大豆种质种子耐淹性遗传变异和包衣剂处理缓解大豆受涝影响的研究

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大豆富含蛋白质、油脂、碳水化合物和异黄酮,作为世界上最有价值的的食用作物之一已被广泛种植。大豆对淹水胁迫较敏感,大田生产中受涝害易导致大量的产量损失。中国有东北、黄淮海、南方三大大豆产区,目前异常强降雨、暴雨、长时间降雨、灌溉后降雨、河流泛滥、过度灌溉、夏季土壤不透水等,导致这些地区出现大面积洪涝灾害。迄今对营养生长期和生殖生长期大豆耐涝性已经进行了较多研究,但对萌发期大豆的耐涝性研究相对较少。因此,需要继续发掘大豆种质资源耐淹性优异基因资源,同时研究种子包衣剂等可提高大豆耐淹性的生产技术。本研究以中国不同地区地方品种为材料进行种子耐淹性遗传变异研究,发掘特异种质;进一步研究了种子淹水胁迫下包衣处理对大豆种子萌发率和幼苗生长的影响,同时比较研究作为潜在种衣剂成分的褪黑素处理对淹水胁迫下大豆生长发育的影响。所获主要结果如下。1.利用纸卷法测定了种子72h淹水胁迫下的表型变异,在芽期测定了电导率(EC)、发芽率(GR)、幼苗全长(WSL)、茎长(SHL)、根长(RL)、幼苗鲜重(WSFW)和干重(WSDW)等7个性状,评价了 105份大豆地方品种在芽期的耐淹性。结果表明,EC、GR、WSL、SHL和RL性状在不同基因型之间存在显著差异,2018、2019 年 EC 平均值分别为 737±310 μS·cm-1/g-1 和 472±283 μS·cm-1/g-1,GR 分别为 0.75±0.15 和 0.85±0.15,WSL 平均值分别为 11±3 cm、19±4 cm,RL 分别为5±2 cm和9±2 cm,ShL为6±2 cm和11±2 cm。从供试材料中筛选出ZDD15357,ZDD20731,ZDD12845,ZDD00709,WDD01594,ZDD07610,Jilincailixiang,WDD02917,ZDD19339,ZDD09884等10份耐逆种质。所得结果可为大豆耐涝性遗传育种研究奠定材料基础。2.本研究采用聚乙二醇-6000(PEG)、过氧化氢(H2O2)、KH2PO4+ZnSO4.7H2O和褪黑素等不同反应底物,研究种子包衣剂对大豆种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,种子在淹水胁迫下,处理种子的发芽率和幼苗生长率均高于未处理种子。在PEG浓度为30%、H2O2浓度为0.1%时,NN86-4和NN493-1的芽长最高;而在PEG浓度为20%、H2O2浓度为0.2%时,NN86-4和NN493-1的根长最高。在种子淹水胁迫下,包衣剂处理与不处理相比,5个基因型全部表现出表型变化,保持了绿叶的充分展开和植株结构的完整。此外,种子淹水胁迫下,包衣剂处理提高了过氧化物酶、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性。结果表明,包衣剂技术通过改善种子在淹水条件下的萌发表现、幼苗生长和抗氧化防御系统从而提高了大豆种子的耐淹水能力。3.为了研究褪黑素预处理对缓解大豆幼苗受涝害胁迫的效果,用50μM和100μM褪黑素预处理大豆植株,并将其在涝害胁迫下10天。结果表明,涝害胁迫导致植株生长减慢,叶绿素含量和光合作用效率显著下降,丙二醛(MDA)含量和叶片电解质渗透率(EL)增加。100μM褪黑素预处理减轻了淹水对大豆植株生长的伤害、减少了对叶绿素含量和光合作用效率的伤害。100μM褪黑素预处理进一步提高了涝害胁迫下的过氧化物酶、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性,也降低了 MDA含量和EL。表明褪黑素预处理通过提高大豆的光合作用效率和改善抗氧化防御系统来增强大豆的耐涝性。本研究结果对褪黑素提高大豆耐涝性的生理生化机制提供了更全面的认识。
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