高寒地区冬小麦抗寒育种研究进展

高寒地区冬小麦抗寒育种是打破冬小麦种植禁区的关键技术之一。该地区冬小麦育种的重点应放在提高越冬成活率与产量性状间平衡上。文章依据国内外冬小麦抗寒研究与育种的结果,对该地区冬小麦育种工作应着重做好的若干工作进行了系统分析。

不同抗寒性冬小麦品种间冷冻后电导率与成活率比较分析

为快速准确鉴定冬小麦植株在寒地越冬期间的抗寒性,以返青率不同的3份冬小麦品种为试验材料,冬小麦越冬期内从田间取样,进行人工冷冻处理,测定不同冷冻处理植株电导率及植株栽植后成活率。结果表明,冬小麦电导率与成活率呈显著负相关,相关系数为-0.66;封冻初期田间取样的植株再进行-12℃处理3 d测定植株电导率,可准确鉴定不同基因型间抗寒性水平。而在气温达最低时取回植株栽植,其成活率可直接区别基因型间抗寒性差异。

寒地冬小麦CBF转录因子的克隆与表达分析

研究以已经报道的抗寒相关基因CBF的序列设计引物,从冬小麦"东农冬麦1号"中进行PCR,克隆得到长482 bp的CBF2序列,并对该序列进行比对、功能预测和RT-qPCR分析。结果表明,克隆得到的序列与一粒小麦的COR/DREbindg fartor 2(AY951945.1)、黑麦的CBFIVa-2B(ABY59787.1)和大麦的CBF(2ABE02653.1)相似度分别为100%、99%和100%;该序列N端40～60区域氨基酸表现为较强的疏水性;RT-qPCR结果表明,在小麦叶片中的CBF2表达量4℃作用6 h达到最高,24 h后降到最低;0℃作用2 h,CBF2表达量最高。

黑龙江省春小麦产量突破的育种策略

针对春小麦品种产量水平提高慢,种植春小麦与其他作物比较效益低,黑龙江省小麦种植面积不断下降,引起种植业结构不合理问题,从5个方面阐述了春小麦产量突破的育种策略。从产量构成因素方面,在高收获穗数基础上,育种上应突出增加品种穗粒数的遗传改良;由于穗粒重的提高必将增大倒伏的风险,增强抗倒伏能力的育种更需加强;春小麦产量潜力的突破口在于提高春小麦品种干物质积累量方面;协调高产与稳产及产量与品质间矛盾等。

不同抗寒性小麦品种分蘖节低温抗氧化效应分析

冷冻逆境中清除活性氧(ROS)对小麦抗寒性具有重要作用。文章采用3个抗寒性不同小麦品种(东农冬麦1号、济麦22和中国春),通过人工冷冻和田间越冬试验,分析不同冷冻温度下分蘖节中抗氧化物及H_2O_2、MDA变化,结果表明,随着温度下降,分蘖节H_2O_2含量持续上升,抗寒性强小麦品种H_2O_2含量较低;在<-10℃之前MDA含量快速上升,表现应激反应,降低至较低水平,深度冷冻时含量上升,抗寒性强品种MDA含量低于不抗寒品种;分蘖节中POD酶活性和GSH含量在较高水平持续时间长,抗寒品种高于不抗寒品种;SOD和CAT酶活性均快速上升后持续降低,CAT酶活性品种间差异显著(P<0.05);在APX酶活性与ASA含量上,品种间差异在田间试验中保持至12月14日。H_2O_2含量持续上升与CAT和SOD酶活性下降有关。各抗氧化物质均可防止脂质过氧化,利于增强小麦抗寒性。小麦抗氧化物质遗传差异可作为培育强抗寒冬小麦品种选择依据。

冬小麦产量与群体整齐度遗传分析

文章以12个冬小麦品系为试验材料,收获后分析其产量性状、农艺性状和群体整齐度。探究有显著差异性状遗传力及群体整齐度对产量及产量构成影响。结果表明,穗长整齐度和穗粒数整齐度与小麦产量及千粒重显著相关。育种过程中,通过提高冬小麦穗长和穗粒数整齐度增加冬小麦产量是有效途径。

春小麦优良变异类型的选择参数—协调指数

用分形理论的思想 ,对小麦分离与不分离群体内各单株性状组合特征进行系统分析 ,在不改变性状表达程度与群体分布状态的前提下 ,根据各单株的每一性状占各自群体最大值的比例数 ,及各比例数大小序号 ,求二者间双对数的回归斜率 ,作为该单株性状组合的协调指数。结果表明 ,该指数小 ,表示本单株各性状在表达程度上接近 ,说明性状间关系比较协调 ,否则即不协调。

春小麦品种间杂交F_1代若干农艺性状优势效应遗传分析

采用不同遗传类型的春小麦品种，按Ｇｒｉｆｆｉｎｇ方法１配制成一套９×９完全双列杂交．分析了１０个农艺性状的正（负）超亲优势类型出现的频率与其各自性状遗传组成的关系。结果表明，春小麦各性状均存在着一定程度的杂种优势效应。其正（）超亲优势类型出现的频率主要受性状的非加性遗传效应影响，而性状的加性遗传效应与性状的杂种优势方向关系密切。文章探讨了提高春小麦杂种优势效应的技术措施。

春小麦品种蛋白质含量与种植密度关系的研究

春小麦品种蛋白质含量与种植密度关系的研究李卓夫，金正勋，孙艳丽，董志贵（东北农业大学农学系）随着小麦蛋白质遗传研究不断深入，以及蛋白质与其它性状的相关分析，大大促进了小麦高产优质育种的发展．生产单位也开始注重选用高蛋白优质品种．由于育种材料的种植密度...

应确立可持续发展在农业科研中的核心地位

应确立可持续发展在农业科研中的核心地位李卓夫兰丽芬东北农业大学长期以来，人类错误地把自己摆在全球发展中的不恰当地位，随心所欲地“掠夺”地球源资和破坏自然环境，以建立人类中心主义的文明。１９８１年，世界观察研究所布朗教授发表了《建立一个可持续发展的社会...

高寒地区冬小麦东农冬麦1号越冬前的生理生化特性

在北方寒地田间自然条件下,于越冬前不同时期(不同气温)分别对抗寒冬小麦品种东农冬麦1号(返青率大于85%)和非抗寒品种济麦22(返青率小于1%)的叶片、分蘖节和根取样,测定其与抗寒相关的一些生理生化指标。结果表明,东农冬麦1号的可溶性糖、可溶性蛋白质、脯氨酸、叶绿素含量,以及超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性均高于济麦22;组织含水量、相对电导率均低于济麦22,说明东农冬麦1号的抗寒适应性强于济麦22。分蘖节储备抗寒物质的能力最强,是小麦安全越冬中起重要作用的器官。

外源ABA对寒地冬小麦东农冬麦1号幼苗生长及抗冷性的影响

为给高寒地区冬小麦返青率的提高提供依据，以抗寒品种东农冬麦1号为试验材料，在添加ABA（浓度分别为0、10^-4、10^-5、10^-6、10^-7mol/L）的琼脂（3%）培养基上暗培养（温度2-4℃，培养盒倾斜45°角），第11天分别调查胚芽和根系生长状况，研究了外源ABA对冬小麦幼苗生长及抗冷性的影响。结果表明，外源ABA对小麦的抗冷性有很大影响，低浓度的ABA可以促进低温下小麦的生长，提高其抗冷性，而高浓度则抑制生长。ABA提高小麦抗冷性的最适浓度为10^-7mol/L。苗期低温下，ABA可以提高叶绿素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量，增加SOD活性，降低膜透性。根浸ABA对提高幼苗抗冷效果要强于叶喷ABA。

低温驯化及封冻后不同抗寒性小麦品种细胞超微结构的比较

为分析不同抗寒性小麦品种在低温胁迫下细胞超微结构的差异,以抗寒品种东农冬麦1号和对照济麦22为材料,分别在低温驯化期和封冻期用透射电镜观察两个品种分蘖节和叶片的细胞超微结构。结果表明,低温驯化期(11月2日)两个品种分蘖节的细胞超微结构均没有受损。抗寒品种东农冬麦1号分蘖节细胞内有少量质体,且分蘖节的液泡占整个细胞的比例较济麦22小;封冻后10 d,济麦22分蘖节发生严重的质壁分离,线粒体外膜不再清晰,而东农冬麦1号分蘖节内除有的线粒体内外脊不再清晰外,其他细胞器官没有明显变化。封冻后30 d东农冬麦1号发生轻微的质壁分离,细胞核完整,线粒体膜不清晰;济麦22分蘖节细胞内含物基本没有,细胞空泡化。调查期内,济麦22叶片的叶绿体紧贴细胞壁排列,细胞内有较大的中央大液泡,11月2日叶绿体内出现拟脂颗粒,封冻后30 d叶片细胞基本空泡化;东农冬麦1号有一部分叶片细胞的叶绿体在细胞中部聚集,调查期内未见叶绿体内出现拟脂颗粒,封冻后30 d线粒体出现破损,叶绿体排列不再规则,但细胞核仍然清晰。

低温驯化及封冻阶段不同冬小麦品种叶绿素荧光参数的比较

为了解小麦品种的抗寒机制,对抗寒品种东农冬麦1号和对照品种济麦22在低温驯化及封冻阶段植株的叶绿素荧光参数进行测定和分析。结果表明,低温驯化阶段对照品种济麦22新叶的最大荧光产量(Fm)、PSⅡ最大量子产量(Fv/Fm)、实际量子产量(yield)、光化学淬灭(qP)显著高于东农冬麦1号,低温驯化结束后济麦22的这些参数迅速降低,显著低于东农冬麦1号新叶相应的值;调查期内东农冬麦1号新叶的初始荧光(Fo)变化稳定,降幅为26.2%,济麦22新叶Fo的降幅为52.8%;两品种老叶的荧光参数值变化趋势接近一致,低温驯化结束后东农冬麦1号老叶的Fm、qN、qP值显著高于济麦22老叶相应的值。在生产上可以利用叶绿素荧光参数对品种抗寒性进行鉴定,鉴定时期为低温驯化期结束、封冻期开始时,鉴定的部位应为植株新叶。

低温驯化及封冻后不同抗寒性小麦品种的形态建成及生理基础分析

为比较抗寒性不同的冬麦品种对低温胁迫的适应性,在低温驯化及封冻阶段对东农冬麦1号(抗寒)、东农705(较抗寒)和济麦22(不抗寒)3个品种的植株形态和叶、叶鞘、分蘖节的若干生理指标进行了调查。结果表明,东农冬麦1号在封冻前形成的分蘖数、分蘖叶数显著高于其他两个品种;低温胁迫下3个品种各个部位的含水量均降低,东农冬麦1号地上部含水量降低较快,分蘖节含水量降低较慢且保持较高水平,而济麦22地上部含水量降低较慢,分蘖节含水量降低较快。电导率变化表明,东农冬麦1号、东农705品系和济麦22叶片分别在封冻后30、20和0d死亡。东农冬麦1号叶片、叶鞘的可溶性总糖含量最高,济麦22最低;封冻期东农冬麦1号分蘖节可溶性总糖含量最高,济麦22最低。封冻后20d东农705品系和济麦22叶片SOD失活,封冻后40d东农冬麦1号叶片SOD仍有活性,调查期内济麦22各个部位SOD活性显著低于其他两个品种;封冻期东农冬麦1号叶鞘和分蘖节POD活性保持较高水平,东农705品系分蘖节POD活性较高,而叶鞘POD活性迅速降低,济麦22叶鞘和分蘖节POD活性均处于较低水平。

低温胁迫对冬小麦恢复生长后植株细胞膜透性和丙二醛含量的影响

为研究不同冬麦品种植株低温胁迫恢复生长后细胞膜受伤害程度的差异,以4个抗寒性不同的冬小麦品种(系)为材料,设置封冻期3个温度(负积温分别为120、240和480℃)和恢复生长后4个温度(未经低温胁迫、-3、-6和-9℃)处理,比较低温胁迫恢复生长后品种间细胞膜透性和丙二醛含量动态变化。结果表明,随着低温胁迫的加剧,不同品种相对电导率和MDA含量均呈增加趋势。抗寒性强的冬麦品种恢复生长后的植株质膜稳定性大于抗寒性弱的品种。恢复生长的冬小麦对低温有一个适应过程,-3℃低温胁迫下,抗寒性有所增强;在-6℃低温胁迫下,细胞膜也有所恢复;进一步的低温,则导致膜脂过氧化的加剧。

外源海藻糖对冬小麦低温下胚芽长及幼苗抗寒性的影响

为了解外源海藻糖对小麦抗寒性的影响与作用机理,通过室内盆栽,模拟低温(冷冻)条件,研究外源海藻糖处理下抗寒品种东农冬麦1和弱抗寒品种济麦22的胚芽长、抗寒性相关指标及返青率。结果表明,在4℃条件下,抗寒品种东农冬麦1号在10mmol·L-1海藻糖处理下胚芽生长最快,弱抗寒品种济麦22在50mmol·L-1海藻糖处理下胚芽生长相对较快。在-5^-25℃冷冻处理后,东农冬麦1号和济麦22分别在10mmol·L-1和50mmol·L-1海藻糖处理下,分蘖节相对含水量、脯氨酸含量、可溶性糖含量及返青率相对较高,MDA含量较低。结果说明,外源施加一定浓度的海藻糖可以在一定程度上提高冬小麦对低温(冷冻)的抵抗能力。

小麦杂种后代籽粒蛋白质含量的配合力研究

选用6个蛋白质含量高低不同的亲本,采用Griffing双列杂交方法二,对亲本在F_1-F_3的蛋白质含量配合力作了研究。结果表明,蛋白质含量的GCA与SCA方差均极显著,表明在本试验中基因加性效应和非加性效应均起重要作用。但由于三个世代gcaMs/scaMs值均极显著,且随着世代的推进这一比值又逐渐增加,因此蛋白质含量在杂种后代的表现主要还是由基因加性效应决定,随着世代的推进,基因加性效应越显重要。在总的遗传变异中以加性变异为主,世代与一般配合力及世代与特殊配合力的互作均显著,与平均的一般配合力及特殊配合力比较,这种互作不可忽视。亲本蛋白质含量的高低是估计其一般配合力效应大小的重要指标,通过早期世代的一般配合力效应可以预知后期世代的一般配合力效应。

低温条件下不同抗寒性冬小麦内源激素的变化

为揭示寒冷地区冬小麦内源激素与抗寒能力的关系,以抗寒性强的冬小麦品种东农冬麦1号和抗寒性弱的品种济麦22为试验材料,在田间自然条件下,于越冬前不同降温时期分别对叶片、根系和分蘖节取样,采用酶联免疫吸附(ELISA)法测定和分析了内源激素ABA、IAA、ZR的含量变化。结果表明,两个品种的叶片和根系中的ABA、ZRI、AA的含量随气温的降低均表现为先升高后降低的趋势,但分蘖节中的ABA、ZR含量则持续增加。分蘖节中的IAA含量表现为东农冬麦1号随气温下降而逐渐增加,济麦22则先增后降。两个品种分蘖节中的IAA/ZR值均表现为前期急剧下降,后期趋于平稳。抗寒性强的东农冬麦1号各器官中的ABA、ZRI、AA含量均高于抗寒性弱的济麦22,对冬小麦安全越冬起重要作用的内源激素是ABA。东农冬麦1号分蘖节中的IAA/ZR低于济麦22,其分蘖能力比济麦22强,更利于安全越冬。

寒地冬小麦对低温逆境的生理适应

冬小麦东农冬麦1号可在黑龙江省高寒地区安全越冬(返青率大于85%),研究其对低温逆境的适应特性对于了解植物的抗寒机制具有重要意义。以东农冬麦1号为试材,测定了大田自然降温(最低温度5℃到-15℃)条件下冬小麦不同器官的抗寒生理指标及3种抗寒基因表达量的变化。结果表明:东农冬麦1号分蘖节中抗寒物质的储备能力强于叶片和根系,并且随温度的降低,分蘖节中可溶性糖、可溶性蛋白、ABA、ZR含量及SOD活性增加明显;抗寒基因wrab17、wcor80和wcor413-like表达量随温度降低而增加,其中wrab17和wcor80在根、叶和分蘖节中均有表达,而wcor413-like只在分蘖节中表达。东农冬麦1号不同器官抗寒基因表达分析结果与其生理指标测定结果一致,均表现为分蘖节对低温逆境的适应能力强于叶片和根系。