非对称性增温对春箭筈豌豆种子质量形成及其子代表型可塑性的影响

High quality forage seed are of fundamental importance for plant reproduction as well as high quality cultivated grassland establishment. Warming is one of the main characteristics with global climate change which play a key role in regulating seed yield and quality in high elevation area. Thus, study the influence of warming on forage seed quality information and its underlying eco-physiological and molecular mechanism is particularly important for seed industry to ensure high quality forage seed production, consequently stabilize husbandry development in the high elevation area under a global climate change scenario. In this study, Vicia sativa, an important forage species on the Qing-Tibetan Plateau was used to determine the effect of asymmetric warming on seed quality formation and its phenotypic plasticity of offspring. We aimed to determine the effect of asymmetric warming on: 1) maternal plant growth traits and its resource allocation pattern; 2) changes of seed physiological characteristics and transcripts during seed development, 3) seed quality components including seed size, germination, and vigor, and 4) offspring phenotypic plasticity including seedling emergence, growth and reproduction. Based on the above study, we aimed to clarify the underlying eco-physiological and molecular mechanism of seed quality formation and offspring phenotypic plasticity regulated by asymmetric warming, and provide scientific support for high quality seed production of Vicia sativa as well as the other forage species under a global climate change scenario on the Qing-Tibetan Plateau.

高质量的牧草种子是优质牧草繁殖更新的关键，也是建植高质栽培草地的物质基础。增温是全球气候变化的主要特征之一，也是影响高海拔地区牧草种子产量与质量的重要因素，研究增温对牧草种子质量形成的影响并揭示其生理生态与分子机制，对于牧草种子生产应对全球气候变化，确保高质量的种子生产，对稳定特定区域的畜牧业发展具有重要意义。本研究以青藏高原区优质豆科牧草春箭筈豌豆为材料，主要研究不同增温处理（对称与非对称）条件下：1）母本植物生长特性与资源分配格局；2）种子发育过程的生理生化特性与基因的差异表达；3）种子大小、萌发特性与种子活力等质量特性；4）成熟种子在不同增温条件下的出苗、生长与繁殖的表型可塑性。通过上述研究，阐明非对称性增温调控春箭筈豌豆种子质量形成及其子代表型可塑性的生理生态与分子机制，为青藏高原区春箭筈豌豆以至同类牧草在全球气候变化背景下的高质量种子生产提供科学依据。

全球气候背景下增温表现出明显的非对称性，如夜间增温幅度大于白天。研究非对称性增温如何影响牧草种子产量和质量，将有助于更为准确地预测未来气候变化对牧草种子生产的影响，从而为草牧业生产积极应对气候变化提供更为可靠的科学依据。基于此，项目以青藏高原优质豆科牧草箭筈豌豆为材料，结合室内测定和田间试验等手段，分析了不同生育期非对称性增温处理对箭筈豌豆生长特性、种子产量以及质量的影响。结果表明：1）萌发试验表明，相比对称性增温，非对称性增温对箭筈豌豆子代种子萌发率无显著影响，但显著提高了种子萌发速率。2）田间试验表明，与不增温（CK）相比，不同生长期和全生育期非对称性增温使得箭筈豌豆各物候期提前1~6 d，其中尤其以全生育期增温处理效应最明显，但是非对称性增温与CO2加富会延长箭筈豌豆的生育期。3）非对称性增温、非对称性增温与CO2加富均促进了箭筈豌豆生长，株高、总生物量、地上地下生物量等各项生长指标均比对照显著提高，也显著增加了箭筈豌豆的荚果生物量、单株生殖枝数、每生殖枝荚果数、每荚果种子数、千粒重、种子产量和收获指数等生殖生长特性。相关分析和通径分析表明，单株生殖枝数是影响种子产量的最主要因素。4）非对称性增温处理在一定程度上提高了种子质量，与CK相比，非对称性增温处理下收获的箭筈豌豆种子大小和种子寿命均增加，种子电导率均降低，而种子萌发特性因萌发温度和水势条件而异。本研究表明，以增温为主要特征的全球气候变化在一定程度上影响了箭筈豌豆种子产量和质量，因此，选择合适的种子生产环境可能是未来箭筈豌豆种子生产应对气候变化的重要途径。

内容获取失败，请点击重试