基于性状的筛选与过氧化氢介导的小麦低温胁迫驯化：一种生理生化、光合作用及代谢组学研究方法

《Protoplasma》：Trait based screening and hydrogen peroxide mediated low temperature stress acclimation in wheat: A physio-biochemical, photosynthetic, and metabolomic approach

　　

摘要

低温胁迫是限制小麦（Triticum aestivum L.）生长、生理表现及产量的主要非生物因素，尤其是在气候变化导致冬季气候愈发严酷的背景下。本研究在可控的低温胁迫条件下（12/8°C，白昼/黑夜），对7个小麦品种——VL-2015、VL-1080、VL-967、VL-2028、VL-953、VL-826和VL-907进行了测试，旨在确定它们不同的耐受程度，并探究外源过氧化氢（50 μM H?O?）在减轻胁迫中的作用。研究观察到不同品种在生理和生化性状上存在显著差异。通过综合耐受性矩阵，这些品种被分为四组，其中VL-2028的耐受性最强，其光合作用、生长能力和抗氧化能力优异，且氧化损伤最小；而VL-953的耐受性最弱。中等耐受性品种（VL-2015、VL-826、VL-1080）和中等敏感品种（VL-967、VL-907）则表现出中间程度的反应，这类分组结果也得到了基于热图聚类的支持。低温胁迫会降低小麦的生物量、叶绿素含量、光化学效率Fv/Fm以及ETR值，同时增加脯氨酸积累、丙二醛含量和膜通透性。相关性分析显示，生长状况、相对含水量与光合性状之间存在较强的正相关关系，而胁迫指标则呈现负相关。CAT和APX等抗氧化酶与胁迫响应性状密切相关。主成分分析解释了总方差的67.1%，有助于区分不同处理组，并确定影响表型变异的关键因素。外源H?O?（50 μM）可通过提升光合效率、改善气孔功能及叶绿体功能，有效缓解低温胁迫造成的损害。此外，它还能增强抗氧化防御系统（SOD、APX、GR），增加GSH和脯氨酸的积累，降低TBARS水平，并调节氮素同化作用。总体而言，这些研究结果证明了基于多性状综合筛选方法在识别耐低温品种方面的有效性，同时也展现了过氧化氢在改善小麦低温胁迫下生长表现方面的潜力。