方宇輝，韓留鵬，華 夏，趙明忠，郭 瑞，齊學(xué)禮，胡 琳

（1. 神農(nóng)種業(yè)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450002；2. 河南省作物分子育種研究院，河南 鄭州 450002）

小麥?zhǔn)俏覈?guó)及世界主要的糧食作物之一，提高小麥產(chǎn)量對(duì)保障國(guó)家糧食安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái)，全球氣候變暖，極端低溫和高溫天氣頻繁發(fā)生，極端低溫導(dǎo)致我國(guó)小麥發(fā)生多次大面積的低溫凍害[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004、2005、2011 年小麥冬季凍害發(fā)生嚴(yán)重，其中以2004 年最重，僅河南省小麥發(fā)生凍害面積就達(dá)205 萬(wàn)hm2，嚴(yán)重凍害發(fā)生面積達(dá)28 萬(wàn)hm2[2]。冬春季的低溫凍害都會(huì)對(duì)小麥產(chǎn)量造成不良影響，尤其是春季倒春寒發(fā)生頻率高，預(yù)防及災(zāi)后補(bǔ)救措施難以及時(shí)到位，對(duì)小麥生產(chǎn)造成的損失更大。春季異常天氣加速了小麥發(fā)育進(jìn)程，使小麥在溫度驟降時(shí)更容易受到傷害[3]。2013年3 月中下旬至4 月下旬，黃淮麥區(qū)發(fā)生極為罕見(jiàn)的大范圍倒春寒，且發(fā)生次數(shù)多達(dá)10 次，此時(shí)小麥正處于孕穗期，導(dǎo)致比較嚴(yán)重的小穗凍死和缺?，F(xiàn)象，河南省、山東省、安徽省等小麥減產(chǎn)嚴(yán)重，受災(zāi)面積達(dá)總播種面積的41.8%[4‐5]。2015、2018、2020 年發(fā)生的倒春寒均對(duì)黃淮地區(qū)小麥生產(chǎn)造成了嚴(yán)重危害[6]。因此，明確小麥凍害類型及抗寒生理和分子機(jī)制，對(duì)保障小麥高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。綜述了小麥凍害類型、抗寒生理機(jī)制（細(xì)胞膜系統(tǒng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化系統(tǒng)、光合特性和內(nèi)源激素）和分子機(jī)制（抗寒基因、抗寒組學(xué)），并探討了小麥抗寒研究存在的問(wèn)題和解決辦法，以期為小麥抗寒機(jī)制研究和抗寒育種提供理論依據(jù)。

1 小麥凍害類型

小麥凍害按發(fā)生時(shí)期主要分為冬季凍害、春季凍害和低溫冷害。

1.1 冬季凍害

根據(jù)低溫時(shí)間和是否出現(xiàn)冷暖驟變天氣，小麥冬季凍害又可分為初冬凍害和越冬凍害。初冬凍害常發(fā)生于11 月下旬至12 月中旬，此時(shí)小麥剛進(jìn)入越冬期，還未經(jīng)過(guò)低溫鍛煉，如果日平均氣溫降至0 ℃以下，最低氣溫達(dá)-10 ℃以下時(shí)，小麥葉片受凍變枯，對(duì)弱苗和旺苗影響較大[2]。越冬凍害多發(fā)生在12 月下旬至1 月底，進(jìn)入越冬期后小麥處于休眠狀態(tài)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的抗寒鍛煉，具有較強(qiáng)的抗寒能力，但是遇到天氣回暖，氣溫升高，幼苗又開(kāi)始生長(zhǎng)，若再遇大幅降溫，則使小麥發(fā)生較為嚴(yán)重的凍害[7]。越冬凍害發(fā)生概率小，程度較輕，對(duì)小麥產(chǎn)量影響不大。

1.2 春季凍害

春季凍害常指倒春寒，一般發(fā)生在小麥拔節(jié)期至孕穗期，此期是小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，小穗發(fā)育處于雌雄蕊分化、藥隔期和四分體形成期[8]，與小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素中的穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量密切相關(guān)[9‐11]。拔節(jié)期[12]、小花分化期[13]、雌雄蕊原基形成期至藥隔前期[14]、藥隔期[15‐16]是小麥對(duì)春季倒春寒的敏感時(shí)期。因小麥完成春化作用，抗寒能力下降，倒春寒對(duì)小麥農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀造成嚴(yán)重影響，春季凍害對(duì)小麥影響更大。

1.3 低溫冷害

低溫冷害指小麥進(jìn)入孕穗期后遇到0 ℃左右低溫發(fā)生的凍害。此期小麥組織幼嫩且含水量大，抗寒能力較弱，當(dāng)最低氣溫低于4 ℃時(shí)就會(huì)發(fā)生冷害。

2 小麥抗寒生理機(jī)制研究進(jìn)展

小麥?zhǔn)悄屠渲参铮L(zhǎng)期以來(lái)通過(guò)自然選擇的方式積累了有利的抗寒性狀，使其能夠適應(yīng)低溫環(huán)境并生存下來(lái)。凍害發(fā)生時(shí)，小麥體內(nèi)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的生理生化（主要涉及細(xì)胞膜系統(tǒng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化系統(tǒng)、光合特性、內(nèi)源激素）變化，以響應(yīng)外界溫度的迅速降低，減小低溫對(duì)自身的傷害。

2.1 細(xì)胞膜系統(tǒng)

植物組織經(jīng)過(guò)低溫脅迫后會(huì)受到損傷甚至死亡，主要原因是低溫導(dǎo)致了細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞，可以通過(guò)膜的生理生化變化來(lái)反映其抗性的強(qiáng)弱[17]。臨界低溫使細(xì)胞膜從流動(dòng)的液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟哪z態(tài)，致使細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)收縮，引起植物細(xì)胞代謝失調(diào)、功能紊亂，最終對(duì)植物造成傷害[18]，這種變化使細(xì)胞內(nèi)的離子和其他溶質(zhì)外滲，導(dǎo)致細(xì)胞水溶液的電導(dǎo)率增加，組織受傷程度隨電導(dǎo)率升高而加重[19]。巨偉等[20]研究發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫下小麥葉片細(xì)胞膜透性可用于判斷冬小麥的抗寒性，細(xì)胞膜透性越小，抗寒性越強(qiáng)，反之抗寒性越弱。對(duì)2個(gè)不同抗寒性小麥品種的幼苗進(jìn)行低溫處理，發(fā)現(xiàn)2 個(gè)小麥品種的葉綠體、線粒體以及細(xì)胞膜系統(tǒng)隨著低溫處理時(shí)間的延長(zhǎng)被破壞程度逐漸加重，葉綠體、線粒體腫脹變形，類囊體排列呈不規(guī)則狀，部分細(xì)胞器消失，抗寒性強(qiáng)品種表面糖蛋白層的保持時(shí)間較長(zhǎng)[21]。金戈等[22]通過(guò)低溫脅迫-復(fù)溫試驗(yàn)對(duì)小麥葉細(xì)胞質(zhì)膜透性的變化進(jìn)程及性質(zhì)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)小麥葉細(xì)胞質(zhì)膜透性變化的實(shí)質(zhì)是低溫引起細(xì)胞收縮和質(zhì)膜物態(tài)變化進(jìn)而改變膜的通透性，復(fù)溫后可恢復(fù)到正常生理狀態(tài)。因此，在低溫下通過(guò)提高細(xì)胞外溶液濃度可以降低胞外溶液的冰點(diǎn)，防止細(xì)胞因結(jié)冰造成損傷。在持續(xù)低溫脅迫條件下，小麥膜脂過(guò)氧化的中間產(chǎn)物自由基和終產(chǎn)物丙二醛（MDA）大量積累，導(dǎo)致質(zhì)膜透性增加，最終造成細(xì)胞膜系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p傷，故測(cè)定低溫脅迫下小麥的MDA含量可反映質(zhì)膜在低溫作用下受破壞的程度，MDA含量可作為小麥抗寒性評(píng)價(jià)指標(biāo)[23]。王曉楠等[24]研究發(fā)現(xiàn)，低溫下抗寒性強(qiáng)的小麥品種的相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量顯著低于抗寒性弱的品種，其葉鞘質(zhì)膜具有較好的穩(wěn)定性，在深度封凍期維持葉鞘質(zhì)膜穩(wěn)定性有助于增強(qiáng)冬小麥抗寒性。

2.2 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)

滲透調(diào)節(jié)可維持細(xì)胞液濃度，防止原生質(zhì)體因結(jié)冰造成的傷害，保證細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和完整性，從而適應(yīng)低溫環(huán)境?？扇苄蕴穷愂侵参锟购^(guò)程中重要的有機(jī)物，糖的積累能有效提高細(xì)胞的滲透壓，從而降低冰點(diǎn)溫度，保護(hù)膜的穩(wěn)定性[25]。目前研究較為透徹的脯氨酸，在滲透調(diào)節(jié)中起到了非常重要的作用[25]。可溶性蛋白廣泛存在于細(xì)胞內(nèi)，主要調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)滲透壓的平衡和維持細(xì)胞正常的生理代謝活動(dòng)，是植物抗寒性重要生理指標(biāo)之一。對(duì)冬小麥的抗寒性研究也證明了細(xì)胞內(nèi)可溶性糖類、蛋白質(zhì)以及游離的氨基酸含量確實(shí)與抗寒性存在相關(guān)性。李春燕等[26]研究小麥苗期葉片對(duì)低溫的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)低溫脅迫處理小麥葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量顯著高于無(wú)脅迫處理，且隨溫度的降低和處理時(shí)間的延長(zhǎng)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量增加。于晶等[27]研究發(fā)現(xiàn)，在北方寒地自然條件下，與非抗寒性小麥品種相比，抗寒性小麥品種可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、葉綠素含量均提高。孫金月等[28]研究表明，低溫鍛煉后的強(qiáng)抗寒小麥品種的游離脯氨酸、羥脯氨酸、糖蛋白含量比未經(jīng)低溫鍛煉處理時(shí)分別提高5～32、177～217、468～972倍，弱抗寒小麥品種的上述指標(biāo)增加量較小。吳青霞等[16]研究發(fā)現(xiàn)，脯氨酸和可溶性蛋白含量等生理指標(biāo)的變化與小麥品種產(chǎn)量高低關(guān)系密切，可以將其作為小麥抗倒春寒的鑒定指標(biāo)。姜麗娜等[29]在小麥拔節(jié)期進(jìn)行低溫處理，發(fā)現(xiàn)葉片可溶性糖含量和游離脯氨酸含量較未進(jìn)行低溫處理增加。孕穗期對(duì)小麥進(jìn)行低溫脅迫處理，低溫處理當(dāng)天（1 ℃低溫下），小麥葉片中的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量等均不同程度增加[30]。LIU 等[31]在低溫條件下對(duì)小麥葉片噴施外源脫落酸（ABA），誘導(dǎo)了蔗糖和果糖合成關(guān)鍵酶基因的表達(dá)，抗寒性強(qiáng)的品種中蔗糖和果糖的積累量較高。

2.3 抗氧化系統(tǒng)

Ca2+作為第二信使，與植物響應(yīng)低溫脅迫緊密相關(guān)[40]。在低溫脅迫條件下，為了清除活性氧以及緩解氧化造成的損傷，Ca2+和鈣調(diào)蛋白相結(jié)合激活磷脂酶參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，做出相應(yīng)的抗逆生理反應(yīng)：不飽和脂肪酸脫落并在脂氧化合酶的作用下形成羥基過(guò)氧化物，分解MDA[41]。機(jī)體內(nèi)的Ca2+穩(wěn)態(tài)依賴于ATP酶活性，Ca2+-ATP酶參與Ca2+濃度調(diào)節(jié)，其活性與小麥抗寒性密切相關(guān)[42]。低溫脅迫條件下，小麥質(zhì)膜的Ca2+-ATP 酶活性越穩(wěn)定，越有助于提高小麥的抗寒性[42]。

2.4 光合特性

光合作用是一切綠色植物正常生長(zhǎng)發(fā)育的主要物質(zhì)基礎(chǔ)和能量來(lái)源，低溫脅迫會(huì)影響植物的光合色素合成、葉綠體的顯微結(jié)構(gòu)，改變光合速率、電子傳遞效率、能量代謝等[43]。陳思思等[9]研究表明，小麥葉片經(jīng)過(guò)-2 ℃低溫脅迫處理18 h以上、-4 ℃處理6 h 后，光合速率顯著下降，原因是長(zhǎng)時(shí)間的低溫破壞了葉綠體結(jié)構(gòu)導(dǎo)致光合器官受損，葉肉細(xì)胞光合活性下降。劉蕾蕾等[44]研究發(fā)現(xiàn)，在小麥拔節(jié)期和孕穗期，隨溫度降低和低溫處理時(shí)間延長(zhǎng)，小麥光合速率呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，對(duì)春性小麥品種揚(yáng)麥16葉片光合速率的影響大于半冬性小麥品種徐麥30。任德超等[45]研究發(fā)現(xiàn)，在拔節(jié)前期溫度低于-7 ℃和拔節(jié)后期溫度低于-5 ℃條件下，小麥葉片光合速率、胞間CO2濃度、葉片蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度均隨溫度降低顯著下降，認(rèn)為這4 個(gè)光合指標(biāo)能準(zhǔn)確反映小麥?zhǔn)軆龊η闆r，指標(biāo)下降程度越大受凍害越嚴(yán)重，抗寒能力越弱。王曉楠等[46]對(duì)抗寒性不同的2個(gè)小麥品種低溫處理下的葉綠素?zé)晒鈪?shù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)低溫馴化結(jié)束后抗寒性強(qiáng)的小麥品種老葉的最大熒光產(chǎn)量（Fm）、非光化學(xué)淬滅系數(shù)（qN）、光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）顯著高于不抗寒品種。關(guān)雅楠等[47]研究不同小麥品種遭受低溫脅迫后的變化，發(fā)現(xiàn)所有光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)在品種間的差異均達(dá)到顯著水平，抗寒性強(qiáng)的小麥品種具有較高的光合活性和較強(qiáng)的自我保護(hù)機(jī)制，其光合機(jī)構(gòu)受損傷程度較輕。LI 等[48]研究發(fā)現(xiàn)，春季凍害顯著降低了耐低溫和低溫敏感小麥品種的氣體交換參數(shù)和PSⅡ最大光化學(xué)效率，但耐低溫小麥品種的光合參數(shù)和產(chǎn)量降低幅度較小。王秀田等[49]研究發(fā)現(xiàn)，抗寒性強(qiáng)的小麥品種能較早感知低溫而維持光合系統(tǒng)穩(wěn)定，使其后期適應(yīng)更低的溫度脅迫。王瑞霞等[11]研究表明，低溫脅迫條件下，3 個(gè)小麥品種的葉片光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度均較非低溫脅迫處理顯著下降，胞間CO2濃度均有較大幅度的升高，抗寒性最強(qiáng)的小麥品種受影響最小。

2.5 內(nèi)源激素

植物內(nèi)源激素是植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)的重要物質(zhì)之一，伴隨著小麥生長(zhǎng)發(fā)育的每個(gè)階段。植物內(nèi)源激素變化與植物的抗寒性息息相關(guān)，其中脫落酸（ABA）和赤霉素（GA）在植物抵御低溫脅迫過(guò)程中起到重要作用。ABA 在冷脅迫應(yīng)激反應(yīng)中起到穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、促進(jìn)氣孔關(guān)閉和誘導(dǎo)下游抗寒基因表達(dá)等作用[50]。趙春江等[51]研究越冬期不同抗寒性小麥品種植株內(nèi)源激素含量，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)抗寒性冬性小麥品種中ABA 含量高于弱抗寒性春性小麥品種，而弱抗寒性春性小麥品種中GA 含量高于強(qiáng)抗寒性冬性小麥品種。劉麗杰等[52]研究發(fā)現(xiàn)，在低溫脅迫條件下，噴施ABA 可提高糖酵解和三羧酸循環(huán)途徑相關(guān)代謝酶的活性，從而提高小麥抗寒性。在分蘗期和拔節(jié)期進(jìn)行低溫脅迫處理，發(fā)現(xiàn)抗寒性較差的小麥品種根系中GA3含量增加，ABA含量下降，而生長(zhǎng)素（IAA）含量表現(xiàn)為在分蘗期增加、拔節(jié)期下降，根系受低溫影響較大[37]。李春燕等[53]研究表明，在經(jīng)過(guò)重度低溫脅迫處理后，小麥ABA含量提高，GA3含量降低，從而減緩低溫脅迫對(duì)小麥植株的傷害。另外，在植物冷馴化過(guò)程中內(nèi)源ABA 含量增加，可以誘導(dǎo)低溫脅迫相關(guān)基因的表達(dá)，使小麥抗寒性提高[54‐55]。

3 小麥抗寒分子機(jī)制研究進(jìn)展

植物遭到低溫脅迫時(shí)，通過(guò)細(xì)胞膜對(duì)低溫信號(hào)進(jìn)行感知并轉(zhuǎn)導(dǎo)，許多抗寒相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子參與了信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程，調(diào)控下游抗寒相關(guān)基因的表達(dá)[56]，產(chǎn)生多種相互關(guān)聯(lián)的表達(dá)產(chǎn)物及蛋白質(zhì)等，以減弱或抵御低溫對(duì)自身造成的損傷，使其能夠適應(yīng)低溫環(huán)境并維持正常的生理代謝活動(dòng)和正常發(fā)育節(jié)奏[57‐58]。

3.1 抗寒基因

小麥的抗寒性通常由多基因控制[59]。1978 年，KACPERSKA-PALACZ[60]首次發(fā)現(xiàn)小麥1B、1D、2B等8條染色體與幼苗抗寒性相關(guān)。通過(guò)小麥單體和代換系分析，發(fā)現(xiàn)在小麥21 對(duì)染色體中至少有10對(duì)染色體與抗寒性相關(guān)，關(guān)系最大的是5A 和5D染色體[61]。隨著小麥抗寒性分子機(jī)制的深入研究，一系列小麥（營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段）低溫脅迫相關(guān)基因被克隆，如小麥WCS120（Wheat cold acclimation 50 ku protein 120）家族基因[62]和低溫響應(yīng)蛋白（Cold response protein，COR）基因[63]等。其中，WCS120基因僅受低溫誘導(dǎo)表達(dá)，WCS120 蛋白在低溫脅迫條件下大量積累，可以作為小麥苗期抗寒性鑒定的重要指標(biāo)[64]。COR屬于低溫誘導(dǎo)型基因，它編碼的COR 蛋白屬于冷應(yīng)答蛋白，多個(gè)此類基因協(xié)同作用可增強(qiáng)植物的抗寒性[65]。小麥葉綠體蛋白WCS19為非ABA 依賴型蛋白，在冷馴化時(shí)被轉(zhuǎn)運(yùn)至葉綠體的間質(zhì)層，冷脅迫條件下，WCS19基因只在抗寒植株中表達(dá)，在低溫敏感型材料中不表達(dá)[66]。在基因功能方面，研究較多的抗寒相關(guān)基因有春化（Vernalization）基因Vrn1、Vrn2、Vrn3和抗寒（Frost resistance）基因Fr1、Fr2及CBF/DREB（C‐repeat binding factor/dehydration‐responsive element‐binding）基因[67‐70]。Vrn1 是春化作用正調(diào)控因子，調(diào)控莖尖生長(zhǎng)點(diǎn)從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)的轉(zhuǎn)變[71]。而Vrn2是春化作用負(fù)調(diào)控因子，是小麥成花的抑制因子[72]。Fr1、Fr2基因都位于第5同源群染色體長(zhǎng)臂上，與小麥的抗寒性密切相關(guān)[73]。STORLIE 等[74]研究發(fā)現(xiàn)，冬小麥抗寒性的不同是由于Vrnl-Frl區(qū)段的差異導(dǎo)致的，表明小麥5AL 染色體上的Vrn1-Frl 區(qū)段對(duì)抗寒性作用明顯，可用于小麥抗寒育種。CBF/DREB轉(zhuǎn)錄因子在低溫脅迫條件下能夠結(jié)合COR基因啟動(dòng)子區(qū)域的順式作用元件，激活下游COR基因表達(dá)，低溫脅迫條件下過(guò)表達(dá)CBF/DREB 基因能夠顯著增強(qiáng)小麥的抗寒性[75]。李婷[76]在小麥中克隆5 個(gè)TaCBFs 基因，其均可以被低溫脅迫誘導(dǎo)表達(dá)，且具有組織特異性。

3.2 抗寒組學(xué)

小麥響應(yīng)低溫脅迫是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過(guò)程，不僅基因水平上會(huì)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)和代謝水平上也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。近年來(lái)，隨著組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，小麥抗寒相關(guān)轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)研究相繼被報(bào)道。利用小麥基因芯片分析低溫脅迫下小麥藥隔初期表達(dá)譜變化，發(fā)現(xiàn)有多個(gè)基因在轉(zhuǎn)錄水平上發(fā)生變化，其中102 個(gè)基因的表達(dá)水平在低溫脅迫處理1 d 或3 d 后發(fā)生大幅度的改變，這些基因編碼CBF/DREB、冷誘導(dǎo)蛋白、鈣依賴蛋白激酶等[77]。ZHAO 等[78]利用RNA-seq 技術(shù)研究小麥幼苗莖基部經(jīng)4 ℃長(zhǎng)期低溫馴化和-5 ℃短期低溫處理后基因表達(dá)譜變化，結(jié)果顯示在轉(zhuǎn)錄水平上有多個(gè)共表達(dá)的差異基因，主要參與合成冷誘導(dǎo)相關(guān)蛋白、葉綠素a/b 結(jié)合蛋白、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白和轉(zhuǎn)錄因子等；同時(shí)經(jīng)轉(zhuǎn)錄組和代謝組聯(lián)合分析差異基因和差異代謝物，發(fā)現(xiàn)ABA/茉莉酸（JA）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和脯氨酸生物合成關(guān)鍵途徑基因在調(diào)控小麥抗寒性中起著重要作用。ZHANG 等[79]對(duì)藥隔期低溫處理后的小麥幼穗進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和數(shù)字表達(dá)譜分析，有359 個(gè)差異基因被KEGG 注釋，確定了一系列低溫脅迫響應(yīng)的候選基因。ZHANG 等[80]利用蛋白質(zhì)雙向電泳（2-DE）和質(zhì)譜（MALDI-TOF-MS）技術(shù)對(duì)低溫脅迫處理的2個(gè)小麥品種以及由二者創(chuàng)制的F10重組自交系群體后代進(jìn)行低溫響應(yīng)蛋白鑒定，分析顯示差異蛋白質(zhì)涉及脅迫/防御、碳水化合物、碳代謝、蛋白質(zhì)代謝等多種生化途徑，并在低溫響應(yīng)蛋白中發(fā)現(xiàn)1個(gè)PAP6-like蛋白，可能在增強(qiáng)小麥抗寒性過(guò)程中起到重要作用。利用GC-TOF/MS 代謝組學(xué)檢測(cè)技術(shù)分析冬小麥在低溫脅迫條件下的差異代謝物，發(fā)現(xiàn)氨基酸代謝、糖類物質(zhì)代謝、氮素代謝隨溫度降低出現(xiàn)不同程度的變化，使冬小麥更適應(yīng)低溫環(huán)境[81]。CHEONG 等[82]利用代謝組學(xué)和脂質(zhì)體譜研究耐冷和低溫敏感小麥品種在小孢子期的低溫響應(yīng)情況，評(píng)估2 個(gè)品種在低溫馴化期間的穗代謝產(chǎn)物和脂類變化，發(fā)現(xiàn)品種間在參與滲透保護(hù)的初級(jí)代謝產(chǎn)物方面均表現(xiàn)出質(zhì)和量的差異，但脂質(zhì)積累的差異能夠更加顯著地區(qū)分2個(gè)小麥品系的低溫響應(yīng)差異。

4 展望

小麥抗寒性研究對(duì)黃淮麥區(qū)，特別是對(duì)河南省、山東省近年春季倒春寒多發(fā)地區(qū)的意義重大，倒春寒頻發(fā)、隨機(jī)、不可預(yù)見(jiàn)對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育帶來(lái)了難以預(yù)料的損失。目前，針對(duì)小麥抗寒性研究有幾種觀點(diǎn)，有學(xué)者認(rèn)為小麥抗寒性與幼穗發(fā)育進(jìn)程有關(guān)，即由于自身發(fā)育節(jié)奏慢可能處于二棱期或小花分化期而躲避了春季倒春寒，而與品種本身抗寒能力無(wú)關(guān)，可以通過(guò)合適的光周期和春化特性調(diào)節(jié)發(fā)育節(jié)律，避免冬季和春季的低溫凍害[83]。也有學(xué)者認(rèn)為，小麥品種抗寒能力有差異，在遭遇倒春寒后，生理和表型沒(méi)有發(fā)生顯著變化，抗寒性強(qiáng)的品種受到影響較小，而抗寒性差的品種則難以適應(yīng)溫度驟降環(huán)境[23，35]，幼穗發(fā)育受到不可逆轉(zhuǎn)的影響[13]。還有學(xué)者認(rèn)為，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段和生殖發(fā)育階段抗寒機(jī)制有所不同[84]。因此，關(guān)注小麥動(dòng)態(tài)發(fā)育節(jié)奏，培育冬春季抗寒能力強(qiáng)、生產(chǎn)上躲避倒春寒的品種是目前小麥育種學(xué)家亟待解決的問(wèn)題。

植物的抗寒性是體內(nèi)一系列生理生化過(guò)程共同作用的結(jié)果，受眾多冷響應(yīng)基因共同調(diào)控，同時(shí)還受外界環(huán)境的制約。目前，小麥抗寒性鑒定生理指標(biāo)過(guò)多，測(cè)定和分析結(jié)果及綜合評(píng)價(jià)方法較復(fù)雜，且對(duì)于冬春季的低溫凍害還沒(méi)有統(tǒng)一且有效的鑒定方法。因此，篩選有效的抗寒生理指標(biāo)，快速準(zhǔn)確鑒定小麥抗寒性十分重要。相比于擬南芥和水稻，小麥苗期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段的抗寒機(jī)制研究較為深入，而春季小麥進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段的抗寒研究進(jìn)展較落后，目前主要集中于前期若干低溫誘導(dǎo)基因的同源克隆以及利用反向遺傳學(xué)進(jìn)行低溫響應(yīng)基因的挖掘和功能研究方面，初步建立了小麥低溫響應(yīng)途徑，但還未克隆到抗倒春寒基因和進(jìn)行相關(guān)分子標(biāo)記開(kāi)發(fā)，抗寒基因信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和調(diào)控表達(dá)、抗寒蛋白的結(jié)構(gòu)和功能等尚不清晰。隨著高通量測(cè)序、蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)的迅速發(fā)展，未來(lái)可以從RNA、蛋白質(zhì)和代謝物水平更好地揭示小麥對(duì)低溫脅迫不同層次的響應(yīng)，挖掘與抗寒相關(guān)的新基因、新蛋白質(zhì)和差異代謝物，進(jìn)行多組學(xué)聯(lián)合分析，系統(tǒng)開(kāi)展小麥抗寒機(jī)制研究。過(guò)去研究小麥抗寒性多針對(duì)單基因，而抗寒性是多基因共同調(diào)控的復(fù)雜性狀，未來(lái)可采用多個(gè)基因共轉(zhuǎn)化來(lái)提高小麥抗寒性。