弱春性小麦品种越冬期抗冻性差异的生理及分子机理研究

论文摘要

本试验以目前黄淮冬麦区大面积推广的弱春性小麦品种偃展4110、豫农949、郑麦9023和豫麦34为供试材料,采用分期播种试验的方法,系统观察了不同品种在不同播期条件下的幼穗发育进程,研究了低温胁迫条件下弱春性小麦品种间植株叶片与抗寒性密切有关的部分生理特性及保护酶基因的表达差异,分析了弱春小麦小麦品种对寒胁迫的生理响应。其主要研究结果如下:1.小麦的幼穗发育进程与其抗寒性密切相关。同为弱春性品种,其幼穗发育进程越快,遭受寒流侵袭后的冻害越重,如同为第一播期（10月5日）播种的4个弱春性小麦品种,寒流来临前主茎幼穗发育最快的豫麦34和郑麦9023两品种已分别达到小花分化末期和初期,寒流过后主茎幼穗冻死率分别为96%和73%;寒流来临前主茎幼穗发育到二棱后期的偃展4110幼穗冻死率为25%左右;而主茎幼穗发育最慢（二棱初期）的豫农949,仅有部分叶片的叶尖受冻。同时本研究还发现,在不同播期条件下幼穗发育进程相同的品种其受冻害程度却有一定差异,如第一播期的偃展4110和第二播期的豫麦34,寒流发生时其幼穗发育进程均为小花分化初期,前者有25%主茎幼穗冻死,而后者仅部分叶片的叶尖受冻枯死,进一步表明小麦品种的抗冻性与品种本身的遗传特性密切相关。2.在寒流发生期间和寒流来临前后,通过测定各供试品种植株叶片内部分与植物抗寒性密切相关的生理指标发现,寒流发生期间植株幼穗发育进程快且受冻害较重的豫麦34,其植株叶片中可溶性糖、可溶性蛋白和抗坏血酸（AsA）的含量均低于幼穗发育进程慢且受冻害较轻的品种豫农949和偃展4110,因此它们可以作为小麦抗寒性的鉴定指标;在寒流发生期间,4个弱春性小麦品种不同播期处理植株叶片内的脯氨酸（Pro）和谷胱甘肽（GSH）含量均比寒流来临之前有较大幅度的增加。同时发现幼穗发育进程快且受冻害较重的豫麦34和郑麦9023植株主茎叶片内上述两种物质的含量却高于幼穗发育进程慢且受冻害较轻的豫农949和偃展4110。因此,这两种物质只能作为评价品种抗冻性的参考指标,而不适合作为小麦抗冻性的鉴定指标。3.本试验从小麦叶片中克隆了谷胱甘肽还原酶（GR）、抗坏血酸过氧化酶（APX）、超氧物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）等保护酶基因的cDNA片段,通过半定量RT-PCR技术,研究了寒流发生期间和来临前后这些基因在小麦植株叶片中的表达特性,结果发现,寒流发生期间,幼穗发育进程慢且受冻害较轻的品种豫农949和偃展4110中的APX和SOD基因的表达量较高,且增幅较大,因此它们可以作为评价小麦抗寒性的鉴定指标;在寒流发生期间4个弱春性小麦品种的GR基因的表达量虽有所升高,但幼穗发育进程快且受冻害较重的豫麦34和郑麦9023第一播期处理的表达量却高于幼穗发育进程慢且受冻害较轻的豫农949和偃展4110,而CAT基因的表达量在寒流发生期间的变化不大,且处理间表达量没有规律。说明GR和CAT基因的表达量可能不适合作为小麦抗寒性的鉴定指标。综上所述,小麦的抗寒性与其幼穗发育进程密切相关,当寒流发生时,幼穗发育进程越慢的品种和各播期处理中其抗寒性表现越强;在寒流发生期间,幼穗发育进程较慢的品种叶片内可溶性糖、可溶性蛋白和AsA的含量较高,且APX和SOD两基因的表达量也较高,这些特性可以作为小麦抗寒性的鉴定指标;而Pro和GSH的含量和GR基因的表达量在此期间却低于幼穗发育进程较快且冻害较重的处理,CAT基因的表达量在寒流发生期间变化较小,且处理间没有规律,这些物质的含量及基因的表达量可能不适合作为小麦的抗寒性鉴定指标。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 1 文献综述
• 1.1 小麦抗寒性的影响因素
• 1.1.1 温度
• 1.1.2 品种抗寒性
• 1.1.3 生育时期与麦苗生长状况
• 1.1.4 播期
• 1.1.5 肥水管理
• 1.2 小麦抗寒的遗传及生理生化机制
• 1.2.1 小麦抗寒性的遗传
• 1.2.2 幼穗发育进程与小麦冻害
• 1.2.3 抗寒物质与冻害的关系
• 1.2.3.1 可溶性蛋白与小麦抗寒性
• 1.2.3.2 可溶性糖
• 1.2.3.3 游离脯氨酸
• 1.2.3.4 谷胱甘肽还原系统
• 1.2.5 保护酶与冷害的关系
• 1.2.3.5.1 超氧物歧化酶
• 1.2.3.5.2 过氧化氢酶
• 1.2.3.5.3 抗坏血酸过氧化酶
• 2 引言
• 3 材料与方法
• 3.1 试验地概况
• 3.2 测定项目与方法
• 3.2.1 幼穗发育进程的观察
• 3.2.2 可溶性糖的测定
• 3.2.3 游离脯氨酸的测定
• 3.2.4 可溶性蛋白的测定
• 3.2.5 抗坏血酸的测定
• 3.2.6 谷胱甘肽的测定
• 3.2.7 基因克隆、表达的方法和试剂
• 3.2.8 数据处理与分析
• 4 结果与分析
• 4.1 不同播期、不同小麦品种幼穗发育状态
• 4.2 低温胁迫下小麦品种间生理特性的差异
• 4.2.1 低温胁迫下不同品种小麦叶片中可溶性糖含量的变化
• 4.2.2 低温胁迫下不同品种小麦叶片中游离脯氨酸含量的变化
• 4.2.3 低温胁迫下不同品种小麦叶片中可溶性蛋白含量的变化
• 4.2.4 低温胁迫下不同品种小麦叶片中抗坏血酸含量的变化
• 4.2.5 低温胁迫下不同品种小麦叶片中谷胱甘肽含量的变化
• 4.3 低温胁迫反应相关基因的克隆及表达分析
• 4.3.1 总RNA质量分析
• 4.3.2 小麦对照基因及目的基因的扩增
• 4.3.3 对照基因及目的基因的克隆
• 4.3.4 对照基因及目的基因cDNA序列测定和同源性比较
• 4.3.5 低温胁迫下小麦植株叶片保护酶基因的表达
• 4.3.5.1 低温胁迫下小麦植株叶片GR基因的表达
• 4.3.5.2 低温胁迫下小麦植株叶片APX基因的表达
• 4.3.5.3 低温胁迫下小麦植株叶片SOD基因的表达
• 4.3.5.4 低温胁迫下小麦植株叶片保CAT基因的表达
• 5 结语与讨论
• 参考文献
• 英文摘要