冬小麦不同基因型的钼效率及其生理基础

【摘要】： 采用土壤培养，营养液培养及微区试验，深入研究了冬小麦不同品种的钼效率差异及营养特征和生理生化基础，初步探讨了钼对叶绿素生物合成的调控，获得了以下主要结果： 1 通过对34个冬小麦品种对钼营养反应的差异的筛选，在国内首次获得典型钼高效品种97003和钼低效品种97014。并利用这两个品种深入开展了冬小麦钼效率基因型差异营养特征及生理基础等的研究。 2 研究阐明了冬小麦不同品种钼高效的营养特征。不施钼时高效品种在分蘖期钼含量显著大于低效品种，这是其钼高效的关键；不施钼时，各时期钼累积量高效品种为低效品种的1.9倍以上，钼累积速率高效品种也显著大于低效品种，表明高效品种钼吸收能力大于低效品种；不施钼时高效品种幼苗期钼运转系数大于低效品种，抽穗期穗中钼分配比例大于低效品种，茎中则小于低效品种，成熟期种子中钼含量和分配比例大于低效品种，颖壳中钼分配比例小于低效品种，这些表明高效品种对钼往生长中心运输、分配和再利用能力强。不施钼时高效品种与低效品种在氮的吸收、运输、分配和再利用能力的差异类似于钼；高效品种硝态氮含量小于低效品种，全氮含量不施钼与施钼处理的差异小于低效品种；而游离氨基酸和可溶性蛋白质含量高效品种大于低效品种，表明高效品种对钼、氮的利用效率高。这是其在不施钼条件下能获得80％生物产量和95％以上的种子产量的营养基础。 3 研究明确了冬小麦不同品种钼高效的两个重要生理标记，即硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)。高效品种NR活性比低效品种高，尤其是不施钼时，抽穗期以前维持较高的NR活性，这对高效品种营养期对氮的吸收、利用及为生殖生长累积较多的氮十分重要。GS活性测定结果为：高效品种叶片GS大于低效品种；尤其是不施钼时，高效品种GS活性更显著大于低效品种；另外，高效品种叶片AS大于低效品种；不施钼时，叶片GS、AS、NH4~+上升，甘氨酸下降，丝氨酸累积，揭示植株光呼吸可能增强，因此高效品种可能具有高同化氨特性；采用梯度洗脱对GS同工酶进行分离提纯，测定2种同工酶的活性，高效品种GS_2(叶绿体GS)活性为低效品种的1.81倍，高效品种与低效品种GS_1(胞质GS)相差小，GS_2在硝酸还原产生的氨的初级同化和光呼吸释放的氨的次生同化中的作用，更进一步揭示叶绿体GS(GS_2)是高效品种钼效率高的重要生理标记。 4 研究证明冬小麦不同品种在逆境伤害和自由基清除能力方面存在钼效率差异。高效品种类胡萝卜素(Caro)含量、过氧化氢酶(CAT)活性大于低效品种；不施钼时，高效品种下降小于低效品种，表明高效品种自由基清除能力强。不施钼时高效品种过氧化物酶(POD)变化小，低效品种变化大，表明高效品种受自由基伤害轻，低效品种受伤害严重。 5 首次揭示冬小麦不同品种在叶绿体结构和叶绿素含量上的铝效率差异：不施钼时低效品种叶绿体异形多，叶绿体数目少，体积小，基粒少而发育不良，而高效品种则叶绿体变异较小；叶绿素含量高效品种大于低效品种，且不施钼引起叶绿素含量下降时高效品种下降小于低效品种。叶绿体和叶绿素含量的差异表明冬小麦不同品种在碳、氮代谢方面存在钼效率差异。 6 首次系统分析了钼对冬小麦不同品种叶绿素合成途径调控。不施钼与施钼处理间的蛋白酶活性变化小，表明冬小麦缺钼时叶绿素含量下降是叶绿素合成受阻造成。缺钼时，Glu异常积累，ALA积累较多，UroⅢ下降明显，ProtoⅨ、Mg-ProtoⅨ、Pchl下降一致，加入LA抑制ALA转化时则不施钼时ALA形成少于施钼，这些表明缺钼阻碍ALA形成和向UroⅢ的转化，最终导致叶绿素合成减少。