不同品种谷子种子萌发期对干旱胁迫的生理响应及其抗旱性评价

对4个品种的谷子晋谷28、晋谷45、晋谷42和晋谷77-322进行种子萌发期抗旱性研究。试验首先筛选出合适的PEG浓度模拟干旱胁迫条件;在正常供水和模拟干旱条件下测定了种子发芽特性及生长、生理生化等指标。结果表明:18%PEG浓度为合适的干旱胁迫条件;随着干旱胁迫的加强,谷子的相对发芽势、相对发芽率、发芽指数和抗旱指数都呈下降趋势。在18%PEG的胁迫下,谷子的可溶性蛋白、脯氨酸含量、SOD和POD活性、MDA含量都有所升高,差异较显著。其中,晋谷45的脯氨酸含量、蛋白质含量、SOD、POD活性比对照分别提高462.34%、34.17%、113.84%、61,22%,晋谷28的SOD活性提高266.35%。晋谷42的POD活性比28、45、77-322三个品种分别降低了9.9%、7.5%、19.5%,MDA含量28增幅最小,42增幅最大比CK增加98.7%。经过隶属函数法分析谷子萌芽期抗旱性的强弱顺序为:晋谷45晋谷28晋谷77-322晋谷42。研究为谷子抗旱种质资源鉴定评价及品种选育提供理论依据。     

高梁、谷子根系发育及其抗旱性研究

试验结果显示,干旱条件下高梁、谷子根系发育显著增强,平均单位地上部分干物质量所具有的根长分别达到8m/g和11m/g,对0-100cm土层土壤水的利用能力可达到凋萎湿度。谷子、高梁主要生理指标光合速率、气孔阻力和叶水势对土壤水分降低的反应并不明显,尤其是高梁,在所试根层土壤水分范围内（14％-30％体积土壤含水量）这些生理指标基本维持恒定,具有较强的耐旱性和抗旱性。     

干旱胁迫下聚丙烯酰胺浸种对谷子种子萌发及幼苗期抗旱性的影响

为探讨聚丙烯酰胺(PAM)浸种对谷子抗旱萌发的影响,本研究通过聚丙烯酰胺(PAM)浸种晋谷21种子,用18%的PEG 6000溶液模拟土壤干旱,研究了不同浓度的PAM溶液(0.1%、0.5%、1.0%、5.0%、7.0%、10.0%)浸种对干旱胁迫下谷子种子萌发及幼苗生长中各项生理指标的影响。结果表明:干旱胁迫下的谷子发芽能力显著低于正常水分条件,幼苗中SOD、POD、CAT的活性、Pro、O2-以及MDA的含量均增加,但可溶性蛋白的含量降低;1.0%~7.0%的PAM溶液浸种可明显促进干旱胁迫下谷子种子的萌发和幼苗生长,有效提高幼苗活性氧清除系统中抗氧化酶的活性,增加渗透调节物质的含量,减少O2-和MDA的积累。综合分析,筛选出用于谷子浸种的最佳PAM浓度为5.0%。结果表明,适当浓度的聚丙烯酰胺浸种可缓解干旱胁迫对谷子萌发和幼苗生长造成的伤害,增强谷子的抗旱性,这为PAM在生产实践中的应用提供了理论依据。     

干旱胁迫下外源硒对小麦幼苗抗旱性的影响

通过对小麦幼苗进行叶面喷施亚硒酸钠,研究不同浓度外源硒对模拟干旱胁迫(PEG-6000)下小麦幼苗形态和生理特性的影响,为探究外源硒对小麦幼苗抗旱性的影响提供理论依据。试验以舜麦1718、晋太102、京冬17、S1204(品系)4个小麦品种(系)为材料,设置4个供硒水平,包括蒸馏水对照(CK)、20(Se20)、40(Se40)、60 mg/L(Se60)Na2SeO3处理。待小麦幼苗第二片真叶展开时,对其进行叶面喷硒后继续培养2 d。随后进行20%PEG-6000模拟干旱处理,继续培养7d后测定其形态指标和生理指标。结果表明:外源硒处理可以显著提高不同品种(系)小麦幼苗的株高、根长、根数、鲜重、干重(P0.05);外源硒处理可以降低小麦幼苗超氧阴离子(2O?-)和丙二醛(MDA)的含量。随外源硒浓度的提高,除晋太102的MDA含量外,其余品种(系)小麦幼苗的2O?-和MDA含量均显著低于CK(P0.05);同时,外源硒处理可以显著提高小麦幼苗超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)的活性。随外源硒浓度的提高,除京冬17的SOD活性和S1204的POD活性外,其余小麦品种(系)的SOD和POD活性均显著高于CK(P0.05)。隶属函数法综合分析可得:舜麦1718、晋太102、京冬17、S1204对应的适宜处理分别为Se40、Se60、Se20、Se60,对硒的敏感性排序为:京冬17舜麦1718S1204晋太102。因此,4个小麦品种(系)对硒的敏感性存在差异,适宜浓度外源硒叶面处理有效增加小麦幼苗POD、SOD等保护酶活性,降低体内活性氧积累,缓解膜脂过氧化损伤,增强小麦幼苗的抗旱能力,促进干旱胁迫下小麦幼苗的生长和发育。外源硒叶面处理可作为一种缓解小麦幼苗干旱胁迫的有效措施。     

干旱胁迫对不同基因型啤酒大麦品种(系)生长发育的影响

以抗旱基因型品种(系)甘啤5号、甘啤7号和9810-49及敏感基因型品种(系)甘啤4号、甘啤6号和9821-118为供试材料,采用裂区设计,在抗旱棚进行正常灌水(I)和干旱胁迫(D)盆栽试验。结果表明,干旱胁迫后,不同基因型啤酒大麦品种的单株分蘖数和成穗数、株高、穗长、穗粒数、千粒重、生物产量等指标均比灌水处理显著降低,降低幅度品种间差异明显,这主要由品种自身特性决定,与啤酒大麦的抗旱性没有显著相关关系。叶面积、叶片含水量、根体积和根干重也显著降低。抗旱品种叶面积较小,叶片含水量较高,根体积和根干重较大,干旱胁迫后下降幅度较小,与啤酒大麦的抗旱性有比较明显的相关关系,可作为啤酒大麦抗旱性评价的主要形态指标。     

干旱胁迫下野生大豆ABC转运蛋白转录组测序分析

为获取干旱胁迫状态下ABC转运蛋白家族相关基因,以抗旱性强的野生大豆为试验材料,浇灌20%PEG 6000模拟干旱胁迫,分别在干旱处理0、 6、12、24和48 h后取叶片提取RNA进行转录组测序;以GO、KEGG和NR三大数据库注释的结果为基础,再以ABC转运蛋白为关键词进行筛选。结果表明,共获得337条ABC转运蛋白相关序列,包括8大亚家族(ABCA、ABCB、ABCC、ABCD、ABCE、ABCF、ABCG和ABCI)。差异表达分析结果表明,共有182条表现差异表达。GO注释到的差异表达基因多数为嘌呤核苷酸分解过程,KEGG注释到的差异表达基因分布在5个亚家族(ABCA、ABCB、ABCC、ABCD和ABCG)。对NR数据库有注释的168条差异表达基因进行进化分析,结果表明ABCE、ABCF、ABCG家族与ABCI11为一类,ABCB、ABCC家族与ABCI10为一类,ABCA、ABCD家族与ABCI19为一类。本研究为进一步研究野生大豆干旱胁迫下ABC转运蛋白抗旱基因提供了一定的理论依据。     

不同水分胁迫下转W16小麦回交株系基因表达特性及其抗旱机制

干旱应答元件结合蛋白(DREB)转录因子调控植物抗逆相关功能基因的表达,对提高植物抗逆境胁迫具有重要作用.本研究采用盆栽法在小麦(Tritium aestivum)拔节至抽穗期进行不同水分胁迫条件下,分析了野生型和转基因小麦回交株系转录因子基因W16的表达特点,并对其抗旱性的生理生化指标进行了测定.半定量RT-PCR结果表明:野生型在无干旱胁迫时,W16有微弱表达,随胁迫增强,表达上调,当表达量达到峰值后(12 h),随胁迫的加剧,表达量迅速下降,呈现“上升-峰值-下降”特点,而整个干旱胁迫过程中转基因植株W16在Ubiquitin启动子作用下表达恒定且表达水平较高;抗旱性生理生化机制分析表明:不同水分胁迫条件下,转基因株系的叶绿素含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、水分利用效率的变化均高于受体对照,尤其在重度干旱(SD)胁迫下的差异更显著.产量结果显示,在各水分条件下转基因株系产量都高于受体对照,其抗旱指数属于较强抗旱等级.研究结果说明了转基因小麦回交株系中W16的超表达,改良了转基因小麦抗旱性的生理生化特性,提高了转基因小麦的抗旱性能.为抗旱转基因小麦品种选育提供理论和方法参考.     

PEG-6000模拟干旱对水稻幼苗期根系的影响

试验研究了不同PEG-6000浓度(0g·L-1、50g·L-1、125g·L-1和200g·L-1)对"湘丰早119"(耐旱)和"爱华5号"(干旱敏感)2个水稻品种的根体积、根粗、最长根长、侧根长、不定根长、根总长度、根数量、根系质膜相对透性和POD活性的影响。结果表明:耐旱水稻品种和敏感水稻品种根部的形态指标除根数量外都受严重干旱(200g·L-1PEG-6000)抑制,敏感品种更为明显;形态指标在各浓度PEG-6000处理下随着处理时间的延长而增大,且这些指标一般在不同浓度PEG处理3～4d后产生明显差异;根系POD活性随处理浓度升高而增大,随处理时间延长,耐旱品种POD活性的上升速度大于敏感品种;根系质膜相对透性随处理浓度升高而增加,随处理时间延长而增大,敏感品种的质膜相对透性高于耐旱品种;耐旱品种的根系较敏感品种更粗、更长,根系茁壮程度优于敏感品种。根数量和根系质膜相对透性不应作为耐旱选择指标。     

干旱胁迫对银中杨生理生化特性的影响

以银中杨三年生苗木为试验材料,模拟不同程度的土壤干旱环境,研究了土壤干旱对银中杨生理生化特性的影响。结果表明,叶绿素含量在干旱初期降低,持续到干旱14天时,随着干旱程度的加剧,叶绿素含量增加。SOD在轻度干旱胁迫的初期,其活性提高,随着胁迫时间的延长、胁迫强度的加剧,其活性降低,但降低幅度较小;POD活性和可溶性蛋白含量显著降低;类胡萝卜素、脯氨酸含量和电解质含量略微增加,可溶性糖含量显著增加;丙二醛(M DA)含量无明显变化,银中杨叶片的电导率在干旱初期随着土壤含水量的降低而增加,干旱胁迫14天时,差异不显著。     

温度胁迫对幼体大海马基因转录表达的影响

为探究大海马幼体在高温和低温胁迫条件下基因表达水平的变化规律,采用Illumina平台的PE150测序功能对大海马幼体肝脏进行了转录组测序。对照组、高温胁迫组和低温胁迫组测序数据组装后获得22 513个单基因簇(Unigene),N50为2 223 bp,平均长度为1 122.71 bp。与对照组相比,高温胁迫组共获得14 009个差异表达基因,其中5 543个差异表达基因上调,8 466个差异表达基因下调;低温胁迫组共获得20 030个差异基因,14 016个差异表达基因上调,6 014个差异表达基因下调。差异表达基因经KEGG数据库富集发现,高/低温胁迫均导致大海马体内抗氧化途径相关基因表达(HSP70、HSP90、SOD等)发生显著改变;另外,高温胁迫还造成大海马免疫系统相关基因(PIK3R、Akt、IL-10、TLR等)以及细胞凋亡相关基因(CYCS、CASP9、CASP3等)表达显著改变;低温胁迫造成DNA损伤修复(MSH、DDB2、XRCC2、RAD52、Ogg1、PMS2等)、脂肪酸代谢(StARD7、ApoA4、CYP51、Fadsd6等)和细胞凋亡(P21、P53、B...     

不同夏谷品种的产量与氮肥利用效率

以8个夏谷品种为材料,在大田试验条件下,系统研究了谷子产量和氮肥利用效率的品种间差异及对氮肥的响应。结果表明,8个夏谷品种的平均产量以施氮处理显著高于不施氮处理,平均增产率为8.2%;氮肥对8个品种的增产效应不同,以济谷14、济谷17和济谷18增产效果显著,而对其它品种的产量无显著的促进作用。8个夏谷品种的氮肥利用效率存在差异;氮肥农学效率以济谷14最高,与其它品种达显著性差异;而豫谷18和济谷18的氮肥偏生产力显著高于其它品种。因此,在华北夏谷生产中,应结合当地生产情况和不同品种氮肥利用特性进行品种的选择和应用。     

谷子茎秆叶鞘叶片及其结合部位的拉伸力学性能

针对谷子机械收获作业过程中存在的秆叶易缠绕问题,该研究以晋谷21、张杂10为对象,分别对谷子不同节间的茎秆、叶鞘、叶片和叶环各部位进行拉伸力学测试,并利用SAS统计软件对测试数据做分析,在此基础上分析了相关力学参数沿茎秆节间的变化规律。2个谷子品种的茎秆在上下节间处的弹性模量、抗拉力和抗拉强度均差异显著(P<0.05)。由茎秆表皮拉伸测试测得晋谷21的茎秆弹性模量为4.15～6.64 GPa,抗拉强度为67.65～130.13 MPa,抗拉力为343.97～1 598.37 N;张杂10的茎秆弹性模量为4.54～7.98 GPa,抗拉强度为73.22～136.50 MPa,抗拉力为167.66～567.54 N。2个谷子品种在不同节间位置、不同部位(叶鞘、叶片及叶环)的抗拉力和抗拉强度差异均极显著(P<0.01)。晋谷21的中上部节间叶鞘、叶片及叶环平均抗拉强度分别为13.30、10.13和4.18 MPa,平均抗拉力分别为122.16、41.23和25.80 N。张杂10的中上部节间叶鞘、叶片及叶环平均抗拉强度分别为13.30、11.77和4.24 MPa,平均抗拉力分别...     

谷子精少量流体排种装置的设计与试验

为解决中国北方旱地谷子播种难、播后出苗率低的问题,根据谷子免间苗精少量播种农艺要求,采用农用保水剂和水配制了谷子种粒混合悬浮液(mixed suspension),并针对其设计试制了谷子精少量流体排种装置。该文设计确定了输送泵滚轮数为6个及分合式排种管组合结构与尺寸参数,其中泵管、长弯排种管、短弯排种管、末端排种管的内径分别为4.8、4、4、4 mm,长度分别为700、100、74.4、20 mm;并阐述了流体排种装置吸种、输种、排种工作过程。以种粒数变异系数为指标对配制的谷子种粒混合悬浮液的均匀性和稳定性进行了试验测定;以种粒破碎率、穴距合格率、穴粒数合格率、空穴率为指标对流体排种装置进行了室内排种试验;以穴距合格率、穴株数合格率、出苗率为指标进行了田间播种试验。结果表明,谷子种粒混合悬浮液中保水剂、谷子种粒、水的质量比为1.1∶10∶200,其静置0.5 h后种粒数变异系数为9.8%,谷子种粒混合悬浮液在静置5 h内的种粒数变异系数为9.7%~10.4%,谷子种粒未发生沉降现象;室内排种试验种粒破碎率小于0.01%、穴距合格率大于86%、穴粒数合格率大于75%、空穴率小于4.0%;田间播种试验穴距合格率大于77%、穴株数合格率大于74%、出苗率大于87%。该研究可为小颗粒种子精少量流体播种技术与装备的研发提供参考。     

倾斜圆盘式谷子精少量排种器的设计与试验

为解决谷子等小籽粒种子播种难的问题,根据谷子免间苗精少量播种的农艺要求,设计了一种倾斜圆盘式谷子精少量排种器,阐述了排种器的工作原理和谷粒的运动过程,计算确定了主要的结构参数。以种子破损率、总排量稳定性变异系数、穴距合格指数、重播指数、漏播指数、合格穴距变异系数为指标,对其进行了排量稳定性和均匀性试验。结果表明,该排种器的排量稳定性变异系数小于0.7%,穴距合格指数大于86%,重播指数小于12%,漏播指数小于7%,合格穴距变异系数小于5%,谷子破损率小于0.05%,满足行业标准要求。该研究可为小籽粒精少量排种器的设计分析提供了参考。     

不同抗旱性小麦叶片膜脂过氧化的氮素调控机制

在田间条件下研究了施氮对不同抗旱性冬小麦叶片全生育期黄嘌呤氧化酶(XOD)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性以及过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量的影响。结果表明,施氮提高了叶片CAT和SOD活性,降低了XOD活性和MDA含量,以N180处理效果最明显,而且产量最高,表明N180处理对小麦膜脂抗过氧化能力和产量形成最为适宜;不施氮(N0)处理条件下,旱地品种较水浇地品种具有较高的保护酶系活性和较低的XOD活性、MDA含量。而适量氮素能够提高叶片保护酶系活性和降低XOD活性、MDA含量,所以氮素能够通过提高叶片膜质抗过氧化能力来增强小麦对干旱的适应。由于降低了超氧阴离子的生成量,使XOD活性降低和CAT活性提高,H2O2和MDA含量维持在较低水平,最终提高小麦产量。     

Evaluation of grain yield indices in hexaploid wheat genotypes in response to drought stress

Drought stress limits crop production in the world. Therefore, employing high-yielding cultivars tolerant to drought is an effective approach to reduce its detrimental effects. To identify drought-tolerant genotypes, 36 wheat genotypes were evaluated during the 2010–2011 and 2011–2012 growth seasons. A field experiment was conducted in a split-plot design with two irrigation treatments (100% field capacity (FC) until harvest and no irrigation after anthesis) as main plots in three replications and genotypes as subplots. Grain yield, its components and drought tolerance indices were measured. Results showed a significant reduction in yield and its components under drought conditions. Grain yield had significant positive correlations with stress tolerance index (STI), mean productivity (MP) index and geometric mean productivity (GMP), while it was negatively correlated with stress susceptibility index (SSI) and tolerance index (TOL) under stress condition. These results indicated that superior genotypes could be selected based on high values of STI, MP and GMP and low value of SSI. The results were validated by principal component analysis (PCA) as it showed genotypes with high PC1 and low PC2 were more desirable. Based on the results, genotypes number 8, 11, 17, 30, 34 and 35 were recognized as suitable for both conditions.     

全喂入谷子联合收获机脱出物含水率对其悬浮特性的影响

谷子脱出物的悬浮特性是研究谷子收获清选参数优化及装备改进设计的基础特性。该文采用气吹式粮油作物脱出物悬浮速度测量装置,根据悬浮速度测定方法国家标准要求,设计分段悬浮试验测量了谷子经联合收获时的待清选脱出物各组分的悬浮速度及其在不同含水率下的悬浮速度,探究了谷子脱出物悬浮速度与其含水率的关系,预估了适宜的清选风速范围,并通过清选试验进行了验证。试验结果表明:收获的谷子脱出物籽粒、穗瓣、茎秆和叶子的悬浮速度分别是4.29～8.88、1.03～5.48、1.71～5.33、1.03～3.09 m/s,籽粒的悬浮速度大于叶子的悬浮速度,但与穗瓣、茎秆的悬浮速度数值区间有极小部分重叠。随着谷子作物含水率的降低,谷子籽粒悬浮速度与穗瓣、茎秆、叶子悬浮速度的差距在增大。含水率均显著影响谷子脱出物各组分的悬浮速度(P≤0.05),谷子籽粒、穗瓣、茎秆和叶子的悬浮速度均随其含水率的增高而增大,且均与其含水率呈二次函数关系(R2≥0.95)。清选试验结果证明预估是合理的,谷子脱出物的适宜清选风速范围为4.29～5.48m/s,最佳清选风速为4.47m/s,此时籽粒损失率为4.68%,籽粒清洁度为98.83%。该研究可为谷子适时收获时期和最优清选工作参数的确定提供参考。     

基于RNA-seq的谷子萌芽期抗旱相关基因挖掘与分析

为了明确响应干旱胁迫的关键基因,解析谷子抗旱机制,本研究以谷子抗旱品种山西2010和干旱敏感品种K359*M4-1为材料,应用RNA-seq技术对两个品种干旱胁迫前后萌发期种子进行转录组测定。结果表明,在山西2010和K359*M4-1中分别鉴定出2 300个和3 652个差异表达基因(DEG),包括编码类锌诱导的促进因子、类萌发素蛋白、蛋白磷酸化酶、转运蛋白、胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA)、转录因子、过氧化物酶等基因。通过对鉴定到的DEG进行GO和KEGG代谢途径富集分析,发现山西2010和K359*M4-1中的DEG分别富集在52个和21个生物学过程。KEGG 富集分析发现,DEG主要富集在淀粉和蔗糖代谢, 植物激素信号转导,光合作用-天线蛋白,苯丙素生物合成,角质、亚氨酸和蜡生物合成,次生代谢物生物合成等途径。本研究结果为挖掘谷子抗旱关键基因、解析谷子抗旱机制奠定了基础。     

不同土壤与海拔高度对谷子(粟)蛋白质氨基酸组成的影响

用红土、黄土和红黄土3种土壤在不同海拔高度进行谷子优质栽培试验.结果表明,与红黄土相比,红土和黄土地种植的谷子籽粒蛋白质质量较高,主要氨基酸含量分别高25.4%和21.4%;必需氨基酸含量高23.2%和21.6%;除赖氨酸外其余氨基酸含量基本接近人体的需求量;氨基酸指数高21.5%和21.9%.在较高海拔高度种植的谷子蛋白质品质较优,1100～1200m比900～1100m海拔高度种植的谷子主要氨基酸含量高8.7%,氨基酸指数高7.8%.因此,谷子优质栽培适于在1100～1200m海拔高度的红土或黄土地种植为宜.     

不同密度条件下3种类型谷子品种产量及其构成要素变化特征研究

以群体个体并重夺高产型谷子新品种"冀谷26"和靠个体夺高产的单秆大穗型品种"泥里拽"、"聊农4号",靠群体夺高产的密植型品种"豫谷5号"、"冀谷14"为材料,试验研究了不同密度条件下谷子产量及其构成要素的变化。结果表明:靠个体夺高产的单秆大穗型品种谷子产量及其构成要素成穗率、单穗重、穗粒重、结实性均对密度反应敏感;靠群体夺高产的密植型品种对密度反应表现为产量敏感,单穗重、穗粒重比较敏感,成穗率、出谷率不敏感;群体个体并重夺高产品种表现为产量对密度反应不敏感,成穗率、出谷率比较敏感,单穗重、穗粒重敏感;3种类型品种单位面积穗数对密度反应都很敏感。在最适宜密度下群体个体并重夺高产型品种"冀谷26"产量水平明显高于另外两个类型品种,说明群体个体并重夺高产品种自身调节能力较强,丰产性、稳产性突出,代表今后育种的方向。