课题基金 / 基金详情

干旱锻炼提高小麦对灌浆期干旱耐性形成的生理机制

批准号:
31401326
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
王笑
依托单位:
学科分类:
麦类作物与玉米栽培学
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
李向楠、张夏香、王秀琳、黄梅、司彤、伍琳、张黎妮

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
灌浆期干旱严重制约小麦籽粒增重,导致产量大幅波动。生育前期适宜的胁迫锻炼,可诱发产量形成关键时期小麦植株对逆境的抗/耐性,实现抗逆稳产,但其内在机制尚不明确。本项目拟在小麦生育前期进行干旱锻炼,通过灌浆期干旱胁迫下籽粒产量、植株形态及生理指标等的表现,筛选出对灌浆期干旱耐性诱导效果较好的锻炼处理;通过锻炼和未锻炼植株在灌浆期逆境下信号传导、叶片光合特性、植株糖氮代谢、细胞抗氧化系统等的表现,阐明干旱锻炼诱导耐旱性形成的生理生化机制。同时,在转录组和蛋白质水平上,研究锻炼与未锻炼植株在灌浆期干旱逆境下的差异表达基因和蛋白,结合生理生化过程研究结果,明确小麦耐旱性获得中的关键代谢途径(或位点),阐明干旱锻炼诱导耐旱性形成的内在机制。
英文摘要
Drought during the grain filling stage causes significant yield loss in wheat. Priming, by exposing plants to moderate stress in the early growth stage, can induce plant resistance to a later severe stress episode which happened during critical stage of the yield formation. However, the underlying mechanisms remain largely elusive. Towards this target, wheat plants will firstly be primed with a short-period moderate water deficit at different growth stages before anthesis, and then subjected to a severe drought stress during grain filling. According to the performances of grain yield, plant morphological and a variety of physiological traits, the optimum priming period will be determined. Then, we will compare the differences in signaling pathway, leaf photosynthesis, carbohydrate and nitrogen metabolism and the antioxidant system, to reveal the physiological mechanisms underlying the priming effects. Finally, both transcriptome and proteome approaches will be used to screen the differential expressed genes and proteins between the primed plants and non-primed plants under drought during grain filling. The molecular mechanisms of drought priming effects will then be elucidated.
小麦是世界上种植面积和总产最大的粮食作物,是我国第三大粮食作物,在保障粮食安全中占有举足轻重的地位。干旱是限制我国乃至世界小麦生产最主要的生态逆境因子之一,因此,提高小麦对灌浆期干旱的耐性,是实现小麦丰产稳产的重要主攻目标,对于稳定和提高我国小麦生产水平、保障国家粮食安全具有极其重要的意义。本项目采用人工控制水分模拟干旱处理,在生育前期进行适度干旱锻炼处理,在生育后期进行较为严重的干旱胁迫处理,研究了110个我国大面积种植的小麦品种对干旱锻炼的响应差异,将110个小麦品种分为两大类,明确了不同基因型小麦对干旱锻炼响应的差异及其综合评价指标。其次,采用盆栽和土柱试验,明确了可有效缓解小麦灌浆期干旱胁迫的最佳锻炼处理,即花前干旱锻炼尤其是花前两次锻炼显著缓解了花后干旱胁迫对旗叶光合的抑制作用,提高了籽粒产量,增强了小麦对花后干旱胁迫的耐性。最后,明确干旱锻炼诱发小麦对灌浆期干旱耐性形成的生理生化机制,经过干旱锻炼有利于小麦植株体内渗透调节物质的迅速积累,抗氧化系统相关酶活性地显著增加,维持细胞膨压的稳定性,维持叶片光合能力,增强耐旱性,降低了干旱对小麦产量的降低幅度。同时,与光合作用相关蛋白如Rubisco小亚基、Rubisco活化酶及抗氧化胁迫相关蛋白上调表达,可能是参与耐旱性获得的关键蛋白。经过干旱锻炼处理植株在干旱胁迫下,根系干重和体积在下层土壤分布增加,而在近地层土壤的分布降低,这种耐旱性根系的形成与根系生长素和脱落素的调控相关。此外,对干旱锻炼的信号调控机制研究表明脱落酸和茉莉酸在干旱锻炼诱导植株耐旱性获得中起重要作用,并且叶片中茉莉酸的调控作用依赖于脱落酸的积累。研究结果为小麦生产在适宜的生育期,通过施用外源调节物质,启动关键诱导过程,主动诱导小麦对灌浆期干旱逆境耐性的形成,实现抗逆稳产提供重要的理论基础和技术支持。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI: --
发表时间: 2017
期刊: Journal of Integrative Agriculture
影响因子: 4.8
作者: [Wang Xiao, Liu Fulai, Jiang Dong]
通讯作者: Jiang Dong
DOI: 10.1016/j.envexpbot.2016.08.002
发表时间: 2016-11
期刊: Environmental and Experimental Botany
影响因子: 5.7
作者: [Zhang Xiaxiang, Zhou Qin, Wang Xiao, Cai Jian, Dai Tingbo, Cao Weixing, Jiang Dong]
通讯作者: Jiang Dong
Nitric Oxide and Hydrogen Peroxide Mediate Wounding-Induced Freezing Tolerance through Modifications in Photosystem and Antioxidant System in Wheat.
一氧化氮和过氧化氢通过改变小麦的光系统和抗氧化系统介导受伤引起的冷冻耐受性
DOI: 10.3389/fpls.2017.01284
发表时间: 2017
期刊: Frontiers in plant science
影响因子: 5.6
作者: [Si T, Wang X, Wu L, Zhao C, Zhang L, Huang M, Cai J, Zhou Q, Dai T, Zhu JK, Jiang D]
通讯作者: Jiang D
DOI: 10.1007/s10725-015-0119-x
发表时间: 2016-06
期刊: Plant Growth Regulation
影响因子: 4.2
作者: [Xin Caiyun, Wang Xiao, Cai Jian, Zhou Qin, Liu Fulai, Dai Tingbo, Cao Weixing, Jiang Dong]
通讯作者: Jiang Dong
共 6 条
    渍水锻炼提高小麦孕穗期渍害耐性的次生根发生机制
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      54万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      王笑
    • 依托单位:
    H2O2和NO介导ABA调控干旱锻炼诱导的小麦气孔运动及其生理机制
    • 批准号:
      31771693
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      59.0万元
    • 批准年份:
      2017
    • 负责人:
      王笑
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金