转codA基因小麦生长发育特性及其对干旱高温胁迫的响应

【摘要】：随着全球温度的升高,可利用水资源的减少,干旱和高温胁迫成为制约小麦产量的主要因素之一。在某些地区,高温干旱对作物生产力的不利影响也将随着气候的恶化而加剧。全面理解干旱和高温胁迫的影响有利于及时对气候变化做出积极的应对措施,减少气候变化对作物生产的影响。在自然条件下,干旱胁迫和高温胁迫严重影响了小麦的生长、开花和结实。甜菜碱(Glycinebetaine,GB)是一种季铵盐化合物,广泛存在于细菌、植物和哺乳动物中。在非生物胁迫条件下,甜菜碱可以增加植物细胞的保水能力,提高其对多种非生物胁迫的耐受性,维持其正常的生理生命进程。codA是合成甜菜碱的重要基因之一,其在小麦中的研究较少,本实验以转codA基因的小麦作为研究材料,研究甜菜碱对小麦生长发育以及干旱高温胁迫耐性的影响,实验研究结果如下:(1)在正常生长状态下,转codA基因能够促进小麦的生长发育,促使小麦提早抽穗,并且能够增加转基因小麦的株高以及穗长。(2)经过干旱以及干旱高温共胁迫处理后,虽然转基因小麦和野生型小麦的生长均遭受到严重的抑制,植株表现出发育迟缓及萎蔫的表型,但是转codA基因小麦植株生长受抑制的程度及萎蔫程度均低于野生型。(3)当受到持续的干旱胁迫时,转codA小麦植株比正常条件下的抽穗时间更早,说明甜菜碱可能在协调小麦的生长以及抗逆方面发挥重要的作用。(4)干旱胁迫处理后,转基因和野生型小麦叶片中叶绿素含量明显降低,且超氧阴离子自由基(O_2·~-)以及丙二醛(MDA)含量显著增加,但转codA基因小麦植株叶片中的叶绿素含量仍然高于野生型小麦,而超氧阴离子自由基以及丙二醛含量均低于野生型,说明甜菜碱减轻了干旱胁迫对小麦的伤害程度。(5)在模拟干旱处理时,虽然转codA基因小麦及野生型小麦主根中Ca~(2+)内流速度增加,但转codA基因小麦主根中Ca~(2+)内流速度明显快于野生型小麦,表明干旱胁迫下甜菜碱在Ca~(2+)转运过程中存在着重要的调控作用。(6)经过干旱和干旱高温共胁迫处理,小麦叶片光系统Ⅱ活性降低,与野生型小麦叶片相比,转codA基因小麦植株仍然维持着较高的光系统Ⅱ活性,表明甜菜碱能够减轻逆境胁迫对小麦光系统Ⅱ的损伤,从而提高转基因小麦对高温干旱胁迫的抗性。