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干旱是限制作物产量的主要因素,大豆是对干旱较为敏感的作物,严重年份干旱会使大豆产量损失达40%左右,筛选耐干旱品种适应不良气候条件是增加大豆产量的主要途径。本试验以我国不同省市育成的62个栽培大豆品种为材料,采用PEG模拟干旱的方法,结合地上部分萎蔫指数和地下部分根系形态指标,采用主成分分析法筛选出综合耐旱性好的品种;并以耐旱和敏感型的栽培大豆(Glycine max(L.)Merr.)及野生豆(Glycine soja Sieb.etZucc.)为材料,研究干旱胁迫下耐旱栽培大豆和野生大豆的生理生化反应及分子响应机制。试验主要得到以下研究结果:1、PEG模拟干旱最适浓度筛选:以栽培大豆天隆一号为材料,采用不同PEG浓度0%(对照)、10%、15%、20%、25%模拟干旱进行发芽试验,研究不同PEG浓度对大豆发芽的影响。结果表明,不同PEG浓度(0%(对照)、10%、15%、20%、25%)下大豆的发芽势分别为 96%、82%、76%、50%、2%,除 25%PEG处理后大豆种子的生活力较弱,其余浓度处理均有一半以上大豆种子可以正常发芽;当PEG浓度为10%、15%、20%时,大豆发芽率与对照相比无明显变化,PEG浓度高于20%则发芽率显著降低。因此,我们采用20%PEG 8000(渗透势为-0.54 MPa)作为模拟干旱处理。2、耐干旱大豆品种筛选:以全国各地62个栽培大豆为材料,在大豆第一张三出复叶展开时,以20%PEG 8000(渗透势-0.54 MPa)模拟干旱处理,采用砂培法筛选耐干旱大豆品种。结果表明:PEG处理后4天,各品种地上部分萎蔫指数呈明显多态性分布,以“铁丰31”最低为2.75,而“汾豆93”和“松子豆”等萎蔫指数则达到了 9;进一步研究表明萎蔫指数与株高、相对电导率呈正相关而与地上部干重、气孔导度、蒸腾速率呈显著负相关;不同品种地下部分的根系形态表现为根冠比、根长、侧根数、根表面积和根体积与萎蔫指数呈显著负相关而与根体积呈显著正相关;进一步采用主成分分析法对62个大豆品种的耐旱性进行综合评价,筛选出“铁丰31”为耐旱性较强品种,“汾豆93”为干旱敏感型品种,这与萎蔫指数结果相一致。3、耐旱品种、干旱敏感型品种及野生豆对PEG模拟干旱的生理生化反应:以筛选出的耐干旱品种“铁丰31”、干旱敏感品种“汾豆93”及野生豆为材料,在大豆第一张三出复叶展开时采用20%PEG 8000(渗透势-0.54 MPa)模拟干旱处理,测定大豆幼苗在干旱胁迫Oh、6 h、24 h、48 h、72 h下的气孔形态、气孔导度、蒸腾速率、根系活力、叶绿素含量、渗透调节物的含量、抗氧化酶活性、脯氨酸合成代谢相关酶活性,结果表明干旱胁迫引起气孔关闭、气孔导度和蒸腾速率降低;植株地上部干重降低、根长、侧根数、根表面积和根体积增加,耐旱品种“铁丰31”地上部分干重降低了 4.44%而干旱敏感品种“汾豆93”则降低了 65.94%;耐旱品种“铁丰31”的根系形态建成表现为根长、侧根数、根表面积和根体积分别增加了 52.47%、169.79%、30.94%、12.42%,而干旱敏感品种“汾豆93”的根长、侧根数、根表面积和根体积则分别减少54.68%、57.75%、53.09%、51.15%,耐旱品种和干旱敏感品种根系形态建成呈显著性差异;干旱胁迫后耐旱品种“铁丰31”和野生豆的SOD、POD酶活性较高,而“汾豆93”的CAT、APX活性较高,耐旱品种“铁丰31”和野生豆MDA含量基本不变,而“汾豆93”则表现为MDA含量增加;此外“汾豆93”的可溶性糖、可溶性蛋白含量增加明显,而“铁丰31”和野生豆可溶性糖、可溶性蛋白含量干旱前和干旱后基本不变;干旱胁迫还引起“汾豆93”脯氨酸含量大量积累,而“铁丰31”和野生豆基本不变;此外“汾豆93”表现为δ-OAT、ProDH和P5CS酶活性升高,而“铁丰31”在干旱前积累较多ProDH和P5CS,随着干旱时间延长,ProDH和P5CS活性降低,野生大豆的δ-OAT、ProDH和P5CS活性在干旱后呈现先增加后降低再增加的趋势。4、脯氨酸合成代谢相关酶基因表达分析:采用qRT-PCR方法分析了δ-OAT、p5CS、P5CR和ProDH基因在耐旱、干旱敏感型品种及野生豆中的相对表达,结果表明轻度干旱胁迫下,“汾豆93”、“铁丰31”和野生豆的δ-OAT基因的表达水平均显示上调,“汾豆93”、“铁丰31”的P5CS基因的表达水平下调而野生豆P5CS基因相对表达量没有较大变化,与脯氨酸相关酶活性有相同的趋势;三个品种的P5CR和ProDH基因均下调表达,并且ProDH基因调控的ProDH酶活性降低,从而减少脯氨酸的降解。