对小麦幼苗的生长尚无明显影响;1002～00和4008～00倍时则能对小麦幼苗造成严重伤害,三种供试小麦基因型中以西农979对过量Zn毒害的耐性最强。     

低钾胁迫下水稻钾高效基因型若干生长特性和营养特性的研究

采用溶液培养筛选,结合田间试验,提出了采用低钾胁迫下水稻体内钾利用效率作为衡量水稻钾利用效率的指标;探讨了钾高效基因型水稻的若干生长特性和营养特性;指出低钾胁迫导致水稻生物量减少,植株生长缓慢,分蘖能力差,根系生长受到抑制,根系吸收的钠增加。水稻钾高效基因型低钾胁迫下仍具有较强的生长势(相对干重、相对株高、相对根长较大),其地上部钾/钠比值高而根部钾/钠比值较低,地上部和根部钾/氮吸收量比值较低。     

源于大麦小孢子诱变-氮胁迫培养的DH株系田间耐低氮性表现

以EMS处理大麦品种花30的游离小孢子,结合低氮胁迫培养获得再生植株,其自交一代的加倍单倍体(DH)株系,在正常施肥和低氮胁迫两种施肥条件下对DH株系进行鉴定,选择株高、单株有效穗和单株产量3个农艺性状作为鉴定指标,并与原始亲本花30进行比较。结果表明:在大田正常施肥和低氮胁迫条件下,DH株系中株高、有效穗和单株产量3个性状出现了明显的正向变异,在低氮胁迫下的表现更为明显。结论:利用游离小孢子的EMS处理结合低氮胁迫筛选培养,可以获取耐低氮性提高的纯合变异体。     

不同磷效率小麦对低铁胁迫的基因型差异

用营养液培养方法研究了不同磷效率小麦幼苗对低铁胁迫的基因型差异。结果表明,低铁胁迫(-Fe)对磷高效基因型小麦生长的抑制作用显著大于对磷低效基因型。低铁处理下,磷高效基因型81(85)-5-3-3-3、Xiaoyan54和Taihe-5025的植株地上部干重平均比正常供铁(+Fe)处理下降55.2%;磷低效基因型Jinghe90-Jian-17、NC37和Jing41平均33.0%。低铁胁迫显著降低了磷高效基因型小麦的叶片叶绿素含量,3个磷高效基因型的叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量分别降低了35.6%、35.3%和35.3%,磷低效基因型分别降低了16.8%、7.7%和11.9%。低铁胁迫对小麦的根系生长、根系吸磷量和磷利用效率均未产生明显的影响,但显著降低了磷高效基因型小麦的植株地上部吸磷量和根效率比。与正常供铁的处理相比,磷高效和磷低效基因型小麦的地上部吸磷量和根效率比在低铁处理中平均降低了55.0%、54.9%和32.5%、36.4%。磷高效基因型小麦植株体内积累的磷量明显高于磷低效基因型,这是磷高效基因型不耐低铁的主要原因。磷效率越高,对低铁的反应越敏感。     

石灰性土壤上不同小麦基因型对施锌的反应

为比较石灰性土壤上面包型小麦(Triticum aestivum L.)对施锌的反应,选择20种小麦基因型在温室中进行了土培试验。结果表明,在杨凌当地土壤有效锌含量水平(0.6 mg kg-1左右)下,施Zn对供试基因型小麦植株生长量均无明显影响,由于小麦根冠比主要受基因型控制,施锌对它的影响也很小。然而,供Zn显著提高了所有基因型小麦植株各部分的Zn含量和吸Zn量,根、茎、叶、籽粒中Zn含量增加幅度分别达0.22～3.22倍、0.26～2.82倍、0.10～3.84倍、0.10～0.84倍,整株吸Zn量均大幅度增加,幅度在28.8%～219.3%之间,平均增加104.8%。施Zn后不同基因型的Zn转运率有明显差异,范围在13.5%～90.2%之间,收获籽粒的6种基因型小麦对锌的转运率明显高于其它正处于抽穗期的基因型,表明灌浆期是Zn从根部向穗部转运的关键时期。施锌也显著提高了土壤有效锌含量。总之,对生长在有效锌含量不高的石灰性土壤上的小麦施锌是改善其营养品质的重要措施。     

铝胁迫对不同耐铝大麦基因型干物质积累与铝和养分含量的影响

以苗期表现为耐铝性具有明显差异的 10份大麦基因型为材料 (耐铝和铝敏感基因型各 5个 ) ,研究铝胁迫条件下生育后期植株生物量、铝和养分元素含量的差异。结果表明 ,铝胁迫抑制植株干物质积累 ,但抑制程度因基因型而异 ,上 70 119等铝敏感基因型受影响较大 ,且两类基因型之间的差异成熟期明显大于乳熟期。铝胁迫显著降低敏感基因型的子粒产量 ,但对耐性基因型的影响较小。铝胁迫增加所有基因型根系和地上部的Al含量 ,但增加幅度基因型之间存在着明显差异 ,耐铝基因型增加较少 ,而铝敏感基因型表现显著增加。酸性土壤上 ,根系和地上部N、P、K、Ca、Mg和Zn等养分含量 ,铝敏感基因型显著减少 ,耐铝基因型受影响较小。     

氮磷养分胁迫下小麦幼苗期生物学响应研究

为了阐明小麦苗期耐低氮、低磷胁迫的生物学响应特征,以矮抗58品种为试验材料,采用水培试验法研究了小麦在不同营养环境中(全营养、低氮胁迫、低磷胁迫)的地上部生物学特性(地上部干重、株高、叶面积)、根系形态学特性(最大根长、总根数、根系总长度、根系干重和根冠比)和根系生理特性(根系活力、根系吸收面积),以及小麦苗期氮、磷素吸收与根系形态之间的关系。结果表明,在低氮和低磷胁迫下,小麦的株高、叶面积、茎叶干重、含氮量、根系干重、总根长、总根数及根冠比均明显降低,其中低磷胁迫下根系干重、总根长及根冠比的下降幅度大于低氮胁迫,低氮下最大根长的增加幅度较低磷增加7.3%;在低磷条件下小麦的含氮量下降了57.7%。低氮、低磷胁迫下小麦根系的总吸收面积、活性吸收面积及根系活力均明显降低;正常条件下的小麦氮、磷素吸收量与根系形态指标之间相关性较差,在低氮和低磷条件下小麦的氮、磷吸收量与根系干重、总根长、总吸收面积、活性吸收面积及根系活力呈极显著正相关。总之,该小麦品种根系对低磷环境反应较为敏感,而对低氮胁迫具有较好的适应性,小麦通过改变根系形态增加对低氮、磷胁迫的适应。     

Differences in shoot growth and zinc concentration of 164 bread wheat genotypes in a zinc‐deficient calcareous soil

Abstract

A greenhouse experiment was carried out to study severity of the zinc (Zn) deficiency symptoms on leaves, shoot dry weight and shoot content and concentration of Zn in 164 winter type bread wheat genotypes (Triticunt aestivum L.) grown in a Zn‐deficient calcareous soil with (+Zn=10 mg Zn kg^?1 soil) and without (‐Zn) Zn supply for 45 days. Tolerance of the genotypes to Zn deficiency was ranked based on the relative shoot growth (Zn efficiency ratio), calculated as the ratio of the shoot dry weight produced under Zn deficiency to that produced under adequate Zn supply. There was a substantial difference in genotypic tolerance to Zn deficiency. Among the 164 genotypes, 108 genotypes had severe visible symptoms of Zn deficiency (whitish‐brown necrotic patches) on leaves, while in 25 genotypes Zn deficiency symptoms were slight or absent, and the remaining genotypes (e.g., 31 genotypes) showed mild deficiency symptoms. Generally, the genotypes with higher tolerance to Zn deficiency originated from Balkan countries and Turkey, while genotypes originating from the breeding programs in the Great Plains of the United States were mostly sensitive to Zn deficiency. Among the 164 wheat genotypes, Zn efficiency ratio varied from 0.33 to 0.77. The differences in tolerance to Zn deficiency were totally independent of shoot Zn concentrations, but showed a close relationship to the total amount (content) of Zn per shoot. The absolute shoot growth of the genotypes under Zn deficiency corresponded very well with the differences in tolerance to Zn deficiency. Under adequate Zn supply, the 10 most Zn‐ inefficient genotypes and the 10 most Zn‐efficient genotypes were very similar in their shoot dry weight. However, under Zn deficiency, shoot dry weight of the Zn‐efficient genotypes was, on average, 1.6‐fold higher compared to the Zn‐inefficient genotypes. The results of this study show large, exploitable genotypic variation for tolerance to Zn deficiency in bread wheat. Based on this data, total amount of Zn per shoot, absolute shoot growth under Zn deficiency, and relative shoot growth can be used as reliable plant parameters for assessing genotypic variation in tolerance to Zn deficiency in bread wheat.     

不同供钾水平下水稻钾素吸收利用与产量的基因型差异

通过田间试验研究了不同供钾水平对8个水稻品种钾紊吸收利用和稻谷产量的影响。研究结果表明，两种供钾水平下，水稻的稻谷产量、钾利用效率和各生育期地上部钾积累都存在显著的基因型差异。低钾胁迫显著降低水稻的稻谷产量和各生育期地上部钾积累量，显著提高水稻的钾利用效率。相关性分析表明．低钾胁迫下水稻生育前期（秧苗期＋分蘖期）地上部钾积累量以及生育中期（抽穗期）地上部钾积累量呈显著正相关；正常供钾条件下水稻生育前期地上部钾积累量呈显著正相关。因此筛选和培育具有较高钾利用效率和在生育前期具有较强钾索积累特性的水稻基因型可能是缓解南方水稻土钾素严重缺乏的有效途径之一。     

不同氮利用效率小麦氮代谢相关基因的表达特征

深入理解小麦氮利用效率基因型差异的分子生物学机理对于氮高效小麦的分子育种具有重要指导意义。本试验选用两个不同氮利用效率的小麦基因型,设置不同氮水平,分别在小麦的5个生育期收获采样,研究不同氮利用效率小麦基因型中5个氮代谢相关基因的表达特征。研究结果表明,在氮利用方面,无论是在低氮还是高氮条件下,氮利用高效小麦XY107的籽粒氮利用率均高于氮利用低效小麦LM1;在基因表达方面,在低氮条件下,小麦地上部谷氨酰胺合成酶基因(TaGS1c)、丙氨酸转氨酶基因(TaAlaAT)和丙酮酸磷酸双激酶基因(TaPPDK)的表达水平在抽穗期以后均显著增强,且在氮高效小麦XY107中的表达水平显著高于在氮低效小麦LM1中的表达水平;而在高氮条件下,只有基因TaPPDK的表达水平在抽穗期以后显著增强,且在氮高效小麦XY107中的表达水平显著高于在氮低效小麦LM1中的表达水平。本研究发现,TaGS1c、TaAlaAT和TaPPDK 3个基因在决定小麦氮利用效率的基因型差异方面发挥着重要作用。     

不同供磷水平下水稻磷素吸收利用和产量的基因型差异

通过田间试验研究了不同供磷水平对8个水稻品种磷素吸收利用和稻谷产量的影响。研究结果表明,两种供磷水平下,水稻的稻谷产量、磷利用效率和各生育期地上部磷积累都存在显著的基因型差异。低磷胁迫显著降低水稻的稻谷产量和各生育期地上部磷积累,显著提高水稻的磷利用效率。相关性分析表明,低磷胁迫下水稻稻谷产量与水稻磷利用效率、生育前期(秧苗期+分蘖期)地上部磷积累以及生育中期(抽穗期)地上部磷积累呈显著正相关(p<0. 05);正常供磷条件下水稻稻谷产量与磷利用效率、生育前期地上部磷积累呈显著正相关(p<0. 05)。因此筛选和培育具有较高磷利用效率和在生育前期具有较强磷素积累特性的水稻基因型可能是缓解南方水稻土磷素严重缺乏的有效途径之一。     

Variation of tolerance to manganese toxicity in Australian hexaploid wheat

High concentrations of manganese (Mn), iron (Fe), and aluminium (Al) induced in waterlogged acid soils are a potential constraint for growing sensitive wheat cultivars in waterlogged‐prone areas of Western Australian wheat‐belt. Tackling induced ion toxicities by a genetic approach requires a good understanding of the existing variability in ion toxicity tolerance of the current wheat germplasm. A bioassay for tolerance to high concentration of Mn in wheat was developed using Norquay (Mn‐tolerant), Columbus (Mn‐intolerant), and Cascades (moderately tolerant) as control genotypes and a range of MnCl₂ concentrations (2, 250, 500, 750, 1000, 2000, and 3000 μM Mn) at pH 4.8 in a nutrient solution. Increasing solution Mn concentration decreased shoot and root dry weight and intensified the development of toxicity symptoms more in the Mn‐intolerant cv. Columbus than in Norquay and Cascades. The genotypic discrimination based on relative shoot (54% to 79%) and root dry weight (17% to 76%), the development of toxicity symptoms (scores 2 to 4) and the shoot Mn concentration (1428 to 2960 mg kg^–1) was most pronounced at 750 μM Mn. Using this concentration to screen 60 Australian and 6 wheat genotypes from other sources, a wide variation in relative root dry weight (11% to 95%), relative shoot dry weight (31% to 91%), toxicity symptoms (1.5 to 4.5), and shoot Mn concentration (901 to 2695 mg kg^–1) were observed. Evidence suggests that Mn tolerance has been introduced into Australian wheat through CIMMYT germplasm having “LERMO‐ROJO” within their parentage, preserved either through a co‐tolerance to Mn deficiency or a process of passive selection for Mn tolerance. Cultivars Westonia and Krichauff expressed a high level of tolerance to both Mn toxicity and deficiency, whereas Trident and Janz (reputed to be tolerant to Mn deficiency) were intolerant to Mn toxicity, suggesting that tolerance to excess and shortage of Mn are different, but not mutually exclusive traits. The co‐tolerance for Mn and Al in ET8 (an Al‐tolerant near‐isogenic line) and the absence of Mn tolerance in BH1146 (an Al‐tolerant genotype from Brazil) limits the effectiveness of these indicator genotypes to environments where only one constraint is induced. Wide variation of Mn tolerance in Australian wheat cultivars will enable breeding genotypes for the genetic solution to the Mn toxicity problem.     

Varietal tolerance to Zinc deficiency in wheat and barley grown in chelatorbuffered nutrient solution and its effect on uptake of Cu,Fe, and Mn

Tolerance to zinc (Zn) deficiency was examined for three wheat (Triticum aestivum L.) and three barley (Hordeum vulgare L.) varieties grown in chelator‐buffered nutrient solution. Four indices were chosen to characterize tolerance to Zn deficiency: (1) relative shoot weight at low compared to high Zn supply (“Zn efficiency index”), (2) relative shoot to root ratio at low compared to high Zn supply, (3) total shoot uptake of Zn under deficient conditions, and (4) shoot dry weight under deficient conditions. Barley and wheat exhibited different tolerance to Zn deficiency, with barley being consistently more tolerant than wheat as assessed by all four indices. The tolerance to Zn deficiency in the barley varieties was in the order Thule=Tyra>Kinnan, and that of wheat in the order Bastian=Avle>Vinjett. The less tolerant varieties of both species accumulated more P in the shoots than the more tolerant varieties. For all varieties, the concentrations of Mn, Fe, Cu, and P in shoot tissue were negatively correlated with Zn supply. This antagonism was more pronounced for Mn and P than for Cu and Fe. Accumulation of Cu in barley roots was extremely high under Zn‐deficient conditions, an effect not so clearly indicated in wheat.     

耐低磷水稻筛选与鉴定

对2472个来自不同核心种质资源库的代表性水稻品种进行了苗期耐低磷初选和复筛,并通过全生育期鉴定,研究了耐低磷水稻种质资源筛选的基本条件和指标。结果表明,采用两步筛选法,即苗期初筛和复筛,并通过全生育期产量验证,既可以获得典型耐低磷和低磷敏感水稻品种,又提高效率,吻合度达67%;在供试土壤有效磷含量小于5.mg/kg时,筛选密度为4株/600g土,设低磷水平为50.mg/kg(外加);分蘖数及其耐低磷指数(相对分蘖数)综合性较强,作为苗期筛选指标比较适宜;对于少数特殊的品种,它们在高磷和低磷处理时都没有分蘖,此时用干重耐低磷指数(相对干重)来衡量它们的耐低磷能力比较合适;全生育期验证以经济产量及其耐低磷指数(相对经济产量)为鉴定指标,其中有效穗对经济产量影响最大。     

不同产量水平小麦的氮吸收利用差异

在土培盆栽条件下,以130份小麦为材料,测定了不同生育时期小麦的干物质量、氮素含量和籽粒产量,将供试品种按籽粒产量由低到高低依次分为I、II、III、IV、V、VI等6类型,研究了各类型氮素吸收利用的差异。结果表明：（1）供试品种籽粒产量差异较大（CV=3316%）,氮素籽粒生产效率随籽粒产量水平提高呈增加的趋势(r=02740**),提高氮素吸收量和籽粒氮素利用效率均可提高籽粒产量。（2）不同生育时期,不同籽粒产量水平类型小麦植株含氮量存在显著或极显著差异,但与籽粒产量的相关性不密切。抽穗期和成熟期植株吸氮量与籽粒产量极显著相关(r=02890**、09175**)。（3）不同生育时期氮素干物质生产效率在类型间的差异均达到显著水平,但其与籽粒产量相关性不显著。提高氮素收获指数和拔节期氮素干物质生产效率均可提高籽粒产量。（4）拔节期-成熟期不同类型间小麦干物质量随籽粒产量的增加而增加,成熟期表现尤为突出。籽粒产量水平较高的品种在拔节期后有较强干物质和籽粒产量形成能力。（5）氮素吸收量和氮素籽粒生产效率是影响籽粒产量的重要因素。     

酸性磷酸酶活性与大豆耐低磷能力的相关研究

在水培条件下研究了11个南方春大豆地方品种和育成品种对低磷胁迫反应的差异及其与酸性磷酸酶活性（APA）的相关关系。结果表明，不同大豆品种的地上部干重、根干重、植株全磷和全氮积累量差异极显著（P＜0.01），表现出品种间耐低磷的差异性。大豆品种地上部干重、根干重、植株全磷和全氮量与APA的相关性均达到显著或极显著水平。APA是大豆品种磷效率的一种机制，它可作为耐低磷品种筛选的一个生化指标。