拔节期低温对小麦小花发育与籽粒生长的影响及氮素调节

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拔节期低温是影响小麦生长发育及产量品质的环境胁迫之一。本研究选用宁麦13、华成3366、扬麦13、生选6号、安农1589、烟农19、烟农5185、皖西麦0638等小麦品种为材料,研究了拔节期低温对小麦穗花发育、籽粒重与淀粉品质形成的影响,及低温胁迫下小麦追施氮肥的吸收利用规律,并基于转录组测序分析了春季低温对小麦籽粒基因表达的调控。主要结论如下:1、拔节期低温显著降低小麦籽粒产量,不同小麦品种低温处理较对照处理降低46.55%~66.09%。对产量构成因素中小麦穗粒数的影响较大,粒重次之,对穗数影响最小,不同品种小麦低温处理穗数、穗粒数与粒重分别较对照处理降低2%~31%、17%~55%4%~26%。2、拔节期低温显著增加顶部败育小穗数与基部败育小穗数,降低小麦总小花数,减少结实小花数,其中,对小麦基部的结实小花数影响较大,不同品种小麦低温处理基部结实小花数较对照处理降低19.48%~81.48%;对弱势结实小花数也有较大影响,不同品种小麦低温处理弱势结实小花数较对照处理降低28.21%~82.14%。可见拔节期低温降低不同穗位的基部结实小花数和不同小花位的弱势结实小花数。3、拔节期低温对不同品种小麦籽粒淀粉粒体积、表面积百分比有影响,籽粒B型淀粉粒体积百分比受低温胁迫后显著降低,尤其对2.8-10μm淀粉粒组体积百分比的降幅更大,不利于B型淀粉粒的产生与生长。低温对籽粒B型淀粉粒表面积百分比也有不同程度地降低,<2.8μm淀粉粒组与2.8-10μm淀粉粒组相比,表面积百分比的降幅更大,对B、A型淀粉粒数目百分比无显著影响。低温对小麦籽粒淀粉颗粒体积的影响较数目较大,抑制B型淀粉粒体积的增大。4、不同持续期低温对小麦穗粒数和强、弱势籽粒产量有显著影响。低温降低宁麦13的穗粒数和强势籽粒产量,低温处理6d与9d较处理3d的穗粒数降低7.44%~20.18%,低温处理6d较处理3d强势籽粒产量降低19.35%,弱势粒产量在不同低温胁迫后发生补偿效应,产量较处理3d的增加2.6%~44.2%;低温降低华成3366的穗粒数、强、弱势籽粒产量,低温处理6d与9d较处理3d穗粒数降低2.67%~17.05%,低温处理6d与9d较处理3d强势籽粒产量降低9.55%~15.81%,弱势粒产量降低13.64%~68.18%。施氮后,有一定恢复效应,宁麦13低温处理9d与6d较处理3d的穗粒数增加1.26%~10.04%,强势籽粒产量增加24.69%~25.77%,弱势粒产量增加22.60%~44.92%;华成3366强势籽粒产量低温处理较处理3d增加19.25%,处理9d较处理3d的降低9.63%,但对弱势籽粒产量恢复效应不大。5、不同持续期低温显著降低两品种小麦总小穗数和可育小穗数,降低不同品种小麦的总小花数,结实小花数减少,小花败育率上升。其中主要对基部小花数和基部结实小花数影响较大。不同持续期低温同时减少了小麦的弱势小花和弱势结实小花数,对穗粒数影响较大。6、在不同程度低温胁迫下,小麦开花期、成熟期单株氮素积累量降低,在低温LT1~LT3(0℃~-10℃)范围内,施氮90kg/ha小麦开花期、成熟期单株氮素积累量最高。宁麦13植株和籽粒来源于追施肥料氮的氮素积累量均随温度的降低而降低。说明低温降低了宁麦13的成熟期全株氮素积累量。开花期植株追施氮素积累量随公顷施氮量的增加而增加,说明追氮促进了植株在低温胁迫下氮素向营养器官的转运。7、低温胁迫下,NO~N90(0~90kg/ha)不同公顷施氮量范围内,小麦开花期、成熟期单株氮素积累量逐渐增多,但施氮135kg/ha时,小麦开花期、成熟期单株氮素积累量降低。说明低温条件下,适宜的公顷施氮量对宁麦13从开花期到成熟期的植株与籽粒对氮的吸收积累有积极影响。8、通过高通量测序技术获得一定数量在低温胁迫下小麦籽粒差异表达基因,结果表明低温促使宁麦13脂类的运输与代谢及其细胞骨架的构建,抑制了胞内其他物质的分泌合成与运输,折叠分类和降解通路及萜类和聚酮类的代谢通路对宁麦13花后14d籽粒影响较大,主要影响籽粒的生物活性;华成3366对低温有积极响应,低温胁迫下其自身恢复了一定的细胞重组与修复功能,降低泛素连接酶E3,抑制蛋白质降解途径,提高DnaJ类分子伴侣,与其他不稳定构象蛋白结合并使之稳定,植株细胞恢复生长,促进茎细胞芽分裂,对低温逆境具有一定抗性。
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