授高油玉米花粉后普通玉米胚乳增重的机理

论文摘要

高油玉米“三利用”模式是将高油玉米作为授粉者,与雄性不育型普通玉米混合种植来生产商品高油玉米,授高油玉米花粉后普通玉米含油量因花粉直感效应而提高,因杂种优势产量提高。本研究以生产上大面积种植的三个普通玉米品种,以及三个高油玉米品种为试验材料,深入研究授高油玉米花粉后普通玉米产量的变化、籽粒灌浆特性、胚乳细胞的增殖和充实状况、细胞程序性死亡状况及籽粒发育过程中内源激素含量的变化,探讨其与粒重形成的关系,旨在探明授高油玉米花粉后普通玉米产量变化的机制,为普通玉米高油化技术提供理论依据。1、授高油玉米花粉后普通玉米产量的变化授高油玉米花粉后,普通玉米杂交当代的籽粒产量与普通玉米自交相比,9个杂交组合中产量提高的组合有2个,其中1个达显著水平（ND108×HOC115）;产量降低的组合7个,其中6个达极显著水平（ND108×HOC4515、LY20×HOC115、LY20×HOC202、LY20×HOC4515、SCF03-62×HOC115和SCF03-62×HOC4515 ）。其中增产组合（ND108×HOC115）与ND108自交相比产量提高,增产幅度高达12.81%,而减产组合（LY20×HOC115）与LY20自交相比产量降低18.10%,且差异均达到极显著水平。本试验选取生长发育基本一致的植株进行一次性饱和授粉,可有效的避免因为穗行数和穗粒数的变化对粒重产生的影响。试验表明产量变化的主要原因是粒重的增减,增产组合（ND108×HOC115）的粒重较ND108自交高,减产组合（LY20×HOC115）与LY20自交相比粒重降低,且差异达极显著水平,可见,粒重的变化是产量变化的主要原因。花粉直感包括胚乳直感和胚直感,本试验结果表明ND108×HOC115与ND108自交相比粒重提高的部分中胚乳的贡献率为70.51%,LY20×HOC115与LY20自交相比粒重降低的部分中胚乳的贡献率为-85.46%。表明普通玉米授高油玉米花粉后粒重增加或降低主要是胚乳重量的变化,胚乳直感是普通玉米高油化过程中粒重变化的主要原因。2、授高油玉米花粉后普通玉米籽粒品质的变化与普通玉米自交相比,授高油玉米花粉后普通玉米籽粒含油量显著提高,蛋白质含量有所升高,淀粉含量略有下降,但差异不显著,籽粒品质得到改善。杂交组合含油量平均增加了35.41%,幅度最大的达到50.41%。授高油玉米花粉后普通玉米籽粒胚体积增大,胚重增加是籽粒胚中含油量增加的主要原因。3、授高油玉米花粉后普通玉米籽粒胚乳细胞的增殖与充实普通玉米授高油玉米花粉后,增产组合（ND108×HOC115）胚乳细胞增殖动态的Ro、Gmax、Wmax和Gaverage都高于ND108自交,D较ND108自交短。减产组合（LY20×HOC115）胚乳细胞增殖动态的Ro、Gmax、Wmax和Gaverage都低于LY20自交,D较LY20自交长。表现与增产组合相反的趋势。授高油玉米花粉后,普通玉米增产组合（ND108×HOC115）的胚乳细胞数目与自交相比增加,减产组合（LY20×HOC115）表现相反的趋势。本试验结果表明:粒重增加的主要原因之一是籽粒中胚乳细胞分化总数的变化。增产组合（ND108×HOC115）与ND108自交相比胚乳细胞数量增加26.65%,但是ND108×HOC115的单细胞重低于ND108自交。减产组合（LY20×HOC115）的胚乳细胞数比LY20自交低20.96%,而单细胞重高于自交。因此,在普通玉米高油化过程中促进普通玉米早期籽粒胚乳细胞数的分化、扩大库容是提高籽粒粒重的关键。4、授高油玉米花粉后普通玉米籽粒的灌浆速率普通玉米授高油玉米花粉后,增产组合（ND108×HOC115）籽粒灌浆动态的Ro、Gmax、Wmax和Gaverage都高于ND108自交,D较ND108自交短。减产组合（LY20×HOC115）籽粒灌浆动态的Ro、Gmax、Wmax和Gaverage都低于LY20自交,D较LY20自交长。表现与增产组合相反的趋势。与普通玉米自交相比,授高油玉米花粉后普通玉米增产组合（ND108×HOC115）的灌浆速率在14 d以前较ND108自交低,14 d以后高于自交,且最大灌浆速率比自交高15.68%。减产组合（LY20×HOC115）在整个灌浆时期几乎一直低于其自交,且最大灌浆速率要比自交低17.04%。由此可见高油玉米花粉对籽粒灌浆速率的影响是粒重变化的又一原因。5、授高油玉米花粉后普通玉米胚乳细胞的程序性死亡与普通玉米自交相比,杂交优势组合（ND108×HOC115）的粒重较高,而胚乳细胞核的凋亡进程快于ND108自交,在20 DAF时,杂交优势组合（ND108×HOC115）已经有凋亡小体的出现,有的已经完全凋亡,细胞核已经消失,只残存细胞核的残痕。ND108自交细胞核还没有出现凋亡小体,其凋亡进程较慢。这可能与优势组合的籽粒胚乳有较高的灌浆速率有关。6、授高油玉米花粉后普通玉米籽粒内源激素含量的变化普通玉米授高油玉米花粉后,与普通玉米自交相比,提高了增产组合（ND108×HOC115）籽粒中IAA的含量、CTK含量和灌浆前期的ABA含量,降低了减产组合（LY20×HOC115）的IAA的含量、CTK含量和灌浆前期的ABA含量。较高的CTK含量促进了胚乳细胞的分化,提高籽粒的库容。较高的IAA含量和灌浆前期较高的ABA含量促进籽粒的灌浆,从而提高粒重。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 前言
• 1.1 研究的目的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 高油玉米的研究现状
• 1.2.2 玉米籽粒含油量与产量的关系
• 1.2.3 高油玉米“三利用”生产模式的研究
• 1.2.4 玉米杂交当代的生理生化研究
• 1.2.5 细胞程序性死亡的研究现状
• 2. 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设计
• 2.3 测定项目与方法
• 2.3.1 粒重与产量
• 2.3.2 籽粒体积和胚乳体积的测定籽粒组成的测定（胚、胚乳和种皮）
• 2.3.3 品质指标的测定
• 2.3.4 胚乳细胞数目的测定
• 2.3.5 胚乳细胞充实度的计算
• 2.3.6 胚乳细胞程序性死亡动态观察
• 2.3.7 SOD、POD、CAT 活性及MDA 含量的测定
• 2.4 数据分析
• 3. 结果与分析
• 3.1 授高油玉米花粉后普通玉米优势组合的筛选
• 3.1.1 授高油玉米花粉后普通玉米籽粒产量的变化
• 3.1.2 籽粒含油量的变化
• 3.1.3 籽粒淀粉含量的变化
• 3.1.4 籽粒蛋白质含量的变化
• 3.2 高油玉米花粉对普通玉米籽粒灌浆特性的影响
• 3.2.1 籽粒组成的变化
• 3.2.2 籽粒的灌浆进程分析
• 3.2.3 籽粒灌浆速率的变化
• 3.3 授高油玉米花粉后普通玉米胚乳细胞增殖与充实的影响
• 3.3.1 胚乳细胞增殖动态及Richards 方程模拟
• 3.3.2 胚乳细胞充实的状况
• 3.4 授高油玉米花粉后普通玉米籽粒胚乳细胞程序性死亡的研究
• 3.4.1 Evans Blue 染色鉴定
• 3.4.2 电镜鉴定
• 3.5 授高油玉米花粉后普通玉米籽粒内源激素含量的变化
• 3.5.1 IAA 含量
• 3.5.2 ABA 含量
• 3.5.3 CTK 含量
• 3.5.4 玉米籽粒内源激素与籽粒性状间的相关性分析
• 3.6 授高油玉米花粉后普通玉米籽粒ROS 代谢和膜脂过氧化作用的变化
• 3.6.1 SOD 活性
• 3.6.2 POD 活性
• 3.6.3 CAT 活性
• 3.6.4 MDA 含量
• 4 讨论
• 4.1 授高油玉米花粉后普通玉米含油量的变化
• 4.2 授高油玉米花粉后普通玉米产量的变化及产量提高的途径
• 4.2.1 授高油玉米花粉后普通玉米产量的变化
• 4.2.2 授高油玉米花粉后普通玉米产量的变化的原因
• 4.2.3 授高油玉米花粉后普通玉米产量提高的途径
• 4.3 授高油玉米花粉后普通玉米籽粒内源激素对粒重的影响
• 4.3.1 玉米籽粒中IAA 含量与粒重的关系
• 4.3.2 玉米籽粒中ABA 含量与粒重的关系
• 4.3.3 玉米籽粒中CTK 含量对粒重的影响
• 4.4 授高油玉米花粉后普通玉米粒重与细胞程序性死亡的关系
• 5 结论
• 5.1 授高油玉米花粉后普通玉米产量及品质的变化
• 5.2 增加胚乳重量是提高粒重的主要途径
• 5.3 增加胚乳细胞分化数量是提高胚乳重量的主要途径
• 5.4 高油玉米花粉对普通玉米籽粒灌浆速率的影响
• 5.5 授高油玉米花粉后增产组合籽粒的程序性死亡进程加快
• 5.6 高油玉米花粉对玉米籽粒内源激素含量的影响
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文情况