不同小麦品种对干旱胁迫的生理生化响应

摘要

在众多非生物胁迫中，干旱是限制植物生长的最主要胁迫因子，几乎影响了植物生长发育的每个阶段。小麦(Triticum aestivum L.)是我国重要的粮食作物之一，在其生命周期中常会遭遇干旱胁迫而导致减产。本文以陇鉴19(简称LJ19，抗旱品种)和Q9086(敏感品种)为实验材料，比较研究了两种小麦对PEG-6000模拟干旱胁迫的响应。研究可为小麦抗旱性评价研究提供理论和实验依据。主要实验结果如下：
　　1.不同浓度PEG(0％、5%、10%、15%、20%)处理两个品种的小麦种子，结果表明高浓度的PEG明显延迟了种子萌发。在20% PEG条件下LJ19的发芽率和发芽势比Q9086高13.59%和10.79%，15%PEG处理下LJ19的发芽指数和活力指数比Q9086高23.36%和68.93%。LJ19种子中α-淀粉酶活性比Q9086高44.41%，因此LJ19萌发率比Q9086高的原因可能是其α-淀粉酶活性高。
　　2.不同浓度PEG直接处理种子7 d后小麦生长受到抑制，Q9086受胁迫影响比LJ19更严重。20% PEG处理下Q9086地上部分和根中MDA含量比LJ19高21.99%和13.10%。15%PEG处理时Q9086地上部分和根中H2O2含量比LJ19高16.04%和53.78%，说明Q9086受到的氧化胁迫比LJ19严重。此外，尽管叶片和根中抗氧化物酶POD活性变化有波动，但是LJ19中SOD、CAT和APX活性都比Q9086中高，说明在体内LJ19比Q9086清除活性氧的能力强。这些实验结果表明抗氧化物酶活性的不同可能是导致LJ19比Q9086更抗旱的重要原因。
　　3.正常生长4 d的小麦，用20%PEG处理4 d后LJ19植株平均比Q9086高17.21%，但Q9086的主根长却比LJ19长37.87%。干旱处理明显使得相对含水量降低，在20% PEG干旱胁迫下LJ19叶片和根中的含水量比Q9086高2.34%和4.00%。LJ19和Q9086叶片中H2O2含量在干旱处理后相比各自对照分别增加8.19%和53.45%，LJ19和Q9086根中H2O2含量在20%干旱处理后与各自对照相比分别增加了66.04%和62.14%。LJ19和Q9086叶片的电导率在20%干旱处理后相比各自对照增加了3.08%和88.64%，根中分别增加了26.41%和35.94%。脯氨酸和可溶性糖含量的变化趋势一致，20% PEG处理下，LJ19根中脯氨酸和可溶性糖含量分别比Q9086高52.12%和22.10%，说明LJ19具有更强的渗透调节能力。抗氧化物酶活性结果表明，不管是叶片还是根，20%PEG处理时LJ19中抗氧化物酶活性较Q9086高，说明干旱胁迫下LJ19体内清除活性氧能力比Q9086强。同时20% PEG干旱胁迫下 LJ19和 Q9086叶片中葡萄糖6-磷酸脱氢酶(G6PDH)活性相比各自对照分别上升45.62%和103.00%，根中则分别上升2.00%和9.98%，Q9086中G6PDH活性明显比LJ19中的高，可能是干旱胁迫下Q9086中可能比LJ19产生更多的活性氧。实时定量PCR数据表明20%PEG处理后LJ19叶片中Cu-Zn SOD、APX和CAT基因的表达量分别是Q9086的1.7倍、2.2倍和1.1倍，Q9086中G6PDH2基因表达量是LJ19的7.1倍。此外，叶绿素含量、PSⅡ最大光量子产量(Fv/Fm)和光化学猝灭系数(qP)的结果表明20%PEG干旱条件下光合参数并没有显著变化，但Q9086比LJ19受干旱胁迫的影响要大。呼吸速率的数据也表明，干旱处理后 LJ19叶片和根中总呼吸速率比 Q9086高25.57%和25.07%。
　　综上所述，干旱胁迫严重影响了两种小麦的萌发和幼苗生长，LJ19表现出了较强的抗旱性。α-淀粉酶活性在种子萌发阶段扮演着重要角色，脯氨酸含量、可溶性糖含量和抗氧化物酶相关基因的表达和活性在小麦幼苗阶段干旱胁迫时起着重要作用。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

Abbreviations

目录

第一章 前 言

1.1 干旱胁迫对植物生长的抑制

1.2 植物对干旱胁迫的适应机制

第二章 材料和方法

2.1 实验材料

2.2 种子萌发处理方法

2.3 萌发相关指标的测定

2.4 小麦种子中α-淀粉酶活性的测定

2.5 幼苗培养条件与处理方法

2.6 相对水分含量的测定

2.7 叶片叶绿素含量的测定和计算

2.8 电导率的测定

2.9 MDA含量测定

2.10 H2O2含量的测定及DAB组织化学染色

2.11 抗氧化酶的提取和活性测定

2.12 G6PDH活性的测定

2.13 可溶性糖和游离脯氨酸含量的测定

2.14 叶绿素荧光参数的测定

2.15 总呼吸速率的测定

2.16 Real-time PCR分析

2.17 数据分析与图像处理

第三章 结 果

3.1 LJ19和Q9086种子表型和萌发率比较

3.2 干旱胁迫对小麦种子发芽率、发芽势、活力指数和发芽指数的影响

3.3 干旱胁迫对小麦种子α-淀粉酶活性的影响

3.4 NO能促进干旱胁迫下小麦种子的萌发

3.5 不同程度持续干旱胁迫对小麦幼苗生长的影响

3.6 不同程度持续干旱胁迫对小麦幼苗中MDA和H2O2含量的影响

3.7 不同程度持续干旱胁迫对小麦幼苗中抗氧化物酶活性的影响

3.8 幼苗期严重干旱胁迫对小麦幼苗生长的抑制

3.9 幼苗期严重干旱胁迫对小麦幼苗相对含水量的影响

3.10 幼苗期严重干旱胁迫对小麦幼苗电导率与H2O2含量的影响

3.11 幼苗期严重干旱胁迫对小麦幼苗中可溶性糖和脯氨酸含量的影响

3.12 幼苗期严重干旱胁迫对小麦幼苗中抗氧化物酶活性的影响

3.13 幼苗期严重干旱胁迫对小麦幼苗中G6PDH活性的影响

3.14 幼苗期严重干旱胁迫对小麦抗氧化物酶基因及 G6PDH 基因表达的影响

3.15 幼苗期严重干旱胁迫对小麦叶绿素及其荧光参数的影响

3.16 幼苗期严重干旱胁迫对小麦幼苗总呼吸速率的影响

第四章 讨 论

参考文献

在学期间的研究成果

致谢