小麦品种郑麦7698耐强光高温的生理机制

为了阐明小麦品种郑麦7698耐强光高温的生理机制,以黄淮南片麦区区域试验对照品种周麦18和大面积推广品种矮抗58为对照,研究了该试验材料在强光、高温、强光高温交叉胁迫下的生理特性。结果表明,3种逆境对小麦叶片光合功能的影响程度依次为强光高温强光高温,且3个品种的耐强光高温特性存在显著差异。3种逆境胁迫处理下,郑麦7698的光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭(qP)的下降幅度均显著低于周麦18和矮抗58,相对电导率、丙二醛(MDA)含量、超氧阴离子生成速率、过氧化氢含量的上升幅度显著小于周麦18和矮抗58,超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性在逆境下的上升幅度显著高于周麦18和矮抗58,表现出较好的耐强光高温特性。综合分析表明,郑麦7698之所以较周麦18和矮抗58具有更好的耐强光高温特性,是因为其在逆境下具有较高水平的抗氧化酶活性,可有效清除活性氧类物质,降低其光合机构受损程度,从而维持较高水平的光合效率。     

不同小麦品种的生理和产量特性对灌浆期干旱胁迫的响应

为阐明小麦生理和产量特性对灌浆期干旱胁迫的响应,以周麦18和众麦1号为材料,在正常和干旱处理下,测定了小麦品种的生理指标和单株产量相关性状。结果表明,众麦1号的抗旱特性显著优于周麦18,正常处理下周麦18与众麦1号的各项生理和产量指标均无显著差异,干旱胁迫后2个品种的净光合速率(Pn)分别降低37.86%和27.68%,Fv/Fm分别降低23.15%和15.12%,K点相对可变荧光(Wk)分别升高41.94%和25.31%,J点相对可变荧光(Vj)分别升高54.51%和26.98%,脯氨酸(Pro)含量分别升高19.43%和26.60%,叶绿素a+b含量分别降低30.96%和17.51%,丙二醛(MDA)含量分别升高59.66%和38.52%,超氧化物歧化酶(SOD)活性分别上升15.81%和24.89%,根干质量分别降低37.76%和21.21%,众麦1号的各项生理指标均优于周麦18。灌浆期,干旱胁迫后2个品种的单穗粒数较正常处理分别降低13.52%和7.36%,千粒质量分别降低13.76%和6.04%,单株产量分别降低25.53%和16.16%,单穗粒数和千粒质量的降低是产量降低的原因。综合分析表明,灌浆期干旱胁迫下众麦1号具有更高的渗透调节物质含量、抗氧化酶活性、根干质量,这可缓解逆境下小麦受伤害程度,延缓叶绿素降解,维持较高的光合效率,最终获得较高产量,这是其具有优良抗旱特性的主要原因。     

干旱胁迫下郑麦7698的抗旱性能及光合特性分析

以周麦18为对照品种,研究了正常灌水与干旱胁迫下郑麦7698开花期的抗旱和光合特性及成熟期产量性状,为小麦抗旱育种提供理论依据。结果表明,正常灌水条件下,郑麦7698叶片相对含水量,渗透调节物含量,抗氧化酶活性,根系活力、根系体积与根系干质量,rbcl与rbcs相对表达量,Rubisco活性,光合作用参数,产量性状与周麦18均无显著性差异。干旱胁迫条件下,郑麦7698叶片相对含水量较周麦18高12.3%,脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量分别较周麦18高32.1%、10.0%、16.3%,SOD、POD、CAT活性分别较周麦18高11.5%、13.8%、6.8%,根系活力、根系体积、根系干质量分别较周麦18高14.3%、20.3%、9.0%,rbcl和rbcs相对表达量分别较周麦18高29.2%和27.1%,Rubisco活性较周麦18高33.4%,光合速率、蒸腾速率、气孔导度分别较周麦18高20.0%、53.3%、25.7%,单株生物量、穗粒数、千粒质量分别较周麦18高8.3%、5.4%、7.0%,差异均达显著或极显著水平。结果表明,干旱胁迫下,郑麦7698具有较好的抗旱性能与光合特性及产量优势。     

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。     

强光高温同时作用下不同小麦品种的光合特性

以小麦品种藁城8901、豫麦49、郑麦9405、周18为试材,用强光(1 900 μmol m^-2 s^-1)、高温(35℃)同时处理材料3 h,研究了高光强和高温共同合胁迫对小麦旗叶光合作用和叶绿素荧光特性的影响。结果表明,正常生长条件下,郑麦9405和周18的光饱和速率、饱和光强均高于藁城8901和豫麦49,郑麦9405的表观量子效率也最高。强光高温处理使藁城8901、豫麦49和周18的光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)较对照大幅下降;郑麦9405的P_n、G_s也出现了下降,但降幅最小,P_n仍保持11.6 μmol CO₂ m^-2 s^-1,T_r较对照略有上升;4种基因型小麦的Ci未较对照明显变化;与对照相比,4个材料的最大光量子效率(F_v/F_m)、开放的光系统II反应中心的激发能捕获效率(F_v’/F_m’)、作用光下光系统II的实际量子效率(Ф_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)均下降,而非光化学猝灭系数(NPQ)大幅上升;其中郑麦9405的各项荧光参数均较高。研究表明,小麦旗叶对强光高温的适应性存在品种间差异,郑麦9405的耐强光高温特性优于其他3品种;强光高温下较高的蒸腾速率和较大的NPQ可能是郑麦9405维持光合机构功能的重要原因。     

提高小麦基因枪法转化效率的研究

为了提高小麦基因枪转化效率,对基因枪轰击参数的优化、受体材料的种植方式、载体类型的选择和受体基因型的筛选等进行了研究。结果表明,基因枪轰击时,金粉用量为每枪250μg、轰击距离为9cm、轰击压力为1 100psi、轰击次数为1时,小麦转化效率较高;受体材料种植于温室,且具备较高CO2浓度和温度,可以提高小麦转化效率;3种载体类型中,线性表达载体转化效率明显高于环状表达载体和双元表达载体;周麦19、郑麦7698和郑麦0943为再生能力强和转化效果好的受体品种。     

小麦品种郑麦7698生育后期的光合性能及同化物运转特性

为明确小麦品种郑麦7698的高产生理基础,于2011-2013年两个生长季在田间条件下研究了郑麦7698、矮抗58和周麦18三个品种生育后期的光合性能及同化物运转特性。结果表明,郑麦7698呈现下述特点:1光饱和速率达到27.1μmol·m-2·s-1,分别较矮抗58和周麦18高10.6%和13.9%;开花期、灌浆初期、灌浆后期的田间最大光合速率和日光合总量均较高,平均日光合总量为667 693μmol·m-2,分别较矮抗58和周麦18高19.8%和14.5%;灌浆初期、灌浆后期顶3叶含较多的Chl(a+b)和较高的Chla/b,具有较好的光能捕获与转化能力。2在灌浆后期13:00时,Fv/Fm、ФPSⅡ和qP降幅小,NPQ增幅大,蒸腾速率较大(3.4 mmol·m-2·s-1),叶温较低(36.7℃),具有较好的耐强光、耐高温特性。3花后同化物积累量为14.4g·10stem-1,分别较矮抗58和周麦18高15.7%和13.9%;花前积累的同化物在灌浆期的转运量为10.3g·10stem-1,分别较矮抗58和周麦18高19.8%和13.8%;灌浆速率高,最终籽粒重达到24.7g·10stem-1,分别较矮抗58和周麦18高17.6%和14.4%;收获指数达到0.524。较好的光能捕获与转化能力及耐强光、耐高温胁迫能力,较高的花后同化物积累量及花前同化物转运能力是郑麦7698的高产生理基础。郑麦7698可作为小麦品种产量潜力改良的重要亲本加以应用。     

高氮与低氮处理对不同氮效率小麦根系及相关生理特性的影响

提高氮素利用效率是促进农业可持续发展的重要举措之一。为研究高、低氮条件下不同氮效率小麦的根系特征及其生理特性,以3个高效吸收利用氮素（氮高效）小麦品种与3个低效吸收利用氮素（氮低效）小麦品种为试验材料,分析了水培条件下高氮和低氮处理对小麦根系特征和硝酸盐转运蛋白基因表达水平的影响;并分析了大田条件下高氮和低氮处理对不同时期小麦氮代谢关键酶（硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶）活性和氮素积累量的影响。结果表明,在高氮和低氮处理下,氮高效品种的根尖数、根长、根体积、根表面积和根活力均显著高于氮低效品种。氮高效品种的6个硝酸盐转运蛋白基因（ TaNRT2.1、 TaNRT2.2、 TaNRT2.3、 TaNAR2.1、 TaNAR2.2和 TaNAR2.3）的平均相对表达量均显著高于氮低效品种。高氮和低氮处理下,不同时期氮高效品种的硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性以及氮素积累量均显著高于氮低效品种;与高氮处理相比,低氮处理下氮高效品种和氮低效品种的硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶活性以及氮素积累量均有所降低,其中氮低效品种降低幅度较高。这说明不同氮效率材料在根系相关性状、硝酸盐转运、氮代谢关键酶活性以及氮素积累量存在显著的基因型差异。综上所述,在低氮条件下,小麦根系形态、根系活力、硝酸转运蛋白相关基因和氮代谢关键酶活性对氮素吸收具有重要的调控作用,其综合改良可为氮高效小麦品种的选育提供帮助。     

外源玉米pepc基因对小麦C_3、C_4途径相关基因表达的效应

为进一步探讨外源玉米pepc基因改良小麦光合性能的机制,以基因枪介导T4代的转玉米pepc基因小麦为试验材料,研究了抽穗期和灌浆期外源pepc基因对小麦内源光合相关酶基因表达的影响,并分析了转基因小麦的光合生理特性及其产量性状表现。结果表明,小麦抽穗期,pepc基因的表达上调了小麦C4微循环ppdk基因(丙酮酸磷酸双激酶基因)、nadp-me基因(NADP-苹果酸酶基因)、ca基因(碳酸酐酶基因)和C3循环rbcL基因(Rubisco大亚基基因)的表达;小麦灌浆期,pepc基因的表达仍显著上调C4微循环ppdk基因和nadp-me基因的表达,而ca基因和C3循环rbcL基因、rbcS基因(Rubisco小亚基基因)的表达量与对照差异不大。相应的酶活性在转基因植株中比对照有所提高,灌浆期增幅最大。两个测定时期的转基因小麦旗叶净光合速率(Pn)均比对照显著提高,在灌浆期增幅最大,比对照提高10.35%~22.77%。产量性状方面,转基因小麦的单穗粒数和收获指数均有所提高。上述研究结果表明,玉米C4型pepc基因导入小麦后,促进了小麦原有的C4循环,从而提高了小麦的光合效率和籽粒产量。     

基于转录组探究外源水杨酸对条锈菌侵染小麦幼苗的缓解效应及差异表达基因分析

为探究外源水杨酸提高小麦条锈病抗性的作用机制,本文将周麦18分为未处理的小麦幼苗(对照)、条锈菌侵染的小麦幼苗(SR)和水杨酸处理条锈菌侵染的小麦幼苗(SA-SR),对处理15 d后的小麦幼苗进行抗病性鉴定、氨基酸含量检测、转录组测序及荧光定量分析鉴定。结果表明:外源水杨酸能够显著降低条锈菌对小麦幼苗的致病力; SR组叶片中氨基酸含量普遍降低,而经过水杨酸预先处理的SA-SR组与Control无显著差异,说明小麦条锈病造成叶片中氨基酸的含量显著降低;通过GO富集分析发现, SR和SA-SR组的差异基因在与光合作用相关的生物过程中富集,涉及的细胞组分包括叶绿体和类囊体等, KEGG通路富集分析显示, SR和SA-SR两个分组均在MAPK信号通路和次生代谢物的生物合成中显著富集,在植物的抗病或抗逆中发挥重要作用。