小麦B染色体组抵御低磷、干旱和盐分逆境能力的研究

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:cty810
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小麦对低磷、干旱和盐分胁迫逆境的应答和抵御,在较大程度上受到染色体的遗传调控。本项研究以中国春(CS)及其遗传背景的整套B染色体双端体为材料,系统研究了丰、缺磷、干旱和盐分胁迫条件下供试双端体的植株形态、养分吸收、光合和叶绿素荧光参数及细胞保护系统特征,研究了参与植株磷素吸收和转运的磷转运蛋白基因TaPHT2;1和TaPht1;4在B染色体组上的定位及其与植株吸收和利用磷素能力的关系,主要研究结果如下。1.与CS相比,丰磷下4BS、6BS、3BL及7BL和低磷下4BS、6BS、7BS、和7BL植株形态及单株干重无明显变化,其他B染色体组双端体植株形态变劣、单株干重降低。丰、低磷下,各双端体单株磷累积量与CS相比多呈减少趋势,表明缺失B染色体长、短臂对小麦的磷素吸收和累积发挥不同程度负调控效应。全磷含量表现为丰磷下4BS和4BL较CS显著增加、5BS较CS显著降低;低磷下5BS较CS显著提高,3BL和5BL较CS显著降低。与CS相比,各双端体植株的磷效率变幅较大,呈与单株磷累积量相反趋势变化。研究表明,特定B染色体组长、短臂在调控植株抵御低磷逆境中发挥重要作用,可用单株叶面积作为丰、低磷下植株磷效率的评价指标。2.丰磷条件下,5B短臂含有调控叶片光合色素含量的主效基因,1BS、2BS和3BS的超氧化物歧化酶(SOD)根、叶活性较CS显著降低,1BL根、叶过氧化物酶(POD)活性均显著低于CS,1BS叶片和2BS及4BL根、叶的超氧自由基产生速率较CS显著增高。低磷胁迫条件下,1B长、短臂、3B长臂和4B短臂含有调控低磷逆境下叶片净光合速率(Pn)的主效基因,3B长臂和1B短臂对原初光能转化效率(Fv/Fm)和光化学猝灭系数(qP)具有明显的正向遗传调控效应,1B、2B、3B长臂和7B短臂含有调控小麦SOD活性的主效基因。研究表明,3B长臂和1B短臂上可能含有调控低磷逆境下细胞膜质过氧化的主效基因,1B长臂、2B长臂和4B短臂上含有调控小麦超氧自由基产生速率的主效基因。表明上述小麦B染色体双端体对应的缺失长、短臂对小麦光合碳同化能力及细胞保护系统具有重要遗传调控效应。3.缺失1B长臂的双端体1BS不能检测到磷转运蛋白基因TaPHT2;1及其表达,表明该基因定位在1B长臂。丰磷条件下,与中国春相比,1BS单株干重降低,全磷含量和磷累积量下降,磷效率没有改变;低磷条件下,1BS单株干重和磷效率也较中国春显著下降,但全磷含量增加,单株磷累积量没有变化。表明TaPHT2;1对丰、缺磷下1BS植株干重均产生较大影响,且分别与其对磷吸收量和磷效率的调控有关。以不同磷利用效率小麦品种为材料,对丰、缺磷条件下TaPHT2;1表达水平及植株干重、全磷含量、磷累积量和磷利用效率的研究取得了上述类似结果。与磷低效品种相比,磷高效品种在上述供磷水平的TaPHT2;1表达水平增高,单株干重增加。4.小麦高亲和磷转运蛋白基因TaPht1;4定位在3B长臂,缺少3B长臂的双端体3BS检测不到该基因的存在及表达。丰磷条件下,与CS相比,3BS的单株干重、全磷含量、磷累积量和磷效率没有改变;低磷条件下,3BS的全磷含量和磷效率与CS表现一致,但单株干重和磷累积量较CS显著降低。表明TaPht1;4丧失对丰磷下3BS的植株生长、磷素吸收和利用没有影响,但参与了对低磷下植株磷素吸收能力的调控。对丰、缺磷下不同磷吸收效率小麦品种TaPht1;4的表达水平与植株干重、全磷含量、磷累积量和磷效率关系的研究取得了类似结果。与低磷下磷吸收低效品种相比,磷吸收高效品种在磷胁迫下表现更高的TaPht1;4表达水平,单株干物质积累和磷累积量增多。5.干旱处理条件下,1B长臂、4B和5B短臂对植株形态、单株干物重和单株叶面积具有正效应,1B和6B长臂对株高具有正效应,1B短臂对根冠比具有负效应,1B长臂和5B短臂含有植株氮累积量主效基因。此外,5B短臂还含有调控干旱胁迫下植株磷、钾累积量的主效基因。研究发现,1B长臂和4B短臂对干旱胁迫下植株的脯氨酸和可溶性糖含量具有明显正效应,5B短臂也对该逆境下植株可溶性糖含量具有显著正效应。研究表明,1B长臂和4B、5B短臂对干旱胁迫下单株叶面积、单株氮磷钾累积量和脯氨酸、可溶性糖含量的调控,与其对单株干物重的调控多具有相似表现特征,且上述植株性状和生理参数均与该逆境下单株干物重呈显著或极显著相关。6.干旱胁迫条件下,1BS的Pn、蒸腾速率(Tr)、叶绿素含量(Chl)和类胡萝卜素含量(Car)等光合参数较CS均显著下降。表明1B长臂对干旱胁迫条件下的光合及叶绿素荧光参数具有重要影响。2B长臂含有调控干旱胁迫下植株SOD活性的主效基因,1B短臂和5B短臂对干旱胁迫下植株POD活性具有正调控效应,3B长臂和4B短臂上含有调控干旱胁迫下植株可溶性蛋白含量主效基因,1B短臂和4B短臂对干旱胁迫下的植株丙二醛(MDA)含量具有负调控效应,1B短臂和2B长臂在干旱胁迫下对植株超氧自由基产生速率具有负调控效应,而2B短臂对超氧自由基产生速率具有正调控效应。7.盐分胁迫条件下,1B长、短臂、2B和3B短臂对单株干物重和叶面积具有显著正向调控效应,2B、4B短臂对植株全磷含量具有显著正效应,1B、7B长臂对植株K2O含量具有显著正效应,1B、5B长臂和1B~3B短臂携带调控脯氨酸含量和可溶性碳水化合物含量主效基因。1B、3B长臂和1B、2B短臂对植株Na+含量具有明显负向遗传调控效应。因此,特定小麦B染色体组长、短臂对单株干物重、叶面积、氮磷钾累积量、Pro及可溶性碳水化合物含量具有相似的遗传学调控效应,1B长、短臂和2B、3B短臂对植株抵御盐分逆境呈现的较强正向调控效应,与上述染色体臂对植株光合面积、养分吸收和渗透调节能力的正向调控及Na+吸收的负向调控密切相关。8.盐分胁迫条件下,2BS、1BL、2BL和5BL的光合参数及荧光参数较CS均显著下降。与CS相比,1BS、2BS、3BS和5BL的根、叶SOD活性显著降低,1BS、7BS、1BL、4BL和5BL的叶片POD活性较CS显著降低,1BL和5BL的根系POD活性较CS显著降低。此外,4BL的根、叶可溶性蛋白含量和1BL的可溶性蛋白含量与CS相比显著降低,1BS、2BS、1BL根、叶及4BL根系的超氧自由基产生速率较CS显著增加,1BS和1BL根、叶及5BS叶片和3BL根系的MDA含量较CS显著增加。表明上述双端体缺失的特定染色体长、短臂与盐分胁迫条件下小麦光合参数和细胞保护系统具有紧密联系。
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