大豆响应高温胁迫的生理和分子遗传机理研究现状与展望

大豆是重要的经济作物,是植物油脂和蛋白质的重要来源。近年来,因全球气候变化引起的高温胁迫频发,危及到大豆生长的各个时期,成为制约大豆产量和品质的重要因素之一。为了揭示大豆耐高温性的遗传机理,建立综合高效大豆耐高温评价体系,促进大豆耐高温特性的遗传改良,现对大豆响应高温胁迫的生理生化基础和分子调控机制进行综述。相较于适温条件,高温胁迫可使大豆植株发生叶片增厚、气孔导度下降、细胞膜透性增加、细胞微观组织结构受损以及渗透调节物质(脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白)含量变化和抗氧化防御系统关键酶活性丧失等生理异常反应,导致植株光合、蒸腾和呼吸作用及物质含量等一系列生理生化过程紊乱。高温胁迫还造成大豆花粉形态异常,绒毡层细胞结构松散、空泡化和自溶化,花粉活力及其萌发率明显下降,花粉败育率增高,致使大豆结荚率和结实率显著降低,进而影响大豆籽粒的正常发育、蛋白的积累和产量形成等,最终导致减产;高温胁迫对大豆籽粒外观品质性状也能造成一定损伤,进而对其经济价值带来不利影响。高温胁迫从转录、翻译和代谢水平影响大豆正常的生理代谢调控。目前,已通过高通量测序等方法鉴定出多个与大豆高温胁迫响应相关的转录因子、蛋白及代谢产物,但与水稻、拟南芥的研究相比仍存在较大差距;初步建立了以花粉活力和多项生理指标为基础的大豆耐高温鉴定方法,但在生产上尚缺乏系统高效耐高温评价体系,耐高温大豆育种工作进展缓慢。国内在大豆耐高温预防措施、耐高温综合评鉴体系建立、优异耐高温大豆种质资源筛选及耐高温关键功能基因挖掘等方面仍然存在挑战。为应对极端生态环境给大豆生产造成的不利影响,未来应通过建立综合高效大豆耐高温评价技术体系,提高大豆优异种质资源鉴定水平,重点解析大豆耐高温的分子遗传机理、挖掘耐高温关键基因,结合常规育种和分子育种技术培育综合性状优异的耐高温大豆新品种,以实现大豆品种耐高温性与高产、优质的统一。

Advances and Perspectives in Research of Physiological and Molecular Mechanism of Soybean Response to High Temperature Stress