耐旱性筛选

Screening for drought tolerance

筛选小麦品种的耐旱性比想象的要难。 许多温室抗旱筛选都会遇到一些令人困惑的问题,如土壤类型和由此产生的土壤含水量、体积密度,以及根系质量、扎根深度和植株大小等性状的遗传差异。

此外,由于很难分离干旱胁迫,一些科学家认为找到一种可重复的筛选方法几乎是不可能的。不过,研究人员安德鲁-格林(Andrew Green)最近进行的一项试验性研究可能会证明他们错了。

追求可重复性

格林说:"以前也有人尝试过深入研究干旱胁迫,但很难将干旱胁迫与高温、疾病和其他因素隔离开来。格林和他的顾问杰拉德-克鲁伊滕伯格博士(Dr. Gerard Kluitenberg)及阿兰-弗里茨博士(Dr. Allan Fritz)认为,监测土壤中的水势是实施一致且可重复处理的唯一量化方法。随着同质生长介质的土壤水分保持曲线的开发,他们认为可以保持水分处理以隔离干旱胁迫。格林说:"我们的目标是开发一种可重复的筛选系统,让我们能够确信,在整合这些基因之前,我们看到的是一种实际的干旱反应,因为这是一个非常漫长而乏味的过程。

为什么以前没有这样做?

作为一名植物育种家,安德鲁-格林认为问题在于大多数遗传学家都不是土壤科学家。他说:"在过去的实验中,最复杂的干旱筛选方法是让植物生长到一定程度后停止浇水,然后看哪种植物活得最长。从来没有生理学家和土壤学家共同参与的合作方法。因此,研究人员施加了这种苛刻的、与生物无关的压力,这基本上是一种减员研究。格林说,他希望在研究中利用土壤作为一种反馈机制,维持一种模拟自然界的压力水平

A photograph of a research scientist holding a TEROS 21 sensor over rows of soil in a field

试点研究

在使用 182 厘米高的聚氯乙烯(PVC)生长管和均质生长介质进行的温室实验中,格林使用 METER 体积含水量传感器、METER matric 电位传感器和柱式张力计监测土壤水分状况。每天测量四次,以确定水分限制处理与对照处理之间的体积含水量、土壤水势、衰老、生物量、芽、根比率、生根性状、产量成分、叶片水势、叶片相对含水量以及其他生理观测数据。

土壤介质:优缺点

为了解决不同土壤类型的问题,安德鲁和他的团队选择了一种名为 "Profile Greens Grade "的均质土壤改良介质。格林说:"这是一种多孔材料,粒径很大。它是一种很好的生长介质,因为在实验结束时,你可以把植物的根系从土壤介质中分离出来,然后对这些根系进行测量、成像,并结合收集到的数据进行研究。不过,格林补充说,使用土壤介质并不完美:曾经出现过水力传导问题,因此必须对介质进行密切监控。

这项研究有什么独特之处?

格林认为,由于基质非常特殊,而且水势传感器和土壤水分传感器位于同一位置,因此他可以确定所有的水分释放曲线是否一致。他说:"我们尝试将这些柱子包装成均匀的体积密度,并在浇水时注意观察,希望每个深度都能保持一致。到目前为止,效果还不错:含水量和水势在不同的水柱中都是可重复的。

未来计划

格林的试点研究已于春季完成,他正准备扩大该项目的规模:对小麦的野生近缘种进行重复试验。他希望利用土壤水分传感器做出自动灌溉决定:即根据水柱的水势启动十二个电磁阀,通过分散水分使材料保持在目标压力区或理想水势。最终目标 格林研究的最终目标是将野生小麦品种培育成高产品种,并将其作为农民种植的品种。他对试验研究的结果非常乐观。他说:"根据我们目前掌握的极少量未重复数据,我认为有可能开发出一种可重复的方法来筛选这些材料。根据我们现在看到的数据,以及我们捕捉到的有关地下情况的信息,我认为将这些东西置于与生物相关的应力区是有可能实现的。

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