干旱胁迫对不同倍性小麦和八倍体小黑麦苗期光合能力与抗氧化系统的影响

为了解小麦进化过程中不同基因组及染色体倍数对小麦抗旱能力的影响,以二倍体、四倍体、六倍体小麦和八倍体小黑麦为材料,研究了聚乙二醇(PEG-6000)胁迫1d和3d后不同倍性小麦和小黑麦叶绿素荧光、气体交换参数、活性氧含量以及抗氧化酶活性的变化。结果表明,干旱胁迫3d后不同倍性小麦和八倍体小黑麦的相对水含量和叶绿素含量显著减少,气孔导度、蒸腾速率、光系统II最大光化学效率(Fv/Fm)以及光系统II实际量子产量(ΦPSII)降低,而非光化学淬灭(NPQ)、活性氧和丙二醛(MDA)含量显著上升,其中二倍体小麦变化最明显。干旱胁迫下,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性呈现不同变化,SOD和POD活性先增后降,CAT活性降低,而APX活性增加,其中六倍体小麦抗氧化酶活性增加最显著。     

灌浆期干旱对不同倍性小麦光合和产量的影响

为揭示灌浆期水分亏缺对不同倍性小麦光合特性和产量的影响,选用二倍体野生一粒、栽培一粒小麦,四倍体野生二粒、栽培二粒小麦,六倍体小麦"长武134"和"陕253"等6个小麦品种作为供试材料,通过盆栽控水方式,对不同倍性小麦旗叶净光合速率、瞬时水分利用效率和产量进行了研究.结果表明,在正常供水、轻度干旱和严重干旱3种水分处理下,不同倍性小麦旗叶净光合速率、水分利用效率和产量差异极显著.在灌浆过程中,水分亏缺对不同倍性小麦净光合速率变化趋势的影响不明显.而最大净光合速率和水分利用效率随水分胁迫的加重而减小.六倍体小麦平均最大净光合速率为22.03 μmol CO2·m-2·s-1),高于二倍体和四倍体小麦.六倍体小麦平均最大水分利用效率约为7.12 μmol CO2/mmol H2O ,分别是四倍体和二倍体的1.63倍和2.05倍,并且在灌浆开始时就达到最大.因此,小麦长期进化过程中,六倍体小麦花后较强的光合能力和较高的水分利用效率是提高小麦产量的重要生理基础.     

两个光合率不同的小麦近缘种的生理和解剖学特点

野生四倍体二粒小麦具有许多对六倍体小麦(普通小麦)有用的性状。业已发现2个野生近缘二粒小麦(P1428042和P1428109)的叶片大小相近,但单位叶面积的净CO_2同化率(A)相差约30％。为了解释它们与六倍体普通小麦(TAMW-101)之间光合率的差异,用每个基因型新展叶测定了CO_2(空气中氧气浓度20和210ml/L)、光、湿度、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶活性和蔗糖浓度对光合作用的影响,并用光学和电子显微镜观察了与光合作用有关的解剖学特点。结果表明:在不同的CO_2、光、湿度水平下,P1428109的A值高于P1428042的。P1428109叶片的Rubisco活性高于P1428042的。P1428042叶片蔗糖浓度高于P1428109。而2个野生二粒小麦间无解剖学上的差异。因此,2个野生二粒小麦的光合差异是生物化学的,而不是解剖学的差异。     

小麦不同近缘种籽粒蛋白质积累及其关键酶活性的研究

为明确小麦不同近缘种籽粒蛋白质积累的演进规律,以二倍体野生一粒小麦(T. boeoticum)、栽培一粒小麦(T.monococcum)、节节麦(Ae.tauschii)和黑麦(S.cereale),四倍体野生二粒小麦(T.dicoccoides)、栽培二粒小麦(T.dicoccum)和硬粒小麦(T.durum),六倍体普通小麦(T. aestivum)扬麦9号、豫麦34和扬麦158为材料,采用盆栽试验研究了小麦不同近缘种籽粒蛋白质积累的动态变化及相关酶活性的差异.结果表明,与六倍体普通小麦相比,二倍体和四倍体材料籽粒产量和蛋白质产量低,但蛋白质含量高,其灌浆初期氮代谢能力比较强,硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸丙酮酸转氨酶(GPT)活性较高,蛋白质积累速度快;除黑麦外,其他二倍体和四倍体材料蛋白质合成关键酶活性下降早而快,在灌浆中后期低于普通小麦,蛋白质积累的功能期较短.因此,普通小麦灌浆后期较高的氮代谢酶活性和较长的持续期是提高籽粒产量和蛋白质合成的重要生理原因.     

利用外源遗传物质改良小黑麦

本文概述了当前六倍体和八倍体小黑麦存在的主要问题和改良方法。利用普通小麦的优良性状基因是六倍体、八倍体小黑麦改良的共同方法，由于染色体组间的差异，在导入普通小麦目的基因时，六倍体小黑麦（ＡＡＢＢＲＲ）主要是引入普通小麦Ｄ染色体组的品质性状基因，同时又需要保持Ｒ染色体组的完整性。八倍体小黑麦（ＡＡＢＢＤＤＲＲ）可以利用和普通小麦Ａ、Ｂ、Ｄ染色体组间重组直接导入普通小麦的目的基因，但导入过程将比较困难。     

水分胁迫对不同倍性小麦穗部干物质积累和分配及转运的影响

为了进一步挖掘小麦穗部的干物质生产潜力,以野生一粒小麦（Triticum boeoticum,二倍体）、野生二粒小麦（T.dicoccoides,四倍体）、碧蚂1号（T.aestivum Bima 1,六倍体）3种不同染色体倍性小麦为材料,在干旱和灌水两种水分处理下,比较不同倍性小麦品种穗部干物质分配规律、转运特性及对产量的贡献率。结果表明,在两种水分条件下,不同倍体小麦穗部各器官干物质分配规律存在差异,与六倍体和二倍体小麦相比,四倍体小麦的穗轴、颖壳干物质分配率最低,其花前干物质转运量、转运效率及对籽粒的贡献率最高。六倍体的花后干物质积累量及其对籽粒的贡献率均大于其他两种小麦。水分胁迫由于降低了营养器官开花前贮藏同化物向籽粒的再分配及花后干物质的积累与转运,从而降低了产量。水分胁迫下,四倍体小麦的产量下降幅度最小,可能与四倍体小麦穗部干物质分配率低、转运效率高有关,其穗部器官干物质能更多地向籽粒转运分配,滞留物最少,使得千粒重增加。因此,水分胁迫下,四倍体小麦表现出更强的耐旱性。     

普通小麦与其近缘种及人工合成材料根系主要性状的比较

为了解普通小麦与其近缘种和人工合成材料(八倍体小偃麦、小黑麦)根系性状的差异,时普通小麦、黑麦、野生一粒小麦、拟斯卑尔脱小麦、提莫菲维小麦、八倍体小偃麦、小黑麦和硬粒小麦根系主要性状进行比较分析.结果表明,近缘种、人工合成材料单株次生根数、根体积、根干重和根冠比在生育后期均显著大于普通小麦,根系活力和生育前期的根中可溶性糖含量也均显著高于普通小麦.近缘种和人工合成材料根中全氮含量整体上低于普通小麦.相关分析表明,根系一些主要性状与籽粒全氮含量相关显著或极显著.综合来看,近缘种、人工合成材料具有发根力强、根系活力高等优势,在小麦改良中具有重要利用价值.     

小麦进化材料氮、磷养分利用效率间的关系

为了揭示小麦进化材料营养特性的变化规律 ,利用 10个不同基因型小麦进化材料 ,研究了其氮、磷养分利用效率 (NU E和 PU E)的变化。发现从二倍体→四倍体→六倍体的进化过程中 ,NUE先逐渐增加 ,到四倍体后变化不大 ;而 PUE则一直下降。造成整株水平上 NU E差异的生理机制在于叶片瞬时光合 NU E的差异 ,瞬时光合NUE主要决定于以干重表示的净光合速率。叶片瞬时 PUE的差异不是造成整株水平上 PUE差异的原因。单叶水平上的 NUE和 PUE联系紧密 ,而整株水平上的 NUE和 PUE存在相对独立性。     

同源四倍体水稻光合特性初步研究

利用2份同源四倍体水稻和相应的二倍体水稻为试验材料,在大田试验和盆栽试验条件下对其光合生理特性进行了研究。结果表明,同源四倍体水稻生育后期(乳熟期)的光合速率高于相应的二倍体水稻;在土壤干旱条件下,与相应的二倍体水稻相比,同源四倍体水稻的光合速率表现出一定的优势,其剑叶的叶绿素含量、Fv/Fm和ФPSⅡ保持较高的水平。     

花生不同染色体倍性的叶片气孔初步观察

1982—1984年我们对野生种、栽培种及其杂交种的不同染色体倍性的二倍体、四倍体、三倍体、六倍体花生的叶片气孔性状作了初步观察。目的在于观察不同染色体倍性的花生叶片气孔性状的差异,探讨利用气孔性状作为鉴别不同染色体倍性花生材料的方法。     

氮肥水平对限制灌溉下冬小麦旗叶光合性能及产量的影响

为了解氮素营养供应与小麦节水效果的关系,以周麦22为材料,采取大田试验研究了不同氮肥水平对限制灌条件下冬小麦旗叶光合性能及产量的影响。结果发现,与正常灌水相比,限制灌溉降低了小麦旗叶叶绿素含量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率,提高了小麦旗叶胞间CO2浓度;限制灌溉条件下,与不施氮肥相比,增施氮肥能明显改善小麦旗叶光合性能。从产量来看,充分灌水有利于小麦产量提高,而限制灌溉条件下,灌水时期提前或增施氮肥能不同程度提高小麦产量。以上结果说明,增施一定量的氮肥能明显改善限制灌溉条件下冬小麦花后旗叶光合性能,提高小麦产量和水分利用效率。     

Wx基因对灌浆期小麦不同叶位叶片光合特性的影响

为了解Wx基因对小麦光合作用的影响,对8个小麦Wx近等基因系的不同叶位叶片光合参数进行了测定和分析。结果表明,小麦叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率在叶位和基因型间均有极显著差异,缺失单个Wx基因使叶片光合参数下降,且降幅表现为Wx-D1Wx-A1Wx-B1;胞间CO2浓度不影响光合作用,不同叶位叶片光合参数明显呈旗叶倒二叶倒三叶,但WxABD(糯小麦)光合参数在叶位间没有显著差异;Wild type和WxABD总体光合能力和产量相对较高。以上结果说明,Wx基因的缺失会引起叶片光合能力下降,不利于小麦产量形成。     

外源硅对NaCl胁迫下小麦幼苗生长及光合特性的影响

为探讨外源硅对小麦幼苗耐盐性的调节作用,以抗盐小麦品种德抗961和非抗盐小麦品种泰山9818为材料,通过水培试验,研究了外源硅对NaCl胁迫下小麦幼苗生长、叶绿素含量和光合特性的影响。结果表明,在100mmol·L-1 NaCl胁迫下,随着外源硅浓度(0~3.0mmol·L-1)的增加,德抗961和泰山9818的株高、次生根数量、茎叶干重、根干重不断增加,叶片叶绿素、叶绿素a和叶绿素b含量先降后升,净光合速率及气孔导度逐渐升高,细胞间隙CO2浓度逐渐下降,气孔限制值先升后降。说明适量施硅可显著提高小麦抗盐性。     

CO2浓度升高对玉米叶片光合生理特性的影响

以沈糯3号为研究材料,利用开顶式气室(OTCs)法研究了二氧化碳(CO₂)浓度升高处理下,玉米叶片叶绿素含量、光合生理特性及其子粒产量的变化,揭示CO₂浓度升高对玉米光合生理特性及子粒产量的影响机理。结果表明,在整个生育期内,与对照相比,高浓度CO₂处理下,玉米叶片叶绿素a、叶绿素b及叶绿素(a+b)的含量增加,而叶绿素a/b的值则先升高后降低;在整个处理期间,净光合速率均高于对照(p>0.05),升高幅度为12.6%～71.1%,气孔导度低于对照(p>0.05),其降低幅度为2.9%～18.8%。处理至抽雄期和灌浆期,胞间CO₂浓度分别增加152%和161%,均极显著高于对照(p<0.01);蒸腾速率的变化较小。高浓度CO₂处理下,玉米穗粒数和穗粒重均明显高于对照(p<0.05)。CO₂浓度升高在一定程度上促进了玉米的光合作用,从而使玉米子粒产量增加。     

烟嘧磺隆对糯玉米光合特性和叶绿素荧光参数的影响

以沈糯509抗、不抗近等基因系为试材,研究烟嘧磺隆除草剂对玉米光合色素含量、叶片光合特性和叶绿素荧光参数的影响。结果表明,烟嘧磺隆处理使沈糯509抗、不抗近等基因系的叶绿素含量、净光合速率和PSⅡ光化学效率等均不同程度的降低,使胞间CO₂浓度和非光化学猝灭系数呈升高趋势,且表现出一定的剂量-效应关系。在供试浓度范围内,抗系各参数变化幅度均小于不抗系,说明抗系具有较强的光合调节机制,用以减轻或消除烟嘧磺隆的胁迫反应。     

土壤质地对铬胁迫下小麦灌浆期形态与旗叶光合特性的影响

为了探讨铬(Cr)胁迫条件下土壤质地对小麦植株形态及旗叶光合特性的影响,采用盆栽试验方法,研究了3种土壤质地(壤土、粘土、砂土)下灌浆期小麦的根长、分生根数、干物质量等形态指标及旗叶的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、水分利用率(WUE)、叶绿素相对含量等光合特性指标的差异。结果表明,随着Cr胁迫浓度的升高,小麦根长在粘土中呈逐渐变短的趋势,在壤土和砂土上则呈先升高后降低趋势,且根长达到最大值的Cr浓度为100 mg·kg-1;小麦分生根数在3种质地土壤上均呈逐渐减少趋势;Cr胁迫使不同器官的干物质量及干物质总重都有不同程度下降;旗叶的Pn在壤土上也随Cr浓度的升高逐渐降低,在粘土和砂土上则先升高后降低,且当Cr浓度分别为100和200 mg·kg-1时达到最大值;小麦旗叶Gs、Ci、Tr和叶绿素相对含量均呈先升高后降低趋势,且在壤土和粘土上达到最大值的Cr浓度均为100 mg·kg-1,在砂土上为200 mg·kg-1;旗叶WUE在粘土上呈先升高后降低趋势,砂土上则呈现升高趋势,壤土上波动不大。整体来说,Cr胁迫对小麦灌浆期各项光合指标起到了低促高抑或抑制作用,尤其当Cr浓度≥200 mg·kg-1时,Cr对小麦表现出明显的胁迫效应,导致根长降低,分生根数减少,旗叶Gs、Ci、Tr和叶绿素相对含量降低,各器官干物质量减少。此外,在3种质地土壤上,小麦灌浆期旗叶光合指标在Cr胁迫下不同程度下降,砂土的下降趋势比壤土和粘土明显。     

不同类型小黑麦产量形成的光合特性差异

为了明确不同类型小黑麦产量形成的光合特性,以加工型品种东农8809、饲用型品种东农5305和粮饲兼用型品种东农96026为材料,采用随机区组试验,探讨了不同类型小黑麦主要生育阶段叶绿素荧光参数、光合参数、叶绿素相对含量以及产量的差异。结果表明,加工型品种东农8809生育后期PSⅡ最大光化学效率下降幅度大,非光化学系数高,光能消耗大,籽粒产量形成受到限制;饲用型品种东农5303扬花前光合能力较强,生物产量潜力高,花后非光化学淬灭系数增加量大,花后叶绿素相对含量迅速下降,叶片衰老快;粮饲兼用型品种东农96026净光合速率高,开花后叶绿素相对含量降幅小,叶片衰老慢,光化学淬灭系数高,PSⅡ电子传递活性大,成熟期最大荧光产量和最大光化学效率大及籽粒产量潜力高。说明不同类型小黑麦光合特性不同,花后较强的光合能力是籽粒产量高的基础;对于粮饲兼用型小黑麦来说,较小的热耗散释放比例及较高的花后光合能力是其以大穗实现较高籽粒产量的途径。     

Characterization,establishment and persistence under grazing of nitrous oxide-induced octoploid Phalaris aquatica L.

The increased seed size of induced polyploid forms has been an important component of improved seedling vigour of small-seeded pasture species. Nitrous oxide was used to produce an octoploid form of the F₃ generation of a cross between the closely related tetraploid cultivars, Uneta and Australian phalaris (Phalaris aquatica L.; 2n=28). A high degree of recovery of octoploid plants (30%) was attained by nitrous oxide treatment. Increases in seed weight, glume length, stomatal guard cell length and pollen grain diameter of 13–84% were recorded in glasshouse-grown plants of the octoploid compared with the tetraploid parent population. In a field experiment the superior establishment of the octoploid compared with the tetraploid was interpreted as evidence of the better establishment capacity of the octoploid from deep placement of the seed. However, there was a greater loss of octoploid seedlings over summer, and a greater reduction in the basal area of the sward under continuous grazing than in the tetraploid. Although the octoploid swards produced significantly less phalaris dry weight than the tetraploid in exclosures, the total herbage dry weight of the two types was not significantly different in three of four cuts taken over 2 years. This result supports the view that the more erect, sparsely tillered growth habit of the octoploid phalaris is conducive to the productivity of other sward components.