小孢子发育期水分胁迫对小麦穗粒数影响的生理机制研究

我国极端干旱天气频繁发生，小麦产量受到严重威胁。为了深入揭示小麦抗旱节水机理，本研究以不同抗旱小麦品种为材料，以对穗粒数变化最敏感的小孢子发育期为主要研究阶段，在盆栽条件下采用聚乙二醇（PEG-6000）模拟水分胁迫和人工模拟自然渐进干旱相结合的方法，利用AD值定量表征小孢子发育进程，主要研究内容：①通过细胞和生理生化手段开展小孢子发育期水分胁迫（干旱）对花药发育、花粉育性、子房发育的影响，干旱下穗粒数降低的变化规律研究，确定影响不同抗旱性小麦穗粒数的水分胁迫阈值、干旱造成穗粒数降低的主导因素；②花粉育性与糖代谢及活性氧代谢的关系，ABA对花粉育性变化的影响；③探讨ABA和活性氧调节花粉育性的机理。为筛选和培育抗旱节水小麦提供理论依据。

我国极端干旱天气频繁发生，小麦产量受到严重威胁。揭示干旱环境下穗粒数下降的机理，可以为筛选和培育抗旱节水小麦提供理论依据。本项目以抗旱节水差异较大的两个小麦品种晋麦47和师栾02-1为研究材料，在盆栽条件下，利用AD值与小麦花粉发育建立联系，用AD值定量表征花粉发育进程。在小孢子发育阶段采用聚乙二醇（PEG-6000）模拟水分胁迫（胁迫浓度为CK， 15%， 30%）。研究两小麦品种在不同胁迫条件下，主茎穗粒数的变化规律，叶片光合特性、水势状况、光合产物的运输和分配、花粉发育以及花粉育性与光合及光合产物的关系、激素对花粉发育的调控关系等。. 研究结果表明，（1）在小孢子发育期进行水分胁迫，不同小麦品种随着水分胁迫程度的加重，主茎穗粒数下降程度也越来越严重。但是抗旱品种穗粒数下降幅度低于旱敏感品种。（2）水分胁迫条件下，花粉败育是小孢子发育期水分胁迫导致穗粒数降低的主导因素。（3）花粉败育的原因是：光合产物-碳水化合物减少，穗部细胞壁转移酶活性降低，蔗糖运输受阻，导致蔗糖不能及时运输到穗库中，花粉发育缺乏营养，导致花药发育畸形，花粉败育。（4）抗旱性较强的小麦品种晋麦47与旱敏感小麦品种师栾02-1相比，光合受影响较小，细胞壁转移酶基因表达下降，花药和子房中的淀粉粒能在复水过程中部分重新聚集。所以，穗粒数降低程度较小。而旱敏感品种在重度胁迫下由于营养缺失，花药停止发育。可育花粉数量急剧下降，穗粒数显著下降。(5) 穗部ABA 代谢酶基因表达量升高，暗示水分胁迫后ABA浓度升高。高浓度ABA可以促进茎鞘、叶片中贮藏的碳水化合物向籽粒中运输，在作物籽粒的发育充实中起正调控作用。该研究结果可以对分子设计育种、应对极端气候作物的选择等有重要意义。. 本研究按合同任务已经完成。本研究共发表相关研究论文11篇，其中被SCI收录5篇，申请专利7项，授权专利6项。还有3篇高水平论文正在撰写中。