小麥低溫抗性誘導(dǎo)的技術(shù)途徑及其生理機(jī)制研究.pdf

1、低溫抑制了小麥的生長，并嚴(yán)重影響產(chǎn)量形成。本論文在盆栽和大田試驗條件下，研究了小麥對不同低溫情景的生理響應(yīng)以及通過多種鍛煉途徑誘導(dǎo)小麥抗凍性的生理機(jī)制。本研究共包括5個試驗:(1)苗期試驗，以小麥發(fā)芽種子和幼苗為材料，分別采用硝普鈉（SNP，作為一氧化氮供體）和赤霉素預(yù)浸種，而后在低溫下進(jìn)行發(fā)芽和幼苗生長試驗，研究外源物質(zhì)浸種對小麥種子發(fā)芽和幼苗生長階段的低溫抗性;(2)大田和水培試驗，通過在花后第19天和26天重復(fù)噴施脫落酸(ABA)

2、及其抑制劑氟啶酮，并于成熟期收獲種子，用于低溫下的發(fā)芽和幼苗生長試驗，考察成熟期噴施ABA對下代小麥種子發(fā)芽和幼苗生長階段低溫抗性的影響;(3)大田試驗，以8個不同年代的小麥品種為材料，采用大田溫度控制系統(tǒng)(FATC)模擬田間發(fā)生的暖冬、初春低溫和倒春寒事件，研究不同低溫情景對小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響;(4)盆栽試驗，在開頂式氣候控制室條件下，設(shè)置不同程度的干旱、漬水與低溫多重脅迫處理，研究多重脅迫對小麥生理、蛋白質(zhì)組和轉(zhuǎn)錄水平上的影響

3、;(5)盆栽試驗，在小麥第五葉全展時分別進(jìn)行不同程度的干旱鍛煉（中度干旱和重度干旱，分別保持土壤相對含水量為55％和33％），同時設(shè)置正常灌水對照（保持土壤相對含水量為85％），考察經(jīng)過不同干旱鍛煉的植株在倒春寒脅迫下的生理響應(yīng)。主要研究結(jié)果如下:
　　1.外源一氧化氮和赤霉素浸種提高了低溫下小麥的發(fā)芽和幼苗素質(zhì)
　　硝普鈉和赤霉素預(yù)浸種都提高了種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)以及胚根、胚芽鞘的生長，同時降低了平均發(fā)芽時間和剩余籽粒重

4、。外源一氧化氮和赤霉素還增加了種子的呼吸速率和淀粉酶活性，從而促進(jìn)了貯藏淀粉的降解。此外，一氧化氮預(yù)浸種激活了種子和幼苗葉片中的抗氧化系統(tǒng)，顯著降低了丙二醛(MDA)和過氧化氫(H2O2)含量。兩種外源物質(zhì)能促進(jìn)種子萌發(fā)并維持組織內(nèi)活性氧平衡，從而促進(jìn)了幼苗的生長。此外，研究還發(fā)現(xiàn)外源一氧化氮較赤霉素對于緩解小麥在發(fā)芽和幼苗階段的低溫脅迫效果更佳。
　　2.上代灌漿期噴施脫落酸提高了小麥生育酋期的低溫抗性
　　低溫下經(jīng)過外源

5、脫落酸(ABA)噴施的下代小麥種子表現(xiàn)出較低的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、胚根和胚芽鞘干重，淀粉酶活性和貯藏淀粉降解也受到抑制;然而，ABA噴施后的發(fā)芽種子和幼苗中均表現(xiàn)出較高的抗氧化酶活性，從而降低了低溫下的H2O2和MDA含量及O2-產(chǎn)生速率。此外，ABA噴施后的下代幼苗的最大光化學(xué)效率也明顯增強(qiáng)，從而提高了小麥生育前期的低溫抗性。
　　3.前期低溫鍛煉提高了小麥倒春寒抗性，冬季增溫則降低了其抗性
　　暖冬和倒春寒互作處理顯著降低

6、了小麥分蘗存活率、光合速率和葉片生長，降低了穗數(shù)和穗粒數(shù)，并導(dǎo)致最終減產(chǎn)。而相反，經(jīng)過前期低溫鍛煉的小麥植株具有較高的分蘗成活率、光合能力和蔗糖積累，并增強(qiáng)了抗倒春寒能力，有效緩解了倒春寒造成的減產(chǎn)。對歷史氣象和產(chǎn)量數(shù)據(jù)的Meta分析和田間模擬試驗都表明倒春寒造成的減產(chǎn)因暖冬而加劇但因前期低溫鍛煉而有緩解效果。
　　4.干旱和漬水對小麥倒春寒抗性產(chǎn)生了不利影響
　　干旱和漬水與低溫造成的多重脅迫導(dǎo)致的碳同化受抑主要是由于氣孔

7、關(guān)閉和光合電子傳遞受阻造成的。而前期中等的干旱或漬水脅迫能夠使小麥葉片葉綠體和線粒體中的抗氧化系統(tǒng)在低溫下快速激活。此外，小麥葉片的蛋白質(zhì)組結(jié)果也發(fā)現(xiàn)了抗氧化系統(tǒng)、碳代謝和光合作用相關(guān)的蛋白因多重脅迫而發(fā)生相應(yīng)的改變。因此，光合和碳代謝受損是小麥低溫和水分多重脅迫下發(fā)生減產(chǎn)的主要原因。
　　5.生育前期干旱鍛煉提高了小麥倒春寒抗性
　　經(jīng)過中度干旱鍛煉的小麥植株在面對低溫脅迫時能夠更好地保持植株水分狀態(tài)，并能較快地激活抗氧化

8、系統(tǒng)，從而降低活性氧對光合系統(tǒng)的氧化損傷，在低溫脅迫下維持較高的光合速率。而與之相反，重度干旱鍛煉的小麥植株在低溫下比未經(jīng)鍛煉的表現(xiàn)更差。而這些生理變化過程與小麥木質(zhì)部汁液和葉片中ABA的含量變化相關(guān)，表明ABA可能作為干旱鍛煉誘導(dǎo)小麥低溫抗性的重要信號。
　　綜上所述，冬季升溫和前期的水分脅迫加重了倒春寒對小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量的不利影響，而通過上季小麥灌漿期噴施脫落酸以及播前赤霉素和硝普鈉浸種均能提高小麥生育前期的低溫抗性，此外，