种子质量低下严重影响了甜玉米种子的发芽率和成苗,甚至降低了产量。种子质量包括品种质量和播种质量两方面。种子质量主要在种子发育过程中形成,同时种子处理可以提高种子的质量。多胺(Polyamines,Pas)是普遍存在于植物中的低分子量脂肪含氮碱,它们对植物器官的形成、生长和发育具有重要的作用。本文应用农大特甜17和金银甜5号两个超甜玉米品种的种子为试验材料,研究了内源和外源多胺对甜玉米种子发育过程中种子质量的调控作用以及多胺处理种子对种子质量的影响。主要研究结果如下: 研究了农大特甜17玉米F1代种子发育过程中,种子游离态腐胺(Put)、亚精胺(Spd)和精胺(Spm)浓度以及其它各生理生化指标的变化,通过回归方法分析了各类Pas与超甜玉米种子发育过程种子质量的相关性。Put、Spd和Spm的浓度在授粉后14天到30天持续增长。授粉后30天后,Put浓度下降,与Spd和Spm浓度的变化趋势相反。描述了Put、Spd和Spm浓度与发芽率、发芽势、发芽指数、种子大小、种子干鲜重、可溶性总糖含量、可溶性总蛋白含量、MDA含量、电导率,POD活性、CAT活性的回归关系。在超甜玉米种子发育过程中,Spd比Put和Spm与种子大小、种子干鲜重、可溶性总蛋白含量、MDA含量和POD活性的关系更为密切,而Spm浓度变化则比Put和Spd更适合预测种子发芽,这表明内源游离态Spd和Spm对甜玉米种子发育的影响作用大于Put。 探讨了授粉前后在农大特甜17玉米母本顶部3功能叶上喷施外源Spd对超甜玉米种子发育过程种子质量的影响。发现mM Spd处理显著降低种子发芽率、发芽势和发芽指数。0.1 mM Spd处理显著提高了不同成熟度种子的发芽指数,并显著提高了授粉后42天种子的发芽率和发芽势。与对照比,0.1 mM Spd处理显著提高了授粉后42天的种子鲜重、干重、体积、胚鲜重和可溶性总糖含量,但却显著降低了可溶性总蛋白含量和种子浸出液核苷酸浓度。可见,在超甜玉米种子发育过程中,对母本进行适宜浓度外源Spd的喷施能促进种子的发育,并改进种子质量。 应用响应面分析设计(Response Surface Analysis,RSA)设置了Spd浸种浓度和浸种时间2个变量,应用14个组合处理进行浸种处理。研究了Spd浸种对农大特甜17和金银甜5号种子质量的影响,并找到了能提高超甜玉米种子质量的最佳Spd浸种浓度和时间组合。对于农大特甜17种子,得到了提高发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、幼苗的根长苗高、幼苗干鲜重和降低幼苗浸出液核苷酸浓度的最佳组合,其中Spd浸种浓度为0.54-0.73 mM,浸种时间为8.2-13.2 h。而对于金银甜5号,得到了提高发芽率、发芽势、活力指数、幼苗根干重、幼苗干鲜重的最佳组合。其中Spd浸种浓度为0.47-0.74mM,浸种时间为8.87-12.47 h。研究表明,在适宜的浓度下,Spd浸种能提高超甜玉米种子的活力和萌发后幼苗质量。 使用D-精氨酸(D-Arg)和二氟甲基鸟氨酸(DFMO)两种多胺合成抑制剂,研究了其对超甜玉米种子发育过程种子质量的影响。结果表明,0.1 mM D-Arg处理显著抑制超甜玉米种子的萌发,而0.1 mMDFMO显著降低了发芽指数和活力指数。0.1mMD-Ar8和0.1mM DFMO处理显著降低了授粉后18天的种子干鲜重,并且明显降低了种子胚鲜重。D-Arg能显著降低不同成熟度种子的POD活性,而这2种抑制剂对种子内CAT活性均无显著抑制作用,0.1 mM D-Arg和0.1 mM DFMO处理显著提高了SOD含量。另外,种子中可溶性总糖和可溶性总蛋白受抑制剂的影响较大。除0.01 mM D-Mg之外,所有处理都显著增加了单粒种子浸出液核苷酸含量。可见,多胺抑制剂对种子中Pas含量有显著降低作用,并严重影响种子质量,间接反映出Pas对种子发芽和生长发育的促进作用。另外,同浓度的处理,DFMO对Put合成的抑制效果显著高于D-Arg,因此可初步判断超甜玉米种子发育前期Pas的合成途径是ADC和ODC并存,但ODC途径占优势。 本研究选用Spd和Spm作为引发剂,研究了其对不同成熟度超甜玉米种子质量和萌发后幼苗质量的影响。结果表明,Spm显著提高了甜玉米种子发芽率,其效果明显大于Spd。而对于发芽势、发芽指数和活力指数,Spd和Spm的处理效果没有显著差异,Spd和Spm引发均以0.5 mM浓度效果较佳。Pas处理不仅能提高种子发芽能力,还能提高幼苗质量,并能提高甜玉米幼苗叶内叶绿素a和叶绿素b的含量,其中Spd的效果显著高于Spm。Spd和Spm对种子CAT和SOD活性的影响较大,而对POD活性影响较小。 另外,Spd显著降低了不同成熟度甜玉米种子的浸出液核苷酸含量。用流式细胞分析仪测定了种子胚细胞核中DNA复制的水平,发现Spm处理对4C型与2C型细胞数比率有显著提高作用,增强了胚根尖细胞内DNA复制水平,而Spd处理效果不明显。可见,Spd和Spm引发处理能促进不同发育时期收获的超甜玉米种子的萌发,提高种子抗氧化酶活性,提高幼苗各项生理指标,但两者对各质量指标的作用效果不同。
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