青藏高原一年生野生大麥耐旱特異種質(zhì)篩選及耐性機(jī)理的研究.pdf

1、水資源短缺、干旱是目前公認(rèn)的全球性環(huán)境問題,全球干旱半干旱地區(qū)約占陸地面積的35％,遍及世界60多個(gè)國家和地區(qū)。中國是受干旱嚴(yán)重影響的農(nóng)業(yè)大國,據(jù)水利部統(tǒng)計(jì),“十五”期間,全國農(nóng)田受旱面積年均達(dá)2567萬hm~2,平均每年因旱減產(chǎn)350億kg,造成經(jīng)濟(jì)損失超過2300億元。干旱脅迫正嚴(yán)重制約著農(nóng)作物產(chǎn)量潛力的發(fā)揮。同時(shí),由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過程中對污染物處理不盡合理,導(dǎo)致我國70%的內(nèi)陸河流遭到污染,成為水質(zhì)性缺水嚴(yán)重的國家。因此,發(fā)掘和利

2、用作物對干旱脅迫的耐性和適應(yīng)性,對于充分利用土地與自然資源、穩(wěn)定與發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有非常重要的意義。在干旱條件下最大限度地增加糧食產(chǎn)量主要有兩條途徑:一是改善栽培條件、提高栽培技術(shù)、推行節(jié)水栽培;二是篩選和培育作物抗旱品種。實(shí)踐證明,選育作物抗旱品種是提高干旱條件下作物產(chǎn)量的重要途徑之一。青藏高原一年生野生大麥為我國獨(dú)有的珍貴野生資源,蘊(yùn)藏著多種抗逆特異基因。本研究在篩選耐旱性不同野生大麥基因型的基礎(chǔ)上,探討了不同耐旱性基因型大麥在干旱脅

3、迫下生長、水分代謝、滲透調(diào)節(jié)、光合特性、植物激素、活性氧代謝等的影響及基因型差異,為大麥耐(抗)旱育種與生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。主要研究結(jié)果如下:
　　1.水培和盆栽試驗(yàn)分析測定SPAD值、株高、生物學(xué)產(chǎn)量等指標(biāo),分析評估了47份青藏高原一年生野生大麥對干旱脅迫的耐性,結(jié)果表明,水培‘根系空氣干旱’處理(根系暴露在空氣中6h/d,持續(xù)7d),顯著降低大麥葉片SPAD值(葉綠素計(jì)讀數(shù))、株高和地上/地下部生物量?；蛐烷g差異顯著

4、,各生長參數(shù)干旱脅迫較對照下降率的變異系數(shù)在23.2%-49.1%范圍、多樣性指數(shù)在1.46-1.62之間,顯示了西藏野生大麥在耐旱性上豐富的遺傳多樣性。兩次盆栽篩選試驗(yàn)中,干旱脅迫反應(yīng)的基因型差異趨勢與水培試驗(yàn)完全一致,其中基因型XZ5和XZ150的上述生長性狀下降幅度最小,顯示出較強(qiáng)耐旱性;而XZ54和XZ147下降幅度最大,且植株干旱脅迫危害癥狀最嚴(yán)重。通過試驗(yàn)分別篩選獲得干旱脅迫耐性和敏感的基因型XZ5、XZ150和XZ54、X

5、Z147。此外,盆栽試驗(yàn)葉片可溶性糖含量和水分利用效率存在顯著的基因型差異,復(fù)水10d后,耐旱基因型XZ5高于對照,敏感基因型XZ54和XZ147卻顯著低于對照。
　　2.以篩選所得干旱耐性基因型XZ5和XZ150及敏感基因型XZ54和XZ147為材料,以栽培品種浙農(nóng)大3號為對照,盆栽試驗(yàn),設(shè)兩個(gè)處理:對照,在整個(gè)過程中正常澆水,保持土壤含水量30-40%;干旱脅迫,3葉期開始停止?jié)菜?0 d至土壤水分含量下降到4%,復(fù)水并保持正

6、常水分供應(yīng)10 d,此后反復(fù)干旱及復(fù)水直到收獲。研究了干旱脅迫對野生大麥水分代謝與部分滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響及基因型差異。結(jié)果表明,干旱脅迫降低大麥葉片水勢、滲透勢和自由水含量,提高水分飽合虧缺和束縛水含量。其中耐旱基因型其水勢、滲透勢降低幅度和水分飽合虧缺上升幅度顯著小于敏感基因型及浙農(nóng)大3號?？扇苄蕴?、脯氨酸和可溶性蛋白質(zhì)干旱脅迫表現(xiàn)出滲透調(diào)節(jié)作用,抗性基因型可溶性糖含量在脅迫的不同時(shí)期差異極顯著,脯氨酸與可溶性糖的累積進(jìn)程不同;脯氨酸

7、在干旱后期的大量積累可能是可溶性糖下降的補(bǔ)償策略。干旱對葉片可溶性蛋白質(zhì)含量的影響基因型間存在顯著差異,XZ5隨干旱脅迫程度的加重而增加,其余4個(gè)基因型在輕度水分脅迫下含量急劇上升，但在重度水分脅迫下卻呈下降趨勢。
　　3.研究了干旱脅迫對青藏高原一年生野生大麥光合特性和內(nèi)源激素ABA的影響及基因型差異。結(jié)果表明,在嚴(yán)重干旱脅迫下,抗性基因型XZ5和XZ150的Fv/Fm下降幅度顯著低于敏感基因型和浙農(nóng)大3號。復(fù)水后,敏感基因型X

8、Z54和XZ147的蒸騰速率(Tr)和氣孔導(dǎo)度(Sc)顯著上升;水分利用率(WUE)兩個(gè)耐性基因型XZ5和XZ150分別比對照高38.1和25.1%,而XZ54和XZ147(干旱敏感基因型)分別下降28.6%和28.7%;干早脅迫誘導(dǎo)內(nèi)源ABA增加,且在重度脅迫時(shí)抗性基因型ABA含量大幅度增加。反復(fù)干旱-復(fù)水顯著降低收獲期地上部生物產(chǎn)量,基因型間差異顯著,其中XZ5相對較輕且有少量籽粒收獲。
　　4.研究了干旱脅迫對青臧高原一年生

9、野生大麥活性氧清除系統(tǒng)的影響及基因型差異。結(jié)果表明,干旱脅迫增加植株體內(nèi)MDA累積,其中敏感基因型尤為嚴(yán)重。葉片SOD活性,抗性基因型(XZ5和XZ150),在脅迫第10d,顯著低于對照,直到第30d,活性才上升到對照水平:POD活性,XZ5在整個(gè)干旱期間呈下降趨勢,而XZ150呈顯著上升趨勢:CAT活性,除XZ150外其余4個(gè)基因型隨干旱脅迫時(shí)間延長呈增加趨勢;APX活性,水分脅迫第30d,敏感基因型和抗性基因型都呈上升趨勢。CAT基