大麦株高近等基因系幼苗对PEG胁迫的响应及抗旱性评价

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大麦是中国主要种植作物之一,但干旱严重影响了大麦的生长和产量。与其他作物相比,大麦茎秆过高、易倒伏亦是造成其减产的主要原因之一。因此,研究大麦生理生化的抗旱性机理、提高其水分利用效率对开发利用遗传稳定型大麦矮秆种质资源具有重要意义。本文以两对大麦株高近等基因系(3T、3D和15T、15D,T代表无半矮秆基因uzu的高秆基因系,D代表含半矮秆基因uzu的矮秆基因系)为试验材料,以不同浓度PEG6000(种子萌发:0%、2.5%、5%、7.5%和10%;幼苗培养:对照(0%)、轻度(5%)、中度(15%)和重度胁迫(25%))模拟干旱胁迫,研究不同胁迫浓度对大麦株高近等基因系种子萌发及幼苗生长的影响,探讨半矮秆基因与抗旱性的关系,并对两对大麦近等基因系的抗旱性进行评价,为实现大麦抗旱优质育种提供理论依据。主要研究结果如下:  1.种子萌发形态特征及生理特性  (1)种苗生长:随胁迫浓度的增加,大麦近等基因系种苗生长受到明显抑制,其种茁长度、种苗鲜重、胚根长度和胚根/胚芽均逐渐降低;3D胚芽长度随胁迫浓度增加逐渐降低,而3T、15T和15D胚芽长度则缓慢升高。干旱胁迫下,3D和3T近等基因系中半矮秆基因的存在有利于种苗鲜重和胚根/胚芽的增加;而15D和15T近等基因系中半矮秆基因的存在有利于种苗鲜重和胚芽长度的增加。  (2)种子活力:随胁迫浓度的增加,两对近等基因系种子活力指标表现出不同的变化趋势。干旱胁迫下,3D和3T近等基因系中半矮秆基因的存在不利于种子活力指标的增加;而15D和15T近等基因系中半矮秆基因的存在有利于活力指数的增加,不利于发芽势、发芽率和发芽指数的增加。  2.幼苗生长形态特征及叶片生理生化特性  (1)株高和根冠比:随胁迫浓度的增加,株高逐渐降低,而根冠比则呈相反的变化趋势。此外,近等基因系中半矮秆基因的存在不利于株高和根冠比的增加。  (2)叶片相对含水量(RWC)和渗透调节物质:随胁迫浓度的增加,两对近等基因系RWC变化趋势不同,而脯氨酸含量呈上升趋势,可溶性糖含量呈先升后降再升趋势,可溶性蛋白含量则表现出与可溶性糖含量相反的趋势。干旱胁迫下,两对近等基因系中半矮秆基因的存在有利于脯氨酸含量的增加;而3D和3T近等基因系中半矮秆基因的存在不利于RWC的增加。  (3)保护酶和丙二醛(MDA):大麦近等基因系在轻度胁迫下超氧化物歧化酶(SOD)活性升高,过氧化物酶(POD)活性降低;在中度和重度胁迫下均升高。MDA含量在轻度和中度胁迫下升高,在重度胁迫下降低。此外,干旱胁迫下,两对近等基因系中半矮秆基因的存在不利于SOD活性的增加;而3D和3T近等基因系中半矮秆基因的存在有利于POD活性的增加,但15D和15T近等基因系中半矮秆基因的存在不利于MDA含量的增加。  (4)叶绿素和光合特性:随胁迫浓度增加,两对近等基因系表现出不同的变化趋势。干旱胁迫下,3D和3T近等基因系中半矮秆基因的存在有利于蒸腾速率的增加,而15D和15T近等基因系中半矮秆基因的存在不利于叶绿素含量、蒸腾速率和水分利用效率的增加。  3.幼苗根系性状  (1)根系形态:随胁迫浓度的增加,3T和3D根系形态表现出不同的变化趋势,而15T和15D根系形态则呈先降后升再降趋势。轻度和中度胁迫下,3D和3T近等基因系中半矮秆基因的存在有利于总根长、根表面积和根体积的增加;而重度胁迫下,15D和15T近等基因系中半矮秆基因的存在不利于总根长、根表面积和根体积的增加。  (2)根系活力:随胁迫浓度的增加,3T和3D根系活力不断上升,而15T和15D根系活力则呈先升后降趋势。此外,干旱胁迫下,两对近等基因系中半矮秆基因的存在不利于根系活力的增加。  4.综合评价了大麦株高近等基因系的抗旱性,15D的抗旱性较强,15T和3T的抗旱性中等,3D的抗旱性一般。  综上所述,在两对大麦株高近等基因系中,半矮秆基因uzu对其种子萌发及幼苗生长的抗旱性作用表现不同,因而需要探究每一对近等基因系的抗旱性差异,从而筛选矮秆抗旱高产的大麦品种,同时大麦近等基因系全生育时期的抗旱性有待于进一步研究。
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