单根和细胞水平玉米根系吸水的杂种优势

摘要

在我国，约2/3的玉米(Zea mays L.)栽培在半干旱半湿润地区，水分不足是其主要限制因子，因此如何通过调控玉米水分平衡增加缺水下的生产力是一个重要问题。玉米是杂种优势利用最早的作物之一，但过去对其杂种优势机理的研究主要集中在其地上部，而其根系吸水方面是否存在杂种优势则是一个尚未明确的问题。压力探针技术的产生，使得从细胞到组织、器官水平上根系吸水的研究成为可能，并在植物水分关系研究中发挥了重要作用，但其是否可用于同种植物不同品种间水分参数的比较研究尚未见报道。本试验在人工气候室水培条件下，以玉米杂交种F1代户单四号及其亲本天四和478 为材料，用压力探针技术研究了正常供水和PEG-6000模拟(-0.2 Mpa)水分胁迫条件下，玉米单根和细胞水平水分关系参数的基因型差异。主要研究结果如下： 1、3个玉米品种单根的根压均在0.08-0.12 Mpa范围内，虽然水分胁迫显著降低了各品种根压，但在正常供水和水分胁迫条件下根压的品种间差异均不显著。静水压下玉米单根水导（包括径向导度和轴向导度）呈现显著的品种间差异，两种水分条件下的水导大小均为F1代>母本>父本，且水分胁迫显著降低了其径向导度。对单根解剖结构及其与单根水导的相关性的研究表明，单根径向导度与皮层厚度占根直径比例呈负相关关系（R2=0.6385，P<0.05），单根轴向导度与后生木质部导管直径及木质部导管总横截面积呈正相关关系（R2=0.7173，P<0.05；R2=0.9633，P<0.01），且单根轴向导度与木质部导管总横截面积的相关性更强。渗透压下不同品种玉米单根水导的差异与静水压下的单根水导的品种间差异具有相同趋势，水分胁迫显著降低了其水导值，且渗透压下单根水导大小为静水压下单根水导的1/53–1/30。对溶质NaCl存在条件下水和溶质相互作用的研究表明，在两种水分条件下，根的透过系数大小为F1代>母本>父本，而反射系数则呈相反趋势，且水分胁迫显著提高了根的反射系数。试验证明杂交种F1代的单根吸水能力优于亲本，体现了杂种优势现象。 2、正常供水条件下3个玉米品种的根皮层细胞膨压均在0.6 Mpa左右，且品种间差异不显著。水分胁迫显著降低了三个玉米品种的根皮层细胞膨压（降幅达0.2-0.3 Mpa），其大小为F1代>母本>父本且品种间差异显著。用50 μmol·L-1 HgCl2和5 mmol·L-1 2-mercaptoethanol先后处理根皮层细胞，发现各处理水分跨细胞膜运转的半时间先增加后降低，但并未恢复到初始水平小。表明HgCl2抑制了水通道蛋白的活性，2-mercaptoethanol则使水通道蛋白活性部分恢复。同时，各处理阶段水分跨细胞膜运转的半时间均为F1代<母本<父本，且水分胁迫显著增大了半时间大小。在两种水分条件下，根皮层细胞平均体积和细胞水导均为F1代>母本>父本且品种间差异显著，水分胁迫则显著降低了细胞体积和细胞水导。以上结果证明杂交种F1代的细胞水平的根系吸水能力优于亲本，体现了杂种优势现象。 3、本试验证明压力探针技术应用于同种植物不同品种间水分关系参数的比较是完全可行的，为玉米根系吸水的杂种优势机理的阐明和有限水分条件下玉米生产力的提高提供理论依据和指导。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明与使用授权的说明

致谢

第1章 压力探针技术原理及其在植物水分关系研究中的应用

第2章 研究内容和试验方法

第3章 单根水平玉米根系吸水的杂种优势

第4章 细胞水平玉米根系吸水的杂种优势

结论

参考文献

作者简介