高温胁迫条件下不同小麦品种的生理响应及三氯化铈的调控效应

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随着全球气候变暖,我国北方麦区在小麦生育后期常出现极端高温天气,为探讨灌浆期高温胁迫对小麦生产的影响及外源喷施CeCl3对高温胁迫下小麦生长发育的调控效应,本研究选用郑麦366、西农979、洛旱2号等26个小麦品种,分析高温胁迫(搭棚增温)对不同小麦品种叶片相对含水量、可溶性蛋白含量、丙二醛(MDA)含量、光合速率、超氧化物歧化酶(SOD)等11个生理指标的影响并计算出各项指标的抗高温系数,通过主成分分析方法对供试小麦品种的抗高温性进行分类,并结合灌浆进程和籽粒产量对品种进行综合评价;另一方面,根据两年的前期实验结果,我们选择两个响应高温差异性较大的品种-抗高温型(H)品种郑麦366和高温敏感型(S)品种洛旱2号,设置自然条件(CK),高温胁迫(HT)和高温胁迫前预喷施三氯化铈(CeCl3)(HT+CE)三个处理,研究高温胁迫条件下外源喷施CeCl3对小麦生长发育的调控效应及其作用机制。主要试验结果如下:1.花后高温胁迫下,小麦植株生长有关的11个生理指标可综合成5个相互独立的主要指标,其对高温响应的累计贡献率达80.56%。根据综合评价值(D值)将参试的26个小麦品种划分为3类:郑麦366,兰考矮早8、豫农416和冀麦47属于高抗高温型(H)品种;洛麦23、德选1号、郑麦7698、周麦16、矮抗58、周麦19,周麦27、丰德存麦1号、新麦11号、济麦22属于中抗高温型(M)品种;西农979、矮丰3号、北京8号、洛旱2号、洛旱6号、周麦26、郑麦18、旱选10、周麦22、豫麦66、西农2208、新麦18号属于低抗高温型(L)品种,其中洛旱2号的千粒重热感指数和产量的热感指数均大于2,且千粒重的抗逆指数和抗逆系数均小于80%,属于高温敏感型(S)品种。2.与高温胁迫处理相比,预喷施Ce3+能降低小麦体内丙二醛(MDA)的含量,尤其在花后15d和20d丙二醛(MDA)含量降幅最为明显,分别降低了20.12%和34.71%,说明外源喷施Ce3+抑制了小麦细胞内由于高温胁迫引起的膜脂过氧化,减缓了高温胁迫对细胞膜造成的损伤;高温敏感型小麦品种洛旱2号在高温胁迫5d后抗氧化物酶SOD活性较正常条件下显著增高,外源喷施Ce3+后则减缓了高温胁迫引起的SOD活性增加。据此推测,在高温胁迫条件下,Ce3+能对细胞膜损伤的缓解可能与ROS积累量减少有关。高温胁迫下,小麦叶片组织样品被二氨基联苯胺(DAB)染成较深的颜色,而Ce3+处理后,DAB染色明显较浅,说明Ce3+缓解了高温胁迫下H2O2在小麦叶片组织中的积累。3.经外源Ce3+处理后,洛旱2号叶片的脯氨酸,可溶性糖和可溶性蛋白的含量较高温条件下有所升高,说明外源Ce3+可促进渗透物质的积累,稳定渗透调节的平衡,提高小麦的抗高温能力;长期的高温胁迫会使小麦叶片细胞死亡,台盼蓝染色的结果表明,预喷施Ce3+处理降低了小麦叶尖细胞的死亡率;此外,喷施Ce3+后,叶绿素的含量有回升的趋势,与高温胁迫条件相比,其叶绿素含量上升4%-37%,而且显著提高了旗叶的净光合速率,延缓小麦叶片的衰老;喷施Ce3+后,洛旱2号的灌浆速率与高温胁迫条件下的灌浆速率大致相当,但延长了灌浆时间。上述结果表明,喷施Ce3+缓解了高温胁迫下小麦籽粒灌浆时间缩短,老化加速等问题,有助于保障高温下小麦籽粒产量的稳定性。
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