小麥B染色體組抵御低磷、干旱和鹽分逆境能力的研究.pdf

1、小麥對低磷、干旱和鹽分脅迫逆境的應(yīng)答和抵御，在較大程度上受到染色體的遺傳調(diào)控。本項研究以中國春(CS)及其遺傳背景的整套B染色體雙端體為材料，系統(tǒng)研究了豐、缺磷、干旱和鹽分脅迫條件下供試雙端體的植株形態(tài)、養(yǎng)分吸收、光合和葉綠素?zé)晒鈪?shù)及細胞保護系統(tǒng)特征，研究了參與植株磷素吸收和轉(zhuǎn)運的磷轉(zhuǎn)運蛋白基因TaPHT2;1和TaPht1;4在B染色體組上的定位及其與植株吸收和利用磷素能力的關(guān)系，主要研究結(jié)果如下。
　　1.與CS相比，豐磷下

2、4BS、6BS、3BL及7BL和低磷下4BS、6BS、7BS、和7BL植株形態(tài)及單株干重?zé)o明顯變化，其他B染色體組雙端體植株形態(tài)變劣、單株干重降低。豐、低磷下，各雙端體單株磷累積量與CS相比多呈減少趨勢，表明缺失B染色體長、短臂對小麥的磷素吸收和累積發(fā)揮不同程度負調(diào)控效應(yīng)。全磷含量表現(xiàn)為豐磷下4BS和4BL較CS顯著增加、5BS較CS顯著降低;低磷下5BS較CS顯著提高，3BL和5BL較CS顯著降低。與CS相比，各雙端體植株的磷效率變幅

3、較大，呈與單株磷累積量相反趨勢變化。研究表明，特定B染色體組長、短臂在調(diào)控植株抵御低磷逆境中發(fā)揮重要作用，可用單株葉面積作為豐、低磷下植株磷效率的評價指標。
　　2.豐磷條件下，5B短臂含有調(diào)控葉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、葉活性較CS顯著降低，1BL根、葉過氧化物酶(POD)活性均顯著低于CS，1BS葉片和2BS及4BL根、葉的超氧自由基產(chǎn)生速率較CS顯著增高。低磷脅迫條件下，1

4、B長、短臂、3B長臂和4B短臂含有調(diào)控低磷逆境下葉片凈光合速率(Pn)的主效基因，3B長臂和1B短臂對原初光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）和光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)具有明顯的正向遺傳調(diào)控效應(yīng)，1B、2B、3B長臂和7B短臂含有調(diào)控小麥SOD活性的主效基因。研究表明，3B長臂和1B短臂上可能含有調(diào)控低磷逆境下細胞膜質(zhì)過氧化的主效基因，1B長臂、2B長臂和4B短臂上含有調(diào)控小麥超氧自由基產(chǎn)生速率的主效基因。表明上述小麥B染色體雙端體對應(yīng)的缺失長、短

5、臂對小麥光合碳同化能力及細胞保護系統(tǒng)具有重要遺傳調(diào)控效應(yīng)。
　　3.缺失1B長臂的雙端體1BS不能檢測到磷轉(zhuǎn)運蛋白基因TaPHT2;1及其表達，表明該基因定位在1B長臂。豐磷條件下，與中國春相比，1BS單株干重降低，全磷含量和磷累積量下降，磷效率沒有改變;低磷條件下，1BS單株干重和磷效率也較中國春顯著下降，但全磷含量增加，單株磷累積量沒有變化。表明TaPHT2;1對豐、缺磷下1BS植株干重均產(chǎn)生較大影響，且分別與其對磷吸收量和磷

6、效率的調(diào)控有關(guān)。以不同磷利用效率小麥品種為材料，對豐、缺磷條件下TaPHT2;1表達水平及植株干重、全磷含量、磷累積量和磷利用效率的研究取得了上述類似結(jié)果。與磷低效品種相比，磷高效品種在上述供磷水平的TaPHT2;1表達水平增高，單株干重增加。
　　4.小麥高親和磷轉(zhuǎn)運蛋白基因TaPht1;4定位在3B長臂，缺少3B長臂的雙端體3BS檢測不到該基因的存在及表達。豐磷條件下，與CS相比，3BS的單株干重、全磷含量、磷累積量和磷效率沒

7、有改變;低磷條件下，3BS的全磷含量和磷效率與CS表現(xiàn)一致，但單株干重和磷累積量較CS顯著降低。表明TaPht1;4喪失對豐磷下3BS的植株生長、磷素吸收和利用沒有影響，但參與了對低磷下植株磷素吸收能力的調(diào)控。對豐、缺磷下不同磷吸收效率小麥品種TaPht1;4的表達水平與植株干重、全磷含量、磷累積量和磷效率關(guān)系的研究取得了類似結(jié)果。與低磷下磷吸收低效品種相比，磷吸收高效品種在磷脅迫下表現(xiàn)更高的TaPht1;4表達水平，單株干物質(zhì)積累和磷

8、累積量增多。
　　5.干旱處理條件下，1B長臂、4B和5B短臂對植株形態(tài)、單株干物重和單株葉面積具有正效應(yīng)，1B和6B長臂對株高具有正效應(yīng)，1B短臂對根冠比具有負效應(yīng)，1B長臂和5B短臂含有植株氮累積量主效基因。此外，5B短臂還含有調(diào)控干旱脅迫下植株磷、鉀累積量的主效基因。研究發(fā)現(xiàn)，1B長臂和4B短臂對干旱脅迫下植株的脯氨酸和可溶性糖含量具有明顯正效應(yīng)，5B短臂也對該逆境下植株可溶性糖含量具有顯著正效應(yīng)。研究表明，1B長臂和4B、

9、5B短臂對干旱脅迫下單株葉面積、單株氮磷鉀累積量和脯氨酸、可溶性糖含量的調(diào)控，與其對單株干物重的調(diào)控多具有相似表現(xiàn)特征，且上述植株性狀和生理參數(shù)均與該逆境下單株干物重呈顯著或極顯著相關(guān)。
　　6.干旱脅迫條件下，1BS的Pn、蒸騰速率(Tr)、葉綠素含量(Chl)和類胡蘿卜素含量(Car)等光合參數(shù)較CS均顯著下降。表明1B長臂對干旱脅迫條件下的光合及葉綠素?zé)晒鈪?shù)具有重要影響。2B長臂含有調(diào)控干旱脅迫下植株SOD活性的主效基因，

10、1B短臂和5B短臂對干旱脅迫下植株P(guān)OD活性具有正調(diào)控效應(yīng)，3B長臂和4B短臂上含有調(diào)控干旱脅迫下植株可溶性蛋白含量主效基因，1B短臂和4B短臂對干旱脅迫下的植株丙二醛(MDA)含量具有負調(diào)控效應(yīng)，1B短臂和2B長臂在干旱脅迫下對植株超氧自由基產(chǎn)生速率具有負調(diào)控效應(yīng)，而2B短臂對超氧自由基產(chǎn)生速率具有正調(diào)控效應(yīng)。
　　7.鹽分脅迫條件下，1B長、短臂、2B和3B短臂對單株干物重和葉面積具有顯著正向調(diào)控效應(yīng)，2B、4B短臂對植株全磷

11、含量具有顯著正效應(yīng)，1B、7B長臂對植株K2O含量具有顯著正效應(yīng)，1B、5B長臂和1B～3B短臂攜帶調(diào)控脯氨酸含量和可溶性碳水化合物含量主效基因。1B、3B長臂和1B、2B短臂對植株Na+含量具有明顯負向遺傳調(diào)控效應(yīng)。因此，特定小麥B染色體組長、短臂對單株干物重、葉面積、氮磷鉀累積量、Pro及可溶性碳水化合物含量具有相似的遺傳學(xué)調(diào)控效應(yīng)，1B長、短臂和2B、3B短臂對植株抵御鹽分逆境呈現(xiàn)的較強正向調(diào)控效應(yīng)，與上述染色體臂對植株光合面積、

12、養(yǎng)分吸收和滲透調(diào)節(jié)能力的正向調(diào)控及Na+吸收的負向調(diào)控密切相關(guān)。
　　8.鹽分脅迫條件下，2BS、1BL、2BL和5BL的光合參數(shù)及熒光參數(shù)較CS均顯著下降。與CS相比，1BS、2BS、3BS和5BL的根、葉SOD活性顯著降低，1BS、7BS、1BL、4BL和5BL的葉片POD活性較CS顯著降低，1BL和5BL的根系POD活性較CS顯著降低。此外，4BL的根、葉可溶性蛋白含量和1BL的可溶性蛋白含量與CS相比顯著降低，1BS、2B