外源ABA对苗期低温下冬小麦蔗糖含量及其关键酶基因表达的影响

为了探讨外源ABA对苗期低温下冬小麦植株蔗糖代谢的调节作用,以抗寒性强的品种东农冬麦1号和抗寒性弱的品种济麦22为试验材料,在三叶期分别于不同温度下经ABA处理48 h后取叶片和地下茎,研究外源ABA对苗期低温下冬小麦的蔗糖含量及蔗糖代谢相关酶基因表达的影响。结果表明,外源ABA处理使低温下抗寒性强的东农冬麦1号中积累了更多的蔗糖,尤其是叶片,而在济麦22中则抑制了蔗糖的积累。4℃以上温度时,外源ABA促进了东农冬麦1号叶片和地下茎中UGP在蔗糖合成中的作用;在4℃以下低温时,外源ABA则促进了UGP在蔗糖分解中的作用。4℃以上温度时,外源ABA提高了东农冬麦1号叶片中Ta SPS基因和地下茎中Ta SAInv基因的表达,而抑制了济麦22各器官中Ta SPS基因和Ta SAInv基因的表达。此外,4℃以上温度时,外源ABA抑制了两个小麦品种各器官中Ta SS基因的表达。表明抗寒性强的东农冬麦1号对外源ABA可能更加敏感,其蔗糖合成能力的提高将有利于冬小麦植株抵御低温,进而维持植株的存活。     

外源6 BA对小麦种子萌发及越冬期植株冻害的缓解作用

为了解外源6-BA缓解越冬期间冬小麦植株冻害的生理机制,以冬小麦品种东农冬麦1号和济麦22为材料,研究了不同浓度外源6-BA处理对冬小麦种子萌发及越冬期间植株膜质过氧化及内源激素的影响.结果表明,外源6-BA提高了两个小麦品种的种子发芽势,且对东农冬麦1号影响明显大于济麦22;10μmol·L-1 6-BA处理显著提高了东农冬麦1号的发芽率,减缓其分蘖节的膜质过氧化.外源6-BA增加了低温后期(12月19日即温度低于-25℃时)济麦22的叶片相对电导率、低温中后期11月4日后即温度低于一10℃时东农冬麦1号分蘖节中ABA含量和ABA/GA值,降低了两个品种植株GA含量及低温中后期东农冬麦1号叶片中ABA含量和ABA/GA值,而对济麦22植株内源激素没有显著影响.说明在越冬期间10 μmol·L-16-BA处理可促进种子发芽,调节分蘖节内源激素和膜脂过氧化作用,提高东农冬麦1号抵御低温的能力.     

冷驯化和冷冻条件下不同抗寒性冬小麦品种三个COR基因表达差异的实时荧光定量分析

COR基因是含有CRT/DRE调控元件的一类冷响应基因,在植物抗寒耐寒过程中发挥着重要作用.为了分析不同抗寒性的冬小麦品种中COR基因表达的差异,明确在抗寒中起关键作用的COR基因,本实验以抗寒品种东农冬麦1号和不抗寒品种济麦22为材料,设定一系列低温处理,用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析低温下Wrab17、Wcor80和Wcs120三个基因的表达差异.结果表明,在所有冷处理中,这三个基因在抗寒品种东农冬麦1号的相对表达量均比不抗寒品种济麦22高,上调表达时间更长,响应时间更短.处理组和对照组中也出现较大差异,在某些处理组中的相对表达量明显更高.其中冷驯化处理8～12 h和冷冻处理4h时Wrab17在东农冬麦1号中分别上调表达11.2、14.7和26倍,同时期同处理的济麦22中此数值分别为2.7、6.2和4.3倍;冷冻处理6h时Wcor80在东农冬麦1号中上调表达6.5倍,在济麦22中则出现小幅下调;冷驯化处理1h后Wcs120在东农冬麦1号中上调8.7倍,在济麦22中未发现上调表达.     

外源海藻糖对冬小麦低温下胚芽长及幼苗抗寒性的影响

为了解外源海藻糖对小麦抗寒性的影响与作用机理,通过室内盆栽,模拟低温(冷冻)条件,研究外源海藻糖处理下抗寒品种东农冬麦1和弱抗寒品种济麦22的胚芽长、抗寒性相关指标及返青率。结果表明,在4℃条件下,抗寒品种东农冬麦1号在10mmol·L-1海藻糖处理下胚芽生长最快,弱抗寒品种济麦22在50mmol·L-1海藻糖处理下胚芽生长相对较快。在-5~-25℃冷冻处理后,东农冬麦1号和济麦22分别在10mmol·L-1和50mmol·L-1海藻糖处理下,分蘖节相对含水量、脯氨酸含量、可溶性糖含量及返青率相对较高,MDA含量较低。结果说明,外源施加一定浓度的海藻糖可以在一定程度上提高冬小麦对低温(冷冻)的抵抗能力。     

低温条件下不同抗寒性冬小麦内源激素的变化

为揭示寒冷地区冬小麦内源激素与抗寒能力的关系,以抗寒性强的冬小麦品种东农冬麦1号和抗寒性弱的品种济麦22为试验材料,在田间自然条件下,于越冬前不同降温时期分别对叶片、根系和分蘖节取样,采用酶联免疫吸附(ELISA)法测定和分析了内源激素ABA、IAA、ZR的含量变化.结果表明,两个品种的叶片和根系中的ABA、ZR、IAA的含量随气温的降低均表现为先升高后降低的趋势,但分蘖节中的ABA、ZR含量则持续增加.分蘖节中的IAA含量表现为东农冬麦1号随气温下降而逐渐增加,济麦22则先增后降.两个品种分蘖节中的IAA/ZR值均表现为前期急剧下降,后期趋于平稳.抗寒性强的东农冬麦1号各器官中的ABA、ZR、IAA含量均高于抗寒性弱的济麦22,对冬小麦安全越冬起重要作用的内源激素是ABA.东农冬麦1号分蘖节中的IAA/ZR低于济麦22,其分蘖能力比济麦22强,更利于安全越冬.     

低温驯化及封冻后不同抗寒性小麦品种细胞超微结构的比较

为分析不同抗寒性小麦品种在低温胁迫下细胞超微结构的差异,以抗寒品种东农冬麦1号和对照济麦22为材料,分别在低温驯化期和封冻期用透射电镜观察两个品种分蘖节和叶片的细胞超微结构。结果表明,低温驯化期（11月2日）两个品种分蘖节的细胞超微结构均没有受损。抗寒品种东农冬麦1号分蘖节细胞内有少量质体,且分蘖节的液泡占整个细胞的比例较济麦22小;封冻后10 d,济麦22分蘖节发生严重的质壁分离,线粒体外膜不再清晰,而东农冬麦1号分蘖节内除有的线粒体内外脊不再清晰外,其他细胞器官没有明显变化。封冻后30 d东农冬麦1号发生轻微的质壁分离,细胞核完整,线粒体膜不清晰;济麦22分蘖节细胞内含物基本没有,细胞空泡化。调查期内,济麦22叶片的叶绿体紧贴细胞壁排列,细胞内有较大的中央大液泡,11月2日叶绿体内出现拟脂颗粒,封冻后30 d叶片细胞基本空泡化;东农冬麦1号有一部分叶片细胞的叶绿体在细胞中部聚集,调查期内未见叶绿体内出现拟脂颗粒,封冻后30 d线粒体出现破损,叶绿体排列不再规则,但细胞核仍然清晰。     

低温胁迫对冬小麦分蘖节膜脂脂肪酸的影响

为了解冬小麦分蘖节膜脂脂肪酸与耐寒性的关系,以强抗寒品种东农冬麦1号和弱抗寒品种济麦22为材料,在室外和室内两种环境条件下,研究了封冻后持续降温过程中冬小麦分蘖节膜脂脂肪酸组分的变化.结果表明,东农冬麦1号和济麦22的亚麻酸含量在室外和室内两种持续降温过程中均呈逐渐增加的趋势,油酸含量呈逐渐降低的趋势,其他脂肪酸无明显变化规律,且在两种环境下东农冬麦1号亚麻酸含量均高于济麦22,而棕榈酸含量低于济麦22,说明亚麻酸和棕榈酸与冬小麦的抗寒性密切相关.抗寒品种东农冬麦1号的不饱和脂肪酸含量/饱和脂肪酸含量、脂肪酸不饱和度和不饱和指数在室外-18.7～-23.6℃/室内-20～-25℃开始升高,与济麦22产生明显差异.     

低温驯化及封冻阶段不同冬小麦品种叶绿素荧光参数的比较

为了解小麦品种的抗寒机制,对抗寒品种东农冬麦1号和对照品种济麦22在低温驯化及封冻阶段植株的叶绿素荧光参数进行测定和分析.结果表明,低温驯化阶段对照品种济麦22新叶的最大荧光产量(Fm)、PSⅡ最大量子产量(Fv/Fm)、实际量子产量(yield)、光化学淬灭(qP)显著高于东农冬麦1号,低温驯化结束后济麦22的这些参数迅速降低,显著低于东农冬麦1号新叶相应的值;调查期内东农冬麦1号新叶的初始荧光(Fo)变化稳定,降幅为26.2%,济麦22新叶Fo的降幅为52.8%;两品种老叶的荧光参数值变化趋势接近一致,低温驯化结束后东农冬麦1号老叶的Fm、qN、qP值显著高于济麦22老叶相应的值.在生产上可以利用叶绿素荧光参数对品种抗寒性进行鉴定,鉴定时期为低温驯化期结束、封冻期开始时,鉴定的部位应为植株新叶.     

东农冬麦1号TaPRK基因的生物信息学分析及低温和ABA、SA、MeJA对其表达模式的影响

磷酸核糖激酶(PRK)是卡尔文循环的关键酶,在调节糖代谢过程中起着关键作用。为探索TaPRK在小麦抗逆过程中的功能,以强抗寒冬小麦品种东农冬麦1号(Dn1)和弱抗寒冬小麦品种济麦22(J22)为材料,对TaPRK进行生物信息学分析和表达模式研究。结果表明,TaPRK基因含有一个1 215bp开放阅读框,编码404个氨基酸,表达产物为稳定的亲水蛋白,属于尿苷激酶家族,带有叶绿体转运肽,定位于叶绿体。越冬期间,Dn1分蘖节中TaPRK的相对表达量显著高于J22,Dn1叶片中TaPRK的相对表达量在-10℃和-25℃时高于J22,而在0℃时低于J22;外源ABA、SA和MeJA处理下,Dn1分蘖节中TaPRK的相对表达量均随着温度的降低表现为先升后降的趋势,且均在-10℃时达到表达量的峰值;外源ABA和SA处理下Dn1叶片中TaPRK的相对表达量呈现"降-升-降"的变化规律,在-10℃时显著高于对照;外源MeJA处理下,Dn1叶片中TaPRK的相对表达量在0℃和-25℃高于对照,且在0℃达到峰值。总体来说,TaPRK在小麦抗寒方面发挥正向调节作用。外源ABA、SA和MeJA增加了冬小麦TaPRK的表达量,有助于提高冬小麦的抗寒性。     

外源ABA对冬小麦越冬期呼吸代谢关键酶与糖代谢的影响

为探讨外源ABA对低温胁迫下冬小麦幼苗呼吸代谢的影响,以抗寒品种东农冬麦1号和冷敏感品种济麦22为材料,测定和分析了小麦三叶期叶面喷施ABA(浓度10-5 mol·L-1,剂量为每4 m2喷施1 L)后越冬期叶片和分蘖节在低温胁迫下碳水化合物含量、糖酵解代谢酶及三羧酸循环代谢酶活性的变化.结果表明,越冬期间随温度的降低,两个小麦品种的叶片和分蘖节中可溶性总糖和淀粉含量先升后降;参与糖酵解代谢的丙酮酸激酶、己糖激酶、磷酸果糖激酶及三羧酸循环代谢酶的活性在对照叶片中均先升后降,但在分蘖节中的变化则不尽相同.外源ABA处理使低温下两个小麦品种叶片和分蘖节积累更多的可溶性糖和淀粉,并且不同程度地提高了两个品种叶片及分蘖节中丙酮酸激酶、己糖激酶及磷酸果糖激酶的活性,尤其在最低温-25℃时明显抑制这几种酶活性的降低,这种影响在抗寒性强的东农冬麦1号中更明显;在低温胁迫后期抑制了三羧酸循环代谢酶和丙酮酸脱氢酶活性的降低,使其保持在相对较高的水平.外源ABA对碳水化合物积累的促进作用有利于植株呼吸和ATP合成维持在较高水平,进而提高低温下植株存活能力.     

东农冬麦1号TabZIP1基因的生物信息学分析及低温和ABA对其表达模式的影响

为探讨小麦中TabZIP1应答低温胁迫及ABA调控信号的响应机制,以强抗寒性冬小麦品种东农冬麦1号(DN1)和弱抗寒性品种济麦22(JM22)为材料,在大田自然降温条件下,分别于5℃、0℃、-10℃、-25℃取样叶片和分蘖节,通过RT-PCR分析TabZIP1的表达模式,于不同温度下探究ABA对DN1分蘖节TabZIP1表达模式的调控,并对其生物信息学进行分析。结果表明,TabZIP1全长1 167bp,编码388个氨基酸,其表达产物为疏水蛋白,定位于线粒体,无信号肽或跨膜结构域;TabZIP1蛋白二级结构为mixed型。DN1叶片和分蘖节中的TabZIP1表达量均在-10℃时达到最高,且分蘖节中的表达量高于叶片;而JM22分蘖节中的TabZIP1表达量在0℃时达到峰值,叶片中的表达量却在-10℃达到最高。综合分析,DN1分蘖节中的TabZIP1表达量明显高于JM22。ABA处理后,DN1分蘖节中TabZIP1的表达量随温度的降低呈明显升高趋势,在-25℃时达到峰值。可见,ABA正调控TabZIP1的表达,有助于提高冬小麦的抗寒性。     

低温下东农冬麦1号地下茎处差异蛋白的分析

为研究小麦品种的抗寒机理,以东农冬麦1号为材料,根据连续三年的冬小麦低温驯化及越冬期的气温资料,当小麦长至6叶期时,设定不同温度处理,分析不同温度下植株地下茎处蛋白质的变化.结果表明,4个降温处理中小麦植株地下茎处共有17个蛋白点发生显著变化.在这4次降温过程中重复出现的8蛋白点分别参与26 S蛋白水解途径、呼吸代谢、三羧酸循环、叶绿素合成,其中有一个位点是抗性蛋白.通过这8个蛋白点在不同温度下表达量的变化及蛋白点的功能对东农冬麦1号地下茎处抗寒性做了初步的推测.     

寒地冬小麦不同品种越冬期组织结构的差异

冻害在冬小麦越冬期间能影响小麦的生长发育,并导致减产甚至绝产。为深入了解冬小麦的抗寒机制,通过调查统计以及显微观察,比较了冬小麦不同抗寒性品种东农冬麦1号(强冬性)、Nostar(半冬性)和济麦22(弱冬性)在黑龙江等高寒地区越冬期间分蘖节形态结构和显微结构的差异。结果表明,具有不同枯死度、返青率的冬小麦品种的生活习性、冬前分蘖、叶距、叶宽和分蘖节维管束的分布比例皆存在显著性差异。东农冬麦1号冬前分蘖数、返青率、分蘖节维管束分布比例较高,枯死度、叶距、叶宽较小,生长锥下方的15层细胞较小,组织结构紧密,生长锥外形为敦胖形;东农冬麦1号和Nostar在越冬前维管束组织较完整,济麦22的维管束呈现破损。东农冬麦1号返青率与冬前分蘖数、维管束比例呈极显著正相关,而与其他指标呈显著负相关。     

普通小麦TaADF8基因的克隆及表达分析

肌动蛋白解聚合因子(actin-depolymerizing factor,ADF)普遍存在于真核细胞中,为低分子量的肌动蛋白结合蛋白,在调控细胞内肌动蛋白纤维的聚合和解聚中起关键作用。为给深入研究TaADF8基因在小麦中的功能机理奠定基础,并为进一步丰富小麦ADF基因研究内容提供理论参考,本研究利用电子克隆策略从小麦品种CP53中克隆出TaADF8基因(GenBank登录号为KJ864962)后对其进行序列分析,并进一步采用荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)技术对其在小麦不同组织间的表达差异及不同非生物胁迫下的表达模式进行分析。核酸序列分析表明,该基因全长695bp,拥有完整的ORF,编码142个氨基酸。氨基酸序列分析表明,该蛋白含有保守的ADF同源区和PIP2结合结构域,且在氨基端有核定位信号。进化和聚类分析表明,小麦TaADF8基因与大麦HvADF2基因、HvADF3基因和水稻OsADF3基因亲缘关系较近,蛋白相似度分别为75.35%、93.66%和67.86%。qRT-PCR表达特性分析显示,该基因为组成型表达,在根、茎、叶、颖壳和雄蕊中均表达,且在根、叶和雄蕊中表达量较高;该基因表达受低温的强烈诱导,同时也受水分、高盐和外源脱落酸胁迫诱导。     

种植密度对不同穗型冬小麦品种结实特性和产量的影响

为了明确种植密度对冬小麦结实特性和产量的影响，于2020-2021年以大穗型品种衡观35和多穗型品种济麦22为试验材料，设置4个种植密度水平，分别为每公顷基本苗180万（D180）、300万（D300）、420万（D420）和540万（D540）株，比较分析了不同种植密度下冬小麦小花结实、籽粒空间分布特征和产量的差异。结果表明，随着种植密度的降低，衡观35主茎穗上部和I分蘖穗下部、济麦22主茎和I分蘖穗中上部小穗位的结实粒数呈增加的趋势。降低种植密度促进了两个品种穗中部小穗位弱势小花、上部和下部小穗位强势小花的结实。衡观35主茎穗中上部和I分蘖穗中部小穗位的结实粒数均高于济麦22。开花期穗干重与可孕小花数呈显著正相关。低种植密度处理下开花期穗干重的增加为其获得较高的穗粒数奠定了良好的物质基础。种植密度对千粒重影响不显著，但显著降低了衡观35的穗数。由于产量构成三要素的协调作用，两个品种均在D300处理下获得了最高产量，但与其余种植密度处理间差异均不显著。综合来看，在保证穗数的前提下，适当降低种植密度会促进冬小麦主茎和分蘖穗结实，进而增加穗粒数和产量，可节约生产成本，有利于冬小麦绿色高产高效生产。     

冬小麦抗寒性鉴定的低温处理方式和鉴定指标的研究

为了筛选冬小麦抗寒性鉴定的低温处理方式和鉴定指标,以冬小麦强抗寒品种东农冬麦1号、弱抗寒品种济麦22和不抗寒品种中国春为试验材料,设室内快速低温、室内缓慢低温和田间种植三种处理,测定和分析了不同处理下小麦叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性及抗坏血酸(ASA)、谷胱甘肽(GSH)、丙二醛(MDA)、过氧化氢(H2O2)含量.结果表明,与室内缓慢低温处理相比,室内快速低温处理下小麦各项指标较接近田间种植处理,且与田间种植处理相关性较显著.低温下抗寒品种的H2O2及MDA含量显著低于弱抗寒品种和不抗寒品种,SOD活性和ASA含量与H2O2含量呈极显著负相关.因此,室内快速低温处理结合SOD活性及ASA、H2O2和MDA含量分析可以进行小麦品种抗寒性鉴定.     

蓖麻SnRK2基因家族的鉴定和特征分析

SnRK2是一类植物特有的Ser/Thr类蛋白激酶。为研究其在蓖麻抗逆过程中的作用,基于蓖麻的基因组序列信息,利用生物信息学方法鉴定了6个蓖麻SnRK2蛋白激酶成员。分析发现这些蛋白具有亲水性属性,基因结构分析表明,植物SnRK2基因在进化过程中具有很高的保守性;系统与进化分析发现植物SnRK2蛋白在单、双子叶植物中分化显著,可能是独立演化的结果。高通量RNA-seq测序结果显示,大部分SnRK2基因在检测的各个组织中均有表达,且在不同组织间或种子发育的不同阶段没有明显的组织特异性;外源ABA处理种子后,Group 2的基因表达显著上调。进一步利用半定量RT-PCR技术检测外源(100μmol/L)ABA、(250mmol/L)Na Cl和(4℃)冷胁迫处理的幼苗,发现Group 2中的基因29908.m006067被这3种胁迫强烈激活,基因29772.m000313对ABA和冷胁迫有较强的响应。     

pH缓冲液诱导冬小麦苗期抗寒的生理机理

为探讨外源pH缓冲液喷施诱导冬小麦苗期抗寒的生理机理,以济麦22为材料,采用盆栽试验的方法,分析了pH缓冲液处理后经低温胁迫的冬小麦叶片相对电导率、相对含水量、气孔导度、丙二醛(MDA)含量和抗氧化酶活性的变化。结果表明,随着低温胁迫时间的延长,冬小麦叶片相对电导率和MDA含量均增加。与对照相比,喷施pH 6.5和pH 6.0的缓冲液降低了相对电导率和MDA含量,且减少了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性的下降幅度,以pH 6.0缓冲液处理效应最为显著,经该处理6d时叶片相对含水量和气孔导度也比对照明显提高。说明适宜的外源pH缓冲液处理可诱导冬小麦酶促和非酶促防御系统抗逆机能的增强,有利于植株经受更长时间低温胁迫。