盆栽大麦的种植方法(淀粉溶液干预后的土壤，对大麦的耐涝性有何影响？)

文丨雨燕的小世界

编辑丨雨燕的小世界

作物产量取决于气候条件，由于全球气候变化，世界某些地区的气候条件正变得更加多变和极端。

降水和洪水事件增加是由于田间内涝或作物被淹没而导致重大产量损失的原因。

我们高效快速地筛选出对内涝或淹没的耐受性增加的品种的能力非常重要。

大麦是世界的主要作物，对内涝特别敏感。

耐涝大麦品种的筛查已经进行了多年，但用于筛查的方法差异很大，从使用的土壤类型到应用处理的时间，这种差异使得交叉比较结果变得困难。

今天，雨燕就向大家介绍一个评估大麦对内涝的耐受性的评估系统，用来比较在早期发育阶段用水或淀粉溶液进行部分淹没的两种不同方法，这对内涝或部分淹没特别敏感。

以前，淀粉溶液的使用已被证明可以进一步减少土壤条件，并已用于筛选耐涝性。

我们的结果表明，这两种方法提供了相似的结果，将品种定性地排名为耐受性或敏感性，同时对植物的影响也不同，因为应用淀粉溶液比用水部分浸没会导致更强和更早的症状。

野外的植物不断对各种环境线索和压力做出反应。

了解植物如何感知生物或非生物胁迫并做出反应是确定可作为作物改良靶向的基因的关键。

筛选和鉴定对特定胁迫具有更高耐受性的种质或品种对于未来的育种策略也至关重要。

全球气候变化可能对世界许多地区的作物产量产生负面影响，从而加剧了有效筛选对环境胁迫耐受性增强的品种的需求。

例如，由于全球气候变化，预计全球几个地区的降水和洪水事件将增加，这有可能减少作物产量，降水增加或土壤排水不良导致内涝或淹没。

在过去十年中，内涝和淹没一直是影响作物产量的主要胁迫之一，突出了识别和生成对这种非生物胁迫更耐受的种质的必要性。

淹水条件下的植物存活和作物产量损失取决于胁迫的持续时间和严重程度，以及发生内涝或淹没的季节和发育阶段。

例如，大麦和小麦似乎在发芽后和开花期间对内涝最敏感，尽管根据所使用的研究和实验条件存在一些差异。

影响植物对淹没耐受性的另一个重要因素是温度，重要的是，土壤的特性对植物适应和响应内涝和淹没也起着重要作用。

土壤成分可能通过影响某些营养物质以及金属的水平来加剧内涝的影响，内涝和部分淹没可能会改变土壤微生物组组成，导致毒素的释放。

内涝和淹没对植物的主要负面影响是氧气的可用性降低，因为与空气相比，水中的气体扩散减少，向内和向外气体扩散都会受到影响。

例如，在内涝或淹没期间，O的向内扩散减少2导致细胞内 O 降低2水平，影响细胞呼吸，一氧化碳2扩散也会减少，从而影响光合作用。

相反，气态植物激素向外扩散的减少导致其细胞内积累，这是触发植物对内涝和淹没的反应开始的重要信号。

在淹没的情况下，水浊度也会导致光线减少，从而对光合作用产生负面影响，光合作用和呼吸减少反过来又会对能量和碳水化合物水平产生负面影响，ATP的产生主要基于糖酵解。乙醇发酵等其他途径在再生烟酰胺腺嘌呤二核苷酸方面起着重要作用。

内涝和淹没之后通常是在水退去后的另一个压力事件，并且2水平再次升高，导致复氧和氧化爆发。

大麦是全球种植的最重要的谷类作物之一，但它对内涝或淹没也特别敏感，因此在全球气候变化的背景下，预计降水和洪水事件可能会威胁到未来的产量。

近年来，人们已经做出了相当大的努力来鉴定耐涝品种，可以修改以增加耐涝性的靶基，以及耐涝性的分子标记.尽管做出了这些努力，并且需要鉴定或产生大麦中对内涝的耐受性更高的种质，但一个主要的局限性是用于评估对水涝或淹没的耐受性/敏感性的方案存在差异。

例如，虽然至关重要，但实地实验本质上是可变的，因为气候条件和土壤不可避免地每年或在不同的地理位置上变化。

此外，在田间，植物可能会受到无法控制的多种压力。在受控条件下工作可以克服其中一些问题，但使用的协议和评分方案差异很大。

例如，一些方案使用天然土壤，这使得重复实验变得困难，并且在不同的发育阶段施加内涝压力可能会影响实验的结果，我们比较了受控条件下的两种方案，以测试大麦在早期发育阶段施加压力时对部分淹没的反应，当幼苗有 1-2 片叶子时，从而模拟秋季田间部分淹没条件。

我们专注于冬季大麦品种，因为它们在北半球播种时间以及在冬季生长的需要，预计它们将来会特别受到气候变化的影响。

基于在橡树公园进行的初步内涝田间实验，我们选择了大麦种群中的几个品种，这些品种似乎对田间内涝更耐受或更敏感，然后用它们比较两种不同的方法。

对于淀粉溶液的部分浸没实验，所有种子都涂有杀菌剂。然后将所有种子在黑暗上在滤纸上用水吸收四天发芽，然后种植在土壤中并按照植物生长条件中的指示生长。种子在发芽前没有分层。

对于水中的部分淹没实验，未经处理的种子直接播种在土壤中深度为2厘米。

将播种的种子在14°C的黑暗中分层4天，以确保均匀发芽。冷处理后，将花盆转移到植物室进行发芽和生长。

将植物生长15天，然后将一半的花盆转移到一个装有0.1%淀粉溶液的大容器中，该容器在去离子水中制备，使用5L淀粉溶液，直到水位达到土壤上方1厘米。

每两天测量一次水位，并根据需要加满0.1%淀粉溶液。将植物保持在与上述相同的生长条件下，并施用处理15天或更短的时间，对照植物保持相同的生长条件，但接受正常浇水。

在恢复期间，将植物从0.1%淀粉溶液中取出，并保持在相同的生长条件下，并采用正常的浇水制度。

为了用水部分浸没，将植物种植十天，然后将花盆转移到一个大浴缸中，随后装满高于土壤水平面1厘米的自来水。

在整个实验过程中，水位保持恒定。如文中所示，将植物保持在相同的生长条件下，并进行处理15天或更短的时间。

对照植物保持相同的生长条件，但接受正常浇水，在恢复期间，将植物从水中取出并保持在与正常浇水制度相同的生长条件下测试了两种筛查大麦耐涝性的方案，以评估和比较它们对植物生长和健康的影响。

所有使用的种子都来自同一种子批次，以减少不同种子批次对实验的潜在影响，对于第一个方案，包括用水部分浸没，大麦在长时间和15°C的恒定温度下生长，在丰富的商业盆栽介质上。

第二个方案包括用0.1%淀粉溶液部分浸没，旨在考虑接近田间遇到的生长条件，包括定制的土壤混合物，种子包衣和昼夜温度变化和更高湿度的生长条件，模仿现场自然条件。

重要的是，已经表明，使用0.1%淀粉溶液可诱导土壤条件减少，这通常伴随着野外的内涝或淹没，并引发土壤中的其他化学变化。

所采用的部分淹没处理预计将触发低氧反应计划的开始，包括核心缺氧反应基因的上调，例如编码醇脱氢酶和血红蛋白的基因。

为了验证两种部分淹没处理确实导致缺氧，我们采用RT-qPCR测定了部分淹没处理1 h后HvADH24和HvHB的基因表达变化。

我们的结果表明，这两个基因在用水或0.1%淀粉溶液部分浸没时上调，从而证实了所使用的条件适合诱导缺氧并研究部分淹没对大麦植物的影响，与水相比，1.0%淀粉溶液处理后不同品种HvADH1和HvHB的上调趋于更高，可能表明使用0.1%淀粉溶液会导致更强的胁迫和响应。

为了评估植物对水涝或部分淹没的耐受性，测量叶组织中叶绿素的含量，叶绿素水平越高，对胁迫的耐受性越好，叶绿素含量也往往与氮利用效率相关，这在部分淹没或内涝的情况下尤其重要，因为导致硝酸盐可用性降低。

对于测试的两种部分淹没方案，使用手持式SPAD仪来确定叶绿素含量。由于该方法不具有破坏性，因此从部分淹没处理开始到实验结束定期跟踪SPAD值的变化。

当用水部分浸没时，从实验开始到第15天处理结束，为五种不同品种获得的SPAD值没有变化，对照植物和部分淹没植物之间的SPAD值没有差异。

因此，得到的SPAD值表明叶绿素含量不受处理的影响，氮素利用效率得以维持。

在用0.1%淀粉溶液测试部分淹没的实验条件下，对照植物获得的SPAD值与用于部分浸没在水中的植物的SPAD值在相同范围内，表明不同的生长条件对叶绿素含量和整体氮素利用效率没有显着影响。

此外，对于所有测试品种，在第 0 天和第 15 天之间测量的对照植物的 SPAD 值没有显着变化。

相比之下，在用0.1%淀粉溶液进行部分浸没后获得的SPAD值降低。这种减少通常在处理的第10天和第15天显着，并且在除Isa以外的大多数品种中观察到，由于重复之间的差异，其差异在统计学上不显着。

一个例外是在第 0 天获得的 Dura SPAD 值较低，这可能是由于每个测试群体内的差异，这种差异使得 Dura 在第 10 天和第 15 天解释差异变得更加困难，在绘制每个品种的处理植物与对照植物相比，部分淹没0天后的相对SPAD值时，证实了1.15%淀粉溶液的更强效果。

为了补充我们的结果，在处理15天后，收集用于SPAD测量的叶子以提取和估计叶绿素a，叶绿素b和类胡萝卜素的含量，然后计算chl a/b的比率，因为该比率反映了氮可用性和光合能力。

与SPAD计获得的结果类似，部分浸入水中不会改变不同品种的chl a / b比率。所有测试品种的chl a / b比率也相似。

对于用0.1%淀粉溶液部分浸没的植物，获得的值显示出更多的变化，可能是由于用于提取光合色素的植物数量较少，以及组织收集方法导致每个样品的组织数量变化更大，数量更少，使得数据的解释更加困难。

虽然没有统计学意义，但对于测试的几个品种，chl a / b比率似乎略有下降。

综上所述，虽然不同生长条件对对照植株叶绿素含量和氮素利用效率没有影响，但0.1%淀粉溶液处理对叶绿素损失和氮素利用效率的影响比单独用水部分浸没更强。