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(biāo)之一。高活力的種子發(fā)芽迅速整齊、生長(zhǎng)健壯、產(chǎn)量高。田間肥水對(duì)高活力種子生產(chǎn)影響很大,目前研究較少而且分子機(jī)制仍不清楚。本研究以小麥為試驗(yàn)材料,從田間氮肥和水分兩個(gè)角度進(jìn)行研究,在生理學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)3個(gè)方面解析高活力種子形成機(jī)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(duì)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(yàn)材料,4個(gè)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(gè)氮水平處理對(duì)發(fā)芽勢(shì)、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(fēng)險(xiǎn)。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(jī)理種子吸脹8 h時(shí),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(dá)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(jìn)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(jìn)而導(dǎo)致萌發(fā)速度快。轉(zhuǎn)錄組分析揭示細(xì)胞壁代謝(最顯著富集的GO term:GO:0016998,細(xì)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(jìn)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(gè)與細(xì)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(gè)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(jī)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(shì)與活力指數(shù)變化趨勢(shì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)調(diào)運(yùn)(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(duì)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(dá)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(yàn)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�(yán)重干旱條件下生產(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�；ê髧�(yán)重干旱顯著降低多數(shù)小麥品種種子的發(fā)芽勢(shì)、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(shì)、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(shí)灌溉。5.高活力種子的共性特征多個(gè)小麥品種和玉米品種在多種處理?xiàng)l件下種子活力的共性分析表明,種子蛋白絕對(duì)含量與幼苗株干重呈極顯著正相關(guān)。當(dāng)發(fā)芽指數(shù)相差較小時(shí),活力指數(shù)由幼苗重量決定,因此可以用種子蛋白絕對(duì)含量評(píng)價(jià)種子活力。雖然在個(gè)別試驗(yàn)中百粒重和蛋白相對(duì)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(yàn),而且相關(guān)系數(shù)均小于蛋白絕對(duì)含量與幼苗株干重的相關(guān)系數(shù)。用貯藏了約6個(gè)月的30個(gè)小麥品種種子進(jìn)行驗(yàn)證,種子蛋白絕對(duì)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(shí)間貯藏的種子可以用種子蛋白絕對(duì)含量評(píng)價(jià)種子活力,加快了種子活力檢測(cè)速度。此外,種子蛋白絕對(duì)含量在高活力種子分選方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
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本文編號(hào)：2063525