玉米对水分胁迫响应的基因型差异及其生理机制研究

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本试验以3个耐旱性不同的玉米杂交种及其各自的亲本为材料,采用盆栽方式,在玉米全生育期内进行不同的水分处理,研究了中度水分胁迫对不同耐旱性玉米生长发育、光合特性、叶片内活性氧代谢和产量等方面的影响,以及杂交种与亲本自交系耐旱性状之间的相关关系。主要结果如下:1. 水分胁迫对玉米生长发育和器官建成造成显著的影响,且不同耐旱性玉米材料间存在明显的差异。水分胁迫缩短了玉米叶片功能期;减少了玉米单株叶面积;降低了玉米的株高和茎粗;延迟了散粉期和吐丝期,且吐丝期延迟的程度较散粉期的大,从而造成散粉吐丝间隔期(ASI)的增大,使花期不协调。供试的3个杂交种中,耐旱性弱的掖单13生长发育和器官建成受水分胁迫的影响最大,耐旱性中等的豫玉22受水分胁迫影响居中,耐旱性强的掖单2号受影响最小。掖单13的亲本丹340和478生长发育和器官建成对水分胁迫敏感性高于豫玉22和掖单2号的亲本,表明亲本耐旱性是决定杂交种耐旱性的主要因素。2. 水分胁迫阻碍了玉米的物质积累,使全生育期内玉米的根干重和地上部干重均降低。由于地上部干重对水分胁迫更敏感,所以,水分胁迫下根冠比升高。耐旱性弱的掖单13干物质积累受水分胁迫影响最大,耐旱性强的掖单2号受影响最小,耐旱性中等的豫玉22受影响程度居中。3. 水分胁迫降低了玉米叶片中叶绿素含量,特别是叶绿素a含量,降低了玉米叶片光合速率和蒸腾速率。使吐丝期玉米叶片光合速率日变化的峰值降低。同时水分胁迫也使吐丝期玉米各荧光参数发生变化,降低了光系统Ⅱ(PSⅡ)的最大光化学效率(Fv/Fm)、<WP=8>实际光化学效率(ΦPSⅡ)和光化学猝灭系数(qP),增加了非光化学猝灭(NPQ),且这种影响在一天当中10时至14时表现尤为明显。耐旱性弱的杂交种掖单13在水分胁迫下出现了光合午休,光合、荧光参数受水分胁迫影响最大,耐旱性较强的豫玉22受影响程度居中,耐旱性强的掖单2号受影响最小。水分胁迫处理下,掖单13的亲本丹340耐旱性也弱,也出现了光合午休现象;掖107和黄早4,综3和87-1两对亲本自交系的光合速率、qP、Fv/Fm、NPQ和ΦPSⅡ等指标表现出较强耐旱性。4. 水分胁迫使玉米叶片中超氧阴离子自由基的产生速率变大、过氧化氢含量增加。水分胁迫下玉米叶片内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(ASP)的活性及抗坏血酸(ASA)的含量在玉米生育前期有不同程度的增加,但在生育后期都明显低于正常供水处理下的水平。同时,水分胁迫处理下玉米叶片MDA含量增多。说明水分胁迫下,特别是在生育后期,玉米活性氧的清除能力下降,玉米叶片活性氧的积累增加,细胞膜系统脂质过氧化程度升高,受损程度加重。在水分胁迫处理下,自交系丹340和478的超氧阴离子产生速率、叶片过氧化氢含量增幅较其它4个自交系大,生育中后期叶片SOD活性、CAT活性、ASP活性和ASA含量降低程度较重,表现出较弱的耐旱性,其杂交种掖单13在这些方面也表现出比豫玉22和掖单2号弱的耐旱性。5. 从水分胁迫下活性氧及其清除系统的变化关系发现,玉米叶片SOD活性、CAT活性、ASP活性和ASA含量在水分胁迫处理下与正常供水处理下数据的比值(WS/CK值)对维持玉米体内活性氧代谢平衡是至关重要的。且对于SOD来说,保持生育后期较高的WS/CK值对清除叶片中超氧阴离子自由基是至关重要的。而对于清<WP=9>除过氧化氢的CAT、ASP和ASA来说,水分胁迫逆境下,在保持生育中后期较高的WS/CK值的基础上,提高生育前期WS/CK值也是很重要的。6. 水分胁迫降低了玉米的籽粒产量,但不同材料受水分胁迫减产的程度不同,各材料的耐旱系数之间存在较大差异。丹340和478的经济系数极显著地低于其它4个自交系的经济系数,杂交种掖单13的经济系数也极显著地低于豫玉22和掖单2号。7. 亲本自交系耐旱性与杂交种后代耐旱性之间存在着正相关关系,且在籽粒产量、生物产量、ASI、qP、CAT活性、ASP活性和ASA含量等7个指标方面,亲本与杂交种耐旱性之间相关系数达到显著水平。
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