小麦与抗旱性有关的根系遗传改良研究进展

在全球许多地区,干旱胁迫已经成为限制小麦生产的主要因素。小麦根系性状的遗传改良(包括根系构型、根系数量、根系质量和根系解剖结构等)有利于同步提高作物的抗旱性和产量。本文对国内外与小麦抗旱性有关的根系遗传改良研究进行了综述,以期为小麦节水抗旱高产栽培和抗旱品种的选育提供参考。     

大豆不同抗旱性品种根系性状的比较研究 Ⅱ.生理功能

1985—1986年,分别以夏播和春播大豆为材料,研究大豆不同抗旱品种根系的生理功能.结果表明:大豆抗旱品种根系内可溶性糖和游离氨基酸的含量较高,并在开花结荚期出现高峰。根细胞的基态渗透浓度较大,渗透吸水能力较强.根系的伤流液较多,伤流液的电导率也较高。抗旱品种叶片含水量多,水势较高。     

PEG胁迫下小麦再生植株根系特性与抗旱性的关系

为了解PEG胁迫下小麦再生植株根系特性与抗旱性的关系．以抗旱性强的小麦品种河农花84、晋麦33号和抗旱性差的小麦品种温麦6号、周麦17的花药和幼胚愈伤组织分化植株为材料，以PEG为水分胁迫剂，对不同小麦品种在水分胁迫下的根系特性进行了比较研究。结果表明，同一小麦品种在不同PEG浓度胁迫下，根长和根数存在显著差异；在相同PEG浓度胁迫下，抗旱品种与不抗旱品种根长和根数差异显著。PEG浓度值为80g／L时，抗旱品种根系表现出较强的生长势，不抗旱品种根系生长势很弱．甚至发根停滞，因此可在PEG浓度值为80g／L的处理下，通过观察再生植株根系的生长状况来判别供试品种抗旱性的强弱。     

小麦根系生理活性时空分布与土壤有效养分的关系

为了解小麦根系生理活性时空分布与土壤有效养分含量的关系,在2019-2021年两个小麦生长季,于小麦的不同生育时期采用长方体铁盒(0.2 m×0.05 m×0.2 m)在麦行上、行距1/4处、行距1/2处分别取0～0.2 m和0.2～0.4 m土层的样品,测定不同位点小麦根系生物量、根系活跃吸收面积、根总吸收面积、根系活力,以及土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量。结果表明,0～0.2 m和0.2～0.4 m土层中小麦根重密度、根总吸收面积和根系活跃吸收面积随生育时期的推进均呈先升后降的变化趋势;根系活力、根群生理势均呈“低-高-低-高-低”的变化趋势。0～0.2 m土层的根重密度、根总吸收面积、根系活跃吸收面积、根群生理势均显著高于0.2～0.4 m土层。在灌浆之前,0～0.2 m土层根系活力高于0.2～0.4 m土层;在灌浆到成熟期间,下层根系的根系活力显著增大。在整个生育期内,0～0.2 m土层中根重密度、根总吸收面积、根系活跃吸收面积和根群生理势的水平分布表现为行上>行距1/4处>行距1/2处;开花期之前,根系活力在行距1/4处最大,开花到成熟期间根系活力水平分布表现为行...     

大豆成苗期抗旱性与根系生长的关系

选择抗旱性强、中、弱的大豆品种各5个,在试验室条件下研究成苗期抗旱性与根系生长、胚轴伸长的关系。结果表明:抗旱性强的品种发根早,主根长,侧根数量多,侧根总长度长,胚轴长,成苗率高。在干旱条件下的趋势更为明显。     

7个小麦品种的抗旱性比较

为了解四川省种植的部分小麦品种的抗旱性,比较了20%聚乙二醇（PEG-6000）胁迫后7个小麦品种（川麦42、绵阳15、绵阳11、川农19、矮抗58、周麦21、Sy95-71）萌发期和苗期抗旱指标的变化,并利用模糊数学隶属函数法计算各指标的隶属值,通过比较萌发期、苗期各指标隶属值的平均值大小来确定小麦品种抗旱性的强弱。结果表明,萌发期相对发芽率、根长、芽长与干旱胁迫呈负相关;在7个品种中,川麦42的相对发芽率和相对芽长最大（分别为87.63%和16.67%）,Sy95-71的最小（分别为38.52%和4.38%）;绵阳11的相对根长最大（35.13%）,Sy95-71的最小（18.85%）;利用隶属函数对这三个指标综合分析,7个小麦品种萌发期的抗旱性表现为川麦42>川农19>矮抗58>绵阳11>周麦21>绵阳15>Sy95-71。在苗期,相对含水量与胁迫程度呈负相关,在20% PEG-6000胁迫3 d后,Sy95-71的叶片相对含水量降幅最大（37.1%）,川麦42降幅最小（25.3%）;丙二醛含量、超氧阴离子含量、过氧化氢含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性与胁迫程度呈正相关,PEG-6000胁迫3 d后各指标均发生显著变化;利用隶属函数对这7个指标综合分析,7个小麦品种苗期的抗旱性表现为川麦42>矮抗58>川农19>周麦21>绵阳11>绵阳15>Sy95-71。在两个时期,根据旱害隶属函数值和综合排序值,川麦42抗旱性最强,Sy95-71抗旱性最弱。     

旱地小麦品种抗旱性的生理生化指标分析及评价

以云南田麦品种云麦47为对照,云南旱地品种云麦42、云麦50、靖麦11为材料,通过小麦的灌浆期的生理生化指标的方差分析,表明:抗旱性强的品种水势高,过氧化氢酶活性随土壤含水量的增加而增高.旱地品种的水势、保水力、过氧化氢酶、可溶性糖含量与田麦品种的差异不明显,不能用来区别品种的水旱型.     

铜胁迫对小麦根系生长发育及生理特性的影响

本文在水培和盆栽条件下研究了铜对小麦根系生长发育及生理特性的影响。结果表明，随铜浓度的提高，小麦胚根、次生根条数减少，总根长度、胚芽长度缩短。根体积、于重交对照减少，超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、过氧化物酶（ＰＯＤ）活性呈下降趋势，脂质 物产物丙二醛（ＭＤＡ）含量增加，膜透性增大。     

不同小麦品种对干旱锻炼响应的综合评价

为明确不同小麦品种对干旱锻炼响应的差异,采用PEG6000模拟干旱胁迫,选取江苏、山东、河南、河北等地大面积种植的110个小麦品种进行水培试验,分析了不同小麦品种叶片相对含水量、叶面积、地上部干鲜重、根干鲜重、植株干物质积累量、根系形态、脯氨酸含量、可溶性总糖含量和蔗糖含量等14个指标的锻炼系数,通过主成分分析、聚类分析方法对这些品种的锻炼响应进行综合评价。结果表明,干旱胁迫下经锻炼处理的植株各指标总体均值大于未经锻炼处理的植株。小麦不同指标的锻炼系数存在差异,其中,可溶性糖、脯氨酸等渗透物质含量的锻炼系数较大。采用主成分分析将14个形态及生理指标综合成4个相互独立的综合指标,其累计贡献率为77.178%;根据主成分综合得分评价值进行系统聚类,可将110个小麦品种分为锻炼敏感型和锻炼不敏感型两大类,前者包括扬麦158、晋麦33、济麦22、豫麦47、洛旱11等81个品种;后者包括淮麦20、淮麦28、泗水38、苏麦188等29个品种。     

黄淮流域部分小麦种质材料抗旱和品质特性的评价及筛选

为了筛选出兼顾小麦抗旱性和优良品质的小麦种质,于2012-2014年通过杨凌和永寿两个点的田间试验,对黄淮流域116份小麦种质材料的抗旱性和品质进行了鉴定。结果共筛选出抗旱小麦种质材料10份,旱地强筋小麦种质材料24份,其中,强筋抗旱小麦种质材料仅4份,即98-10-30、PB1070、新9408和XNCW3。此外,本研究还发现,有效穗数、穗粒数和单株产量在两年试验中均与抗旱系数、抗旱指数和抗旱系数的加权隶属函数呈极显著相关关系,说明有效穗数、穗粒数和单株产量可以初步作为小麦抗旱鉴定和旱地品种选育的初选指标。     

小麦 TaFer A1基因抗旱相关分子标记的开发

铁结合蛋白(Ferritin,Fer)参与干旱胁迫应答反应,开发Fer基因抗旱相关的分子标记可为抗旱小麦品种选育提供依据。本研究依据2个强抗旱性和2个弱抗旱性小麦品种1A染色体上铁结合蛋白基因(TaFer-A1)序列的差异,开发TaFer-A1基因抗旱相关的分子标记,用150份萌发期抗旱性不同的小麦品种(系)对标记的有效性进行验证。克隆序列比对发现,TaFer-A1基因在4份抗旱性极端品种间仅存在7个变异位点,包括6个SNP位点和1个3bp碱基Del/Ins位点,其中仅在基因第1个内含子区域的3个连续碱基TCT的Del/Ins位点变异与4份品种抗旱性的表型相对应,而其余6个SNP位点在强与弱抗旱性品种之间随机发生。根据两组抗旱性极端品种间TCT碱基的差异,设计1对引物开发出了分子标记FerA1i-ntr1。该分子标记在2个强抗旱性品种中扩增出了167bp特异性条带,定名为TaFer-A1a等位变异;在2个弱抗旱性品种中扩增出了170bp特异性条带,定名为TaFer-A1b等位变异,表明FerA1i-ntr1为共显性标记。在分子标记FerA1i-ntr1检测的150份小麦品种(系)中,有73份被检测为TaFer-A1a等位变异类型,平均相对发芽率为70.1%;77份被检测为TaFer-A1b等位变异类型,平均相对发芽率为55.1%。TaFer-A1a等位变异类型品种(系)的平均相对发芽率极显著高于TaFer-A1b等位变异类型的(P<0.01),说明该共显性标记FerA1-intr1可用于小麦抗旱性的鉴定和筛选,也表明TaFer-A1基因与小麦抗旱性有关。     

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。     

不同小麦品种氮素利用效率特征差异的研究

为了给氮高效优质小麦品种的选育和栽培提供理论依据,采用盆栽试验,研究了郑麦0943、郑麦0856和郑麦7698三个中强筋小麦品种的氮素利用效率特征以及茎叶中氮组分、氮代谢酶活性的差异。结果显示,施氮可显著促进小麦氮素的吸收和累积,不同小麦品种氮素利用效率特征存在明显差异。3个小麦品种中,郑麦0943氮素吸收量最大,氮素吸收效率和氮素利用效率均较高,氮素收获指数也显著高于其他两个品种,且籽粒中氮素来源以后期根系氮素的吸收和转移为主,前期地上部营养体的氮素转移能力也明显强于其他两个品种;不施氮条件下,郑麦0943开花期茎叶中具有较高的营养性氮含量和较低的结构性氮和功能性氮含量,且施氮后功能性氮含量增幅最大,硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性也最高;不施氮条件下,郑麦7698氮素干物质生产效率和氮素收获指数均最低,郑麦0856氮素干物质生产效率最高,但氮素收获指数低于郑麦0943。综合而言,郑麦0943的氮肥生产效率最高,而郑麦0856的氮素农学利用效率最高,二者的氮素吸收效率和氮素表观回收率均高于郑麦7698。     

不同温光型专用小麦品种花后旗叶生理与籽粒淀粉积累特性

为探索不同温光型专用小麦籽粒淀粉的积累规律及其与植株生长状况的关系,在大田条件下,以2类温光型和3种筋型的小麦品种为材料,研究花后旗叶的生理特性和籽粒淀粉及组分积累情况。结果表明,旗叶中叶绿素含量在灌浆前期(0~21d)维持较高,后期迅速下降,但2个弱筋型品种下降速度缓慢;半冬性品种旗叶中可溶性蛋白含量均大于弱春性品种,而丙二醛(MDA)含量小于弱春性品种,差异均达极显著水平(P0.01)。不同筋型籽粒淀粉组分和总淀粉的积累动态以弱筋型品种最具优势,其直链淀粉含量均在花后14d进入快速增长期,支链淀粉和总淀粉含量在花后28d仍在持续增加,最终以半冬性弱筋品种的籽粒产量和淀粉产量最高(P0.01)。灌浆前期(0~21d),叶绿素、可溶性蛋白含量与直链淀粉、支链淀粉和总淀粉含量呈显著和极显著的相关性(P0.01,P0.05);灌浆后期(21~28d),与直链淀粉的相关性不显著,而叶绿素含量与支链淀粉含量的相关性增大。由此可见,旗叶维持较高的叶绿素、可溶性蛋白含量,较低的丙二醛含量在灌浆前期有利于直链淀粉的积累,后期有利于支链淀粉的积累。     

轮耕对麦田土壤容重和小麦根系发育的影响

为给小麦生产中的合理轮耕提供参考依据,通过田间定位试验,研究了轮耕麦田土壤容重及小麦根系发育的变化。结果表明,与连续旋耕3年相比,旋耕2年后深耕处理降低了15～25cm土层土壤容重,对表层土壤容重影响相对较小,增加了不同层次土壤根量、生育中后期15～20cm土壤单株次生根数和根系活力。说明在黄淮平原当前普遍采用一年两熟种植制度和作物秸秆通过旋耕还田的耕作方式下,采取旋耕2年后深耕对于改善麦田土壤条件、促进小麦根系生长发育更为有利。     

转ZmPPDK基因小麦新品系的光合特性及产量分析

为明确玉米C_4型ZmPPDK基因提高小麦光合效率的功能,采用基因枪介导转化法,以小麦品种周麦23为受体,获得了转ZmPPDK基因小麦株系T14和T39,并于开花期和灌浆期测定了2个转基因株系及受体亲本的旗叶净光合速率日变化、光合相关基因表达量、叶绿素荧光参数以及成熟期产量性状。结果表明,T14和T39在2个测定时期10:00-14:00间的光合速率均显著高于野生型对照,在灌浆期2个转基因系的提高幅度均最大,分别达17.24%和21.11%。转基因小麦的ZmPPDK基因及内源CA、NADP-ME、FBP等光合相关基因的表达量均显著高于对照,其中ZmPPDK基因表达量的提高幅度分别为14.13和15.28倍,并显著高于光合相关基因。在13:00时刻,转基因小麦的F_v/F_m和Φ_(PSII)均显著高于对照,而W_K和V_J显著低于对照。转基因小麦的2年平均产量较对照分别提高6.40%和5.02%,千粒重的提高是其增产的主要因素。以上结果说明,转玉米ZmPPDK基因小麦的光合特性和产量显著优于对照,玉米ZmPPDK基因具有改善C_3植物光合特性并提高其产量的潜力。     

欧山羊草6Ub染色体附加对小麦萌发期抗旱性的改良作用

为探究欧山羊草U~b染色体附加对普通小麦抗旱性的遗传改良作用,选取2个普通小麦-欧山羊草异附加系(Ae9041和Ae9061,均附加了一对6U~b染色体)和3个普通小麦品种为材料,以聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱胁迫,研究了不同小麦材料干旱胁迫后种子发芽势、发芽率、胚芽鞘长度、种子根数、胚根长度、幼苗高度以及贮藏物质利用率等抗旱相关指标的变化。结果表明,干旱胁迫抑制了各供试材料的种子萌发,且胁迫程度越大,抑制越明显。在相同浓度PEG6000处理下,两个异附加系的种子发芽势、发芽率和贮藏物质利用率的表现较为一致,且差异不显著。与耐旱品种晋麦47和节水品种石4185相比,Ae9041和Ae9061的幼苗胚芽鞘长、种子发芽率和贮藏物质利用率在干旱胁迫下均较高。在30%PEG6000胁迫下,Ae9041和Ae9061的种子发芽势、发芽率、幼苗胚芽鞘长、胚根长、幼苗高度均显著高于亲本中国春。由此可见,普通小麦-欧山羊草异附加系种子在干旱胁迫下能迅速吸水并整齐萌发,以发达的根系和较长的胚芽鞘促进幼苗地上部生长,并将胚乳营养快速转运至幼苗中,从而促进其较快地进行形态建成,也说明欧山羊草U~b染色体的附加能够改良小麦萌发期的抗旱性。     

干旱胁迫对小麦花后不同器官果聚糖代谢和转运的影响

为探索干旱胁迫对小麦花后不同器官果聚糖生理代谢和转运的影响,以抗旱性有显著差异的两个冬小麦品种为材料,在干旱胁迫(drought stress,DS)和正常灌溉(well watered,WW)条件下,研究了小麦花后主穗颖壳和主茎不同节位果聚糖代谢转运动态规律及其与籽粒灌浆的相关性。结果表明,小麦灌浆期不同器官果聚糖代谢转运受基因型、器官、花后天数和水分环境以及各因子互作显著影响;器官、花后天数和花后天数与水分互作是调控小麦花后果聚糖代谢转运的主要影响因子。小麦花后不同器官果聚糖含量均呈先升后降趋势。与正常灌溉处理相比,干旱胁迫缩短了果聚糖含量峰值出现的时间(提前5d),对果聚糖代谢的影响表现为"先促积累、后促降解"效应,此效应在抗旱品种陇鉴19和小麦颖壳、穗下节和倒二节等器官中更显著。干旱胁迫显著抑制了小麦花后蔗糖:蔗糖果糖基转移酶(1-SST)活性,提高了果聚糖外水解酶(FEH)活性;果聚糖含量与FEH酶活性正相关。小麦粒重与不同器官的1-SST活性、倒二节和倒三节的FEH活性呈显著或极显著负相关;灌浆速率与不同器官的果聚糖含量、颖壳和穗下节的FEH活性呈显著或极显著正相关。干旱胁迫显著促进了小麦不同器官果聚糖的转运和再分配,其转运率和对籽粒粒重的贡献率分别达6.86%~70.52%和0.07%~4.93%,其中,花前显著高于花后,陇鉴19高于Q 9086,穗下节和倒二节高于颖壳和倒三节。