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《山东农业大学》 2017年
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小麦种子发育过程中活力变化及成熟脱水保护机制研究

陈路路  
【摘要】:种子活力在种子发育过程中形成,是反映种子质量的关键指标。小麦种子在成熟过程中含水量下降,种子活力也随之发生相应的变化,同时环境温度对种子活力的形成进程也会产生影响。发育早期的小麦鲜种子不能萌发,而更为成熟的小麦鲜种子则具有发芽能力,不萌发的鲜种子经脱水干燥后也可能萌发,这都表明在种子活力形成过程中脱水起到至关重要的作用。但由于目前对小麦种子成熟脱水过程中生理生化基础的研究较少,且各生理生化机制之间的相互作用错综复杂,因此成熟脱水保护机制尚未十分清楚。本试验对不同发育时期小麦种子的活力变化及其对环境温度的响应进行了研究,并从生理及分子水平上对小麦种子成熟脱水保护机制进行探讨,这对加深小麦种子发育进程及成熟脱水保护机制的认识具有一定的意义和参考价值。本试验以小麦品种济麦22和山农23号为材料,在小麦盛花期当天选取同一天开花且生长状况一致的单茎挂牌标记,并于花后5天(d)开始每2~3 d取样一次,直至完熟期取样结束,取样对象为已标记单茎的中部小穗下位粒,从而对小麦种子发育过程中种子的物理形态变化、活力变化以及成熟脱水保护机制等进行研究,主要研究结果如下:1.不同发育时期小麦种子活力变化伴随着小麦种子发育,济麦22和山农23号鲜种子在花后26 d左右出现发芽能力,之后其发芽率整体呈上升趋势;干种子发芽势、发芽率以及发芽指数在花后5 d到花后8 d迅速升高,之后保持相对稳定,活力指数主要受到幼苗单株干重的影响而持续升高,2015年济麦22与山农23号活力指数分别于花后32 d与花后34 d达到最大值,2016年则分别于花后38 d与花后42 d达到最大值;不同发育时期小麦干种子的田间种植及其后代种子的活力测定表明,济麦22花后17 d之后的干种子田间出苗较好并可成穗结实,其后代种子的发芽率及活力指数在不同样品间无显著差异。2.不同发育时期小麦种子活力变化对环境温度的响应环境温度对不同发育时期小麦种子活力变化的影响显著,在小麦花后日平均温度均值、花后日最高气温均值以及花后日最低气温均值均高且花后日温差均值大的年份,种子发育时间短、百粒重及种子活力达到最大值的时间较早;反之,发育时间较长、百粒重及种子活力达到最大值的时间较晚。不同发育时期小麦种子的花后积温与种子活力指数及百粒重呈显著正相关,在完熟期花后积温高的年份种子活力及百粒重较高。3.小麦种子成熟脱水过程中相关生理指标的变化小麦种子发育进入脱水阶段后(花后32 d后),脱水胁迫使得丙二醛(MDA)含量有所升高,但与此同时,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性,可溶性蛋白和可溶性糖含量均升高,从而降低小麦鲜种子的脱水损伤,这些物质均在小麦种子成熟脱水过程中起到重要保护作用,但过氧化氢酶(CAT)活性与小麦种子成熟脱水过程没有明显关系。4.小麦种子成熟脱水过程中的蛋白质组学差异分析四个不同发育时期小麦种子的蛋白质组学研究共鉴定到128个差异蛋白(DAP)(变化倍数大于1.5倍,p值小于0.05),这些差异蛋白涉及的主要功能有胁迫/防御、贮藏蛋白和油体、光合作用、能量代谢、淀粉和蔗糖代谢、蛋白合成/折叠/降解、脂质代谢、信号转导、转录/翻译、细胞分裂以及其他功能。胁迫/防御相关差异蛋白与小麦种子成熟脱水保护机制密切相关,其中五个胚胎发育晚期丰富蛋白(LEA),五个丝氨酸蛋白酶抑制剂(Sperin)以及70 kDa热激蛋白和17.7 kDa I类热激蛋白在小麦种子成熟脱水过程中均持续上调并于花后38 d高度表达,这些蛋白在种子成熟脱水过程中起到重要保护作用。淀粉和蔗糖代谢也与小麦种子成熟脱水有关,具体表现在海藻糖-6-磷酸合成酶7在种子发育中后期持续上调,它可能在小麦种子成熟脱水过程中起重要作用。
【学位授予单位】:山东农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S512.1

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