不同小麦进化材料生育后期的光合特性及其对环境因子响应的比较

为了解不同小麦近缘材料光合特性,以二倍体节节麦、四倍体硬粒小麦、六倍体普通小麦、八倍体小黑麦为材料,在生育后期测定了其光合气体交换参数、叶绿素含量、叶面积指数等光合相关性状,并对净光合速率在不同光照、CO_2浓度、温度、湿度条件下的变化进行了分析。结果表明,八倍体小黑麦的光合气体交换参数和叶绿素含量比其他三个材料高,六倍体小麦在叶面积上具有明显优势;四倍体和六倍体小麦具有较高的光能利用效率,而二倍体小麦和八倍体小黑麦对强光的抗性较强;六倍体小麦和八倍体小黑麦对CO_2的利用率和抗逆性都较强;八倍体小黑麦的光合速率受温度的影响较小,而二倍体和四倍体小麦的光合速率受温度的影响比较大;二倍体小麦的光合速率受湿度的影响较大,四倍体小麦的光合速率受湿度的影响较小,六倍体小麦和八倍体小黑麦光合速率在高湿条件下变化较小。这说明不同小麦近缘种具有不同的光合特性,是小麦进行小麦高光合育种的重要基因资源。     

小麦不同进化材料叶与非叶器官C4光合酶活性及δ13C值差异

为明确小麦进化过程中C_4代谢酶活性的变化趋势,以二倍体小麦种(野生一粒小麦、栽培一粒小麦、拟斯卑尔脱山羊草、粗山羊草)、四倍体小麦种(野生二粒小麦、栽培二粒小麦、阿拉拉特、提莫菲维小麦)及六倍体小麦种(斯卑尔脱小麦、普通小麦)为试验材料,对不同染色体倍数小麦种不同绿色器官光合碳同化酶(PEPC、RuBPC、NADP-MDH、NADP-ME、NAD-ME)活性及稳定碳同位素(δ~(13)C)值进行了比较分析。结果表明,在同一种内,非叶器官(叶鞘、穗下节间、芒、护颖、外颖)RuBPC活性显著低于旗叶,除六倍体小麦品种外,其余小麦材料的PEPC及其他C_4途径酶活性均高于叶片。在小麦进化过程中,随着染色体倍数的增加,旗叶片的C_3和C_4同化酶活性均上升,且PEPC/RuBPC活性比值显著增加;非叶器官的RuBPC活性增加,但PEP羧化酶及其他C_4途径酶活性下降,PEPC/RuBPC活性比值显著降低。旗叶和穗器官的δ~(13)C值均在C_3途径范围内,穗器官的δ~(13)C值高于叶片;随染色体倍数的增加,旗叶δ~(13)C值增高,而穗器官的δ~(13)C值下降。综合来看,小麦非叶器官具有较强的C_4光合酶活性,在进化过程中,其C_4酶活性趋向减弱,而旗叶的C_4酶活性则趋向增加。     

小麦光呼吸途径电子流分配的模型研究

为探讨分配到植物光呼吸的光合电子流(J_o)对CO_2浓度(J_o-C_a曲线)的响应规律,以小麦Z39-118为材料,分析了小麦叶片在2%和21%O_2浓度下的光合速率(A_c)和电子传递速率(J)对CO_2浓度的响应曲线。结果表明,光合作用对CO_2浓度的响应新模型(模型I)可很好地拟合小麦的A_c对CO_2浓度响应曲线;同样,基于模型I而构建的J对CO_2的响应模型(模型II),也可很好地拟合小麦在21%和2%O_2条件下的J对CO_2响应曲线。利用模型II分别拟合基于传统公式(J_o=2[J-4(A_c+R_(day))]/3)得到的J_o-C_a曲线(R_(day)为日呼吸速率)及基于光呼吸速率值而计算得到的J_o-C_a曲线,结果显示,两者拟合得到的分配到光呼吸的最大电子传递速率值(分别为86.93和84.17μmol·m~(-2)·s~(-1))与实测值(89.12μmol·m~(-2)·s~(-1))均较为接近(P0.05);但基于前者拟合所得到的饱和CO_2浓度和CO_2为0μmol·mol~(-1)时分配到光呼吸的电子传递速率,均与其对应的测量值之间均存在显著差异(P0.05)。综合分析认为,传统用于计算参与光呼吸途径的光合电子流公式并不能准确地描述J_o对CO_2浓度的响应趋势,本研究构建的新模型可准确地定量研究光呼吸及其电子流分配等问题。     

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。     

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.     

野生二粒小麦抗白粉病基因向普通小麦的转入

一个新的抗小麦白粉病(Erysiphe graminis)基因,已从野生四倍体小麦(Triticum dicoccoides)转移到六倍体普通小麦(Triticum aestivum)中.使该基因供体与普通小麦杂交,然后使五倍体的后代自交.从F_3代选出具有接近稳定的六倍染色体组的植株,并将它们与第2个小麦品种顶交(topcross)和回交以改良其表现型.早代回交系的单体分析表明转移的基因定位于4A染色体上,该基因已被定名为Pm16.     

基于FvCB模型估算小麦的最大电子传递速率

在Farquhar、von Caemermer和Berry模型(以下简称FvCB生化模型)中有2个子模型,即非直角双曲线模型和核酮糖-1,5-双磷酸(RuBP)再生速率限制模型,用其可以估算C_3植物叶片的最大电子传递速率(J_(max))。为了严格验证由这2个子模型估算植物叶片J_(max)的精确度,本研究用LI-6400-40光合测定仪分别测定了2%和21%O_2浓度下小麦(Triticum aestivum L.)叶片的光合速率和电子传递速率对光和CO_2的响应曲线,并用此2个模型分别拟合了21%O_2浓度下小麦光合速率对CO_2的响应曲线和电子传递速率对光的响应曲线。结果表明,由非直角双曲线模型拟合小麦电子传递速率对光的响应曲线得到的J_(max)为254.86μmol·m~(-2)·s~(-1),显著高于其观测值(236.37μmol·m~(-2)·s~(-1))(P0.05);由RuBP再生速率限制子模型拟合小麦光合速率对CO_2的响应曲线得到的J_(max)为260.58μmol·m~(-2)·s~(-1),则显著低于其观测值(298.05μmol·m~(-2)·s~(-1))(P0.05)。此外,当胞间CO_2浓度(C_i)为738.01μmol·mol~(-1)时,小麦处于RuBP再生速率限制阶段,此时其净光合速率及其相应的光呼吸速率分别为61.16和8.55μmol·m~(-2)·s~(-1)。在不考虑其他路径消耗光合电子的情况下,小麦在该C_i时同化这些碳至少需要光合电子流为352.24μmol·m~(-2)·s~(-1),这与由RuBP再生速率限制子模型估算的J_(max)(260.58μmol·m~(-2)·s~(-1))之间存在显著差异(P0.05)。这说明非直角双曲线模型和RuBP再生速率限制子模型在估算小麦叶片J_(max)上存在缺陷,有待改进。     

茶树树冠不同冠层叶片光合作用特性的研究

茶树树冠整体的光合能力是决定茶树生产力的主要因素。本文研究了10龄龙井43投产茶园茶树树冠表层(受光率100%)、中层(受光率50%~70%)、下层(受光率0%~15%)叶片的光合作用特性、生理生态指标的特点及其相互关系。结果表明,从树冠表层至下层叶片接受到的光合有效辐射显著降低,但空气CO2浓度以树冠下层最高;叶片比叶重、单位面积全氮和全碳含量、叶绿素含量均以表层显著高于下层,而以重量为基础的全氮和全碳含量没有表现出明显的冠层分布差异;表层和中层叶片的光响应曲线表现为典型的Farquhar模型,但下层叶片无类似特征;光饱和速率、气孔导度、蒸腾速率均以表层叶片最高、下层叶片最低,但胞间CO2浓度以下层叶片最高;表层和中层叶片光合氮效率差异不大,但显著高于下部叶片。这表明,冠层下部叶片光合作用速率下降的主要原因是光照强度减弱使光合系统活性和羧化效率明显降低,而气孔导度的下降可能不是主要影响因素。因此,如何采取科学的栽培技术,进而调节树冠叶片分布以提高茶树群体光合能力值得深入研究。     

野生二粒小麦高分子量谷蛋白亚基的多态性分析

采用十二烷基磺酸钠 -聚丙烯酰胺凝胶电泳 (SDS- PAGE)方法 ,对 172份来自以色列的野生二粒小麦的高分子量谷蛋白亚基 (HWM- GS)组成进行了鉴定和分析。结果发现 ,这 172份野生二粒小麦 1B染色体上的HMW- GS有 19种变异类型 ,比普通小麦 1B染色体上 HMW- GS的变异类型丰富得多 ,其中有 8种 (6 * 8* ,6 8* ,2 2 ,6 * 8,7* 9,7* 9* ,7* 8* ,7* 8)为普通小麦中不常见类型 ,各个亚基的分布频率不同 ,17 18亚基分布频率最高 (2 9.6 5 % ) ,并且存在 3种普通小麦中不存在的特殊亚基 (图 1中加 ?的类型 ) ;1A染色体上的 HMW- GS有4种变异类型 ,其中一个亚基 (自定义为 1* )以前未见报道。发现野生二粒小麦 HMW- GS组成中 Glu- B1位点的 17 18亚基和 Glu- A1位点的 1亚基出现频率比普通小麦中出现的频率高。这些试验数据可为野生二粒小麦上特异HMW- GS的进一步研究与利用提供理论依据。     

CO2浓度升高对春小麦光合作用和籽粒产量的影响

为给在大气CO2浓度升高条件下农作物栽培和农业可持续发展的科学管理决策提供依据,利用开顶式气室(OTC)研究了大气CO2浓度升高对春小麦辽春15生长发育过程中净光合速率、田间气体交换特性、光合酶活性等光合生理生态指标的变化规律以及对籽粒产量的影响.结果表明,CO2浓度增加到550 μmol·mol-1条件下,小麦叶片Pn升高,在孕穗期、灌浆期增幅达到显著水平(P＜0.05);叶片Ci提高,在灌浆期Ci增加达到极显著的水平(P＜0.01);而小麦叶片Gs、Tr呈下降趋势,均在灌浆期与CK差异显著(P＜0.05);各生育时期小麦叶片Hill反应活力都增强,孕穗期升高达到显著水平(P＜0.05);叶绿体Ca2 /Mg2 -ATPase活性均高于对照,但未达到显著水平.高CO2浓度使得小麦生物量积累有所增加,在拔节期、孕穗期小麦植株干重极显著增加(P＜0.01);提高了小麦籽粒产量,表现为穗粒重极显著增加(P＜0.01).在光合作用的整个过程中CO2浓度升高都起到了促进作用,并且最终表现在植株生物量和籽粒产量上.     

木薯野生近缘种W14与栽培种SC8的光合参数及相关蛋白质表达水平分析

为研究木薯野生近缘种与栽培种间光合特性的差异,选用野生近缘种W14与栽培种华南8号（SC8）为材料,测定其叶绿素含量,同时采用便携式LI- 6400光合作用测定仪,测定2种木薯叶片的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）等光合参数,采用Western Blot对光合作用相关蛋白质核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）、放氧复合体（OEC）及D1的表达水平进行分析,并探讨其叶片光合特性的差异。结果显示：SC8叶片中叶绿素a及总叶绿素含量、Pn、Gs均显著高于W14,而叶绿素b含量、Ci及Tr在两者间并无显著差异,Rubisco、OEC及D1在SC8中的表达水平均高于W14。叶绿素含量、Pn及参与光合作用相关蛋白质表达水平的分析结果表明,栽培种SC8具有较好的光合特性。      

小麦与野燕麦杂交后代品系光合特性的研究

为了研究小麦与野燕麦杂交后代高产的原因,用LI-6400光合作用测定系统测定了小麦与野燕麦杂交后代及其亲本的开花期旗叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Cd)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr),并计算了水分利用效率,用方差分析和相关性分析方法对11个参试材料的光合特性进行了综合评价。结果表明,小麦与野燕麦杂交后代的净光合速率显著高于普通小麦和野燕麦;各品种(系)的气孔导度变化趋势与蒸腾速率变化趋势一致,气孔导度大的一般蒸腾速率也较高;光合速率与气孔导度和蒸腾速率显著相关,与产量正相关,但相关不显著;小麦与野燕麦杂交后代的光合能力高于亲本和普通小麦。     

施氮和大气CO2浓度升高对春小麦拔节期光合作用的影响

为明确高大气CO2浓度下小麦叶片光合作用的适应机制及氮素的调控作用,利用开顶式气室,通过盆栽试验,测定和分析了不同大气CO2浓度和施氮量下小麦拔节期叶片的光合参数、叶绿素含量等指标.结果表明,高大气CO2浓度(760 μmol·mol-1)处理的小麦叶片的叶绿素含量、光合速率(Pn)、气孔导度(G5)和蒸腾速率(Tr)均随着施氮水平的升高而升高,平均增幅分别为31.6%、69.6%和57.6%,而胞间CO2浓度(Ci)和水分利用效率(WUE)随施氮水平的升高而呈先下降后上升的趋势.高大气CO2浓度下小麦叶片Pn、Ci和WUE显著高于正常CO2浓度(400 μmol·mol-1)处理,平均增幅分别为36.8%、74.O%和102.7%.在400 μmol·mol-1 CO2浓度下测定时,与正常大气CO2浓度下生长的小麦相比,高大气CO2浓度下生长的小麦拔节期叶片Pn在高施氮水平(0.2 g N·kg-1土)下未发生下调,而在低、中施氮水平(0和0.1 g N·kg-1土)下叶片Pn明显降低.因此,高大气CO2浓度下施氮可显著提高小麦叶片的Pn和WUE,且充分供氮可使叶片不发生光合适应现象,这可能与较高的施氮水平提高了高大气CO2浓度下小麦叶片的叶绿素含量有关.     

小麦粒重和籽粒蛋白质含量的父、母体效应

通过普通小麦及硬粒小麦栽培品种与蛋白质含量高的六倍体及四倍体育种系间的杂交,对籽粒蛋白质含量和粒重的遗传进行了研究。所有高蛋白育种系都是四倍体野生二粒小麦(Triticum turgidum var.dicoccoides)的后裔。所有杂交都是在低蛋白和高蛋白基因型间进行的,并且对所有组合都进行了正反交;有些杂交是在相同倍体水平的基因型间进行的,有些则是在六倍体和四倍体间进行的。测定了同一个穗子上的自交和杂交籽粒之粒重和蛋白质含量。也测定了相同倍性水平(四倍体或六倍体)间所有F_2代的平均粒重和籽粒蛋白质含量。在两种倍性水平下,F_1代的粒重和籽粒蛋白质含量与其母本自交籽粒的相近,这表明在这2个性状上均存在着较大的母体效应。F_2代的粒重接近于粒重大的亲本,而其蛋白质含量接近中亲值。通过对多数正反交杂种的比较,发现有轻微迹象表明籽粒蛋白质含量存在细胞质遗传效应。种间杂交(六倍体与四倍体组合)产生了粒重大幅度降低而蛋白质含量变化不大的皱缩籽粒。与自交籽粒相比,六倍体母本植株上皱缩的杂种籽粒之粒重比四倍体母本植株上的降低得更多。文章还讨论了籽粒的不同组织在决定粒重和蛋白质含量方面的意义。     

蔗糖基聚合物对玉米呼吸作用和光合作用的影响

试验用浓度为2%的蔗糖基聚合物水溶液在玉米各个生长期进行叶面喷施,研究其对玉米叶片呼吸作用及光合作用的影响。结果表明,蔗糖基聚合物能明显提高玉米叶片中的叶绿素含量,提高叶片的光合速率,同时降低叶片的呼吸速率和蒸腾速率,减少呼吸消耗,增加玉米子粒产量。     

小麦野生种质的评价和利用

野生小麦及其近缘属种质一直是改良栽培小麦有益变异的重要来源.印度旁遮普农业大学(PAU)大约收集了11 000个小麦种质样本,其中包括栽培普通小麦、硬粒小麦、小黑麦、野生小麦〔野生一粒小麦(T. boeoticum)、野生二粒小麦(T.dicoccoides)等〕及其近缘属〔山羊草属(Aegilops)、冰草属(Agropyron)、黑麦属(Secale)等〕,以及通过不同的国际来源得到的外源附加系和代换系.在大田人工接种条件下,不同年份和不同地区签订了这些种质对小麦锈病、白粉病、印度腥黑穗病利叶斑病的抗性.签定了许多种对各种病害和非生物胁迫具有抗性的有益变异.由单个显性基田控制的一粒小麦(T. monococcum)对除草剂异丙隆(isoproturon)的抗性被导入到敏感的硬粒小麦(T. durum)中.阿拉拉特小麦(T. araraticum)对锈病的抗性被导入到普通小麦(T.aestivum)中.一粒小麦、野生一粒小麦和方穗山羊草(Aegilops squarrso)对印度腥穗病(Tilletia indica)的抗性保存在其与硬粒小麦栽培种杂交产生的双倍体子代中,本文评估了小麦及其近缘种野生种质广泛收集样本对各种病害和非生物胁迫的抗性签定以及它们在小麦改良中的应用情况.     

穗分枝小麦的研究与利用

穗分枝小麦的超数小穗可以有效地提高产量构成三要素之一穗粒数。穗分枝小麦主要有来源于六倍体的分枝型普通小麦和四倍体分枝型园锥小麦及六倍体衍生系。分枝型园锥小麦的穗分枝特性属质量－数量性状。呈隐性遗传。分枝型普通小麦的穗分枝性状则表现为部分显性。国内外已经利用穗分枝性状选育出了一些分枝型的普通小麦品种（系）。目前一些有苗头的超高产穗分枝小麦新品系正在培育之中。育种实践中，选育矮秆，抗病，大粒，优质且穗     

穗分枝小麦的研究与利用

穗分枝小麦的超数小穗(supernumerary spikelet)可以有效地提高产量构成三要素之一穗粒数。穗分枝小麦主要有来源于六倍体的分枝型普通小麦和四倍体分枝型园锥小麦及六倍体衍生系.分枝型园锥小麦的穗分枝特性属质量—数量性状.呈隐性遗传。分枝型普通小麦的穗分枝性状则表现为部分显性。国内外已经利用穗分枝性状选育出了一些分枝型的普通小麦品种(系).目前一些有苗头的超高产穗分枝小麦新品系正在培育之中.育种实践中、选育矮秆、抗病、大粒、优质且穗分枝特性稳定的分枝型普通小麦品种辅以模式化栽培应作为小麦超高产育种及栽培研究的一个重要研究方向。     

不同生态型小麦品种旗叶光合性能的研究

为明确不同生态型小麦品种的光合作用机制 ,以不同生态型小麦品种为材料研究了小麦旗叶的光合性能。结果表明 ,不同生态型小麦品种旗叶生育期间的气孔限制和非气孔限制具有相同的特点 ,在叶片功能旺盛的前中期 ,光合底物 CO2 对光合速率的限制主要是非气孔限制 ,在叶片老化后期 ,光合底物 CO2 对光合作用的限制同时存在着气孔限制和非气孔限制 ;不同生态型品种小麦旗叶光合功能和碳代谢特性具有与生态型表现相关的规律。春性品种叶绿素含量高 ,光合面积大 ,功能高值期 (RSP、PAD)长 ,叶源量 (L SC)大。半冬性品种光合速率高 ,叶绿素含量较低 ,功能高值期较短 ,叶源量最小。冬性品种叶绿素含量最低 ,功能高值期最短 ,叶面积和光合速率与半冬性品种差异较小     

小麦水分利用效率对CO2浓度响应的模型研究

为了定量研究水分利用效率(water use efficiency, WUE)对CO_2浓度的响应,在植物光合作用对CO_2响应模型的基础上构建了WUE(分为内禀水分利用效率和瞬时水分利用效率,即WUE_i和WUE_(inst))对CO_2(包括大气CO_2浓度和胞间CO_2浓度,即C_a和C_i)的响应模型,并应用新构建的模型对小麦(Triticum aestivum L.)测量数据进行了拟合。结果表明,新构建的模型不仅可以很好地拟合小麦叶片WUE对CO_2浓度的响应曲线(包括WUE_i-C_a、WUE_i-C_i、WUE_(inst)-C_a和WUE_(inst)-C_i曲线),而且还可以直接给出小麦的最大WUE_i和WUE_(inst)以及相对应的饱和C_a和C_i。以小麦WUE_i-C_a和WUE_(inst)-C_a曲线拟合结果为例,得到的最大WUE_i和WUE_(inst)分别为176.29μmol·mol~(-1)和8.65 mol·mmol~(-1),其对应的观测值分别为172.96μmol·mol~(-1)和8.62 mol·mmol~(-1);拟合得到的饱和CO_2浓度分别为1 410.52和1 399.73μmol·mol~(-1),对应的观测值分别为1 294.05和1 332.84μmol·mol~(-1)。拟合值与观测值之间均无显著差异。由此可见,新建模型拟合得到的这些参数与观测值高度相符,可用于植物WUE对未来CO_2增加响应规律研究。