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青藏高原一年生野生大麦耐旱特异种质筛选及耐性机理的研究

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摘要

ABSTRACT

第一章 文献综述

1.1 干旱胁迫下植物叶片的渗透调节作用

1.2 干旱胁迫对植物光合作用的影响

1.3 干旱胁迫下植物体活性氧清除机制

1.4 干旱胁迫下植物内源激素的变化

1.5 野生大麦研究的意义

1.6 本研究的目的意义

第二章 青藏高原一年生野生大麦耐旱基因型筛选

2.1 材料和方法

2.1.1 试验设计

2.1.2 植株生长性状考察

2.1.3 数据统计

2.2 结果分析

2.2.1 初次筛选结果

2.2.2 二次筛选结果

2.3 讨论

第三章 干旱胁迫对青藏高原一年生野生大麦水分代谢与部分渗透调节物质的影响及基因型差异

3.1 材料和方法

3.1.1 幼苗培养、试验设计

3.1.2 分析测定方法

3.1.3 数据统计

3.2 结果分析

3.2.1 干旱胁迫对野生大麦叶片水势和渗透势的影响及基因型差异

3.2.2 干旱胁迫对野生大麦叶片自由水和束缚水的影响及基因型差异

3.2.3 干旱胁迫对野生大麦叶片水分饱和亏缺(WSD)的影响及基因型差异

3.2.4 干旱胁迫对野生大麦叶片可溶性糖含量的影响及基因型差异

3.2.5 干旱胁迫对野生大麦叶片脯氨酸含量的影响及基因型差异

3.2.6 干旱胁迫对野生大麦叶片可溶性蛋白质含量的影响及基因型差异

3.3 讨论

第四章 干旱胁迫对青藏高原一年生野生大麦光合特性和脱落酸含量的影响及基因型差异

4.1 材料与方法

4.1.1 幼苗培养、试验设计

4.1.2 分析测定方法

4.1.3 统计分析

4.2 结果与分析

4.2.1 干旱胁迫对野生大麦叶绿素荧光参数的影响及基因型差异

4.2.2 干旱胁迫对野生大麦叶绿素含量的影响及基因型差异

4.2.3 干旱胁迫对野生大麦光合参数的影响及基因型差异

4.2.4 干旱胁迫对野生大麦内源脱落酸含量的影响及基因型差异

4.2.5 干旱胁迫对野生大麦生物产量的影响及基因型差异

4.3 讨论

第五章 干旱胁迫对青藏高原一年生野生大麦活性氧清除系统的影响及基因型差异

5.1 材料和方法

5.1.1 幼苗培养、试验设计

5.1.2 分析测定方法

5.1.3 统计分析

5.2 结果与分析

5.2.1 干旱胁迫对青藏高原一年生野生大麦膜脂过氧化的影响及基因型差异

5.2.2 干旱胁迫对青藏高原一年生野生大麦体内SOD活性的影响及基因型差异

5.2.3 干旱胁迫对青藏高原一年生野生大麦体内POD活性的影响及基因型差异

5.2.4 干旱胁迫对青藏高原一年生野生大麦体内CAT活性的影响及基因型差异

5.2.5 干旱胁迫对青藏高原一年生野生大麦体内APX活性的影响及基因型差异

5.2.6 干旱胁迫对青藏高原一年生野生大麦体内POD、CAT和APX基因表达的影响及基因型差异

5.2.7 干旱胁迫对青藏高原一年生野生大麦体内MnSOD、Cu/ZnSOD基因表达的影响及基因型差异

5.3 讨论

参考文献

缩略词表

图目录

表目录

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摘要

水资源短缺、干旱是目前公认的全球性环境问题,全球干旱半干旱地区约占陆地面积的35%,遍及世界60多个国家和地区。中国是受干旱严重影响的农业大国,据水利部统计,“十五”期间,全国农田受旱面积年均达2567万hm~2,平均每年因旱减产350亿kg,造成经济损失超过2300亿元。干旱胁迫正严重制约着农作物产量潜力的发挥。同时,由于经济快速发展过程中对污染物处理不尽合理,导致我国70%的内陆河流遭到污染,成为水质性缺水严重的国家。因此,发掘和利用作物对干旱胁迫的耐性和适应性,对于充分利用土地与自然资源、稳定与发展农业生产具有非常重要的意义。在干旱条件下最大限度地增加粮食产量主要有两条途径:一是改善栽培条件、提高栽培技术、推行节水栽培;二是筛选和培育作物抗旱品种。实践证明,选育作物抗旱品种是提高干旱条件下作物产量的重要途径之一。青藏高原一年生野生大麦为我国独有的珍贵野生资源,蕴藏着多种抗逆特异基因。本研究在筛选耐旱性不同野生大麦基因型的基础上,探讨了不同耐旱性基因型大麦在干旱胁迫下生长、水分代谢、渗透调节、光合特性、植物激素、活性氧代谢等的影响及基因型差异,为大麦耐(抗)旱育种与生产提供理论依据和技术指导。主要研究结果如下:
  1.水培和盆栽试验分析测定SPAD值、株高、生物学产量等指标,分析评估了47份青藏高原一年生野生大麦对干旱胁迫的耐性,结果表明,水培‘根系空气干旱’处理(根系暴露在空气中6h/d,持续7d),显著降低大麦叶片SPAD值(叶绿素计读数)、株高和地上/地下部生物量。基因型间差异显著,各生长参数干旱胁迫较对照下降率的变异系数在23.2%-49.1%范围、多样性指数在1.46-1.62之间,显示了西藏野生大麦在耐旱性上丰富的遗传多样性。两次盆栽筛选试验中,干旱胁迫反应的基因型差异趋势与水培试验完全一致,其中基因型XZ5和XZ150的上述生长性状下降幅度最小,显示出较强耐旱性;而XZ54和XZ147下降幅度最大,且植株干旱胁迫危害症状最严重。通过试验分别筛选获得干旱胁迫耐性和敏感的基因型XZ5、XZ150和XZ54、XZ147。此外,盆栽试验叶片可溶性糖含量和水分利用效率存在显著的基因型差异,复水10d后,耐旱基因型XZ5高于对照,敏感基因型XZ54和XZ147却显著低于对照。
  2.以筛选所得干旱耐性基因型XZ5和XZ150及敏感基因型XZ54和XZ147为材料,以栽培品种浙农大3号为对照,盆栽试验,设两个处理:对照,在整个过程中正常浇水,保持土壤含水量30-40%;干旱胁迫,3叶期开始停止浇水30 d至土壤水分含量下降到4%,复水并保持正常水分供应10 d,此后反复干旱及复水直到收获。研究了干旱胁迫对野生大麦水分代谢与部分渗透调节物质的影响及基因型差异。结果表明,干旱胁迫降低大麦叶片水势、渗透势和自由水含量,提高水分饱合亏缺和束缚水含量。其中耐旱基因型其水势、渗透势降低幅度和水分饱合亏缺上升幅度显著小于敏感基因型及浙农大3号。可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白质干旱胁迫表现出渗透调节作用,抗性基因型可溶性糖含量在胁迫的不同时期差异极显著,脯氨酸与可溶性糖的累积进程不同;脯氨酸在干旱后期的大量积累可能是可溶性糖下降的补偿策略。干旱对叶片可溶性蛋白质含量的影响基因型间存在显著差异,XZ5随干旱胁迫程度的加重而增加,其余4个基因型在轻度水分胁迫下含量急剧上升,但在重度水分胁迫下却呈下降趋势。
  3.研究了干旱胁迫对青藏高原一年生野生大麦光合特性和内源激素ABA的影响及基因型差异。结果表明,在严重干旱胁迫下,抗性基因型XZ5和XZ150的Fv/Fm下降幅度显著低于敏感基因型和浙农大3号。复水后,敏感基因型XZ54和XZ147的蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Sc)显著上升;水分利用率(WUE)两个耐性基因型XZ5和XZ150分别比对照高38.1和25.1%,而XZ54和XZ147(干旱敏感基因型)分别下降28.6%和28.7%;干早胁迫诱导内源ABA增加,且在重度胁迫时抗性基因型ABA含量大幅度增加。反复干旱-复水显著降低收获期地上部生物产量,基因型间差异显著,其中XZ5相对较轻且有少量籽粒收获。
  4.研究了干旱胁迫对青臧高原一年生野生大麦活性氧清除系统的影响及基因型差异。结果表明,干旱胁迫增加植株体内MDA累积,其中敏感基因型尤为严重。叶片SOD活性,抗性基因型(XZ5和XZ150),在胁迫第10d,显著低于对照,直到第30d,活性才上升到对照水平:POD活性,XZ5在整个干旱期间呈下降趋势,而XZ150呈显著上升趋势:CAT活性,除XZ150外其余4个基因型随干旱胁迫时间延长呈增加趋势;APX活性,水分胁迫第30d,敏感基因型和抗性基因型都呈上升趋势。CAT基因的表达水平各基因型在干旱胁迫下都有不同程度的增强:Cu/ZnSOD表达水平XZ5和XZ147显著高于对照。

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