大麦耐低温种质资源筛选和耐性机理研究

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1、摘要低温是一种全球普遍发生、影响农作物生产的环境胁迫。作为世界上第四大谷类作物，大麦种植分布十分广泛。在冬大麦种植区，冬季极端低温一般并不导致苗期遭受严重冻害，而春季时常发生的低温寒潮常造成减产。防御这种灾害性天气，提高大麦生殖生长期低温耐性是最根本且有效的途径。本研究旨在探讨大麦耐低温种质资源筛选技术，并试图明确大麦营养生长期和生殖生长期低温耐性机制的差异，为大麦育种提供理论依据和种质筛选技术方法。主要研究结果如下：大麦等越冬作物耐低温的一个重要农艺特性是冷驯化。以苗期低温敏感性不同的两个大麦品种为材料，探讨了冷驯化和光强对大麦非致死冻害处理后

2、恢复过程中叶片H202积累和ROS清除系统的影响，并利用叶绿素荧光技术研究恢复过程中光合器官功能的变化。结果表明：在冻害损伤发生后的恢复过程中测定叶绿素荧光参数可以直接了解植物体的生活力指标，从而明确低温和光照强度这两个重要的环境因子对相关指标的影响。冷驯化可能并不直接增强大麦的抗冻性，但它可显著提高大麦冻害损伤后的恢复能力，并显著增强冷驯化植株对过剩光能和光抑制的应对能力。细胞膜是植物受低温损伤的初始位点，且根系的稳定性在植物体抵御低温胁追及其恢复生长过程中起着重要的作用。为检测大麦根系离子流对低温胁迫的反应，本研究在国内首次采用澳大利亚塔斯马

3、尼亚大学Newman等研制的MIFE(MicroelectrodeIonFluxEstimation)技术，比较了低温胁迫下3个大麦品种的一离子流和K+离子流动力学，并研究不同温度胁迫对根系K+离子吸收能力的影响。结果表明，利用MIFE技术进行离子流的测定，可以及时准确地监测到大麦根系离子流受低温胁迫而引起的细微变化，可为大麦低温胁迫生理研究和种质筛选提供一种潜在的方法。同时证明低温处理显著抑制大麦根系K+的吸收，且在本实验的非致死低温胁迫后经过短暂的恢复，大麦根系K+的吸收能力即可得到显著的恢复。光温变化显著影响植物光合器官的功能，从而抑制大麦

4、生长和产量形成。本研究采用抽穗期低温耐性有一定差异的2个大麦品种，利用人工气候室进行低温胁迫处理，分析低温胁迫后恢复过程中的光合作用相关参数，旨在明确大麦生殖IX生长期低温耐性的基因型差异及其生理机制。结果表明，在大麦抽穗期利用实验室(人工气候室)处理可以有效模拟自然低温条件，可作为大麦生殖生长期耐低温种质材料的鉴定方法之一。同时，本研究首次尝试利用离体穗培养的方法在大麦生殖生长期进行低温处理，通过研究低温对大麦离体穗的旗叶光合器官的影响，证明该方法可用于大麦生殖生长期耐低温种质的筛选，可克服因生育期差异而造成的大田筛选困难，也可减少整株植物体移

5、栽需要的大量人力物力。同时，本研究采用这一方法对一个大麦DH群体进行了生殖生长期低温耐性相关基因的QTL分析，在3H染色体上检测到一个与低温耐性有关的QTL位点。关键词：大麦：冻害；霜冻；冷驯化；离体穗培养：叶绿素荧光；离子流；MIFEXAbstractLowtemperatureiSamajorenvironmentalstressforcerealcropsworldwide．reducingyieldpotentialandgrainqualityofbarleyinsensitivereproductivestages．Barley(Ho

6、rdeumvulgareL．)isamajorworldcroprankedthefourthinplantingareasamongcerealcrops．Ingeneral，extremelowtemperatureinwinterdoesnotcauseconsiderabledamagetobarleyseedlingsinthewinter-barleygrowingareas．However,frostorlowtemperaturefrequentlyoccurringinspringaffectsbarleygrainproduc

7、tionsignificantly,becausetheplantsatreproductivestagearequitesensitivetolowtemperature．Developingoffrost—tolerantbarleyinreproductivestagesisoneofbasicandeffectiveapproachestofightagainstthelowtemperatureduringspring．Thisstudyisgoingtodevelopingpotentialmethodsofscreeningbarl

8、eygermplasmwithlowtemperaturetolerance．Meanwhileacomprehensivestudyw