东北春玉米增密缩穗的生理代谢机理与化学调控

摘要

本试验于2014和2015年在吉林省公主岭市中国农业科学院作物科学研究所试验站进行，以不同基因型玉米中单909和吉单35为材料，设置种植密度和化学调控处理。其中，密度为4.5、7.5、10.5万株/hm-2三个梯度；化学调控为：2014年T1：六展叶多效唑(PP333)0.68×10-3mol/L+九展叶多效唑(PP333)1.36×10-3mol/L；T2：六展叶赤霉素(GA3)0.56×10-3mol/L+九展叶赤霉素(GA3)1.12×10-3mol/L；对照(CK)为等量清水。2015年T1：六展叶乙矮合剂(ECK)2ml/L+九展叶赤霉嘌呤合剂(GB)2ml/L；T2：六展叶乙矮合剂(ECK)2ml/L+九展叶聚康萘合剂(PKN)2ml/L；T3：六展叶PP3331.36×10-3mol/L+九展叶PP3332.72×10-3mol/L；T4：六展叶GA31.12×10-3mol/L+九展叶GA32.24×10-3mol/L；CK为清水对照。在形态学、酶学和激素生理学水平上，研究两品种不同密度梯度对玉米雌穗生长发育动态、叶片碳氮代谢关键酶活性、籽粒灌浆进程及内源激素动态变化的影响，探索东北春玉米增密缩穗的生理代谢机理；并进一步探索化学调控措施对增密缩穗的调控效应。主要研究结果如下：
　　1.增加种植密度雌穗缩小，双重化控改善雌穗性状，提高产量。增加种植密度，玉米穗长、穗粗、穗粒数和千粒重等产量构成因素均下降，秃尖长呈增长，群体产量先增加后降低。GA3和PP333处理中高密度群体产量降低，且浓度越高对产量的负效应越大。ECK+GB和ECK+PKN双重化控处理提高千粒重。而ECK+GB处理增产幅度较小，ECK+PKN双重化控处理可显著提高中密度群体产量，在高密度和低密度水平下产量增幅较小。
　　2.增加密度显著影响雌穗的伸长过程，关键时期在大口期之后，双重化控促进雌穗伸长。增加密度导致雌穗伸长减慢，雌穗分化进程推迟，吐丝高峰期延迟1~3d。大口期之前，增加密度对雌穗伸长影响不显著；大口期后密度越高，雌穗长度越短。ECK、PKN、PP333和GA3等多种类型PGRS单一和复合处理，对雌穗伸长速度、最终长度和籽粒灌浆速率影响不同。其中，ECK+PKN和EC+GB双重化控处理，可以提高雌穗伸长速度，但对雌穗分化进程影响较小。
　　3.增加密度降低氮素代谢关键酶活性，双重化控处理提高中低密度群体氮代谢关键酶活性。灌浆期，增密，叶片NR、GS、GPT活性降低，GOT活性变化小；NR活性随叶龄增加而降低；GS活性随叶龄呈单峰曲线变化，花后30 d达最高；GOT活性在灌浆期变化幅度较小。多种PGRS处理后，两品种低、中密度群体NR和GS活性比对照增高， ECK+GB和ECK+PKN双重化控提高两品种中低密度群体穗位叶和籽粒氮素代谢关键酶活性，促进氮素吸收同化。
　　4.增加种植密度导致玉米穗位叶碳素代谢关键酶蔗糖磷酸合成酶（SPS）、蔗糖合成酶（SS）活性降低。ECK+GB和ECK+PKN双重化控提高两品种中低密度群体穗位叶蔗糖合成能力，尤其显著提高花后50 d蔗糖合成能力，促进灌浆中后期穗位叶蔗糖转运；提高灌浆后期籽粒蔗糖裂解酶活性，促进蔗糖分解，提高籽粒对蔗糖的利用能力。
　　5.增加种植密度导致籽粒灌浆参数负向变化，双重化控优化了灌浆参数。增密导致最大灌浆速率（Gmax）、灌浆速率最大时的生长量（Wmax）及达最大灌浆速率的时间（Tmax）降低，活跃灌浆期（P）天数减少；灌浆线性增长起始时间没有差异，线性增长持续时间缩短。最终粒重及平均灌浆速率均随密度增加而降低。籽粒灌浆速率呈单峰曲线的变化趋势，各密度达到最大灌浆速率的时间基本一致。粒重与Gmax、Wmax极显著相关。ECK+GB和ECK+PKN处理提高了两品种Wmax和Gmax，高浓度的PP333和GA3处理降低Wmax。ECK+GB和ECK+PKN处理提高了两品种中密度群体Gmax，并且提高籽粒体积和灌浆50 d至成熟期脱水速率，促进籽粒成熟。6.增加种植密度，改变了不同发育阶段雌穗内源激素水平，双重化控协调了雌穗内源激素平衡。增加密度，导致雌穗GA3含量降低，IAA、ZR、ABA含量增加，穗长缩短。穗长与IAA、ZR、ABA含量均呈极显著负相关，与GA3含量呈极显著正相关。ECK+GB处理，降低雌穗伸长前期(39~45 d) IAA含量，提高后期含量，提高中高密度群体雌穗伸长后期(57~63 d) GA3和ZR含量。ECK+PKN处理，降低雌穗伸长前期(39~51 d)IAA、GA3、ZR含量，提高后期(57~63 d) IAA、GA3、ZR含量，雌穗长度增加。
　　7.不同类型内源激素调控着籽粒发育的不同过程。灌浆前期（10~50 d），粒重与IAA、ZR、ABA含量呈显著负相关，与GA3含量呈正相关；瞬时灌浆速率与GA3含量呈极显著正相关，与ZR和ABA含量极显著负相关。ECK+GB和ECK+PKN化控处理优化了籽粒不同内源激素水平，改善了籽粒灌浆过程。

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英文缩略表

第一章 引 言

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究目的与意义

第二章 种植密度对东北春玉米产量形成特征影响与化学调控

2.1 试验材料与方法

2.2 结果与分析

2.3 本章小结

第三章 种植密度对东北春玉米灌浆期叶片和籽粒氮素吸收利用的影响与化学调控

3.1试验材料与方法

3.2 结果与分析

3.3 本章小结

第四章 种植密度对东北春玉米灌浆期蔗糖代谢关键酶活性的影响与化学调控

4.1试验材料与方法

4.2 结果与分析

4.3 本章小结

第五章 种植密度对春玉米雌穗生长发育的影响与化学调控

5.1试验材料与方法

5.2 结果与分析

5.3 本章小结

第六章 种植密度对春玉米籽粒灌浆进程的影响与化学调控

6.1试验材料与方法

6.2 结果与分析

6.3 本章小结

第七章 不同密度春玉米穗生长发育的激素机理与化学调控

7.1试验材料与方法

7.2 结果与分析

7.3 本章小结

第八章 全文结论

8.1 种植密度对玉米群体产量及产量构成因素的影响与化学调控

8.2 种植密度对灌浆期源库氮代谢生理的影响与化学调控

8.3 种植密度对灌浆期源库碳代谢生理的影响与化学调控

8.4 种植密度对雌穗生长发育进程的影响与化学调控

8.5 种植密度对籽粒灌浆进程的影响与化学调控

8.6 种植密度对玉米雌穗内源激素含量的影响与化学调控

8.7 种植密度对灌浆期籽粒内源激素的影响与化学调控

参考文献

致谢

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