论文部分内容阅读
环渤海湾滨海盐碱土壤占较大耕地比例，提高该特定生态类型区小麦的生产能力，对于促进我国北方地区农业可持续发展具有重要意义。本研究以耐盐小麦青麦6号、其衍生品系和非盐碱区小麦推广品种为材料，系统研究了供试小麦在滨海盐碱土壤的光合特性、养分吸收、群体性状及产量。采用耐盐能力存在较大差异的小麦品种为试材，通过高通量RNAseq技术，鉴定了耐盐小麦品种青麦6号叶片和籽粒差异表达基因参与调控的生化途径。采用基因遗传转化技术，对盐分胁迫显著应答的ZFP型转录因子基因TaZFP1介导植株抵御盐分胁迫逆境的功能及生理机制进行了较系统研究。主要研究结果如下:
1.在盐碱土壤(山东东营)大田试验条件下，供试8个不同基因型小麦光合参数、植株氮磷钾吸收特性、群体性状和产量存在较大差异。与其他供试小麦相比，青麦6号的光合参数(旗叶叶绿素含量、光反应系统Ⅱ活性和光合速率)具有较大程度提高。与非盐碱田生产对照品种济麦22相比，青麦6号衍生品系的光合能力也明显增强。春季各生育时期的氮磷钾累积数量、群体性状(群体总茎数、LAI和群体干物重)在供试品种间的表现规律与光合参数表现一致。成熟期小麦产量和单位面积穗数也以耐盐品种青麦6号及其衍生品系显著高于对照小麦。供试条件下，青麦6号各产量构成因素较其他供试品种均有所提高，表明该耐盐小麦品种在滨海盐碱土壤较强的产量形成能力，与其各产量构成因素的相对协同优化特性有关。生育时期较强的养分吸收特性及光合能力是耐盐碱小麦品种干物质累积增多、产量构成因素及产量得到改善的重要生理基础。
2.以耐盐能力强的青麦6号和耐盐能力较弱的品种济麦22为材料，研究了盐分处理下渗透胁迫响应和抵御过程中发挥重要功能的基因(ABA受体家族基因和NF-YB家族基因)表达模式。结果表明，ABA家族成员TaPYL2和TaPYL6以及NF-YB转录因子家族成员TaNF-YB1、TaNF-YB4、TaNY-YB5和TaNF-YB8在供试小麦品种中均呈盐分诱导表达模式，且上述基因在青麦6号根、叶中的诱导程度均显著高于在济麦22中的表达水平。表明ABA依赖途径在增强青麦6抵御盐逆境中发挥着重要作用。RNAseq分析表明，与济麦22相比，盐处理下青麦6号叶片有3273个基因差异表达，在籽粒中有5367个基因差异表达。上述差异表达基因归属于细胞组分、分子过程和生物学功能相关的功能类别，参与众多逆境响应相关的生化代谢调节。
3.以在小麦转录谱分析鉴定的叶片和籽粒高表达锌指型转录因子基因TaZFP1为对象，采用基因遗传转化技术，对该基因介导植株抵御盐分胁迫逆境的生物学功能和生理机制进行了研究。结果表明，盐分胁迫处理下，根叶中的TaZFP1转录本均明显上调。超表达TaZFP1株系盐分胁迫下的植株长势、生物质产量、光合能力、渗透物质含量和细胞保护酶活性均较野生型对照植株(WT)显著增强。与WT相比，转化株系盐分胁迫下的气孔关闭速率加速，叶片失水率下降，且表现为盐分处理下的上述特征与外源ABA处理下的表达模式一直。表明TaZFP1通过外源ABA依赖通路，参与植株光合能力、渗透物质合成和细胞活性氧稳态的调节。RNAseq分析表明，众多逆境响应相关基因和光合机构构建及调节基因在转化株系中上调表达，参与小麦锌指型转录因子介导植株抵御盐分逆境的生物学过程。
综合以上研究得出如下结论:①在盐碱地大田栽培环境下，青麦6号具有明显改善的产量能力;②ABA家族基因TaPYL2、TaPYL6和转录因子NF-YB家族基因TaNF-YB1、TaNF-YB4、TaNF-YB5、TaNF-YB8对盐分逆境明显应答，在介导小麦抵御盐分胁迫逆境中发挥着重要作用;③锌指型基因TaZFP1在盐分逆境下上调表达，调控众多下游防御基因转录，具有显著增强小麦植株抵御盐分逆境的能力。
1.在盐碱土壤(山东东营)大田试验条件下，供试8个不同基因型小麦光合参数、植株氮磷钾吸收特性、群体性状和产量存在较大差异。与其他供试小麦相比，青麦6号的光合参数(旗叶叶绿素含量、光反应系统Ⅱ活性和光合速率)具有较大程度提高。与非盐碱田生产对照品种济麦22相比，青麦6号衍生品系的光合能力也明显增强。春季各生育时期的氮磷钾累积数量、群体性状(群体总茎数、LAI和群体干物重)在供试品种间的表现规律与光合参数表现一致。成熟期小麦产量和单位面积穗数也以耐盐品种青麦6号及其衍生品系显著高于对照小麦。供试条件下，青麦6号各产量构成因素较其他供试品种均有所提高，表明该耐盐小麦品种在滨海盐碱土壤较强的产量形成能力，与其各产量构成因素的相对协同优化特性有关。生育时期较强的养分吸收特性及光合能力是耐盐碱小麦品种干物质累积增多、产量构成因素及产量得到改善的重要生理基础。
2.以耐盐能力强的青麦6号和耐盐能力较弱的品种济麦22为材料，研究了盐分处理下渗透胁迫响应和抵御过程中发挥重要功能的基因(ABA受体家族基因和NF-YB家族基因)表达模式。结果表明，ABA家族成员TaPYL2和TaPYL6以及NF-YB转录因子家族成员TaNF-YB1、TaNF-YB4、TaNY-YB5和TaNF-YB8在供试小麦品种中均呈盐分诱导表达模式，且上述基因在青麦6号根、叶中的诱导程度均显著高于在济麦22中的表达水平。表明ABA依赖途径在增强青麦6抵御盐逆境中发挥着重要作用。RNAseq分析表明，与济麦22相比，盐处理下青麦6号叶片有3273个基因差异表达，在籽粒中有5367个基因差异表达。上述差异表达基因归属于细胞组分、分子过程和生物学功能相关的功能类别，参与众多逆境响应相关的生化代谢调节。
3.以在小麦转录谱分析鉴定的叶片和籽粒高表达锌指型转录因子基因TaZFP1为对象，采用基因遗传转化技术，对该基因介导植株抵御盐分胁迫逆境的生物学功能和生理机制进行了研究。结果表明，盐分胁迫处理下，根叶中的TaZFP1转录本均明显上调。超表达TaZFP1株系盐分胁迫下的植株长势、生物质产量、光合能力、渗透物质含量和细胞保护酶活性均较野生型对照植株(WT)显著增强。与WT相比，转化株系盐分胁迫下的气孔关闭速率加速，叶片失水率下降，且表现为盐分处理下的上述特征与外源ABA处理下的表达模式一直。表明TaZFP1通过外源ABA依赖通路，参与植株光合能力、渗透物质合成和细胞活性氧稳态的调节。RNAseq分析表明，众多逆境响应相关基因和光合机构构建及调节基因在转化株系中上调表达，参与小麦锌指型转录因子介导植株抵御盐分逆境的生物学过程。
综合以上研究得出如下结论:①在盐碱地大田栽培环境下，青麦6号具有明显改善的产量能力;②ABA家族基因TaPYL2、TaPYL6和转录因子NF-YB家族基因TaNF-YB1、TaNF-YB4、TaNF-YB5、TaNF-YB8对盐分逆境明显应答，在介导小麦抵御盐分胁迫逆境中发挥着重要作用;③锌指型基因TaZFP1在盐分逆境下上调表达，调控众多下游防御基因转录，具有显著增强小麦植株抵御盐分逆境的能力。