冬小麦穗分化中生理指标变化及开花基因的差异表达分析

摘要

开花对于作物来说是一个极其关键的过程，它是作物由营养生长到生殖生长的过渡阶段。黑龙江省地处东北高纬度地区，属温带季风气候，全年无霜期短，黑龙江省全年平均气温低，1月平均气温为-31℃～-15℃，而冬小麦在9月种植，需要经历漫长的冬季至翌年气温稳定在0℃以上后开始返青。因此，在本地能否种植冬小麦的关键就是冬小麦越冬后返青率是否高于70％。长期引种试验证明，大部分外国或者外地的冬小麦品种不能在黑龙江省越冬，因此，在中国小麦区划中，将黑龙江省划为春小麦的主产区。2007年，由东北农业大学选育出的冬小麦新品种“东农冬麦1号”，经连续十几年在黑龙江省大面积种植，其越冬返青率均能达到80％以上，说明，通过冬小麦越冬性的遗传改良，可以培育出在高寒地区安全越冬的冬小麦品种。其在9月初种植，成熟期在次年7月1-10日;由宁夏农林科学院农作物研究所培育出的品种“宁冬11”尽管在黑龙江省越冬的返青率较低，但越冬成活的植株其成熟期在6月25日左右，其余东北农业大学选育的高代品系熟期均在7月5日-7月15日之间。由宁冬11发现引种来的品种熟期不是不可改变的，要对熟期改良的关键点进行探析，来提前熟期以为后茬作物提供更多的积温或者适当延长熟期，使灌浆期延长从而增加产量。有学者通过研究发现抽穗越早的品种，其成熟时间也越早，因此对引进品种宁冬11能达到6月末成熟而自有品种达不到的原因进行探析，应主要通过穗分化过程着手，穗分化过程受一系列因素的影响，如水分、养分、气候、遗传特性等，本试验主要针对穗分化过程中冬麦品种间的养分及相关基因的表达进行研究。
　　为此本研究分析寒地冬小麦的种质资源与宁冬11的熟期差异。本研究以熟期不同的冬麦品种宁冬11、东农冬麦1号、东农06-256、东农09-377、东农09-506共5份冬麦为试验材料，从返青后2015年4月7日开始取样，观测生长锥的生长情况来明确分化进程，测定不同阶段冬麦植株的可溶性糖、蔗糖、果糖及蛋白质含量，同时测定根系活力。针对宁冬11和东农冬麦1号两个熟期差异较大的品种来对穗分化的各时期即伸长期、单棱期、二棱期、护颍原基形成期、小花原基形成期、雌雄蕊原基形成期、药隔形成期、抽穗期进行开花相关基因荧光定量，进行明确品种间穗分化过程的关键时期，最后进行产量的测定，进而分析寒地冬小麦穗分化中营养物质含量及开花基因对其穗分化进程的影响及产量的变化，最终通过结合穗分化过程的生理生化指标和基因定量分析及产量的结果来为冬小麦的熟期改良提供理论依据。
　　本试验分析结果如下:
　　(1)寒地冬小麦各品种间穗分化进程差异从小花原基形成期开始逐渐变大。
　　(2)穗分化过程是可溶性总糖、果糖、蔗糖含量降低的过程。药隔形成期前后，果糖与蔗糖含量的比值是判定穗分化早晚的一个关键指标，比值越小，抽穗越早。
　　(3)在伸长期蛋白质含量越高的品种，其发育进程越快，抽穗越早。在单棱期到护颖原基形成期时，根系活力相对越高的品种，穗分化的发育进程越快。
　　(4)宁冬11在穗分化过程中其促进穗分化的基因为VT1，Hd1，FT3，FT(VRN3)、SOC1，其中基因Hd1与FT（VRN3）具有极显著的正相关;对穗分化有抑制作用的基因为VRT2基因。穗分化过程中寒地品种东农冬麦1号中基因VRT1和VRT2具有极显著的正相关关系，基因Hd1与FT(VRN3)、Hd1基因与SOC1基因也具有极显著的正相关关系。在两品种中都具有极显著正相关关系的基因是Hd1与FT（VRN3）。
　　(5)冬小麦的穗分化持续时间越长，其产量具有升高趋势。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 小麦穗分化的研究进展

1．1．1 小麦穗分化的时期

1．1．2 温光变化对小麦穗分化的影响

1．1．3 水分对小麦穗分化的影响

1．1．4 播期及生态区对小麦穗分化的影响

1．1．5 糖分对小麦穗分化的影响

1．1．6 氮素对小麦穗分化的影响

1．2 开花相关基因的研究进展

1．2．1 植物中的FT家族

1．2．2 植物中的开花相关基因

1．2．3 开花基因的作用模式

1．3 根系活力的研究进展

1．4 小麦穗分化与产量及熟期关系

1．5 研究目的与意义

2 材料与方法

2．1 试验材料与试验设计

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验设计

2．2 田间取样及处理方法

2．2．1 穗分化的调查及取样

2．2．2 糖分的测定

2．2．3 可溶性蛋白质含量的测定

2．2．4 根系活力的测定

2．2．5 产量的计算

2．3 穗分化过程开花相关基因表达量分析

2．3．1 取样

2．3．2 RNA的提取

2．3．3 RNA的反转录

2．3．4 荧光定量的引物

2．3．5 梯度PCR确定退火温度

2．3．6 实时荧光定量PCR反应

2．4 试验仪器及试剂

2．4．1 试验仪器

2．4．2 试验试剂

2．5 试验数据处理

3 结果与分析

3．1 冬麦品种穗分化进程的分析比较

3．2 冬麦品种间穗分化过程中糖含量的比较分析

3．2．1 可溶性总糖

3．2．2 蔗糖含量

3．2．3 果糖含量

3．2．4 果糖与蔗糖比值

3．3 可溶性蛋白质含量

3．4 品种间根系活力比较分析

3．5 小麦开花相关基因的荧光定量分析

3．5．1 不同品种VRT1基因的表达量

3．5．2 不同品种VRT2基因的表达量

3．5．3 不同品种Hd1基因的表达量

3．5．4 不同品种FT3基因的表达量

3．5．5 不同品种FT(VRN3)基因的表达量

3．5．6 不同品种SOC1基因的表达量

3．6 基因间表达量的相关分析

3．7 不同品种单位面积穗数及小麦产量多重比较

3．8 各因素产量通径分析

4 讨论

4．1 穗分化的时期

4．2 穗分化过程中可溶性糖含量的变化

4．3 穗分化过程中可溶性蛋白质含量的变化

4．4 穗分化过程中根系活力的变化

4．5 开花相关基因表达量的变化

4．6 品种产量分析

5 结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文