高油玉米花粉对普通玉米产量影响的生理机制

论文摘要

高油玉米“三利用”模式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,因杂种优势产量也可能提高。此项技术在美国已有大面积应用于生产,并被杜邦公司注册为TC-Blend体系。研究利用此技术对提高玉米产量和品质具有重要意义。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,探讨高产杂交组合产量提高的生理生化原因及其氮素高效利用机制。主要研究结果如下: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4个,增幅为2.2 %～10.9 %,其中2个达显著水平（农大108×HOM202,农大108×HOM115）;产量降低的组合5个降幅为1 %～13 %,,其中3个达显著水平（农大108×HOM4515,SCF03-62×HOM202,SCF03-62×HOM115）。农大108接受三个品种高油玉米花粉后,籽粒产量增减均达显著水平。授高油玉米花粉后,普通玉米生物产量与籽粒产量的变化趋势基本一致。从经济系数的变化来看,各杂交组合与自交组合间无显著性差异,同时相关性分析表明,籽粒产量与生物产量的相关系数（r2 = 0.998,P = 0.0014）大于与经济系数的相关系数（r2 = 0.904,P > 0.05）,说明授高油玉米花粉后普通玉米籽粒产量的差异主要是由生物产量的差异决定的。2、授高油玉米花粉后普通玉米含油量与淀粉含量的变化与普通玉米自交组合相比,授高油玉米花粉后普通玉米籽粒含油量显著提高。普通玉米自交含油量平均为42.0 g·kg-1,杂交授粉组合含油量提高到51.8 g·kg-1～61.2 g·kg-1,平均达到57.4 g·kg-1。授高油玉米花粉后普通玉米籽粒胚体积增大,胚重增加,这是籽粒胚中含油量增加的主要原因。授高油玉米花粉后普通玉米的籽粒直链淀粉含量下降5.1 %～20.9 %,支链淀粉含量提高0.5 %～9.5 %。淀粉总量与普通玉米自交相比变化不大。3、授高油玉米花粉后普通玉米光合特性的变化增产杂交组合果穗叶净光合速率（Pn）、气孔导度（gs）高于普通玉米自交株,从日变化的情况来看,增产杂交组合的Pn在8∶00点之前与16∶00之后与普通玉米自交相比差别不大,而光照强度最强的中午前后Pn明显大于普通玉米自交。增产杂交组合叶片生理活性较高,表现在:增产杂交组合后期叶面积下降缓慢,叶绿素a+b含量、可溶性蛋白含量提高,PEP羧化酶活性增加;而减产组合的叶片生理特性表现则相反。4、授高油玉米花粉后普通玉米的根系特性氮亏缺条件下,授高油玉米粉后普通玉米根系干重、根系总体积的下降比例大于自交授粉组合,其中增产组合的根系干重、根系总体积对缺N的反映小于减产组合。同时,增产组合的氯化三苯基四氮唑（TTC）还原量下降幅度（9.2 %～17.7 %）低于减产组合下降幅度（11.5 %～26.3 %）。说明缺N对增产组合根系活力的影响小于减产组合。5、授高油玉米花粉后普通玉米的氮素高效利用机制授高油玉米花粉后增产杂交组合的氮素农学效率、氮素生理效率、氮收获指数和土壤氮依存率均提高,而减产组合的氮素农学效率低于农大108自交,氮素生理效率、氮收获指数和土壤氮依存率稍高于农大108自交。增产杂交组合产量的提高与叶片光合生理活性的增加、氮素高效利用机制密切相关,产量提高的组合其叶片具有较高的光合生理质量和氮素利用效率,生物产量提高,反之则降低。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 前言
• 1.1 研究目的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 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 气体交换参数的测定
• 2.3.2 光合色素含量的测定
• 2.3.3 酶液提取与PEP 羧化酶活性、可溶性蛋白质含量的测定
• 2.3.4 SOD、POD、CAT 活性及MDA 含量测定
• 2.3.5 粒重及产量
• 2.3.6 品质指标测定
• 2.3.7 根系特性的测定
• 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产量的变化
• 3.1.1.1 授高油玉米花粉后普通玉米籽粒产量的变化
• 3.1.1.2 授高油玉米花粉后普通玉米生物产量与经济系数的变化
• 3.1.2 授高油玉米花粉后普通玉米含油量的变化
• 3.1.2.1 籽粒百胚干重、百胚体积的变化
• 3.1.2.2 籽粒含油量的变化
• 3.1.3 授高油玉米花粉后普通玉米籽粒其它品质的变化
• 3.1.3.1 籽粒淀粉含量及淀粉组成的变化
• 3.1.3.2 籽粒可溶性糖含量的变化
• 3.1.3.3 籽粒蔗糖含量的变化
• 3.1.4 授高油玉米花粉后普通玉米叶片生理活性的变化
• 3.1.4.1 果穗叶光合色素含量
• 3.1.4.2 果穗叶PEPCase 活性
• 3.1.4.3 果穗叶可溶性蛋白含量
• 3.1.4.4 叶面积指数
• 3.1.5 果穗叶活性氧代谢和膜脂过氧化作用的变化
• 3.1.5.1 果穗叶SOD 活性
• 3.1.5.2 果穗叶POD 活性
• 3.1.5.3 果穗叶CAT 活性
• 3.1.5.4 果穗叶MDA 含量
• 3.2 优势杂交组合产量提高的生理生化机制
• 3.2.1 氮素亏缺对农大108 植株性状的影响
• 3.2.2 氮素亏缺对农大108 产量的影响
• 3.2.2.1 百粒重的动态变化
• 3.2.2.2 干物质积累
• 3.2.2.3 干物质向籽粒运转与分配
• 3.2.3 氮素亏缺对普通玉米含油量的影响
• 3.2.4 氮素亏缺下高产杂交组合的光合生理特性
• n）与气孔导度（g_s）'>3.2.4.1 净光合速率（P_n）与气孔导度（g_s）
• 3.2.4.2 净光合速率（Pn）、胞间CO2 浓度（Ci）、气孔导度（gs）的日变化
• 3.2.5 氮素亏缺下高产杂交组合的氮营养高效利用
• 3.2.5.1 叶片含氮量
• 3.2.5.2 茎秆含氮量
• 3.2.5.3 籽粒含氮量
• 3.2.5.4 根系含氮量
• 3.2.5.5 氮素利用率
• 3.2.6 氮素亏缺下高产杂交组合的根系特性
• 3.2.6.1 根系总干物质积累动态
• 3.2.6.2 根系总体积变化动态
• 3.2.6.3 根系活力的变化
• 4. 讨论
• 4.1 授高油玉米花粉的普通玉米含油量的变化
• 4.2 授高油玉米花粉的普通玉米产量的变化
• 4.3 授高油玉米花粉的普通玉米生物产量与经济系数的变化
• 4.4 授高油玉米花粉的普通玉米叶片生理活性的变化
• 4.5 授高油玉米花粉的普通玉米根系的变化
• 4.6 氮亏缺对授高油玉米花粉的普通玉米的影响
• 5. 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文情况