摘要
小麦作为我国主要的粮食作物之一，其产量的高低与我国的粮食安全密切相关。在我国西北干旱半干旱地区，干旱是限制小麦产量的主要因素，因此通过育种手段以提高干旱条件下小麦产量已成为一种重要途径。随着基因工程在提高植物非生物抗逆性方面的迅速发展，转录因子基因可能成为小麦抗旱性的一类实用而有效的靶标。许多GRAS家族转录因子调控着植物的生长发育，并且调控着植物抗逆分子及生理代谢过程。但迄今为止，小麦GRAS家族转录因子的研究主要集中在该家族的组成、分布、基因结构、表达谱分析，以及全基因组水平的鉴定等，尚未揭示GRAS家族转录因子SCR基因对小麦植株生长及抗旱方面的影响。因此，通过研究干旱胁迫下TaSCR基因对小麦生长和生理的影响，可为小麦高产栽培及抗逆品种的选育提供基础的理论依据，并且对生物技术在小麦育种上的应用具有重要的指导意义。 本研究选用未转基因小麦“宁春16”(CK)和转TaSCR基因小麦为材料，在2020-2021年采用室内水培试验和室外盆栽实验系统分析了不同水分条件下转TaSCR基因小麦根系及地上部生长参数、抗旱生理参数、农艺参数、产量及产量构成要素的变化规律，旨在明确干旱胁迫下TaSCR基因在小麦生长及抗旱性改善方面的作用。研究得出以下主要结论： (1)在小麦苗期干旱胁迫处理下，与未转基因对照小麦相比，TaSCR基因过表达株系的叶片可以维持较高的相对含水量、较低的丙二醛含量，地上部和根系生长状况较好，总根长、根表面积、根体积、最长根长、地上部和根系干重、根冠比较高；而沉默株系这些指标与过表达株系呈现相反的趋势。根系解剖结果表明，干旱胁迫下各株系皮层和内皮层细胞发生明显改变，沉默株系皮层细胞最为无序、不规则，甚至20%PEG处理下内皮层消失，皮层细胞严重变形。这些结果表明干旱胁迫条件下，TaSCR基因通过影响小麦苗期的抗渗透胁迫能力，调节小麦的抗旱性，从而影响小麦的生长发育。 (2)在小麦发育中后期干旱胁迫处理下，与未转基因对照小麦相比，TaSCR基因过表达株系小麦叶片相对含水量、净光合速率、气孔导度、叶绿素含量显著提高，丙二醛积累降低，可溶性蛋白含量增加，POD、SOD和CAT活性提高，而沉默株系这些指标变化与过表达株系呈现相反的趋势。这些结果表明TaSCR基因过表达提高了小麦发育中后期的抗旱性，而TaSCR基因沉默降低了小麦的抗旱性。 (3)在小麦发育中后期干旱胁迫处理下，与未转基因对照小麦相比，TaSCR基因过表达株系小麦株高、叶面积、主茎叶片数及分蘖数、地上地下生物量、穗数、小穗数、籽粒产量及千粒重以及水分利用效率等指标均升高；而沉默株系这些指标均降低。这些结果表明TaSCR基因过表达对小麦发育中后期生长具有正向调节作用，并最终提高了小麦产量，而TaSCR基因沉默则对发育中后期生长以及产量形成不利。 上述结果表明，干旱胁迫下TaSCR基因通过调控小麦苗期和发育中后期根系及地上部生长发育以及抗旱生理代谢过程，促进了小麦根系及地上部的生长，提高了干旱胁迫下小麦旗叶和穗部光合能力，促进产量的提升，提高了小麦抗旱性，为进一步研究TaSCR基因对小麦植株生长及抗旱方面的影响提供了理论依据。
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