獲得性耐旱性狀對(duì)小麥和水稻耐旱的作用及耐旱水平的差異比較

水稻作為重要的糧食作物，為全球近50%的人口提供口糧。目前，水稻的種植主要依靠淹水灌溉模式，這種淡水資源高消耗的生產(chǎn)方式制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。氣候的變化導(dǎo)致了水稻生產(chǎn)區(qū)域的大量減產(chǎn)，其中，干旱脅迫已經(jīng)成為全世界范圍內(nèi)影響水稻生產(chǎn)的最重要的環(huán)境因子。加之近年來(lái)工業(yè)用水、城市居民用水的增加及淡水資源的污染而導(dǎo)致淡水資源短缺，從而加劇了水稻的產(chǎn)量損失。所以選育在干旱脅迫下的高產(chǎn)量水稻品種是保證水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要途徑之一。在前人的研究中發(fā)現(xiàn)，水稻的“獲得性耐旱（acquired drought tolerance, ADT）”性狀在水分充足的環(huán)境中缺失，而在植物受到適當(dāng)干旱脅迫誘導(dǎo)時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)上調(diào)，從而維持植株正常的新陳代謝。然而，前人的研究均通過溫度和脅迫誘導(dǎo)因子，而不是用干旱脅迫本身作為誘導(dǎo)因子來(lái)誘導(dǎo)應(yīng)答。雖然近年來(lái)高通量表型方法的研究促進(jìn)了高端表型平臺(tái)的建立，可以對(duì)脅迫下的遺傳變異進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但準(zhǔn)確地模仿自然條件下的干旱脅迫仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

近日，Plant Phenomics 刊發(fā)了題為Acquired Traits Contribute More to Drought Tolerance in Wheat Than in Rice 的研究論文。在本研究中，對(duì)兩個(gè)水稻品種IR64（不耐旱）和Apo（耐旱）及耐旱小麥品種Weebill的“獲得性耐旱（acquired drought tolerance, ADT）”性狀進(jìn)行評(píng)估。作者將幼苗用一定濃度梯度的甲基紫精（methyl viologen ，MV）進(jìn)行誘導(dǎo)處理，通過比較不同處理試驗(yàn)苗的根系和莖的生長(zhǎng)狀況，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過誘導(dǎo)處理的幼苗比直接進(jìn)行嚴(yán)重干旱處理的幼苗有更高的耐旱性和恢復(fù)生長(zhǎng)能力(Figure 2)。同時(shí)，開發(fā)了具有自動(dòng)灌溉系統(tǒng)的新型表型檢測(cè)平臺(tái)（Figure 1）來(lái)獲取植株在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段的ADT性狀，此裝置的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)可有效地控制土壤中的水分壓力，設(shè)置較為精確的干旱梯度，另外，該裝置可以保持一定水平的土壤水分含量，而不受植物蒸騰作用的影響，因此，該平臺(tái)提供了評(píng)估ADT特性的最優(yōu)方法。

Figure 1 Drought stress imposition protocol for rice and wheat using a plant phenomic platform.

Figure 2 Effect of methyl viologen (MV) on plant growth in induction and severe stress treatments (10 μM) in both rice (IR64 and Apo) cultivars and the wheat (Weebill) cultivar (Experiment 1).

通過設(shè)置干旱梯度，比較了幼苗在不同干旱脅迫下的應(yīng)答，結(jié)果顯示，IR64總生物量較Apo減少的更多。小麥Weebill與Apo相比，顯示出較低的損傷水平和較高的恢復(fù)生長(zhǎng)能力， Apo的ROS清除酶和干旱響應(yīng)基因的表達(dá)明顯高于IR64，但Apo和Weebill之間的差異很小。本研究闡明了不同品種以及物種之間對(duì)于干旱脅迫響應(yīng)的差異，為提高農(nóng)作物的耐旱性提供了新的思路。有利于提高水分利用效率的同時(shí)維持一定的產(chǎn)量，對(duì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展具有良好的推動(dòng)作用。

How to Cite this Article

Preethi Vijayaraghavareddy, Ramu S. Vemanna, Xinyou Yin, Paul C. Struik, Udayakumar Makarla, Sheshshayee Sreeman, "Acquired Traits Contribute More to Drought Tolerance in Wheat Than in Rice",Plant Phenomics, vol. 2020, Article ID 5905371, 16 pages, 2020. https://doi.org/10.34133/2020/5905371

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About Plant Phenomics

《植物表型組學(xué)》（Plant Phenomics）是由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)（AAAS）合作創(chuàng)辦的英文學(xué)術(shù)期刊，于2019年1月正式上線發(fā)行，是Science合作出版的第二本期刊。采用開放獲取形式，刊載植物表型組學(xué)交叉學(xué)科熱點(diǎn)領(lǐng)域具有突破性科研進(jìn)展的原創(chuàng)性研究論文、綜述、數(shù)據(jù)集和觀點(diǎn)。具體范圍涵蓋高通量表型分析的最新技術(shù)，基于圖像分析和機(jī)器學(xué)習(xí)的表型分析研究，提取表型信息的新算法，作物栽培、植物育種和農(nóng)業(yè)實(shí)踐中的表型組學(xué)新應(yīng)用，與植物表型相結(jié)合的分子生物學(xué)、植物生理學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、作物模型和其他組學(xué)研究，表型組學(xué)相關(guān)的植物生物學(xué)等。期刊已被CABI、CNKI和DOAJ數(shù)據(jù)庫(kù)收錄。

說(shuō)明：本文由《植物表型組學(xué)》編輯部負(fù)責(zé)翻譯。中文內(nèi)容僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。

編輯：徐霏（實(shí)習(xí)）、孔敏

審核：尹歡