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小麦-长穗偃麦草二体代换系(DS3E~e DS4E~e)光合特性研究



全 文 :麦类作物学报 2013,33(4):736-738
Journal of Triticeae Crops  doi:10.7606/j.issn.1009-1041.2013.04.020
网络出版时间:2013-04-26
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20130426.0950.036.html
小麦-长穗偃麦草二体代换系(DS3Ee DS4Ee)光合特性研究
收稿日期:2012-12-27   修回日期:2012-02-24
基金项目:山西省高校科技开发项目(20111022)。
作者简介:魏爱丽(1969-),女,博士后,教授,主要从事光合生理和生态毒理研究。E-mail:wal69@sina.com
魏爱丽1,张晓军2
(1.太原师范学院生物系,山西太原030031;2.山西农业科学院作物科学研究所,山西太原030031)
摘 要:为了确定长穗偃麦草3Ee、4Ee染色体是否含有小麦育种所需要的高光效基因,以小麦中国春-
长穗偃麦草二体代换系(DS3Ee、DS4Ee)为材料,分析了这两种外源染色体导入后小麦光合特性的变化。结
果表明,与中国春相比,DS3Ee(3B)、DS4Ee(4A、4B、4D)开花期旗叶光合速率较低,而光合速率高值持续时间
较长,其较低的光合速率与其较低的光反应能力(Fv/Fm、ФPSⅡ、ETR)、气孔导度及胞间CO2 浓度有关;
DS3Ee(3D)具有较高的光合速率和光合速率高值持续时间,但较高的光合速率与气孔导度和光反应能力无
关。长穗偃麦草3Ee、4Ee可能含有改良小麦光合作用的高光效基因,DS3Ee(3D)在光合速率和光合时间方面
可以利用,DS4Ee在光合持续时间方面可以利用。
关键词:小麦;小麦-长穗偃麦草代换系;光合特性
中图分类号:S512.1;S311    文献标识码:A    文章编号:1009-1041(2013)04-0736-03
Photosynthetic Characteristics of Disomic Substitution
Lines(DS3Ee DS4Ee)of Triticum aestivum
cv.-Lophopyrum elongatum (Host)A.Lve
WEI Ai-li 1,ZHANG Xiao-jun2
(1.Department of Biology,Taiyuan Normal University,Taiyuan,Shanxi 030031,China;2Institute of Crop Genetic,
Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan,Shanxi 030031,China)
Abstract:Disomic substitution lines(DS3Ee,DS4Ee)of Triticum aestivumcv.Chinese Spring(CS)-
Lophopyrum elongatum (Host)A.Lve were used as materials to investigate the photosynthetic
characteristics of flag leaf using TPS-1photosynthesis system and FIM-2chlorophyl fluorescence sys-
tem.The results showed that photosynthetic rates(Pn)of DS4Ee were lower than CS due to its lower
Fv/Fm,ФPSⅡ,ETR and stomatal conductance(Gs),but active photosynthesis durations(APD)of
DS4Ee were longer than that CS.Pnand APD of DS3Ee(3D)were higher than that of CS,but higher
Pn was not related to Fv/Fm,ФPSⅡ,ETR and Gs.DS3Ee(3D)maybe used in wheat breeding for
improving Pnand APD,and DS4Ee maybe used in wheat breeding for improving APD.
Key words:Wheat;Disomic substitutions lines(DS3Ee DS4Ee)of Triticum aestivum cv.Chinese
Spring(CS)-Lophopyrum elongatum (Host)A Lve;Photosynthetic characteristics
  如何提高作物产量,保证粮食安全是当前农
业可持续发展所面临的重要问题。挖掘高光效外
源基因,选育高光效品种是提高小麦产量的重要
途径。长穗偃麦草是对普通小麦遗传改良最有利
用价值的偃麦草物种之一。利用其与小麦杂交,
已经培育出许多优良品种[1]。20世纪80年代
初,就相继育成了一整套完整的小麦-长穗偃麦草
二体附加系和代换系[2-4]。前人利用这套小麦-长
穗偃麦草二体附加系和代换系,在抗条锈病[5]、高
分子量麦谷蛋白基因[6]、耐低磷营养胁迫基因[7]、
氮磷钾利用效率 [8]、根系性状[9]等方面进行了染
色体定位研究,但是关于用代换系进行光合特性
研究的报道还很少。彭远英等[10]发现在南方天
气条件下,长穗偃麦草的2Ee、4Ee染色体可能携
有与改良光合作用有关的主效基因,但是关于光
合作用的其他特点,并没有涉及,也没有更深入的
研究。本研究以中国春-长穗偃麦草二体代换系
(DS3Ee、DS4Ee)和中国春为材料,研究长穗偃麦
草3Ee、4Ee 染色体对小麦光合特性的影响,以期
确定长穗偃麦草3Ee、4Ee染色体是否具有可利用
的高光效基因,为这些代换系在小麦高光效育种
方面的应用提供依据。
1 材料与方法
1.1 材 料
试验于2012年2-7月在山西省农科院作物
科学研究所试验田进行。供试材料为普通小麦
(Triticum aestivum)中国春 (Chinese Spring,
CS)及其长穗偃麦草(Lophopyrum elongatum
(Host)A.Lve)二体3Ee、4Ee 代换系,包括
DS3Ee(3A、3B、3D)、DS4Ee(4A、4B、4D)。由山
西农科院畅志坚研究员提供。材料于2012年2
月底种植,每份材料种3行,1行10粒,正常田间
管理,于旗叶全展期选生长一致的植株进行标记,
进行相关参数的测定。
1.2 测定项目及方法
1.2.1 光合速率(Pn)的测定
用TPS-1便携式光合作用测定系统的开放
式气路于开花期在晴天上午9∶00-11∶00测定
旗叶Pn,测定时光强控制在900±20μmol·s
-2
·s-1,进气口CO2 浓度控制在390μL·L
-1左
右。重复5次。
1.2.2 荧光参数的测定
采用由英国 Hansatech科学仪器公司生产的
FMS-2便携调制式荧光仪于开花期进行测定。
测定前先夹上叶片夹,在光照条件下测定光适应
后的最大荧光(Fm′)、稳态荧光(Fs)、表观电子
传递速率(ETR)、光系统(PSⅡ)实际光化学效率
(ФPSⅡ)等荧光参数,然后关上叶片夹,暗适应
20min后,照以饱和脉冲光测定初始荧光(Fo)
和最大荧光(Fm),并计算PSⅡ的最大光化学效
率(Fv/Fm)。
1.2.3 光合速率高值持续时间的测定
根据张荣铣[11]等的方法,以旗叶全展时测定
的光合速率为初始光合速率,每隔一周测定一次
光合速率,从叶片全展到光合速率降至初始光合
速率的一半时所需的天数定为光合速率高值持续
期。
1.3 统计方法
采用SPSS17.0进行数据统计分析
2 结果与分析
2.1 DS3Ee、DS4Ee与中国春光合特性的差异
从表1可以看出,中国春的光合速率为
26.65μmol·m
-2·s-1。DS3Ee(3A)和 DS3Ee
(3D)的光合速率高于中国春,但只有DS3Ee(3D)
的差异显著(P<0.01),而其余材料显著低于中
国春(P<0.01),说明长穗偃麦草的3Ee 染色体
对普通小麦光合速率具有一定的正效应,而4Ee
染色体具有负效应。
表1 DS3Ee、DS4Ee与普通小麦中国春开花期光合特性
Table 1 Photosynthetic characteristics of DS3Ee,DS4Ee and CS
材料
光合速率
/(μmol·m-2·s-1)
光合速率高值
持续时间/d
气孔导度
/(mmol·m-2·s-1)
胞间CO2浓度
/(μl·L-1)
蒸腾速率
/(mmoL·m-2·s-1)
中国春 26.65±1.70  28±0.3  388.33±7.8  261.17±71.83  5.24±0.44
DS3Ee(3A) 29.53±2.58  28±0.2  315.67±8.6** 217.33±41.65** 4.16±0.73*
DS3Ee(3B) 21.17±2.91* 30±0.4* 317.00±10.1** 229.67±27.14** 4.20±0.67*
DS3Ee(3D) 31.50±1.54** 32±0.3** 310.67±9.2** 215.67±38.21** 4.15±0.86*
DS4Ee(4A) 24.37±1.01  32±0.2** 254.00±3.8** 188.33±30.24** 3.97±0.25*
DS4Ee(4B) 20.33±2.35* 33±0.2** 321.00±15.6** 237.33±19.55** 4.50±0.63*
DS4Ee(4D) 19.10±1.72* 33±0.4** 246.33±13.5** 186.33±10.26** 3.95±0.83*
  *和** 分别代表代换系材料与普通小麦中国春间在0.05和0.01水平上差异显著。下同。
·737·第4期         魏爱丽等:小麦-长穗偃麦草二体代换系(DS3Ee DS4Ee)光合特性研究
  中国春的光合速率高值持续时间较低,为
28d,而所有代换系材料的光合速率高值持续时
间都高于中国春,尤其是DS3Ee(3D)和DS4Ee的
所有材料(表1)。表明长穗偃麦草3Ee、4Ee染色
体对普通小麦光合速率高值持续时间有正效应。
普通小麦中国春的气孔导度、胞间CO2 浓度
和蒸腾速率都显著(P<0.05)或极显著(P<
0.01)高于代换系材料,说明所导入的外源染色体
对普通小麦气孔水气交换具有负效应。
2.2 DS3Ee、DS4Ee与中国春荧光参数的差异
从表2可以看出,DS3Ee、DS4Ee 的PSⅡ的
最大光能转换效率(Fv/Fm)、实际光化学效率
(ФPSⅡ)和电子传递速率(ETR)都明显低于中国
春,说明长穗偃麦草3Ee、4Ee染色体对小麦PSⅡ
功能具有负效应。
表2 DS3Ee、DS4Ee与普通小麦
中国春的叶绿素荧光特性
Table 2 Chlorophyl fluorescence parameters
of DS3Ee,DS4Ee and CS
材料 Fv/Fm ФPSⅡ ETR
中国春 0.846±0.009  0.776±0.029  2.868±0.140
DS3Ee(3A) 0.842±0.008  0.738±0.025* 1.811±0.135**
DS3Ee(3B) 0.823±0.007* 0.713±0.027* 1.808±0.156**
DS3Ee(3D) 0.837±0.010* 0.717±0.030* 2.610±0.153
DS4Ee(4A) 0.829±0.011* 0.744±0.022* 2.341±0.165*
DS4Ee(4B) 0.773±0.007* 0.722±0.024* 2.296±0.182*
DS4Ee(4D) 0.831±0.012* 0.734±0.028* 2.013±0.154*
3 讨 论
光合作用是作物高产的基础。利用小麦近缘
种进行小麦光合作用的遗传改良,是提高小麦光
合性能,增加产量的重要举措,在以中国春为亲本
的小麦二体代换系中长穗偃麦草4Ee染色体对小
麦旗叶的光合速率有正效应,3Ee 对其有负效
应[10]。而本研究中,外缘染色体代换对光合作用
的影响远非这么简单,开花期4Ee 染色体对旗叶
的光合速率有负效应,且这主要与DS4Ee较低的
光反应能力和气孔导度有关,同时还发现3Ee 对
光合速率的影响与代换的染色体有关,DS3Ee
(3D)的光合速率高于小麦中国春,且与气孔导度
和光反应能力无关,推测可能与碳同化能力有关,
而DS3Ee(3B)光合速率较低,与其较低的气孔导
度和光反应特性有关。
光合时间是影响光合生产力的五因素之一。
光合时间延长1d,小麦产量可提高1.3%[11]。本
研究发现,所有代换系的光合作用持续时间均不
低于亲本,尤其是 DS3Ee(3D)、DS4Ee(4A、4B、
4D),这一点与彭远英等[10]认为的DS4Ee 代换系
旗叶从抽穗期到灌浆期始终保持较高净光合速率
相一致。证明DS3Ee(3D)、DS4Ee(4A、4B、4D)对
光合作用时间具有正效应。
综合分析表明,长穗偃麦草Ee染色导入,影
响了小麦光合性能。DS3Ee(3D)不仅光合速率
高,而且光合作用高值持续时间长,综合性能较
好,具有较高的利用价值,而DS4Ee 仅可以用于
光合高值持续时间改良。
参考文献:
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·837· 麦 类 作 物 学 报                  第33卷