不同光质对大麦加速生长和光合特性的影响OA
Effects of Different Light Quality on Growth Acceleration and Photosynthetic Characteristics of Barley
[目的]探究不同光质组合对大麦(Hordeum vulgare L.)生长发育、光合生理特性、关键开花基因表达和单株籽粒形成的影响,以优化光质配比,实现一年多代的育种技术配置,推动快速育种技术在大麦中的应用.[方法]在人工可控环境条件下,对春性二棱啤酒大麦品种花22 和盐麦3号在 6种LED光谱组合下进行培养,包括白光(white,W)、红光(red,R,λmax≈660 nm)、蓝光(blue,B,λmax≈450 nm)以及红蓝组合光(1R﹕1B、1R﹕3B 和 3R﹕1B).通过全生育期关键节点监测、光合生理指标测定以及关键开花基因转录水平的荧光定量PCR(qRT-PCR)分析,结合穗粒数、千粒重,运用熵权TOPSIS法对不同光质组合的"加速效果"进行综合评价.[结果]在白光处理下,虽然花 22 和盐麦 3 号分别可在 50 和 44 d 完成一代,但单株穗粒数较少,发芽率较低;而3R﹕1B组合在保障大麦快速生长的同时(花22,56 d完成一代;盐麦3号,49 d完成一代),显著提高了单株穗粒数和种子发芽率.同时,随着蓝光比例的增加,大麦全生育期延长,叶片叶绿素相对含量(SPAD值)、光合参数和叶绿素荧光参数均降低.荧光定量PCR结果表明,白光、3R﹕1B和红光能上调HvFT1、HvBM3、HvAP1等开花促进因子转录水平、下调开花负调控因子HvRAV2-like的转录水平,促进植株的发育.[结论]3R﹕1B光谱在保障大麦快速生长发育的同时显著提高籽粒产量,获得最优周年加代效果.本研究可为大麦的快速育种技术提供理论依据.
[Objective]This study aimed to investigate the effects of different light quality combinations on the growth and development,photosynthetic physiological characteristics,expression of key flowering genes,and single-plant grain formation in barley(Hordeum vulgare L.),to optimize the light quality ratio,and to achieve a breeding configuration enabling multiple generations per year,so as to promote the application of rapid breeding technology in barley.[Method]Under controlled environmental conditions,two spring-type two-rowed beer barley cultivars,including Hua 22 and Yanmai 3,were cultivated under six LED spectral combinations:white light(W),red light(R,λmax≈660 nm),blue light(B,λmax≈450 nm),and red-blue composite lights(1R﹕1B,1R﹕3B,and 3R﹕1B).The"accelerating effect"of different light quality combinations was comprehensively evaluated using the entropy-weighted TOPSIS method.This evaluation was based on monitoring key developmental stages throughout the entire growth cycle,measuring photosynthetic physiological parameters,analyzing the transcript levels of key flowering genes via quantitative real-time PCR(qRT-PCR),and assessing yield components(number of grains per spike and 1000-grain weight).[Result]Under the white light(W)treatment,although Hua 22 and Yanmai 3 completed a generation cycle within 50 and 44 days,respectively,they exhibited a lower number of grains per plant and a reduced germination rate.In contrast,3R﹕1B light combination ensured rapid barley growth(Hua 22,56 days per generation;Yanmai 3,49 days per generation),which also significantly improved the number of grains per spike and seed germination rates.No significant differences were observed in the SPAD value,photosynthetic parameters,or chlorophyll fluorescence parameters between the 3R﹕1B treatment and white light treatment.With the increase in blue light proportion,the whole growth period of barley was prolonged,and the SPAD value,photosynthetic parameters,and chlorophyll fluorescence parameters all decreased.qRT-PCR results indicated that light qualities with a high red light ratio accelerated the reproductive process by upregulating flowering-promoting factors,such as HvFT1,HvBM3,and HvAP1,as well as downregulating the flowering repressor HvRAV2-like.[Conclusion]The 3R﹕1B light spectrum not only ensured the rapid growth and development of barley but also significantly increased grain yield,achieving optimal multi-generation cycles per year.This study laid a technical foundation for rapid breeding in barley.
李志威;汤才国;吴丽芳;王子琪;高亚蒙;高润红;陈雪;杨铸;阚文杰;蹇双灵;严胜男
安徽大学物质科学与信息技术研究院,合肥 230601||中国科学院合肥物质科学研究院离子束生物工程与绿色农业研究中心,合肥 230031安徽大学物质科学与信息技术研究院,合肥 230601||中国科学院合肥物质科学研究院离子束生物工程与绿色农业研究中心,合肥 230031||中国科学技术大学研究生院科学岛分院,合肥 230026安徽大学物质科学与信息技术研究院,合肥 230601||中国科学院合肥物质科学研究院离子束生物工程与绿色农业研究中心,合肥 230031||安徽医科大学基础医学院,合肥 230032||中国科学技术大学研究生院科学岛分院,合肥 230026中国科学院合肥物质科学研究院离子束生物工程与绿色农业研究中心,合肥 230031||安徽医科大学基础医学院,合肥 230032中国科学院合肥物质科学研究院离子束生物工程与绿色农业研究中心,合肥 230031上海市农业科学院生物技术研究所/上海市农业遗传育种重点实验室,上海 201106中国科学院合肥物质科学研究院离子束生物工程与绿色农业研究中心,合肥 230031中国科学院合肥物质科学研究院离子束生物工程与绿色农业研究中心,合肥 230031||中国科学技术大学研究生院科学岛分院,合肥 230026中国科学院合肥物质科学研究院离子束生物工程与绿色农业研究中心,合肥 230031||中国科学技术大学研究生院科学岛分院,合肥 230026中国科学院合肥物质科学研究院离子束生物工程与绿色农业研究中心,合肥 230031中国科学院合肥物质科学研究院离子束生物工程与绿色农业研究中心,合肥 230031
大麦光质配比快速育种光合特性熵权TOPSIS
barleylight quality ratiospeed breedingphotosynthetic characteristicsentropy weight-TOPSIS
《中国农业科学》 2026 (8)
1639-1652,14
国家现代农业产业技术体系(CARS-05-01A-02)、安徽省重点研究与开发计划农业科技领域项目(2023n06020028)、中国科学技术大学学生创新创业和成果转化行动计划(XY2024G022)
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