不同积温带春玉米碳代谢机理及化学调控效应的研究

摘要

本研究以不同抗冷型玉米品种丰单3（FD3，抗冷型）和郑单958（ZD958，不抗冷型）为材料，于2011-2012年在黑龙江省不同积温带研究了积温对两类玉米品种生长发育、干物质积累、碳代谢关键酶、产量构成因素和产量的影响及聚糠萘水剂(PKN)化学调控效果，探讨温度特征和PKN化学调控对两类玉米叶片碳代谢影响的酶学生理机制，以期为建立低温冷凉区玉米优质高产栽培技术提供理论依据，对保障寒地春玉米高产稳产具有重要意义。主要研究结果如下:
　　 1.三个积温带的有效积温表现为:Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ积温带。2011年，Ⅰ积温带有效积温比Ⅱ、Ⅲ积温带分别高82.23和297.91℃·日，2012年，Ⅰ积温带有效积温比Ⅱ、Ⅲ积温带分别高83.93和220.90℃·日。Ⅰ积温带较Ⅱ、Ⅲ积温带播期提前1～16d，不仅延长生育进程，特别是有效增加了春玉米吐丝后积温和日均温，有效利用了生育期内的光热资源。
　　 2.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ积温带播种-出苗，2011年平均温度分别为12.43、12.66和13.26℃，2012年平均温度分别为13.22、12.40和13.37℃。播期温度都满足了出苗下限温度，玉米苗期受低温胁迫较轻。丰单3在3个积温带，2011年整个灌浆期平均温度为23.07、21.27和18.21℃;2012年整个灌浆期平均温度为22.62、21.18和18.14℃。郑单958在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ积温带，2011年整个灌浆期平均温度为19.97、19.12和17.35℃;2012年整个灌浆期平均温度为20.67、18.77和16.48℃。3个积温带春玉米主要是灌浆中后期受到较严重的低温胁迫，特别是Ⅲ积温带初霜期早，导致后期灌浆不足，降低了春玉米的产量和品质。
　　 3.FD3和ZD958叶片、叶鞘、茎秆和雌穗的干物重在3个积温带间变化趋势一致，随生育进程的推进呈先增加后降低的变化趋势，雌穗干物重和总干物重随生育进程而呈增加趋势。PKN处理不同程度地增加了玉米叶干重和总干物重。
　　 4.三个积温带，FD3和ZD958的叶面积指数(LAI)和叶绿素含量变化趋势基本一致，均随生育进程呈单峰曲线变化，LAI从苗期开始逐渐增加，抽雄吐丝期达到高峰，以后又逐渐下降，叶绿素含量在灌浆初期达到最大值;FD3和ZD958灌浆期叶片光合速率随吐丝后天数增加呈逐渐降低趋势。PKN处理对玉米叶面积指数、叶绿素含量和光合速率有不同程度的提高。
　　 5.三个积温带，FD3和ZD958不同叶位的光合功能酶（RuBP羧化酶和PEP羧化酶）活性变化趋势存在差异，随灌浆天数呈单峰曲线或呈下降趋势。FD3的叶片光合功能酶受灌浆前期(0～20 d)和后期(20～40 d)的有效积温影响显著，ZD958的叶片功能酶在整个灌浆期都受有效积温的显著影响。PKN化控处理不同程度的提高了FD3和ZD958的RuBP羧化酶和PEP羧化酶活性，加强了玉米叶片的光合作用。
　　 6.三个积温带，FD3和ZD958不同叶位的蔗糖含量和蔗糖代谢关键酶（蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶和转化酶）活性变化趋势存在差异。FD3蔗糖含量与积温相关性不显著，ZD958后期蔗糖含量与积温显著正相关。不同玉米品种，积温与功能叶蔗糖代谢相关酶活性的相关性存在差异，FD3灌浆后期受温度影响显著;ZD958在整个灌浆期受温度影响显著。PKN化控处理不同程度的提高了FD3和ZD958的蔗糖含量、蔗糖代谢关键酶活性。
　　 7.不同品种玉米叶片蔗糖含量与关键酶活性相关性有差异，FD3蔗糖含量与蔗糖合成酶(SS)活性相关性在吐丝后0～10 d和20～30 d大于与磷酸蔗糖合成酶(SPS)活性的相关性，ZD958蔗糖含量与SPS活性相关性在整个灌浆期均大于与SS活性的相关性。两类玉米在灌浆后期叶片蔗糖含量与酸性蔗糖转化酶(AI)、中性蔗糖转化酶(NI)活性均显著相关。
　　 8.三个积温带两品种玉米的产量表现为:Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ积温带，ZD958产量高于FD3。PKN化控处理不同程度地增加了FD3和ZD958的产量。2011年，3个积温带FD3处理比对照分别高547.36、552.71和227.51 kg·hm-2; ZD958处理比对照分别高1180.6、1223.97和1261.73 kg·hm-2。2012年，3个积温带FD3处理比对照分别高118.02、642.79和723.02 kg·hm-2; ZD958处理比对照分别高306.50、311.32和989.53 kg·hm-2。

目录

声明

摘要

1．引言

1．1 研究的目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 低温冷害对玉米生长发育及其产量的影响

1．2．2 低温冷害对玉米光合作用的影响

1．2．3 低温冷害对玉米光合作用关键酶的影响

1．2．4 低温冷害对玉米蔗糖代谢的影响

1．2．5 化学调控对玉米低温冷害的影响

2．材料与方法

2．1 试验材料

2．2 试验设计

2．3 气象数据

2．4 田间取样

2．5 测定项目及方法

2．5．1 玉米生育进程调查

2．5．2 干物重测定

2．5．3 产量及产量构成因素的测定

2．5．4 叶面积和叶面积指数

2．5．5 光合速率测定

2．5．6 叶绿素含量测定

2．5．7 RuBP羧化酶活性的测定

2．5．8 PEP羧化酶活性的测定

2．5．9 蔗糖、蔗糖合成酶(SS)和磷酸蔗糖合成酶(SPS)活

2．5．10 蔗糖转化酶活性(InV)测定

2．6 数据分析

3．结果与分析

3．1 三个积温带春玉米生育期温度变

3．1．1 三个积温带春玉米生育期最高、最低温度的变化趋势

3．1．2 三个积温带春玉米生育期有效积温和日平均温度的变化情况

3．2 三个积温带两类玉米生育时期的差异

3．2．1 三个积温带春玉米的生育期

3．2．2 三个积温带春玉米各生育阶段活动积温和日均积温

3．3 三个积温带玉米干物重的变化与化学调控

3．3．1 三个积温带植株各器官干物重的变化

3．3．2 三个积温带单株干物重的变化

3．3．3 化学调控对三个积温带叶干重和单株干物重的影响

3．4 三个积温带玉米光合特性的影响与化学调控

3．4．1 三个积温带叶面积指数的变化与化学调控

3．4．2 三个积温带玉米叶绿素含量的变化与化学调控

3．4．3 三个积温带光合速率的变化与化学调控

3．4．4 三个积温带RuBP羧化酶活性的变化与化学调控

3．4．5 三个积温带PEP羧化酶活性的变化与化学调控

3．5 三个积温带蔗糖代谢关键酶活性的动态变化与化学调控

3．5．1 三个积温蔗糖含量的变化与化学调控

3．5．2 三个积温带蔗糖合成酶(SS)活性的变化与化学调控

3．5．3 三个积温带磷酸蔗糖合成酶活性的动态变化与化学调控

3．5．4 三个积温带酸性蔗糖转化酶活性的变化与化学调控

3．5．5 三个积温带中性蔗糖转化酶活性的变化与化学调控

3．6 三个积温带玉米产量及产量构成因素的差异及化学调控

3．6．1 三个积温带玉米产量的差异及化学调控

3．6．2 三个积温带玉米产量构成因素的差异及化学调控

3．7 灌浆期有效积温与叶片RuBP、PEP羧化酶活性、光合速率、产量的关系

3．8 灌浆期有效积温与叶片蔗糖含量、SS、SPS、AI和NI活性的关系

3．9 灌浆期叶片蔗糖含量与SS、SPS、AI和NI活性的关系

4．讨论

4．1 温度对两类春玉米灌浆过程的影响

4．2 积温对两类春玉米灌浆期叶片RuBP羧化酶和PEP羧化酶活性影响

4．3 积温对两类春玉米灌浆期光合速率和叶绿素含量的影响

4．4 积温对两类春玉米灌浆期蔗糖含量的影响

4．5 积温对两类春玉米灌浆期蔗糖代谢关键酶活性的影响

4．6 积温对两类春玉米产量影响

4．7 化学调控对三个积温带玉米碳代谢的影响

5．结论

参考文献

附录 英文缩略表

在读期间发表的学术论文

作者简介

致谢