盐胁迫对不同品种谷子萌发及幼苗生长的影响

为探索谷子地方品种发芽期和苗期的耐盐性,为谷子耐盐机制研究和新品种耐盐培育提供依据,采取NaCl浓度0、50、150、300 mmol·L-1处理沧344、冀谷31、安04-4783、206058、沧555、200131、200152、安06-6082、济0404、济0515、06766-7、郑06-3、长生08、冀谷19共14个夏谷种子,对种子萌发和幼苗生长的变化进行了研究。结果表明：低浓度NaCl处理（50 mmol·L-1）能促进谷子种子萌发,提高种子的相对发芽率,并促进幼苗胚根和胚芽的伸长,增加相对根长和相对芽长;NaCl处理浓度超过150 mmol·L-1时抑制谷子种子萌发和幼苗生长,而且对幼苗胚根的抑制作用大于胚芽,表现为相对根长的降低大于相对芽长的降低。     

镉、盐胁迫对不同谷子品种萌发的影响

用不同浓度的氯化镉(CdCl_2)溶液和盐(NaCl)溶液对不同年代谷子品种(豫谷1号(1980s)、豫谷18号(2000s)、豫谷31号(2010s))进行处理,其目的在于通过测定萌发期的生长指标和生理生化指标差异探究重金属镉及盐对不同年代谷子品种的出芽及早期生理生化指标的影响,旨在探讨随品种更替谷子对盐和重金属胁迫的适应性演化趋势,为本区谷子优质高抗育种提供理论基础。研究结果表明:镉胁迫对谷子萌发期的胚根抑制作用大于胚芽,3种谷子的脯氨酸(Pro)含量呈现先升后降的趋势,在300μmol·L-1的镉浓度时3种谷子均达到最大值,豫谷31号增长的最多,增长了726. 6916μg·g-1。氧自由基含量的活性呈现上升趋势,在镉浓度为1 200μmol·L-1时,达到最大值,豫谷31号增长的最多,增长了5. 8824μg·g-1FW。丙二醛(MDA)的含量呈先下降后上升的变化,豫谷31号下降的幅度最大,下降了1. 0153μmol·g-1FW。通过比较各品种的增长幅度可以得出:随着品种改良,抗性逐渐增强。盐胁迫下的生理生化性质跟镉的类似。综上所述,不同年代谷子品种随着年代的推进抗逆性逐渐增强。谷子在品种更替过程中,在不同浓度的镉处理下,各品种间均达到显著水平,表明豫谷31号综合抗逆性最强。因此,新品种选育要按照性状互补原则培育成优良新品种。     

盐胁迫对谷子幼苗生长及光合特性的影响

以豫谷17为材料,选取中性盐Na Cl、Na2SO4以及碱性盐Na HCO33种盐,分别设置0(CK)、0.2%、0.4%3种土壤盐含量梯度,研究了盐胁迫对谷子幼苗生长和光合特性的影响,以期为不同盐碱地的谷子栽培提供理论依据。结果表明:随着土壤盐含量的升高,叶片SPAD值降低,叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率下降,胞间CO2浓度先降低再升高,其中,SPAD值受Na Cl影响最大,0.2%、0.4%处理下分别比CK下降24.1%、34.0%;净光合速率受Na2SO4和Na HCO3影响较大,0.2%、0.4%处理下分别比CK下降47.8%、80.2%和38.9%、85.5%;在中性盐胁迫下,谷子幼苗叶片水分利用效率随土壤盐含量升高表现为先上升后降低,而在碱性盐胁迫下则表现为下降;谷子幼苗株高和干物质积累量在Na Cl胁迫下随盐含量增加而降低,而在Na2SO4和Na HCO3胁迫下则表现为低含量促进、高含量抑制,其中,干物质质量在土壤盐含量0.4%时受Na HCO3影响最大,较CK下降37.0%。因此,Na2SO4和Na HCO3含量较低的轻盐碱地较Na Cl含量较低的轻盐碱地更适合种植谷子,Na2SO4和Na HCO3含量较高的重盐碱地不适合种植谷子。     

高pH值对盐芥种子萌发的影响

土壤盐渍化是一个世界性生态问题,盐芥作为一种耐盐模式植物已经被广泛应用,但是它对碱胁迫响应的生理、生化研究相对比较落后,对pH信号及胁迫响应分子机理的研究还比较少。试验以模式植物盐芥为试验材料,研究了不同pH值对盐芥种子萌发的影响。结果表明:pH值过高会抑制种子的萌发,随着pH值的升高,种子萌发率逐渐降低。     

谷子萌发期耐盐种质筛选及其保护酶系统对盐胁迫的响应

【目的】确定谷子萌发期耐盐评价指标,筛选萌发期耐盐种质,并探讨不同基因型谷子苗期盐胁迫对保护酶系统的影响,为谷子大规模耐盐性鉴定、耐盐机理的研究提供鉴定方法和优异资源。【方法】 以不同生态区的54份谷子种质为试验材料,用1.5%NaCl溶液进行盐胁迫,蒸馏水为对照,采用培养皿发芽法在人工气候培养箱内进行谷子萌发期耐盐性鉴定;测定谷子相对发芽势、相对发芽率、相对胚芽长、相对胚根长、相对胚芽比以及发芽率、盐害率等指标;通过对指标值的相关性分析、主成分分析和聚类分析,筛选谷子萌发耐盐评价指标。采用筛选出的3个不同耐盐性谷子品种,以0.5%NaCl溶液进行苗期盐胁迫,测定盐土盆栽条件下苗期叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性。分析盐胁迫下3个基因型间生理响应机理的差异。【结果】 在1.5%NaCl溶液胁迫下,谷子的相对发芽势与相对发芽率（r=0.51,P<0.01）、相对胚芽长之间呈显著正相关（r=0.54,P<0.01）;相对胚芽长与相对胚根长呈显著正相关（r=0.64,P<0.01）;发芽率盐害率与相对发芽势（r=-0.37,P<0.01）、相对胚芽长（r=-0.51,P<0.01）呈显著负相关。通过主成分分析将萌发期盐胁迫处理的6个单项指标转换成3个彼此独立的综合指标;通过隶属函数分析,得到不同品种萌发期耐盐性综合评价值（D值）,并通过聚类分析,将54份谷子品种分成高度盐敏感品种、盐敏感品种、中度耐盐品种、耐盐品种以及高度耐盐品种5个不同类型。其中,高度耐盐品种有4个,分别是华北夏谷区的济谷16、矮88,西北春谷区的陇谷3号和延谷13。苗期盐土盆栽试验表明,盐胁迫条件下谷子叶片SOD、POD、CAT酶活性呈现先上升后下降的趋势。耐盐性强品种济谷16的SOD、POD、CAT酶活性上升幅度显著大于耐盐性弱的品种鲁谷1号。【结论】 54份谷子种质材料在耐盐性上存在显著差异,利用隶属函数法综合分析萌发期各指标,全面地评价谷子种质资源萌发期的耐盐性。不同基因型谷子品种叶片保护酶系统对NaCl胁迫响应能力的差异,可能是由于谷子耐盐能力不同造成的。     

改良物质对盐碱土pH值及水溶性盐的影响

以黑龙江省大庆盐碱土地区为研究区域,研究5种盐碱土改良物质(鸡粪、污泥、煤渣、磷石膏和酒糟)对盐碱土pH值及水溶性盐的影响,结果表明:施用酒糟对盐碱土壤pH值改善效果最好,施用磷石膏对盐碱土壤水溶性盐改善效果最好。     

碱胁迫下冰草根系pH值与有机酸含量变化

【目的】研究塔乌库姆冰草耐碱性机理,分析根系分泌的有机酸与pH值在调控植物抗碱性之间的关系。【方法】将2种碱性盐Na₂CO₃、NaHCO₃按摩尔比9∶1混合,人工模拟10、30、60、90、120 mmol/L天然碱性生境条件对塔乌库姆冰草幼苗进行碱胁迫,测定pH值与有机酸种类及含量,分析其对胁迫的生理响应。【结果】碱胁迫导致塔乌库姆冰草胚根、胚芽生长缓慢,其中胚根生长率仅为对照的0.40倍,受到明显抑制;随处理液浓度的增加,幼苗根系分泌以苹果酸、柠檬酸为主的有机酸,使植物根系内pH保持在6.65~6.68。冰草根系分泌的有机酸在碱胁迫过程中虽然明显增加,但不能阻止高浓度的pH对植物幼苗的伤害。【结论】碱处理液浓度为60 mmol/L,即pH为9.8时,有机酸分泌量为调控冰草根系pH最适宜浓度。     

盐胁迫下棉花叶绿素荧光参数的变化

通过对比耐盐和盐敏感棉花材料在盐胁迫下的叶绿素荧光参数的变化,探究棉花在盐害下的自我保护机制及筛选鉴定棉花耐盐性的生理生化指标。以耐盐材料中棉所35和盐敏感材料中棉所12为试验材料,设置梯度分别为0(对照)、100、200、300及400 mmol/L的NaCl溶液处理四叶期的棉花幼苗,测定叶绿素荧光参数。结果表明,耐盐棉花材料和盐敏感棉花材料在叶绿素荧光参数变化趋势上具有明显差异。叶绿素荧光参数可作为鉴定棉花耐盐性的生理生化指标,进一步研究将综合其他多种生理生化指标构建数学模型,定量衡量棉花的耐盐性强弱。     

盐胁迫下不同耐盐性水稻幼苗叶绿素荧光差异性研究

试验研究结果表明:随着NaCl胁迫浓度和时间的增加,2个供试水稻品种(Pokkali和Peta)的初始荧光、最大光化学效率、表观电子传递速率、光量子产量和光化学猝灭系数不断下降;100 mmoL/L NaCl胁迫下2个水稻品种叶绿素含量、非光化学猝灭系数先上升后下降;200 mmoL/L Nacl胁迫下2个水稻品种的叶绿素含量不断下降,Pokkali的非光化学猝灭系数先上升后下降,Peta的非光化学猝灭系数不断下降;相同处理条件下Pokkali的光合速率、叶绿素含量、最大光化学效率、表观电子传递速率、光量子产量、光化学猝灭系数、非光化学猝灭系数明显高于Peta,这与Pokkali的耐盐性有关.     

除草剂胁迫下谷子脯氨酸含量及代谢酶活性的比较

为研究除草剂对常规谷和杂交谷脯氨酸含量及代谢酶活性的影响,试验采用2因素4水平完全随机设计,以晋谷21号、晋谷59号、张杂谷5号和张杂谷13号为材料,在谷子六七叶期用不同浓度(0倍,0.5倍,1.0倍,2.0倍)拿捕净进行喷洒,采用茚三酮法测量脯氨酸(Pro)含量、盐酸羟胺比色法测定吡咯琳-5-羧酸合成酶(P5CS)活性。结果表明,在不同浓度拿捕净、不同谷子品种及不同浓度拿捕净不同品种互作间谷子的脯氨酸含量及代谢酶活性均存在极显著差异,杂交谷脯氨酸含量及吡咯琳-5-羧酸合成酶活性高于常规谷,其中,张杂谷5号最高;2倍浓度拿捕净处理谷子脯氨酸含量及吡咯琳-5-羧酸合成酶活性显著高于0倍、0.5倍、1倍浓度处理;4种谷子的脯氨酸含量随拿捕净浓度增加均逐渐升高,吡咯琳-5-羧酸合成酶活性也随着拿捕净浓度升高而增强,与脯氨酸积累呈正相关;张杂谷5号在2倍浓度拿捕净胁迫下,脯氨酸含量及吡咯琳-5-羧酸合成酶活性最高,表现出较强的抗逆性。试验结果可为张杂谷5号的推广提供理论依据。     

外源油菜素内酯对谷子2,4-D胁迫的缓解效应

通过盆栽方法,以张杂谷5号为材料,采用EBR和2,4-D两因素完全随机设计,研究在2,4-D胁迫下,外源EBR对谷子各项指标(出苗时间、出苗率、株高、叶绿素含量)的影响。结果表明,通过方差分析,不同浓度的EBR处理之间各项指标均有极显著差异(P0.01);不同浓度2,4-D处理之间幼苗的株高有极显著差异(P0.01),叶绿素含量差异显著(P0.05);两因素的相互作用对幼苗的株高有显著影响(P0.05),对叶绿素含量有极显著影响(P0.01),其中,0.1 mg/L EBR与0.5 g/L 2,4-D组合最有利于谷子幼苗的生长,为最佳组合。说明适宜浓度的EBR不仅能够减轻2,4-D对谷子幼苗的抑制作用,还能在一定程度上促进幼苗生长。     

谷子NADP-ME的鉴定及其对逆境胁迫的响应

【目的】鉴定谷子NADP-ME家族成员,研究不同成员对非生物逆境胁迫的响应,为揭示SiNADP-ME在谷子逆境应答信号途径中的作用奠定基础。【方法】 利用生物信息学方法鉴定谷子基因组中的NADP-ME家族成员。采用GSDS2.0、plantCARE、Clustalx、MEGA6.0等软件及网站ExPASy对鉴定成员蛋白和基因序列进行生物信息学分析。采用qRT-PCR方法检测SiNADP-ME在苗期不同逆境、不同生育期干旱胁迫及不同光照强度下的表达情况。【结果】 谷子NADP-ME家族由7个成员组成,它们在谷子的第2、3、5、7染色体上呈不均匀分布。保守功能域分析显示7个基因都含有NADP-ME特征保守功能域。序列比对发现谷子NADP-ME成员之间序列非常保守,相似性较高,7个谷子成员序列一致性为77.30%,而不同物种NADP-ME序列之间相似性为56.52%。序列分析显示SiNADP-ME1、SiNADP-ME4、SiNADP-ME5、SiNADP-ME6序列较长,分别编码576、639、652和636个氨基酸,而SiNADP-ME2、SiNADP-ME3、SiNADP-ME7序列较短,分别编码213、265和149个氨基酸。基因结构分析显示SiNADP-ME1有2个可变剪切,SiNADP-ME5有3个可变剪切,其他基因无可变剪切。SiNADP-ME1、SiNADP-ME2、SiNADP-ME3、SiNADP-ME7含内含子较少,而SiNADP-ME4、SiNADP-ME5、SiNADP-ME6含内含子较多。蛋白参数预测显示谷子NADP-ME成员间分子量跨度较大,在161.94—725.43 kD,等电点为5.32—8.05,不稳定指数为23.01—45.01,脂肪系数介于89.19—107.77,平均疏水指数介于-0.218—0.004。亚细胞定位预测显示SiNADP-ME成员主要被定位在叶绿体、线粒体和细胞质中。顺式元件分析显示SiNADP-ME成员启动子区域主要包括激素类应答、逆境应答、光应答以及其他类生长调控相关的顺式元件。聚类分析发现谷子SiNADP-ME基因在单、双子叶植物分离之前就已存在。不同物种同源基因对在进化树中广泛存在揭示它们在进化上可能存在共同祖先,也暗示它们在某些信号通路中可能具有相似的功能。苗期逆境表达分析表明所有谷子SiNADP-ME家族基因表达量在本文应用的4种逆境胁迫下都被明显诱导。SiNADP-ME1在ABA、低温、NaCl处理后被诱导的最高相对表达量分别为对照的460.53、411.50和15.24倍;SiNADP-ME6在ABA、低温、PEG、NaCl处理后被诱导的最高相对表达量分别为对照的211.13、15.21、772.41和643.99倍。进一步分析表明SiNADP-ME1和SiNADP-ME6在拔节期、抽穗期和灌浆期干旱胁迫下表达量上调。【结论】 从谷子基因组中鉴定了7个NADP-ME基因家族成员;7个成员间序列非常保守并且都含有NADP-ME基因典型特征结构域;7个谷子NADP-ME家族基因参与了植物非生物逆境应答,特别是SiNADP-ME1和SiNADP-ME6可能在ABA、盐、干旱、低温等逆境应答信号途径中起重要作用。     

苄嘧磺隆对谷子的安全性及叶片生理特性的影响

为了探讨苄嘧磺隆对谷子的安全性,为其在谷子田的安全使用提供理论依据,以‘晋谷21号’和‘张杂谷10号’为材料,在谷子3～5叶期叶面喷施不同用量(150 g/hm~2、300 g/hm~2、600 g/hm~2和1200 g/hm~2)的苄嘧磺隆,分别测定药后第3、7、15和30天的农艺性状、叶片光合色素质量分数,气体交换指标、膜脂过氧化程度,以及谷子的产量。结果表明,两个品种的株高、叶面积、茎粗、叶绿素质量分数、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均随苄嘧磺隆用量的增大而降低,随施药后时间的推移而有所升高;MDA质量摩尔浓度随苄嘧磺隆用量的增大而增大,随施药后时间的推移而降低。产量随苄嘧磺隆用量的增大而降低,但300 g/hm~2处理的株高、茎粗、叶绿素质量分数、MDA质量摩尔浓度和产量均与对照差异不显著。说明推荐用量的苄嘧磺隆对谷子相对安全,可用于谷子田的杂草防除。     

产业化生产背景下的谷子育种目标

简要回顾了我国谷子育种目标的演变,针对未来产业化生产及市场需要提出了我国谷子育种的近期和中长期目标。     

草甘膦铵盐诱导谷子雄性不育的转录组分析

为促进谷子杂种优势的利用，提高杂交育种效率，采用 Illumina HiSeq 高通量测序技术对草甘膦铵盐处理后的谷穗进行转录组测序，分析筛选响应草甘膦铵盐的差异表达基因，同时测定谷穗抗性淀粉、可溶性糖等生理指标。结果表明，草甘膦铵盐处理后产生的雄性不育谷穗与未处理谷穗相比，共检测到797个差异表达基因，其中645个差异表达基因获得GO功能分类，主要集中在糖代谢与生物合成、激素代谢和生物合成以及细胞壁等方面，反映了谷穗对草甘膦铵盐处理响应基因的生物学功能。通过KEGG富集分析，共建立了138条通路，发现差异表达基因中涉及植物激素信号转导途径的最多，为19个；其次是淀粉和蔗糖代谢途径，为16个。经诱导产生雄性不育的谷穗样品中抗性淀粉、可溶性糖和赤霉素含量降低，生长素含量增加，与GO和KEGG富集分析得到的差异表达基因的表达模式相吻合。以上结果为筛选适宜的化学杀雄试剂提供了理论依据。