本文選題：小麥 + 種子活力�。� 參考：《山東農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：種子活力是受多基因控制、易受環(huán)境因素影響的復(fù)雜數(shù)量性狀,它是衡量種子質(zhì)量的重要指標之一。高活力的種子發(fā)芽迅速整齊、生長健壯、產(chǎn)量高。田間肥水對高活力種子生產(chǎn)影響很大,目前研究較少而且分子機制仍不清楚。本研究以小麥為試驗材料,從田間氮肥和水分兩個角度進行研究,在生理學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)3個方面解析高活力種子形成機理,以期探索到高活力種子具有的共性特征,為高活力小麥種子生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ),對保障田間出苗整齊、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。主要研究結(jié)果如下:1.氮肥水平顯著影響高活力小麥種子生產(chǎn)本研究以小麥品種泰農(nóng)18為試驗材料,4個氮水平N0(0 kg/ha)、N168(168kg/ha)、N240(240 kg/ha,華北平原小麥生產(chǎn)常用氮水平)、N300(300 kg/ha)不僅顯著影響小麥產(chǎn)量,而且顯著影響種子萌發(fā)、幼苗形態(tài)建成和種子活力。N168和N240處理生產(chǎn)的種子活力最高,N300生產(chǎn)的種子活力次之,N0生產(chǎn)的種子活力最低。4個氮水平處理對發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)的影響較小。在施氮量168 kg/ha和240 kg/ha條件下,適宜高活力小麥種子生產(chǎn)。施氮量過低(0 kg/ha)條件下生產(chǎn)的種子產(chǎn)量和活力都很低。施氮量過高(300 kg/ha)條件下生產(chǎn)的種子活力也較低,并且灌漿后期有倒伏的風險。因此,在高活力小麥種子生產(chǎn)過程中應(yīng)施用適量氮肥。2.低氮條件下生產(chǎn)的小麥種子萌發(fā)速度快的機理種子吸脹8 h時,胚根突出為0%;吸脹12 24 h,N0種子表現(xiàn)出最高的胚根突出百分率,N240種子表現(xiàn)出最低的胚根突出百分率,N168和N300種子的胚根突出百分率略高于N240;吸脹36 h,各處理的胚根突出百分率至少達到95%,并且處理間無顯著差異。這些結(jié)果表明,N0種子比其他處理的種子萌發(fā)快。進一步研究發(fā)現(xiàn)N0處理導(dǎo)致小麥種子蛋白質(zhì)含量顯著低于N240種子,N0種子胚乳結(jié)構(gòu)疏松,萌發(fā)過程中吸水快,進而導(dǎo)致萌發(fā)速度快。轉(zhuǎn)錄組分析揭示細胞壁代謝(最顯著富集的GO term:GO:0016998,細胞壁大分子代謝過程,p=1.99E-7;GO:0004568,幾丁質(zhì)酶活性,p=1.99E-7)促進快速萌發(fā)的種子胚根突破種皮,從而加快種子萌發(fā)速度。在吸脹8 h的N240種子中有30個與細胞壁代謝相關(guān)的差異基因顯著下調(diào),差異倍數(shù)最大的前4個差異基因是幾丁質(zhì)酶,吸脹8 h的N240種子比N0種子下調(diào)約4倍。萌發(fā)8 h的N240種子比N0種子蛋白質(zhì)代謝(GO:0006412,翻譯,p=1.70E-5;GO:0030529,核糖核蛋白復(fù)合體,p=1.52E-4)水平高,可能與N240種子的蛋白質(zhì)含量更高有關(guān)。此外,谷胱甘肽代謝在快速萌發(fā)的種子中也表現(xiàn)上調(diào),可能與清除種子萌發(fā)過程中的活性氧有關(guān)。3.氮肥調(diào)控小麥種子幼苗形態(tài)建成和種子活力的機理不同的氮肥水平生產(chǎn)的小麥種子發(fā)芽指數(shù)無顯著差異,活力指數(shù)方面的差異主要由幼苗重量決定,幼苗形態(tài)建成影響幼苗重量。N168和N240種子的幼苗株鮮重最高,且二者間無顯著差異,N300種子的幼苗株鮮重次之,N0種子的幼苗株鮮重最低。株鮮重的變化趨勢與活力指數(shù)變化趨勢一致。轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組分析揭示高活力種子幼苗形態(tài)建成過程中涉及營養(yǎng)物質(zhì)調(diào)運(淀粉和蔗糖代謝、氮代謝和亞油酸代謝)、谷胱甘肽代謝通路上調(diào)。此外,蛋白質(zhì)組分析表明氮肥對小麥種子蛋白質(zhì)中α-醇溶蛋白影響最大,高活力種子的光合作用相關(guān)蛋白顯著上調(diào)。吸脹72 h的N240種子α-淀粉酶活性顯著高于N0種子,與α-淀粉酶差異基因表達水平一致。N240種子吸脹后3 8 d的幼苗株干重顯著高于N0種子,而且二者的差異逐漸增大。雖然N0種子萌發(fā)最快,但活力最低,本研究證明了萌發(fā)快的種子活力不一定高。綜合氮肥調(diào)控種子萌發(fā)和幼苗形態(tài)建成的轉(zhuǎn)錄組分析,蛋白質(zhì)代謝和氮代謝在調(diào)控種子活力方面發(fā)揮了重要作用。4.花后干旱顯著影響高活力小麥種子生產(chǎn)本研究以小麥品種山農(nóng)20、泰農(nóng)18和淄麥12為為試驗材料,設(shè)置花后正常灌溉和干旱(控制降雨且不灌溉)兩種處理�；ê髧乐馗珊禇l件下生產(chǎn)的小麥種子產(chǎn)量和活力都顯著降低,不同品種降低幅度略有不同。花后嚴重干旱顯著降低多數(shù)小麥品種種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù),少數(shù)小麥品種種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)與正常灌溉條件下生產(chǎn)的種子無顯著差異。因此,在高活力小麥種子生產(chǎn)的灌漿期應(yīng)根據(jù)土壤墑情及時灌溉。5.高活力種子的共性特征多個小麥品種和玉米品種在多種處理條件下種子活力的共性分析表明,種子蛋白絕對含量與幼苗株干重呈極顯著正相關(guān)。當發(fā)芽指數(shù)相差較小時,活力指數(shù)由幼苗重量決定,因此可以用種子蛋白絕對含量評價種子活力。雖然在個別試驗中百粒重和蛋白相對含量與幼苗株干重也顯著正相關(guān),但是不適用于全部試驗,而且相關(guān)系數(shù)均小于蛋白絕對含量與幼苗株干重的相關(guān)系數(shù)。用貯藏了約6個月的30個小麥品種種子進行驗證,種子蛋白絕對含量與幼苗株干重的相關(guān)系數(shù)R=0.897。因此,新收獲的種子或短時間貯藏的種子可以用種子蛋白絕對含量評價種子活力,加快了種子活力檢測速度。此外,種子蛋白絕對含量在高活力種子分選方面具有潛在的應(yīng)用價值。
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本文編號：2063524