苗期小麦的化感作用变化以及不同基因型小麦的化感作用聚类分析

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对10种不同基因型的小麦在苗期茎叶部与根部的化感作用进行回归分析,发现其相关系数并不显著(r=0.0293,n=10)但存在一定的正相关关系,表明小麦在进化过程中,化感物质在地上部与地下部转运时浓度将发生一系列变化,地上部与地下部实施化感作用时有简单的协同关系。但10种不同基因型的小麦地上部的化感作用均大于地下部,表明了小麦在进化过程中地上部对外界环境有更强的抗性。在苗期,大部分小麦进化材料的地下部化感作用相对于地上部的化感作用与时间有更强的相关性,其中斯卑尔脱山羊草、节节麦、野生二粒、宁冬1号的根部化感作用与苗期生长阶段有明显的相关性。不同基因型小麦在苗期均与时间呈现一定的相关性,表明了小麦的化感作用随着进化历程而变化。

苗期小麦的化感作用变化以及不同基因型小麦的化感作用聚类分析

小麦种植田

作物的化感作用是一综合的概念,是多因素综合作用的结果。不同基因型小麦在进化过程中化感作用存在差异,如发芽期小麦对生菜幼苗胚根存在化感作用,有研究表明小麦在发芽期将累积羟基肟酸;20d、40d、60d的各基因型小麦幼苗茎叶和根系均对生菜幼苗胚根存在化感作用,对10个供试的不同基因型小麦化感作用进行类平均法聚类分析(UPGMA)。

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生菜幼苗

根据小麦对生菜幼苗胚根的化感作用表现型特征,将供试的10个不同基因型小麦聚合为三类化感作用类型。野生一粒、节节麦、法国黑麦、栽培二粒、宁冬1号和陕160为弱化感作用类型;栽培一粒、斯卑尔脱山羊草和野生二粒为中等化感作用类型;普通小麦为强化感作用类型。综合不同基因型小麦发芽期和苗期对生菜幼苗胚根的化感作用,不同染色体组型化感作用存在差异: AABBDD>BB>AABB>RR>AA>DD,表明BB染色体组可能含有与小麦化感作用相关的主要基因,与Wu等(2003)通过分子标记手段鉴定出含有与小麦对一年生硬直黑麦草抑制作用相关的数量遗传位点的染色体一致,并且表明了小麦化感作用受多基因控制。

苗期小麦的化感作用变化以及不同基因型小麦的化感作用聚类分析

成熟的小麦田

作物化感作用潜力的差异是因它们产生和释放不同种类和浓度的化感物质所致。如10种不同基因型小麦化感作用在发芽期和苗期的化感作用差异,反映了它们之间释放(含有)的化感物质的浓度不一样。小麦不同部位提取液对同一受体植物作用不一致,可能是化感物质合成部位以及实施化感作用部位不同所导致。而小麦地上部的抑制作用强于地下部,与 Khatib等(1999研究小麦对野燕麦的抑制作用结果相符。小麦不同时期对生菜幼苗胚根的化感作用进化趋势相同,表明了与小麦化感作用有关的基因在各时期均能表达。在苗期生长阶段,10种不同基因型的小麦材料在进化过程中与时间的相关性存在明显差异,说明小麦在进化过程中,面对环境的变化,化感物质的改变以及其生物合成途径需要漫长的进化历程。Kong等(2004)也评价了胜红蓟在四叶期、开花前期、开花期、成熟期的抗草作用,发现路边胜红蓟在开花期具有最强的化感抑草和病害抗性潜势。

苗期小麦的化感作用变化以及不同基因型小麦的化感作用聚类分析

饱满的小麦穗

植物次生物质的多样化以及生物合成途径是在长期对环境的适应条件下逐步形成的。化感物质在小麦进化过程中的产生及化感作用的强弱与周围环境的选择压力有关。如不同基因型小麦材料根部在苗期对生菜幼苗胚根的化感作用的不稳定变化,表明了小麦在长期进化时形成了对外界植物的抗性,可能与化感物质在进化过程中逐渐自身合成有关,强化感作用基因型的小麦可合成比弱化感作用基因型更高浓度的化感物质。张岁歧等(2002)报道在小麦染色体倍性从2n到6n的进化过程中,整株水平的水分利用率(WUE)随染色体倍性的增加而增加,而根系生长和根冠比则随染色体倍性的增加而降低;李秧秧等(2003)指出小麦从二倍体到六倍体的长期进化过程中,水分利用率(WUE)和氮利用效率(NUE)均增加,可能是小麦在进化过程中化感作用增强,从而增强与其他植物竞争水分和养分的能力,但存在一定的生理消耗。

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小麦发芽期

在小麦发芽期和苗期,野生型与栽培型小麦的化感作用变化很大,表明了小麦驯化过程中化感作用生态遗传受染色体倍性的影响,说明不同基因型小麦携带的化感遗传信息不同,而不同的化感遗传信息又形成于小麦的不同进化及人工进化过程中,并储存在不同基因型小麦的染色体内。对二倍体小麦材料的化感作用比较发现不同染色体组的化感作用:BB>RR>AA>DD,表明了B染色体上分布有小麦化感作用的主要基因,并能与其他染色体组的相关化感作用的基因协同进化,而使小麦在进化过程中化感作用得到逐步增强。至于不同基因型小麦成熟期的化感作用趋势以及小麦化感作用的进化分子学机制有必要通过试验进一步探讨。


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