品种和灌溉措施对中国半干旱地区大豆田中根系形态、生理及分子适应机制的影响

《BMC Plant Biology》：Effects of variety and irrigation on root morphological, physiological and molecular adaptation mechanism in soybean fields in a semi-arid region of China

　　

摘要

背景

干旱严重降低了半干旱地区大豆的产量，而抗旱品种和灌溉可以有效缓解干旱造成的产量损失。然而，灌溉对不同抗旱大豆基因型的形态、生理和分子适应机制的影响仍知之甚少。

方法

在半干旱地区进行了一项为期三年的田间试验，以评估两种灌溉方式（不灌溉和灌溉）以及两种大豆品种（LD14和LD21）对根系形态、生理和分子特征的影响。

结果

结果表明，灌溉增加了两种品种的总根长、根表面积、根体积和地上部分生物量。相比之下，灌溉降低了根冠比（R/S_F 和 R/S_D）、抗氧化酶活性（POD和CAT）以及可溶性蛋白质、可溶性糖、脯氨酸和MDA的积累。同时，LD14的CAT活性和可溶性蛋白质含量高于LD21。具体来说，在NLD21与NLD14以及ILD21与ILD14的比较中，有四个编码CAT1的基因上调，这表明LD14中编码CAT1的基因表达水平高于LD21。在非灌溉条件下，LD21的线粒体损伤比LD14更严重。在相同的灌溉条件下，LD14的导管直径大于LD21；而在非灌溉条件下，同一品种的导管直径则相反。进一步研究表明，LOC100786184、LOC102669408、LOC100789083和LOC100802727这些基因可能间接减少了木质部导管的直径。KEGG分析显示，不同比较组中的差异表达基因（DEGs）和差异调节基因（DAMs）主要富集在脂肪酸降解、黄酮和黄酮醇生物合成、植物激素信号传导等领域。

结论

与LD21（不耐旱品种）相比，LD14（抗旱品种）的根长百分比较低，且0–0.1毫米直径范围内的根段比例更低。总体而言，LD14的可溶性蛋白质含量和CAT活性高于LD21，而MDA含量低于LD21。LD14的导管直径大于LD21。在非灌溉条件下，LD21的线粒体损伤比LD14更严重。在同一灌溉处理下，LD14的产量、每株结荚数、每荚种子数、株高、主茎节数和分枝数均高于LD21。然而，LD14的百粒重和节间长度低于LD21。这些发现对于提高大豆的抗旱性具有重要的理论和实践意义。

背景

干旱严重降低了半干旱地区大豆的产量，而抗旱品种和灌溉可以有效缓解干旱造成的产量损失。然而，灌溉对不同抗旱大豆基因型的形态、生理和分子适应机制的影响仍知之甚少。

方法

在半干旱地区进行了一项为期三年的田间试验，以评估两种灌溉方式（不灌溉和灌溉）以及两种大豆品种（LD14和LD21）对根系形态、生理和分子特征的影响。

结果

结果表明，灌溉增加了两种品种的总根长、根表面积、根体积和地上部分生物量。相比之下，灌溉降低了根冠比（R/S_F 和 R/S_D）、抗氧化酶活性（POD和CAT）以及可溶性蛋白质、可溶性糖、脯氨酸和MDA的积累。同时，LD14的CAT活性和可溶性蛋白质含量高于LD21。具体来说，在NLD21与NLD14以及ILD21与ILD14的比较中，有四个编码CAT1的基因上调，这表明LD14中编码CAT1的基因表达水平高于LD21。在非灌溉条件下，LD21的线粒体损伤比LD14更严重。在相同的灌溉条件下，LD14的导管直径大于LD21；而在非灌溉条件下，同一品种的导管直径则相反。进一步研究表明，LOC100786184、LOC102669408、LOC100789083和LOC100802727这些基因可能间接减少了木质部导管的直径。KEGG分析显示，不同比较组中的差异表达基因（DEGs）和差异调节基因（DAMs）主要富集在脂肪酸降解、黄酮和黄酮醇生物合成、植物激素信号传导等领域。

结论

与LD21（不耐旱品种）相比，LD14（抗旱品种）的根长百分比较低，0–0.1毫米直径范围内的根段比例更低。总体而言，LD14的可溶性蛋白质含量和CAT活性高于LD21，而MDA含量低于LD21。LD14的导管直径大于LD21。在非灌溉条件下，LD21的线粒体损伤比LD14更严重。在同一灌溉处理下，LD14的产量、每株结荚数、每荚种子数、株高、主茎节数和分枝数均高于LD21。然而，LD14的百粒重和节间长度低于LD21。这些发现对于提高大豆的抗旱性具有重要的理论和实践意义。