低磷胁迫下玉米根系形态学变化和主要内源激素含量的动态分析

论文摘要

磷是植物生长发育所必需的最主要的大量元素之一,在植物体新陈代谢中发挥着重要作用。土壤中磷的缺乏对玉米产量和品质都将产生重大影响。我国西南玉米生态区多属红壤,土壤贫瘠,有效磷严重缺乏,是限制玉米产量的重要非生物胁迫因素,利用作物自身遗传潜力选育耐低磷品种,已成为植物营养学家和遗传育种学家共同关注的热点问题。同时玉米也是典型的低磷敏感性作物,对低磷胁迫的耐性存在显著的基因型差异。因此,在低磷胁迫下研究不同基因型材料的各种适应性反应,是准确有效选育和改良品种的重要前提。本研究选用磷高效利用玉米自交系178、磷低效利用玉米自交系9782、178与9782杂交的F1及利用178与9782所构建的RIL群体F7中表现较突出的2个家系(即磷高效的129和磷低效的202)为材料,在不同环境的低磷胁迫下,对玉米苗期根系形态变化及内源激素含量的动态变化进行了分析。本研究主要获得如下结果：1.通过5种常用提取纯化植物内源激素方法的比较,探索出提取纯化玉米内源激素的最优方法。为研究不同提取纯化方法对测定植物内源激素含量的影响,本实验以杂交种川单13幼苗叶片和根系为材料,采用5种较常见提取纯化方法,用高效液相色谱法对4种主要内源激素含量进行测定。研究结果表明：不同提取纯化方法所得的测定结果间存在显著性差异,在玉米叶片内源激素含量测定结果中,方法一测得的ZT、GA3、ABA三种激素含量均高于其它方法,方法二测得的IAA含量高于其它方法；而在玉米根系内源激素含量测定中,方法一测得的四种内源激素含量均高于其它方法。综合所得结果可以看出,方法一是测定玉米叶片和根系内源激素含量较优的方法。2.以磷高效利用玉米自交系178和磷低效利用玉米自交系9782为材料,采用营养液培养和盆栽的方式,研究低磷胁迫下玉米苗期根系生长和内源激素含量的动态变化。研究表明：1)在两种供磷水平下,两个供试自交系的考察指标均存在基因型差异,但这种差异在不同供磷水平下表现程度不同；2)随着介质磷水平降低,玉米根长、根/冠比及根和叶中IAA含量均增加,ZT含量则随之减小；随着胁迫时间延长,植株根和叶中IAA含量增大而ZT含量则减小,在胁迫初期GA3含量增加比较大,ABA在苗期的变化不明显。在低磷环境中玉米IAA、GA3含量提高、ZT含量则降低,同时根长、根/冠比明显增加,但不同基因型之间增加的幅度不同,磷高效利用自交系178增加的幅度要大于磷低效利用自交系9782,表明玉米根系变化与体内IAA, ZT, GA3的含量关系密切；同时根冠比是影响作物养分吸收效率的重要因子,因此可将它作为磷高效基因型根系形态特征的主要筛选指标之一。3.以2个磷高效利用玉米自交系178和129,2个磷低效利用玉米自交系9782和202以及178与9782组配的杂种一代(F1)为材料,在营养液培养、沙培和大田三种不同环境下,研究低磷胁迫对玉米苗期叶片和根系内源激素的适应性特征及田间玉米主要生育进程中叶和根系内源激素含量的动态变化。研究表明：1)三种不同环境低磷胁迫条件下,玉米叶片和根系的ZT含量均减少,但GA3、IAA和ABA含量均增加；GA3和IAA在磷高效利用材料178和129以及杂交种F1增加的幅度大于磷低效利用材料9782和202,相反ZT及ABA含量在磷高效材料中表现相对较稳定一些；2)低磷胁迫下不同基因型材料的4种内源激素在主要生育期和不同植株部位表现出明显的动态变化差异,IAA、ZT在玉米叶中的含量变化起伏较大,且均于抽穗期达最小值；GA3在叶、根中的含量变化较明显,尤其是叶中含量变化最大；ABA在低磷敏感基因型材料202根和叶中变化比较明显。整个生育进程中,玉米叶片内源激素含量的变化较根系对低磷胁迫响应更敏感,磷高效利用材料叶片中ZT和GA3含量均为授粉后15 d最高,ABA含量在拔节期最高,而IAA含量在苗期最低；磷低效利用材料叶片中ZT含量在苗期最高,GA3含量在拔节期最高,ABA含量在授粉后15 d最高,而IAA含量在抽穗期最低,因此,可以利用玉米叶片在低磷胁迫下各内源激素最值出现时期不同,来筛选和鉴定磷高效利用材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 作物磷素营养的重要性
• 1.1.1 磷是作物体内重要有机化合物的组分
• 1.1.2 磷能加强光合作用和碳水化合物的合成与运转
• 1.1.3 促进氮素的代谢
• 1.1.4 提高作物对外界环境的适应性
• 1.1.5 磷失调时玉米的表现及影响
• 1.2 我国土壤含磷现状及分布
• 1.3 磷胁迫下植物生长调控的机制
• 1.3.1 根系形态结构上的变化
• 1.3.2 内源激素的影响
• 1.3.3 植物生理生化的变化
• 1.3.4 植物体内酶和蛋白质的变化
• 1.3.5 基因的表达调控
• 1.4 植物磷营养及玉米磷素营养的遗传
• 1.5 高效液相色谱技术
• 2 研究目的与意义
• 3 材料和方法
• 3.1 材料
• 3.1.1 内源激素提取方法优化
• 3.1.2 不同培养条件和供磷水平下玉米苗期根系及内源激素含量分析
• 3.1.3 不同环境下低磷胁迫对玉米苗期主要内源激素的适应性特征
• 3.1.4 低磷胁迫对玉米主要生育期内源激素含量的动态变化分析
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 内源激素提取方法优化
• 3.2.2 不同培养条件和供磷水平下玉米苗期根系及内源激素含量分析
• 3.2.3 不同环境下低磷胁迫对玉米苗期主要内源激素的适应性特征
• 3.2.4 低磷胁迫对玉米主要生育期内源激素含量的动态变化分析
• 3.2.5 高效液相色谱测定内源激素
• 3.3 数据处理
• 4 结果与分析
• 4.1 内源激素提取方法优化
• 4.1.1 四种激素标准品的HPLC图谱分析
• 4.1.2 各种提取方法下玉米叶片和根的4种激素比较
• 4.2 不同培养条件和供磷水平下玉米苗期根系及内源激素含量分析
• 4.2.1 低磷胁迫下盆栽和水培根系及根冠比分析结果
• 4.2.2 低磷胁迫下玉米苗期内源激素动态分析
• 4.3 不同环境下低磷胁迫对玉米苗期主要内源激素的适应性特征
• 4.3.1 不同环境下低磷胁迫对玉米苗期根系及叶片内源激素含量的影响
• 4.4 低磷胁迫对玉米主要生育期内源激素含量的动态变化分析
• 4.4.1 低磷胁迫对不同基因型玉米根系及叶片内源激素含量的动态变化分析
• 5 讨论与结论
• 5.1 内源激素提取方法优化
• 5.2 不同培养条件和供磷水平下玉米苗期根系及内源激素含量分析
• 5.3 不同环境下低磷胁迫对玉米苗期主要内源激素的适应性特征
• 5.4 低磷胁迫对玉米主要生育期内源激素含量的动态变化分析
• 参考文献
• 致谢