转W16小麦抗旱新品系的创制及抗旱生理机制分析

 【目的】培育抗旱转基因小麦新品系,解析转基因小麦抗旱生理机制,为转基因小麦抗旱性鉴定提供依据。【方法】以转W16基因3个高代转基因小麦品系为供试材料,在2008—2010年连续两年大田正常灌溉和干旱处理条件下,对转基因小麦品系进行田间抗旱性鉴定;同时对不同生育期植株体内的脯氨酸和可溶性糖含量及其旗叶的SPAD值进行测定分析。【结果】在干旱胁迫条件下,转基因品系比对照济麦19的单株粒重和千粒重极显著增加,其中单株粒重分别增加20.00%—23.08%、20.88%—24.71%和15.29%—25.27%;千粒重分别增加16.24%—19.85%、13.46%—16.95%和21.58%—24.46%。在正常灌溉条件下,单株粒重分别显著增加7.04%—11.11%、3.52%—8.73%和8.45%—12.70%;千粒重分别显著增加13.57%—14.97%、9.91%—11.67%和14.17%—14.65%。转基因小麦品系的单株粒重和千粒重的抗旱系数在1.15—1.45,抗旱性为强到极强。对转基因小麦的抗旱生理机制分析发现,在干旱胁迫下转基因小麦的根系总长度、根系表面积和根系总体积均显著增加;在灌浆后期转基因小麦品系脯氨酸和可溶性糖含量及旗叶的SPAD值均显著高于受体济麦19。【结论】W16的过表达改善了转基因小麦品系的根系结构、延长了旗叶功能时期,从而增强了转基因小麦对干旱胁迫的适应能力。     

不同基因型小麦抗旱性比较鉴定

在大田条件下对不同基因型小麦的抗旱性进行了比较鉴定。结果表明,隶属函数法鉴定隶属函数平均值较高的品种是烟农21号、烟2415、烟农5158,分别为0.95、0.73、0.54。抗旱指数法和隶属函数法鉴定小麦品种抗旱性结果基本一致。干旱胁迫促进了根系的发育,根干重增加,根冠比提高,旗叶光合色素、可溶性糖、脯氨酸含量等大幅度增加,抗衰老酶SOD活性迅速提高。     

灌浆期Cd、Cu、Zn胁迫对小麦旗叶生理活性的影响

采用田间模拟Cd、Cu、Zn污染的试验方法,以郑州9023为试验材料,研究了灌浆期Cd、Cu、Zn胁迫下小麦旗叶的呼吸速率、叶绿素、可溶性糖、游离脯氨酸、MDA含量和相对电导率六项生理指标的变化动态。结果表明,在小麦灌浆过程中,Cd、Cu、Zn胁迫均降低了旗叶的叶绿素含量,提高了旗叶呼吸速率、可溶性糖、游离脯氨酸、MDA的含量和相对电导率。在这3种重金属元素中,Cd对小麦旗叶的伤害作用在灌浆前期较强,而Cu则在灌浆后期显示出较强毒害。     

甘蔗新品系对干旱胁迫的生理响应及抗旱性评价

【目的】探究甘蔗10个优良新品系的抗旱性能,为抗旱品种选育及推广应用提供科学依据。【方法】在人工干旱胁迫和正常供水处理下测定甘蔗伸长初期的根系活力,叶片脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛(MDA)含量,叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性8项生理指标的变化;采用主成分分析与聚类分析方法综合评价甘蔗伸长初期的抗旱性。【结果】受干旱胁迫后,甘蔗根系活力降低,叶片可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸、MDA含量升高,叶片SOD、POD、CAT活性增强。聚类分析将包括对照品种ROC22在内的11个甘蔗品系分成抗旱性强、中度抗旱和抗旱性弱3类。抗旱性强的新品系为A6-13115和A3-1320,中度抗旱的新品系为A13-1396和A6-13122,抗旱性弱的新品系为A6-13111、A11-1390、A1-1305、A7-13120、A7-13104和A4-1316。【结论】采用主成分和聚类分析方法对多个指标综合评价能提高甘蔗抗旱评价的可靠性、准确性。甘蔗新品系A6-13115和A3-13120抗旱性强。     

超高产小麦收获指数与灌浆期旗叶、穗下茎可溶性糖含量的相关性

利用灰色关联分析方法,研究了21种不同基因型的超高产冬小麦品种收获指数与灌浆期旗叶、穗下茎可溶性糖含量的关系.结果表明,小麦收获指数与灌浆期穗下茎的可溶性糖含量的关联度为0.726 9,与旗叶可溶性糖含量的关联度为0.649 8.表明小麦收获指数与灌浆期穗下茎可溶性糖含量的关联度大,在小麦植株源、库、流互作中畅流是重要影响因素,在小麦育种中应予以重视.     

过量表达蔗糖转运蛋白基因增强转基因小麦的耐旱性

【目的】创制过量表达TaSUT1A的转基因小麦,分析TaSUT1A在转基因小麦中的遗传及其对干旱胁迫的应答反应,选育抗旱的转基因小麦新种质。【方法】采用基因重组技术构建了TaSUT1A表达载体,利用基因枪介导法将该载体转入小麦品种科农199,通过Bialaphos筛选、转化植株基因组DNA PCR验证获得转基因T₀植株;利用RT-PCR检测TaSUT1A在转基因T₃植株中的表达情况,在此基础上,对3个转基因系的T₄转基因植株进行抗旱性鉴定和抗旱相关生理指标分析,验证其抗旱能力。【结果】经PCR检测和RT-PCR验证,获得了转TaSUT1A小麦阳性植株,与非转基因对照相比,20%PEG胁迫处理显著诱导了转基因株系根叶组织中目标基因TaSUT1A的上调表达。抗旱鉴定和抗性生理分析显示,在20%PEG胁迫处理下,转基因株系的萌发率比非转基因对照平均提高了32.8%,显著高于非转基因对照,并促进初生根的萌发和生长,初生根长和胚芽鞘长比非转基因对照平均增加了81.72%和170.77%;在20%PEG胁迫处理下,转基因植株叶组织中的蔗糖和可溶性糖平均提高了42.95%和36.56%,根中蔗糖和可溶性糖平均提高了58.01%和43.01%,均显著高于非转基因对照植株;与未胁迫处理相比,20%PEG胁迫处理后非转基因植株叶中的SOD活性由105.4 U·g^-1FW升高到139.1 U·g^-1FW,而转基因植株的活性由107.7-115.3 U·g^-1FW提高到168.2-211.6 U·g^-1FW,显著高于非转基因对照,同时,转基因小麦株系的MDA的产生较非转基因对照平均降低了37.47%,显著减少了MDA的产生。【结论】TaSUT1A在参与植物的逆境应答反应机制中具有重要作用,促进逆境胁迫中小麦的萌发和生长,超量表达TaSUT1A可显著提高转基因小麦的耐旱能力。     

两种筋力型小麦叶、粒可溶性糖含量及与籽粒淀粉积累的关系

在大田条件下,研究了豫麦34号和豫麦5 0号2种筋力型小麦品种灌浆期旗叶、籽粒可溶性糖含量、淀粉积累速率及粒重的变化。结果表明,小麦旗叶可溶性总糖和蔗糖含量在开花后30d出现高峰,籽粒可溶性总糖和蔗糖含量在灌浆期呈一致的下降趋势,可溶性糖含量变化与籽粒淀粉积累和粒重关系密切。强筋型品种豫麦34号较弱筋型品种豫麦5 0号灌浆期旗叶具有较强的营养物质外运能力,籽粒同样具有很强的转化利用同化物的能力,致使豫麦34号最终的总淀粉含量较高,支链淀粉含量也明显高于豫麦5 0号,粒重达到较高水平。     

抗旱转基因小麦(Triticum aestivum L.) 的杂草性评价

【目的】全球转基因作物商业化迅猛发展,包括杂草化在内的一系列生态风险评估和研究尤为重要。文章中系统评价抗旱转基因小麦MGX-L大面积推广种植可能带来的演化为杂草的生态风险,为转基因抗旱小麦的环境安全评价标准制定提供科学依据。【方法】通过比较荒地和栽培地上抗旱转基因小麦、受体小麦和当地常规品种的农艺性状,评价转基因小麦的生存竞争能力;并比较荒地上生存的转基因小麦与受体的繁殖系数,评价转基因小麦群体在野外的生存能力。比较转基因小麦和受体品种的自生苗比率、种子落粒性、及深埋和浅埋地下种子萌发情况,评价转基因小麦的自然延续能力。比较转基因小麦和受体品种的花粉活力、花粉大小和花粉育性,评价转基因小麦的自然繁育能力。综合分析以上各项评价结果,评价抗旱转基因小麦演变为杂草的可能性。【结果】转基因小麦在栽培地上种植,其株高、总穗数和穗粒数与受体品种相比,没有显著差异,而转基因小麦的产量、千粒重显著高于受体品种。但和其他非转基因当地主栽小麦品种相比,或没有显著差异,或低于其他非转基因小麦品种,因此,转基因小麦与其非转基因小麦对照相似,在栽培地种植没有更强的生存竞争能力。在荒地环境下,转基因小麦生存竞争能力和受体品种没有显著差异。在荒地上种植且成熟的转基因小麦,单位面积内收获的总籽粒数少于上一年种下的种子粒数,其繁殖系数低于1。转基因小麦群体不可能在野外环境中自然维持下去。转基因小麦种子的落粒性和产生自生苗比率与受体品种相比没有显著差异。深埋20 cm以下土层的转基因小麦和受体品种的种子全部腐烂;浅埋3 cm土层的转基因小麦和受体品种的种子或者腐烂或者出苗,没有发现未萌发且保存完好能够保持活力继续发芽的种子,二者的种子腐烂或出苗的比率没有显著差异,说明转基因小麦和受体品种种子的延续能力低且无显著差异。【结论】转基因抗旱小麦MGX-L与其受体对照品种济麦22及其他非转基因当地主栽品种相似,耐旱性状的引入不会增加小麦的杂草化潜势。     

春小麦灌浆期含糖量的变化对幼胚退化率的影响

为明确小麦幼胚形成后叶、旗叶和茎秆含糖量的变化对小麦幼胚退化率的影响,以穗粒数显著差异的5个小麦品种为材料,测定幼胚形成至籽粒发育至乳熟期过程中,茎秆、叶片和旗叶的可溶性总糖、蔗糖和果糖含量.结果表明,幼胚形成至乳熟期,茎秆和叶片中可溶性总糖和蔗糖的变化量以及旗叶的蔗糖和果糖的变化量,与幼胚退化率有关系,幼胚退化率低的...     

青稞Hva1-hv基因对小麦的遗传转化研究

本研究通过根癌农杆菌介导,将克隆自强抗旱青稞品种的LEA3蛋白编码基因Hva1-hv转化到小麦品种Bobwhite中.经除草剂草丁膦筛选和分子检测,鉴定出4个稳定遗传的转基因小麦株系.结果表明,在干旱胁迫条件下,经T2代植株的RT-PCR分析表明,目的基因能在转基因植物中正常表达.采用离体叶片失水率作为衡量植物抗旱能力的指标,发现干旱胁迫条件下,4个T2代转基因小麦株系的离体叶片失水率较受体材料显著降低,证明转基因植株的抗干旱胁迫能力强于受体材料.本研究结果初步显示,Hva1-hv基因在抗旱小麦品种培育方面具有潜在应用价值.     

拟南芥组蛋白甲基化SDG26基因突变体抗旱生理生化研究

对拟南芥SDG26基因功能缺失突变体sdg26植株和对照野生型Col植株在干旱条件下的SOD活性和MDA、可溶性糖、脯氨酸含量进行测定。结果显示:随着干旱时间(5、8、11、14、17、20 d)持续,sdg26植株中的SOD活性和MDA、可溶性糖、脯氨酸含量都表现出明显提高的趋势,上升水平显著高于对照野生型Col植株;在持续干旱20 d条件下,Col植株的叶片逐渐失水干枯及至死亡,但sdg26植株能正常生长,表现出良好的生长势,推测SDG26基因功能的丧失可以增强拟南芥的抗旱能力,说明植物的抗旱能力与组蛋白的甲基化修饰密切相关。     

Screening of Drought-tolerant Brassica napus L. Varieties and Analysis on Their Physiologic and Biochemical Variations under Drought Stress

[目的]筛选甘蓝型油菜耐旱种质资源,并分析其干旱胁追下生理生化变化。[方法]以40个不同甘蓝型油菜品种（系）为材料,采用PEG-6000模拟生理干旱胁迫和盆栽极限干旱胁迫等方法进行耐旱种质资源的筛选,并对干旱胁追下叶绿素含量、类胡萝卜素含量、脯氨酸含量、丙二醛（MDA）含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性、过氧化物酶（POD）活性的变化进行了研究。[结果]筛选鉴定出一批耐旱性甘蓝型油菜品种：YAU200908、湘油15号、YAU200903、YAU200907、YAU200906、YAU200904。生理生化分析表明,在干旱胁迫下。油菜叶片中叶绿素、类胡萝卜素的含量随干旱程度的加剧而降低,脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、MDA的含量及SOD、CAT、POD的酶活性则随着干旱程度的加剧丽升高。[结论]在抗旱性强的材料中,其类胡萝卜素的含量显著地减少。脯氨酸、可溶性糖、MDA的含量及SOD、CAT的酶活性显著增加,可作为油菜抗旱性鉴定的生理生化指标。     

休闲期耕作对旱地小麦土壤水分、花后脯氨酸积累 及籽粒蛋白质积累的影响

【目的】研究休闲期不同时间耕作对土壤水分、花后旗叶和籽粒脯氨酸积累、籽粒蛋白质积累的影响,旨在探索休闲期一次性耕作的蓄水保墒技术,为旱地小麦高产、优质提供理论依据。【方法】采用大田试验设定前茬小麦收获后15 d、45 d两个时期,深翻、深松两种耕作方式（以未耕作为对照）,研究其对播前0-300 cm土壤蓄水量,花后旗叶和籽粒脯氨酸含量、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷氨酸脱氢酶（GDH）活性动态变化,籽粒蛋白质含量动态变化的影响及花后脯氨酸含量与两种氮代谢酶活性的关系。【结果】休闲期深翻或深松均可提高旱地小麦播前0-300 cm土壤蓄水量,且欠水年效果明显,以前茬小麦收获后45 d深翻效果较好。休闲期耕作降低了花后旗叶脯氨酸含量、花后5-15 d籽粒脯氨酸含量、旗叶和籽粒GDH活性,提高了籽粒GS活性、籽粒蛋白质产量。但耕作时间在不同降雨年型对旗叶GS活性、籽粒蛋白质含量的影响存在差异,在欠水年,休闲期耕作降低了旗叶GS活性、籽粒蛋白质含量;在丰水年,麦收后15 d耕作降低了旗叶GS活性、籽粒蛋白质含量,而麦收后45 d耕作则相反。休闲期耕作条件下,旱地小麦播前土壤蓄水量与籽粒脯氨酸含量的相关性高于与旗叶脯氨酸含量的相关性。前茬小麦收获后15 d耕作条件下,旗叶脯氨酸含量与旗叶GDH活性相关性较大,籽粒脯氨酸含量与旗叶GS活性相关性较大;前茬小麦收获后45 d耕作条件下,旗叶脯氨酸含量与籽粒GDH活性相关性较大,而籽粒脯氨酸含量与两种酶活性无显著相关性。【结论】休闲期耕作有利于蓄水保墒,且欠水年效果较明显,有利于降低花后旗叶脯氨酸含量及灌浆前期籽粒脯氨酸含量,减缓花后小麦干旱胁迫,由于脯氨酸含量与两种氮代谢酶有一定相关性,从而影响籽粒蛋白质积累。休闲期耕作的时间对土壤水分、花后脯氨酸积累、籽粒蛋白质积累有较大的调控效应,且以休闲期等雨后耕作有利于籽粒蛋白质形成,深翻效果较好。     

Heterologous expression of the ThIPK2 gene enhances drought resistance of common wheat

Th IPK2 is an inositol polyphosphate kinase gene cloned from Thellungiella halophila that participates in diverse cellular processes. Drought is a major limiting factor in wheat(Triticum aestivum L.) production. The present study investigated whether the application of the Th IPK2 gene could increase the drought resistance of transgenic wheat. The codon-optimized Th IPK2 gene was transferred into common wheat through Agrobacterium-mediated transformation driven by either a constitutive maize ubiquitin promoter or a stress-inducible rd29 A promoter from Arabidopsis. Molecular characterization confirmed the presence of the foreign gene in the transformed plants. The transgenic expression of Th IPK2 in wheat led to significantly improve drought tolerance compared to that observed in control plants. Compared to the wild type(WT) plants, the transgenic plants showed higher seed germination rates, better developed root systems, a higher relative water content(RWC) and total soluble sugar content, and less cell membrane damage under drought stress conditions. The expression profiles showed different expression patterns with the use of different promoters. The codon-optimized Th IPK2 gene is a candidate gene to enhance wheat drought stress tolerance by genetic engineering.     

8个马铃薯品种抗旱性研究初报

以贵州省大面积种植的8个马铃薯品种为材料,通过盆栽控水试验研究了水分胁迫对各品种产量、抗旱系数、抗旱指数及丙二、可溶性糖、游离脯氨酸含量的影响.结果表明,8个品种中米拉、坝薯10号、大西洋、中薯3号的抗旱性最强,底西芮、费乌瑞它抗旱性中等,会-2、合作88抗旱性最弱.建议在贵州干旱常发生的地方选用米拉、坝薯10号、大西洋、中薯3号这4个品种.     

小麦品种对禾谷缢管蚜的抗性机理研究

通过非嗜性、抗生性两个方面的研究，初步明确了禾谷缢管蚜对不同小麦品种的选择性主要通过味觉刺激；氨基酸含量尤其是脯氨酸含量对蚜虫的生长发育和繁殖有重要作用，脯氨酸含量与蚜虫的发生量、蚜虫的内禀增长率呈显著的正相关，与若蚜历期呈负相关。较低的脯氨酸含量是小麦抗蚜的主要因素之一；在一定范围内，可溶性糖含量对蚜虫的生长发育和繁殖有较大影响。     

油菜苗期抗旱性评价及抗旱相关指标变化分析

【目的】探讨甘蓝型油菜苗期的抗旱性,为甘蓝型油菜抗旱种质的筛选提供可借鉴的指标、方法,同时为抗旱育种、栽培提供材料和理论依据。【方法】在遮雨网室对油菜苗期进行干旱胁迫,于胁迫的第0、5、10、15、20、25天分别取样测定叶片相对含水量、丙二醛（MDA）含量和保护性酶活性等的变化。采用综合抗旱系数、抗旱指数、聚类分析、灰色关联度分析相结合的方法,对其抗旱性进行综合评价,并对不同类型种质抗旱相关指标的变化进行分析。【结果】被考查的各指标对干旱胁迫的反应程度各异,其中脯氨酸含量、POD活性对干旱胁迫的反应迟钝,而叶片相对含水量反应敏感;根据抗旱性量度值（D值）的聚类结果,将10个油菜种质划分为抗旱性强、抗旱性中等和抗旱性差３个抗旱级别。抗旱相关指标的变化表现为,随干旱胁迫时间的延长和胁迫程度的增大,叶片的相对含水量和叶面积下降幅度变大,而丙二醛（MDA）、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量和SOD、POD活性相对值总体表现出上升趋势。MDA含量相对值与品种抗旱性呈负相关,而脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质含量和POD活性相对值与品种抗旱性呈正相关。10个参试油菜种质中,94005、中双11号和中双9号抗旱性强。【结论】采用综合抗旱系数、聚类分析、灰色关联度等相结合的方法对油菜苗期抗旱性进行评估,可以较好地揭示指标性状与抗旱性的关系。油菜在连续干旱胁迫下,其叶片相对含水量、丙二醛、叶面积可作为油菜抗旱种质筛选的依据。     

冻害胁迫对小麦叶片抗寒生理生化指标的影响

研究了大田冬季冻害条件下,幼穗发育不同阶段的小麦叶片内可溶性蛋白质、可溶性糖、脯氨酸(Pro)、抗坏血酸(ASA)和谷胱甘肽(GSH)等抗寒物质含量的变化。结果表明,冻害胁迫期间,植株幼穗发育进程快(播期较早)、且受冻害较重的豫麦34号和郑麦9023叶片中可溶性糖、可溶性蛋白质和抗坏血酸含量均显著低于幼穗发育进程慢(播期较晚)、受冻害较轻的品种豫农949和偃展4110,表明其适宜作为胁迫过程中小麦抗冻性的鉴定指标。冻害胁迫期间,4个小麦品种不同幼穗发育植株的叶片内脯氨酸和谷胱甘肽含量均比寒流来临之前增幅大,幼穗发育进程快且受冻害较重的豫麦34号和郑麦9023品种,这2种物质含量显著高于幼穗发育进程慢、受冻较轻的豫农949和偃展4110,推测这2种物质不宜作为小麦抗冻性的鉴定指标。