不同基因型玉米根叶衰老差异及调控研究

摘要

本研究于2009-2010年在河南农业大学科教试验园区进行,以不同衰老类型玉米品种郑单958和豫单2002为材料,分盆栽和大田两部分,采用自主研发的植物生长复合调节剂拌种与不拌种两种处理方式,系统研究了不同基因型玉米根叶衰老差异及其化学调控效应。
　　 主要获得以下结果:
　　 (1)明确了不同基因型玉米叶片在衰老过程中叶绿素、叶绿素荧光参数和灌浆速率的动态变化及对其调控效果与晚衰型品种郑单958相比,早衰型玉米品种豫单2002叶片在吐丝前期生长较快,叶片增加加快,中后期植株下部叶片早衰,叶面积下降较快,衰老速率激增；叶片叶绿素含量、Fv/Fm、FPSⅡ和qP下降加速,使其捕获太阳光能并将其转化为生物化学能力下降,较低的Ch1a/b比值及Car含量和较高的qN值,使叶片因吸收过量的光能而发生光抑制,光合器官受到单线态氧的伤害,不利于光合作用的高效进行；灌浆速率表现出前期增长较慢,达到最大灌浆速率的时间晚,中期灌浆持续时间短,后期灌浆速率下降快的特点；在产量构成因素上表现出:穗行数、行粒数、单株粒重及总产量均显著低于郑单958;经拌种处理能维持较高的绿色叶面积、叶绿素、Car含量及Ch1a/b比值,提高叶片Fv/Fm、FPSⅡ和qP值,降低叶片衰老速率及qN值,延长中期灌浆持续时间及后期灌浆下降速率,从而提高玉米产量,拌种处理能使豫单2002产量提高8.9％,达到显著差异水平,而郑单958经拌种处理,产量虽高于对照但差异并不显著,这表明拌种处理对提高早衰型玉米品种产量具有重要作用,但对晚衰型品种效果不明显。
　　 (2)明确了不同基因型玉米叶片在衰老过程中质膜及保护酶含量的动态变化及其调控效果与豫单2002相比,郑单958各个叶位叶片SOD、CAT活性下降慢,MDA含量增幅小,叶片功能衰退较慢,可溶性蛋白高含量持续时间长,且在叶片生长进程后期差异达到显著水平；拌种处理均能使2个品种各叶位叶片内源保护酶维持较高水平且下降缓慢,MDA含量低且增长缓慢,可溶性蛋白含量维持较高水平,且在叶片功能后期差异显著。这进一步表明,在叶片生育期内,拌种处理通过减缓SOD、CAT酶活性下降速度来对玉米叶片衰老进程进行调控,并通过协同作用来减缓活性氧伤害以及蛋白质的降解,维持叶片生理功能,对防止叶片早衰及子粒产量形成具有重要作用。
　　 (3)明确了不同基因型玉米根叶在衰老过程中生理指标的动态变化及对其调控效果与豫单2002相比,郑单958根系及叶片O2-的产生速率和H2O2含量上升幅度较小,MDA和ABA含量较低,而SOD酶活性、IAA、ZR和GA3含量较高,第5和10叶位叶片在整个生育期内O2-的产生速率、H2O2含量水平及MDA含量及上升幅度均高于与根系含量,而第14和第18叶位低于与其根系,在上升幅度上也低于根系,且中后期差异显著,表明基部和下部叶片的早衰先于根系,而中上部叶片早衰晚于根系,SOD酶活性的变化也符合这个规律;拌种处理能降低各叶位叶片及根系O2-、H2O2、MDA和ABA含量的累积,减缓其上升幅度,提高根叶中SOD、IAA、ZR和GA3含量,减缓后期下降幅度,有效地防止活性氧对质膜的伤害,延长根叶功能期,从而增加叶面积和群体光合能力,提高子粒充实度和结实率,其中这些指标在根系中后期变化差异优于叶片,表明拌种处理能够防止根系的早衰,有利于中后期根系保持较高生理活性,为地上部分提供大量营养物质和水分,进而延缓地上部叶片衰老,维持较高光合速率,提高玉米产量。
　　 (4)明确了不同基因型玉米叶片在衰老过程中叶绿体超微结构的变化及对其调控效果观察了2个玉米品种及拌种处理叶片叶绿体超微结构,结果表明:与郑单958比较,在叶片全展后30d时,豫单2002叶绿体类囊体片层已经开始紊乱,经拌种处理可抑制叶绿体内嗜饿颗粒的增加,有效地防止基粒片层的扩张和光合能力下降;在叶片全展后60d时,豫单2002叶绿体已经不贴细胞壁分布,散落在细胞壁间,外膜消失,嗜锇颗粒较多,片层结构完全解体,拌种处理可有效地减缓叶绿体降解速率,抑制嗜饿颗粒的增加,维持基粒片层结构的完整性,为提高玉米叶片的光合能力及产量打下基础。