冬小麦抗旱萌发的代谢组学分析及其初步验证

• 作 者: 龚璞
• 出 处: 河南农业大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 小麦 萌发期 根系 代谢组学 抗旱性

为建立基于作物生命特征的小麦抗旱萌发的化学调控技术,筛选具有抗旱作用的小分子代谢物,本试验以不同抗旱萌发性小麦品种晋麦47（耐旱性）和矮抗58为材料,通过代谢组分析方法鉴定出响应干旱的差异代谢物,并研究了部分差异代谢物对普通小麦抗旱萌发性的调控效应,主要研究结果如下:以不同抗旱萌发性小麦品种晋麦47（耐旱性）和矮抗58为试验材料,采用室内发芽袋试验方法,设置正常水分和干旱（15%PEG-6000）两个处理水平,根据发芽率、最长根长、芽长、根系总根长、根系总表面积、根干重、芽干重和根冠比等表型指标,鉴定抗旱萌发性强弱与小麦植株形态结构的联系。结果表明,干旱胁迫后,两品种萌发期的发芽率、最长根长、芽长、根系总根长、根系总表面积、根干重和芽干重均显著降低,且晋麦47的降幅均低于矮抗58;两品种的根冠比均增加,且矮抗58的增幅明显高于晋麦47,较大的根冠比可以保证植株保持发达的根系以应对水分胁迫,但是过大的根冠比则会导致根系过度消耗物质,不利用植株的整体生长。因此,抗旱萌发性较强的晋麦47在相对干旱条件下,能够通过维持根系良好的形态构型,以抵抗胁迫伤害。采用代谢组学方法,运用液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）,比较了抗旱萌发性较强的晋麦47和抗旱萌发性较弱的矮抗58在正常和干旱水分处理条件下,萌发期根系中代谢物质的差异。比较干旱条件下,两品种排除遗传背景差异后,共鉴定出40种晋麦47较矮抗58上调表达的差异代谢物,分别是L-精氨酸、α-生育酚、l-赖氨酸、甘氨酸、丙二酸、花生四烯酸、左旋谷酰胺、丝氨酸、脱落酸、色胺、棕榈酸、肉豆蔻酸及28种脂类。从差异代谢物中挑选出丙二酸、阿魏酸和肉桂酸,采用室内水培的方法,验证其对小麦萌发期抗旱性的调控效应并筛选出最适浓度,表现在发芽率、最长根长和芽长较干旱对照增加。试验表明,在本试验条件下,3种有机酸中,阿魏酸和肉桂酸对小麦萌发期的抗旱性无明显作用,以25 mg·L^-1的丙二酸浸泡3 h对小麦萌发期抗旱性有增强作用。进一步研究了外源丙二酸对模拟干旱条件下小麦渗透胁迫的响应。试验表明,25 mg·L^-1的丙二酸浸泡3 h处理使得干旱胁迫下,与对照组相比,萌发期的小麦幼苗根长、芽长、生物量和绝对含水量明显增加,且超氧化物歧化酶（SOD）活性增强,丙二醛（MDA）含量减少,可溶性蛋白含量增加。结果说明,25 mg·L^-1的丙二酸浸泡3 h对小麦抗旱萌发出苗有促进作用,具体机制需进一步研究。