不同谷子品种萌发期对干旱胁迫生理响应的变化及抗旱指标筛选

为了探讨干旱胁迫对谷子萌芽期的影响,筛选抗旱谷子新品种及谷子萌芽期抗旱性相关指标,明确干旱胁迫对不同谷子品种萌发期生理特征变化影响,以20%的聚乙二醇（PEG-6000）模拟干旱胁迫对15个谷子品种进行了萌发期抗旱性鉴定,对相关的六个抗旱性指标进行了筛选和相关性研究,并通过测定15个品种在干旱胁迫条件下SOD、POD和CAT的活性来研究其变化情况。结果表明：以萌发抗旱指数为标准指标,15个品种谷子萌发期抗旱性基本可以分为强、中、弱3类,其中抗旱性强的3个品种分别是陇谷10号、长生07、晋谷21号;抗旱性弱的2个品种是济谷20号、长生13。在干旱胁迫条件下谷子SOD、POD和CAT活性均有所升高,其中SOD活性在抗旱性强的3个品种中值最大,在抗旱性较弱的2个品种中值最小;SOD活性升高值与萌发抗旱指数显著正相关,而POD和CAT活性升高程度与萌发抗旱指数相关性不显著。通过相关性分析表明,活力抗旱指数、相对发芽率、相对发芽势与萌发抗旱指数呈极显著正相关,而相对胚芽长、相对胚根长与萌发抗旱指数之间没有明显的相关性。综上,在相关的六个抗旱性指标中,谷子抗旱的标准指标是萌发抗旱指数,谷子萌发期抗旱性鉴定的首要指标为活力抗旱指数和相对发芽率,次级指标则是相对发芽势,参考指标为相对胚芽长和相对胚根长。     

不同谷子品种萌发期抗旱鉴定及生理变化

【目的】研究出谷子萌发期抗旱性相关指标,分析不同谷子品种萌发期内在抗氧化酶对干旱胁迫的响应机理,为筛选和培育适宜新疆地区种植的谷子品种提供参考。【方法】用20%的聚乙二醇(PEG-6000)模拟萌发期干旱胁迫对15个谷子品种进行抗旱性鉴定,测定15个品种在干旱胁迫条件下SOD、POD、CAT和GR的活性。【结果】(1)干旱胁迫下,受试品种谷子的发芽势、发芽率、胚根长、胚芽长、芽鲜重、芽干重均受到不同程度的抑制,对发芽率的影响相对较小,但蒙丰谷7号等几个品种的根芽具有促进作用。(2)用隶属函数法进行抗旱性综合评价,将15个谷子品种的抗旱性划分等级,其中强抗旱型品种5个、中度抗旱型品种4个、干旱敏感型品种5个、干旱极敏感型1个。(3)干旱胁迫下不同品种谷子幼苗抗氧化酶SOD、POD、CAT、GR活性均有所上升,且耐旱性品种本身抗氧化酶活性就比较高且在干旱胁迫下维持较高水平。【结论】蒙丰谷7号的抗旱性最好。     

谷子萌发期响应干旱胁迫的基因表达谱分析

【目的】谷子是一种耐旱作物,通过二代测序技术获得大量的谷子萌发期响应干旱胁迫的差异基因,进而挖掘谷子萌发期抵御干旱的关键基因及其相关的分子机制。【方法】以晋谷45为材料,谷子萌发期分别用18%PEG-6000干旱胁迫（处理组）和蒸馏水（对照组）处理种子并测定1、10和18 h种子的SOD、POD和CAT活性。SOD活性用氮蓝四唑（NBT）法测定,POD活性用愈创木酚法测定,CAT活性用比色法测定;对萌发10和18 h种子的对照组和处理组构建cDNA文库并进行差异基因表达谱分析;利用Bowtie将reads比对到参考基因组,采用RSEM对bowtie的比对结果进行表达量估计;使用DESeq进行差异表达基因分析;利用NR、Swiss-Prot、KEGG、COG和GO在线数据库对差异基因进行功能注释,挖掘调控谷子萌发的关键基因;利用qRT-PCR验证测序结果的可靠性。【结果】处理组的SOD活性整体比对照组高,而POD活性和CAT活性与之相反;随着萌发时间的变化,SOD活性在不断地增加,但CAT和POD活性逐渐减小。基因表达谱序列与所选参考基因组序列高度一致,基因表达呈现出高度不均一性。通过高通量测序最后获得35 470个基因,以RPKM≥0.01为筛选标准,对照样本中分别筛选出24 030和24 486个表达基因,PEG干旱胁迫处理10和18 h的样本分别筛选出24 019和23 877个表达基因;差异表达基因分析表明,谷子萌发10和18 h分别筛选出456和545个差异基因,其中87和267个上调表达基因,369和278个下调表达基因;GO功能显著性富集分析表明,差异基因主要涉及代谢过程,细胞进程和响应刺激;KEGG富集分析表明,差异基因参与到苯丙烷代谢和植物激素信号转导过程;通过qRT-PCR对5个差异基因在干旱胁迫下种子萌发时的表达分析表明,其表达趋势与表达谱分析结果基本一致。【结论】差异表达基因广泛涉及到糖、蛋白质、核酸等生物大分子代谢、次生代谢和能量代谢等过程;SnRK2和PAL可能在干旱胁迫下调节种子的萌发。     

谷子种质资源萌发期抗旱性综合评价及抗旱指标筛选

为探究适宜的谷子抗旱性评价方法,以35个谷子品种为材料,设置0.03 mol/L PEG-6000溶液模拟干旱胁迫以及正常浇水2个处理,采用频次分析和相关性分析比较了9个与谷子萌发期抗旱性相关的指标,依据隶属函数求出最适宜的综合抗旱性鉴定标准,并以此为依据对所选品种进行聚类并划分抗旱等级。结果表明:在干旱胁迫下,受试品种谷子的发芽势、发芽率、萌发指数、根干重、根鲜重、芽干重、芽鲜重、芽长和根长均受到不同程度的抑制,干旱对发芽势的影响最大;除萌发系数以外发芽势与其余各指标均呈显著或极显著相关,通过因子分析将9个单项性状指标转化为4个因子,累计贡献率达86.74%。通过隶属函数结合聚类分析将35个谷子品种的抗旱性划分为4级,其中强抗旱型品种7个、中度抗旱型品种15个、干旱敏感型品种9个和干旱极敏感型品种4个。通过回归分析建立了可准确评估谷子萌发期抗旱性的回归方程y=-0.187+0.554xRBDW+0.550xRRL+0.264xRRFW,筛选出相对根鲜重、相对芽干重和相对根长作为谷子萌发期抗旱性鉴定的重要指标。干旱胁迫下,可通过测定这3个指标对不同品种谷子萌发期的耐旱性进行快速准确的鉴定及评价。     

不同谷子品种萌发期抗旱性综合评价

干旱胁迫作为世界性的生态问题,严重制约着我国农业生产的发展.谷子是我国北方重要的杂粮和抗旱作物,其抗旱性的鉴定和筛选对于谷子耐旱品种的培育及发展旱地农业具有重要意义.选取21份谷子材料,用20％PEG-6000模拟干旱胁迫,以相对发芽势、相对发芽率、相对胚根长、相对胚芽长、相对鲜质量及抗旱指数作为评价指标,利用隶属函数法对谷子种质萌发期的抗旱性进行综合评价.结果表明,在干旱胁迫下,谷子的发芽势、发芽率、胚根长、胚芽长、鲜质量及萌发指数均呈下降趋势,且在各品种间存在较大差异.通过综合评价得出,承谷9、12-1024、黄旗皇、三白、17-M941和17-788品种的萌发期抗旱性较强,17-M922、金镶玉、宽九、豫谷18和18-M461品种的萌发期抗旱性较弱.     

谷子萌发及苗期生理生化指标对铅胁迫的响应

【目的】探究重金属元素铅（Pb）对谷子萌发及幼苗生理生化特性的影响,为Pb污染背景下谷子的安全生产和品质保障提供理论依据。【方法】以谷子品种晋谷21号为试验材料,采用土培盆栽试验,以自然土壤加水为对照（CK,0 mg/kg）,设5个外源Pb浓度处理（50、100、250、500和1000 mg/kg）,分析不同Pb浓度处理对谷子萌发及苗期叶片生理生化指标的影响。【结果】随着Pb浓度的增加,谷子的发芽势、发芽率及发芽指数等萌发指标均受到不同程度的抑制,1000 mg/kg处理的相对发芽率仅有52.5%。叶绿素含量随着Pb浓度的增加呈先升高后降低的变化趋势,各Pb胁迫处理均显著高于CK（P<0.05,下同）,Pb浓度为500 mg/kg时,叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b含量均达最大值,较CK分别增加58.3%、69.5%和64.3%。随着Pb浓度的增加,过氧化物酶（POD）活性、质膜透性、丙二醛（MDA）含量及脯氨酸含量均显著增加,其中POD活性对1000 mg/kg高浓度Pb胁迫尤为敏感。可溶性蛋白质含量随着Pb浓度的增加呈先升高后降低的变化趋势,Pb浓度为500 mg/kg时可溶性蛋白质含量达最大值,较CK显著增加54.1%;Pb浓度为1000 mg/kg时,可溶性蛋白质含量急剧下降,与CK相比显著降低14.9%。相关分析结果表明,谷子的发芽势、发芽率和发芽指数均与Pb浓度呈显著负相关,POD活性、质膜透性、MDA含量和脯氨酸含量均与Pb浓度呈极显著正相关（P<0.01）。不同Pb浓度下抗性指标相对值的平均值（敏感性）排序为:POD活性>质膜透性>脯氨酸含量>MDA含量>可溶性蛋白质含量。【结论】谷子在萌发阶段和幼苗时期均会受到Pb胁迫的影响,同时在响应Pb胁迫时,谷子能通过自身生理生化特性的改变提高其适应Pb胁迫的能力,但这种适应性有一定限度。     

干旱胁迫下不同褪黑素浓度处理下谷子种子萌发特性

[目的]本研究通过探究分析褪黑素对谷子种子萌发及抗旱指数等生理指标的影响,旨在明确干旱胁迫下褪黑素处理对谷子种子萌发的调控效应。[方法]以邯谷2号为材料,用20%的聚乙二醇6000(PEG-6000)模拟干旱胁迫,设置不同褪黑素浓度(0、10、20、50、100、150μmol·L^-1)处理。[结果]干旱胁迫下谷子种子发芽率、发芽势、胚根长和种子萌发后的生物量呈现下降态势。在褪黑素浓度处理为10、20、50μmol·L^-1时,谷子种子萌发生长和抗旱活力指标等虽呈现上升趋势,但与CK之间差异并不显著。150μmol·L^-1浓度的褪黑素显著抑制种子的萌发,降低种子萌发后的生物量。而100μmol·L^-1浓度的褪黑素显著降低干旱胁迫对种子的伤害,提高谷子的抗旱指数。[结论]适宜褪黑素浓度处理能有效促进PEG模拟干旱胁迫下谷子种子萌发特性,提高谷子种子耐旱性。其中100μmol·L^-1褪黑素浓度处理可作为调控PEG模拟干旱胁迫下谷子种子萌发的最适宜浓度。     

不同萝卜品种种子萌发期抗旱性综合评价及抗旱指标筛选

【目的】综合评价30个萝卜品种种子萌发期抗旱性及筛选抗旱性鉴定指标,以筛选出适宜在宁夏半干旱地区种植的萝卜品种。【方法】以30个萝卜品种为试验材料,设置蒸馏水（对照）和15%PEG-6000溶液模拟干旱胁迫2个处理,测定不同处理下各萝卜品种种子萌发期的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数等9个发芽指标,并通过相关性分析、主成分分析、隶属函数法、灰色关联度和聚类分析等相结合的方法,对供试萝卜品种进行萌发期抗旱性综合评价及抗旱指标筛选。【结果】与对照相比,干旱胁迫下供试萝卜品种各测定指标均受到不同程度的影响;大多数测试指标抗旱系数间存在显著或极显著相关性;基于主成分分析法将9个单项指标抗旱系数转化为2个主成分,其累计方差贡献率为78.18%。根据抗旱性度量值（D）、综合抗旱系数（CDC）值和加权抗旱系数（WDC）值大小对各品种抗旱性的排序结果相近。聚类分析在欧氏距离为10处可将30个萝卜品种分为4类,其中抗旱型品种3个、中度抗旱型品种8个、干旱敏感型品种14个和干旱极敏感型品种5个。灰色关联分析与逐步回归分析结果表明,相对活力指数、相对发芽率、相对根鲜质量、相对芽长、相对根长、相对芽鲜质量、相对发芽势、相对萌发指数和相对根冠比均可作为萝卜种子萌发期抗旱性鉴定指标。【结论】种子萌发期抗旱型萝卜品种为绿翡翠2号、超级满堂红和盛萃一号,该研究结果为萝卜种子萌发期抗旱性高效评价与抗旱品种选育及其推广应用提供参考。     

张家口地区谷子主栽品种萌发期抗旱性评价

为鉴评张家口地区主栽常规谷子品种和杂交谷子品种的萌发期抗旱性,采用不同浓度(0、5%、10%、15%、20%和25%)的聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫,对8份主栽品种的发芽率、发芽势、发芽指数、芽长、芽重等指标进行了测定,结果表明:(1)在非PEG胁迫(CK)下,各品种的发芽特性不一致,常规谷子较杂交谷子的种子萌发期短;(2)低浓度PEG(5%)处理可在一定程度上提高部分谷子品种的发芽率和发芽势;之后随胁迫加剧,种子萌发受抑制程度也随之加剧,各项指标均呈显著下降趋势;(3)应用模糊数学隶属函数法对8份谷子品种的抗旱性进行综合评价,结果显示张杂谷5号抗旱性最强,小质小红谷和张杂谷10号次之,张杂谷3号抗旱性最差。     

大麦种子萌发期对干旱胁迫的生理响应及其抗旱性评价

以4个抗旱性差异的大麦品种为材料,用浓度水平为0%、5%、10%、15%、20%(w/v)PEG8000溶液模拟干旱胁迫处理,研究丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶等生理生化指标对干旱胁迫的响应及其与抗旱性之间的相关性,进行抗旱性评价与抗旱性鉴定指标的筛选。结果表明:随着干旱胁迫程度的增加,超氧化物歧化酶活性、丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量变化均呈显著的上升趋势,过氧化氢酶和过氧化物酶活性的变化基本呈先上升后下降的趋势。20%PEG8000是较适宜的抗旱性鉴定浓度,抗旱性强弱排序为Z037P017Q-1>Z182U038V>Z039P046Q>Z027S078T。过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性可作为大麦种质资源种子萌发期抗旱性鉴定的指标。     

Progresses in Stress Tolerance and Field Cultivation Studies of Orphan Cereals in China

Small cereal crops, including foxtail millet (Setaria italica), sorghum (Sorghum bicolor) and broomcorn millet (Panicum miliaceum), are important in northern China’s arid and semi-arid dry land agriculture, which are main components for a diversified food system and considered as traditional healthy food. Because they are mainly cultivated in dry land and salinity soils, natural and human selection had made those crops with super capability for drought and salt tolerant. This issue of Scientia Agricultura Sinica published 20 papers focus on drought tolerance, salinity tolerance, disease resistance and cultivation of those orphan crops in China. Nearly all these papers were conducted by the scientific researcher of the Chinese Agricultural Research System, Millet and Sorghum Section. This is a brief introduction of these 20 papers, and some comparisons between conclusions of those researches with the known published ones are also included. Foxtail millet, sorghum and broomcorn millet are considered as models for drought and salinity study in the grasses family, the papers published here will push the progress of this system.     

禾谷类杂粮作物耐逆和栽培技术研究新进展

禾谷类杂粮作物谷子、高粱、黍稷等是旱作生态农业的主栽作物,也是中国传统农耕文化的载体作物,在膳食结构多样化和人民健康保障方面有着不可或缺的作用。禾谷类杂粮多栽培在旱薄地、盐碱地和粮食主产区的边际田块,品种的耐逆性尤其重要。本文作为本期《中国农业科学》20篇禾谷类杂粮的抗旱耐盐和栽培耕作技术研究文章的导读,在对谷子高粱和黍稷进行概况介绍的基础上,展示了这些文章的核心内容和创新点,比较了这些结果和国内外高度相关的同类文章在关键发现上的异同,以拓展读者的阅读视野,同时对谷子高粱黍稷的抗旱耐逆研究进行了展望。     

干旱和复水对不同耐旱型谷子品种苗期生理指标的影响

为了探讨不同基因型谷子品种耐旱性差异的生理基础,以耐旱谷子品种济谷16和旱敏感谷子品种鲁谷1号为材料,采用旱棚盆栽试验,研究了干旱胁迫和复水对谷子形态性状、叶片含水量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)以及过氧化氢酶(CAT)的影响。结果表明:随着土壤含水量的下降,鲁谷1号叶片首先出现黄色斑点并开始萎蔫。干旱胁迫导致2种谷子的叶片含水量下降,复水后济谷16较快地恢复到对照水平;二者的MDA含量在干旱胁迫后显著增加,鲁谷1号的MDA含量在整个胁迫过程中都高于济谷16。2种谷子的抗氧化酶SOD、POD、CAT活性均随着干旱胁迫程度的加重而增加。济谷16SOD活性增加的幅度比旱敏感谷子品种鲁谷1号高,但差异并不显著;鲁谷1号POD活性在干旱胁迫的过程中先上升后下降; CAT活性在干旱胁迫过程中略有上升。不同耐旱性谷子品种的形态性状、生理指标存在差异,这些差异造成不同基因型品种的耐旱能力不同。     

PEG胁迫下42个油菜品种(系)耐旱性的评价

采用不同浓度PEG处理模拟干旱条件,研究42个不同遗传背景的油菜品种(系)在种子萌发期对干旱胁迫的表现,筛选耐旱性好的油莱种质资源.结果表明:不同油菜品种(系)对干旱胁迫的反应差异较大,根长、芽长、发芽指数均随着PEG浓度的提高而极显著降低.发芽率在10%PEG处理时略高于对照,15%PEG处理时显著低于对照.42个供试油菜品种(系)中,耐旱性较好的占23.8%;比较耐旱的占61.9%;耐旱性较差的占14.3%.其中88009的耐旱性最强,黔油4号的耐旱性最弱.在2种浓度PEG处理下,根长和发芽指数与隶属值间的秩相关系数分别迭显著水平和极显著水平.根长和发芽指数可作为油菜种子萌发期耐旱性的评价指标.     

9个白三叶品种对渗透胁迫和干旱胁迫的响应

以9个白三叶品种(海发、惠亚、超级惠亚、碧胜、G18、鄂牧1号、克塞、皮陶、克劳)为试材,分别进行10%聚乙二醇6000(PEG6000)渗透胁迫种子发芽试验和苗期盆栽干旱–复水试验,通过加权隶属函数法对白三叶品种耐旱性进行评价。结果表明:萌发期PEG胁迫抑制了种子萌发,但各品种不同的萌发指标对PEG敏感程度存在差异,其中活力指数和发芽指数受抑制较为明显,发芽势和发芽率受抑制较轻微;萌发期耐旱性评价时权重较高的指标是相对根系体积、相对根系表面积和相对活力指数;苗期各品种对干旱的反应差异较大,大部分品种的根系生长因干旱胁迫而受抑制;苗期权重较高的指标是存活率、相对根系体积、相对地上生物干质量。各品种萌发期耐旱性由强到弱依次是海发、惠亚、超级惠亚、碧胜、G18、鄂牧1号、克塞、皮陶、克劳;苗期耐旱性由强到弱依次是克塞、超级惠亚、克劳、惠亚、鄂牧1号、碧胜、海发、G18、皮陶;萌发期和苗期耐旱性排序间没有相关性。超级惠亚的综合耐旱性最好。     

不同种质菜豆对PEG渗透胁迫的响应

在种子萌发期间用质量浓度为150g/L PEG胁迫8个种质的菜豆,研究不同种质菜豆对PEG渗透胁迫的响应。结果表明,PEG提高了8个种质菜豆种子的发芽率,抑制幼苗根和芽的生长,而对发芽势、发芽指数、活力指数的影响与种质有关,有的提高、有的降低。运用隶属函数法综合评价8个种质菜豆的抗旱性强弱,依次为大紫袍红花白荚双青十二玉豆美国供给者泰国架豆王绿龙架豆地豆王一号西杂王。     

PEG胁迫下不同抗旱性春小麦品种的理化性质比较

以主栽品种阿勃、互助红、互麦11号、通麦1号、通麦2号为试验材料,研究了10%PEG-6000渗透胁迫对春小麦萌芽期形态、质膜透性和渗透调节物质的影响。结果表明:经10%PEG-6000胁迫处理后,5个参试小麦品种的出芽率、胚芽鞘长度、主根长、根毛数均呈下降趋势,其中通麦2号的下降幅度最小;处理组的失水率低于对照组(水),其中通麦2号的失水率最低,互麦11号的失水率最高;处理组的相对外渗电导率高于对照组,其中通麦2号的渗电导率最高,互麦11号最低。各项生理指标综合分析结果表明,通麦2号具有较强的抗旱能力。