Plants丨 硅对地方小麦渗透和干旱胁迫耐受性的影响

论文内容

研究背景：

小麦是全球30%人口热量的主要来源，2019年全球小麦产量超过7.65亿吨。然而，干旱导致全球小麦平均产量损失约20%。据预测，人为气候变化将引起全球降水模式的变化，一些地区的干旱可能变得更加频繁，从而进一步加剧产量损失。作物驯化的重点在于优化产量，而牺牲了抗逆性和遗传多样性，这可能会加剧干旱等非生物胁迫的影响。目前的缓解策略包括作物灌溉，但这往往导致土壤盐渍化，以及培育提高抗旱性的品种，特别是利用地方品种的遗传多样性培育抗旱性更好的品种。然而，育种方法是缓慢的，劳动密集型和复杂的基因型-环境相互作用。

大多数关于小麦的研究都报道了Si在干旱胁迫下能提高生长和产量，但也有报道称Si在小麦或其他物种中没有显著作用。观察到的硅效应的不一致性质可能反映了植物物种和基因型的变化，这是为了理解硅效应对植物耐受性的影响而发现的。例如，Si积累的基因型变异可能会影响Si的响应，虽然许多研究评估了Si对不同耐旱性品种的影响，但显然缺乏更大范围基因型中Si对耐旱性影响的研究。特别是那些改变Si积累的。

尽管人们对利用地方地方品种在作物育种计划中提高抗逆性的兴趣越来越大，但迄今为止，只有少数研究利用地方品种研究硅对小麦渗透和干旱胁迫的影响。本研究探讨了小麦地方品种间的Si积累是否存在一致性差异。研究了硅含量较高的地方品种与低硅品种在渗透胁迫和干旱胁迫下是否存在不同的影响。据推测，硅对地方品种抗旱性的影响取决于它们积累硅的能力。

研究内容：

实验方法：该研究利用了98个小麦地方品种的多样性面板，这是350个地方品种YoGI生物多样性面板(Harper，未发表数据)的一部分。该面板使用了以下收集的材料:国际玉米和小麦改良中心(CIMMYT)，墨西哥;布拉格作物研究所;生物技术和生物科学研究理事会的John Innes种质资源单位，设计未来小麦项目。补充材料的表S1中有地方品种的完整列表。

使用Reidinger et al.中描述的方法，用便携式x射线荧光光谱(P-XRF)测量了地上部和根部的Si浓度。干燥的叶片材料被球磨(，粉碎的材料被压成10吨的球团使用一个13毫米的模具手动液压机。Si分析(Si干重%)使用商用P-XRF仪器(Nitron XL3t900 gold分析仪:Thermo Scientific Winchester, UK)进行，该仪器放置在试验台上。P-XRF机器使用si添加的合成甲基纤维素(Sigma-Aldrich，产品编号: 274429)，并使用从中国钢铁分析中心获得的NCS DC73349“灌木枝叶”标准物质进行验证。为避免空气吸收造成的信号损失，分析在氦气气氛下进行。球团每一侧的读数大约间隔一小时，以考虑仪器中的u-漂移(即，使用相同参数连续运行期间的读数变化)。取这两个读数的平均值来估计硅浓度(%)。

结果表明：

1、水培植株的地上部硅含量高于堆肥植株，且高、低积累器之间的差异更大，在1.8 mM的硅中，高积累器的平均硅含量为3.24%，而低积累器的平均硅含量为2.35%。

2、无论是高硅蓄电池还是低硅蓄电池都没有观察到硅对耐受性的影响。这种响应的缺失可能是由于硅的影响在所有的线路中都是不显著的，或者是因为一条线路的正硅效应被另一条线路的负硅效应抵消了。然而，图S1显示，在所有地方品种中，Si对任何地方品种的耐受性都没有显著影响，排除了后一种解释。

3、干旱胁迫(即40% FC)显著降低了约50%的茎干重(图3a)。这种生物量的减少对于高硅和低硅蓄能器都是一样的，添加硅并没有显著改变观察到的模式(表S4)。

研究结论：

本研究表明，小麦地方品种在积累Si方面存在显著差异，且具有一致性，可区分出高积累Si和低积累Si两个类群。渗透胁迫降低了这两种积累类型的硅含量，而干旱则增加了这两种积累类型的硅含量。然而，在干旱胁迫下，硅对生长的影响不显著，在渗透胁迫下，硅对高硅蓄能器的生长的促进作用也不大。本文报道的未能观察到硅的明显积极影响表明，对于小麦来说，硅对水分胁迫的任何缓解作用都是有限的。与本研究中使用的地方品种相比，现代品种是否对硅施肥表现出更积极的反应还需要进一步的研究。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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