Wx基因對灌漿期小麥旗葉呼吸特性的影響

劉猛道+孔治有+張玉榮+等

摘要：呼吸作用對植物生長發育有重要影響，可降低植物干物質的積累。以8個Wx小麥近等基因系為材料，研究Wx基因對小麥呼吸特性的影響，結果表明，Wx-A1、Wx-B1基因缺失會增大小麥葉片的呼吸作用，作用效果Wx-A1>Wx-B1，Wx-D1基因作用相反；氣孔導度在呼吸作用中無限制或促進作用，Wx基因缺失引起呼吸作用增大，致使CO2充斥導致胞間CO2濃度增大。

關鍵詞：小麥；呼吸特性；Wx近等基因系；旗葉；灌漿期

中圖分類號： S512.101文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）06-0027-03

收稿日期：2014-01-29

基金項目：國家自然科學基金（編號：31000712）。

作者簡介：劉猛道（1969—），男，云南騰沖人，研究員，主要從事麥類遺傳育種工作。E-mail： bslmd0501@126.com。

通信作者：覃鵬，博士，講師，主要從事小麥遺傳育種與品質改良研究。E-mail：qinpeng77@163.com。葉片光合碳同化和碳還原直接表現為光合速率和呼吸速率，受光合有效輻射、土壤水分狀況、植物營養狀況等諸多因素的影響[1-7]。鄒冬生等發現大豆暗呼吸速率在葉片伸展初期表現出最大值，之后隨葉伸展和衰老而逐漸下降[8]；吳朝海等研究東方百合葉片呼吸強度在第12周前表現為迅速增加并達到頂峰，第12～16周間又呈現迅速下降，第16周后呈現緩慢下降趨勢[9]；梁晶等通過提高乙醇酸氧化酶（Go）、多酚氧化酶（PPO）和抗壞血酸氧化酶（AAO）3種酶的活力而增強水稻的呼吸作用，起到耗散過剩光能并保護光合器官作用，從而緩解臭氧對光合器官損害而使水稻葉片造成的傷害[10]。

六倍體小麥中的Waxy蛋白受3個不同的Wx基因編碼，分別位于染色體臂7AS（Wx-A1）、4AL（Wx-B1）、7DS（Wx-D1）上，Wx基因的缺失、突變或遺傳表達障礙會使胚乳中直鏈淀粉含量減少和支鏈淀粉含量增加[11-14]。不同Wx基因缺失在很大程度上會影響小麥的淀粉合成，但是對于小麥呼吸特性、尤其是不同Wx等位基因對呼吸特性的影響尚未見報道。如果將Wx基因轉入非糯小麥品種中培育出相應的近等基因系，并以其研究Wx基因對小麥呼吸特性的影響，可以排除遺傳背景差異對研究結果所造成的影響，真實反映Wx基因對小麥呼吸作用中的作用。本研究以小麥Wx近等基因系（寧麥14背景）為材料，研究了各個Wx基因對小麥呼吸特性的影響，對進一步研究Wx基因對小麥淀粉品質和農藝性狀的影響具有重要意義。

1材料與方法

1.1材料

8個小麥Wx近等基因系（寧麥14背景）種植于云南農業大學校內基地，于花后每隔10 d用LI-6400便攜式

表18個小麥Wx近等基因系

基因型Wx基因Wx-A1Wx-B1Wx-D1Wild type+++WxA-++WxB+-+WxD++-WxAB--+WxAD-+-WxBD+--WxABD---注：+表示顯性，-表示隱性。

光合作用測定儀測定旗葉呼吸特性。

1.2方法

于小麥花后每隔10 d的09：00—11：00測定旗葉的呼吸特性，光量子密度分別設為0 [μmol/（m2·s）]，每次測定先穩定3 min。此外參比室CO2 濃度設為400 μmol/mol，CO2 流量設為500 μmol/s，樣本室溫度設為25 ℃。

1.3統計分析

每個基因型重復5次，以SAS9.0進行統計分析。

2結果與分析

2.1近等基因系小麥呼吸特性比較

在不同基因型、花后時間2個處理因素內測定光合特性，呼吸速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率差異均達到極顯著或顯著水平。

8個基因型中，Wild type的氣孔導度和蒸騰速率都最高，WxABD呼吸速率最大，兩者之間除WxABD氣孔導度略小外，其余指標均無顯著差異；WxA、WxAD和WxABD的胞間CO2濃度均最大。

花后灌漿時間的呼吸速率、氣孔導度、蒸騰速率均存在顯著差異，各指標隨灌漿時間的延長逐漸降低。胞間CO2濃度隨灌漿時間的延長先增加，至20 d時達到最大，此后逐漸降低。表2不同因素間方差分析結果

變異來源自由度呼吸速率氣孔導度胞間CO2濃度蒸騰速率基因型73.645 9**5.667 3**4.617 8**2.418 2*花后時間4154.927 6**143.870 9 **5.370 4**153.706 1**注：*和**分別表示0.05和0.01顯著水平。

表3小麥不同基因型間呼吸特性差異顯著性比較

基因型凈光合速率

[μmol/（m2·s）]氣孔導度

[mol/（m2·s）]胞間CO2濃度

（μmol/mol）蒸騰速率

[mmol/（m2·s）]Wild type1.709 9ABcd0.130 0Aa258.951 2Cd3.108 8AaWxA2.068 2Aa0.100 6Bbc472.745 0Aab2.505 5ABbcWxB2.028 1Aabc0.088 5Bbcd367.604 6ABCcd2.513 4ABbcWxD1.504 6Bd0.090 4Bbcd367.604 6ABCbcd2.558 6ABabcWxAB2.049 1Aab0.082 7Bcd309.134 5BCd2.075 8BcWxAD1.740 4Abbcd0.088 4Bbcd482.659 3Aa2.347 6BbcWxBD1.955 6Aabc0.107 0ABb449.848 7ABabc2.307 7BbcWxABD2.068 1Aa0.080 2Bd471.374 4Aab2.668 5ABab注：同列數據后小寫、大寫字母不同者分別表示差異顯著（P<0.05）或極顯著（P<0.01）。表4同。

表4不同灌漿時間的呼吸特性差異顯著性比較

花后時間

（d）凈光合速率

[μmol /（m2·s）]氣孔導度

[mol/（m2·s）]胞間CO2濃度

（μmol/mol）蒸騰速率

[mmol/（m2·s）]02.969 2Aa0.178 8Aa302.739 3Bc5.158 0Aa102.799 7Aa0.132 6Bb415.563 9Abab3.391 3Bb202.097 5Bb0.096 1Cc502.625 0Aa2.591 3Cc301.208 8Cc0.064 0Dd386.125 0ABbc1.076 3Dd400.377 3Dd0.008 3Ee372.515 8Bbc0.336 9Ee

在測定的4個呼吸指標中，呼吸速率與蒸騰速率、胞間CO2濃度呈極顯著正相關，胞間CO2濃度和蒸騰速率呈顯著正相關，而氣孔導度與其他指標間均無相關關系（表5）。

表5小麥旗葉呼吸作用各指標間相關分析

指標相關系數氣孔導度胞間CO2濃度蒸騰速率呼吸速率-0.170.94**0.87**氣孔導度-0.180.04胞間CO2濃度0.87**

逐步回歸分析結果（Y=-0.160 9+6.789 5X1+0.001 6X2+0.301 6X3，R2=0.818 5，F=54.115 5，P=0.000 1。式中：Y為呼吸速率、X1為氣孔導度、X2為胞間CO2濃度；X3為蒸騰速率）表明，呼吸速率與氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率呈線性關系，呼吸速率隨氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率的增大而升高。

2.2小麥近等基因系呼吸速率比較

小麥8個Wx近等基因系的呼吸速率在灌漿期變化一致，均呈逐漸降低趨勢（圖1）。WxA在所有基因型中除剛開花時較低外，其余時間均最大；WxD則基本處于最低狀態。

2.3小麥近等基因系氣孔導度比較

各Wx基因型小麥的氣孔導度在灌漿期變化一致，均呈逐漸降低趨勢（圖2）。Wild type的氣孔導度在整個灌漿期間均高于同時期其他基因型，而WxAB除剛開花時相對較高外，其余時間的氣孔導度均低于其他基因型。

2.4小麥近等基因系胞間CO2濃度比較

灌漿期胞間CO2濃度在8個小麥Wx近等基因系間表現明顯差異（圖3）。WxA、WxBD和WxABD剛開花時胞間CO2濃度相對較大、花后10 d仍保持相對平穩，并逐漸增加至花后20 d達最大值，此后逐漸下降；大多數基因型小麥自開花起至花后20 d均處于增加趨勢，此后逐漸降低，但降低幅度不完全一致，最終胞間CO2濃度分別以WxAD>WxABD>WxBD最高，而Wild type下降幅度最大。

2.5小麥近等基因系蒸騰速率比較

各Wx基因型小麥的蒸騰速率在灌漿期變化一致，均呈逐漸降低趨勢（圖4）。Wild type的蒸騰速率在整個灌漿期間大部分時間均高于同時期其他基因型，而WxAB除剛開花時外均低于其他基因型。

3討論與結論

光合作用是植物干物質產生的重要途徑，呼吸作用對植物生長發育有重要影響，呼吸作用是在細胞與環境相互作用下進行的，可消耗減少植物干物質的積累。作物光合作用在遺傳育種上的研究已日益引起人們的關注，選配呼吸速率低而總光合量大的品種是光合生理育種的重要途徑之一。

本研究中WxABD呼吸速率以及WxA、WxAD、WxABD的胞間CO2濃度均最大，表明Wx-A1和Wx-B1基因缺失會增大小麥葉片的呼吸作用，作用效果Wx-A1>Wx-B1，而Wx-D1基因作用相反；隨灌漿時間延長，呼吸速率、氣孔導度和蒸騰速率均逐漸降低，胞間CO2濃度則先增加后降低，表明呼吸作用在整個灌漿期間呈逐漸減弱趨勢。呼吸速率與氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率呈線性關系，呼吸速率與蒸騰速率、胞間CO2濃度之間關系相對緊密，而氣孔導度在呼吸作用中無限制或促進作用。氣孔導度作為氣孔通暢程度的指標，任何Wx基因的缺失均會導致降低。Wx基因缺失均會導致胞間CO2濃度在花后同時期增加，可能是Wx基因缺失引起呼吸作用增大導致的CO2充斥；而灌漿后期胞間CO2濃度逐漸降低，由于在此階段呼吸作用逐漸減弱，放出CO2也相應減少。Wild type的蒸騰速率在整個灌漿期間大部分時間均高于同時期其他基因型，灌漿期間因蒸騰喪失的水分也相對偏多，可能抗旱性較其他基因型相對更弱。

Wx-A1和Wx-B1基因缺失會增大小麥葉片的呼吸作用，其中作用效果Wx-A1>Wx-B1，而Wx-D1基因作用相反。氣孔導度在呼吸作用中無限制或促進作用。Wx基因缺失引起呼吸作用增大導致CO2充斥而使胞間CO2濃度增大。

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