基于控制授粉技术的玉米弱势粒发育与库特征的关系

明确弱势粒败育和灌浆受限与其库容量或库活性关系,对于探讨弱势粒调控途径、实现密植群体产量挖潜具有重要意义。本研究以典型玉米杂交种郑单958和先玉335为材料,在控制授粉条件下(不完全授粉IcP、完全授粉CP),比较成功发育弱势粒(IcP处理)和发育不良弱势粒(CP处理)的库容量和库活性及籽粒灌浆参数的差异。结果表明,不同控制授粉处理下,玉米弱势粒胚乳细胞增殖过程和最大胚乳细胞数无显著差异;IcP处理弱势粒可溶性酸性蔗糖转化酶(SAI)活性显著高于CP处理,平均差异和最大差异分别达12.6%和21.8%,且实测百粒重、籽粒终极生长量、最大灌浆速率和平均灌浆速率皆表现为IcP处理高于CP处理。可见,玉米果穗顶部弱势粒败育或灌浆停滞不受其库容量的限制,籽粒形成期的库活性是弱势粒败育或灌浆受限的核心限制因子。     

外源多胺对小麦小花退化的调控机制

小麦穗粒数与小花退化密切相关,多胺是调控小花发育的一种重要植物生长调节剂。本研究利用小麦品种(系)双大1号(大穗型)和西农538 (小穗型),于小花退化阶段在穗部施用腐胺(Put)、亚精胺(Spd)和精胺(Spm),分析外源多胺对小麦小花退化的影响及其与内源激素、植株碳氮的关系。结果表明,外源Spd和Spm显著抑制小花退化、提高了可孕小花数目,而Put加具有显著的负效应;并且多胺的调控具有明显的位置效应,对小穗上部弱势小花退化的调控效应显著大于下部强势小花。施用外源Spd和Spm后,弱势小花中Spd、Spm显著增加,同时玉米素+玉米素核苷(Z+ZR)含量及其与脱落酸(ABA)的比值也显著升高,而内源乙烯的释放速率降低,并且弱势小花中可溶性总糖和可溶性蛋白质含量显著提高。外源Put对弱势小花的控调效应与此相反,施用后弱势小花中Put、ABA含量以及内源ETH释放速率显著提高,而(Z+ZR)与ABA比值和可溶性总糖含量降低。因此认为,多胺参与了对小麦小花退化的调控,其对小麦小花退化的调控与内源激素、植株碳氮代谢密切相关。     

根系分区交替灌溉对玉米籽粒灌浆及相关生理特性的影响

本研究旨在探明根系分区交替灌溉对玉米强、弱势粒灌浆及其相关生理特性的影响。以高产玉米品种登海11为材料,自抽雄至成熟设置常规灌溉(CI)和根系分区交替灌溉(PAI) 2种灌溉方式,观察植株穗位叶的光合特性、衰老特性、茎鞘非结构性碳水化合物(NSC)运转、强势粒和弱势粒中乙烯和多胺含量、籽粒灌浆特征及淀粉积累特性等变化。结果表明,与CI相比,PAI显著增加了籽粒产量,提高了灌浆后期穗位叶的光合性能,延缓了叶片衰老,促进了玉米茎鞘NSC的运转,增加了弱势粒中亚精胺(free-Spd)和精胺(free-Spm)含量,降低了弱势粒中腐胺(free-Put)含量和乙烯释放速率。PAI对强势粒多胺含量、乙烯释放速率以及灌浆速率和淀粉积累速率无显著影响。相关分析表明,籽粒灌浆速率和淀粉积累速率与内源free-Spd和free-Spm含量呈极显著正相关,与乙烯释放速率呈显著或极显著负相关。表明灌浆期较强的叶片光合能力、较高的茎鞘NSC运转率、弱势粒中较高的free-Spd和free-Spm水平以及较低的乙烯释放速率是PAI促进弱势粒灌浆和提高产量的重要原因。     

外源ABA和6-BA对不同持绿型小麦籽粒灌浆进程及蛋白质含量影响

本文旨在揭示持绿型小麦品种的灌浆特性和籽粒蛋白质含量对外源激素的响应,认识植物激素调控籽粒灌浆和蛋白质合成的作用机制。自盛花期开始,连续4 d喷施10 mg L^-1脱落酸(ABA)和6-苄基腺嘌呤(6-BA),持绿型品种汶农6号的灌浆期(t₃)、活跃生长期(D)、平均灌浆速率(G_mean)、最大灌浆速率(G_max)、千粒重(TGW)和产量(GY)均大于非持绿型济麦20,且强势粒的各项灌浆参数均大于弱势粒。喷施两种外源激素显著提高两品种的G_mean、G_max、TGW和GY,对t₃和D的影响存在粒位及品种效应。喷施ABA和6-BA均显著提高花后35 d的籽粒蛋白质含量,显著提高汶农6号强、弱势粒的麦谷蛋白含量,但济麦20强、弱势粒的麦谷蛋白含量显著降低。喷施ABA后,汶农6号强势粒花后7~21 d的玉米素核苷(ZR)含量显著升高;喷施6-BA后,济麦20弱势粒花后14~35 d的ZR含量显著升高,而汶农6号强势粒7~21 d的赤霉素(GA₃)含量显著降低,弱势粒花后7~28 d的GA₃含量显著提高。喷施外源ABA和6-BA显著提高两品种强势粒花后7~21 d的生长素(IAA)和ABA含量。ABA和6-BA处理显著提高花后7~21 d谷氨酰胺合成酶(GS)活性。可见,喷施外源ABA和6-BA使小麦内源激素水平变化,促进籽粒灌浆,增加粒重和产量,提高籽粒GS活性和蛋白质含量,改变蛋白质组分。     

外源亚精胺对水分亏缺下冬小麦小花发育及结实特性的调控效应

为了探究外源亚精胺(Spd)对水分亏缺下冬小麦小花发育动态、结实特性、内源激素含量及籽粒产量的影响,以冬小麦品种泰科麦33为试验材料,设置正常灌水WW(相对含水量为田间持水量的75%～80%)和水分亏缺WD(相对含水量为田间持水量的50%～60%) 2个水分处理进行研究。结果表明,喷施外源Spd对水分亏缺下小麦强势小花的发育无显著影响,但是显著加快了弱势小花的发育进程。正常灌水条件下喷施Spd显著提高了小麦穗基部的可孕小花数(FF)、结实粒数(GN)和结实率(GS)。正常灌水和水分亏缺条件下喷施Spd提高1,2,3,4花位的结实粒数,分别提高4. 6%,9. 1%,21. 8%,57. 1%和0. 7%,1. 4%,4. 1%,31. 5%,同时提高弱势小花内源Z+ZR的含量,在开花前2～6 d,强势小花的Z+ZR高于弱势小花,水分亏缺处理强势小花和弱势小花的ABA含量均高于其他处理。从开花前14 d至开花期,小麦小花中Spd、Spm和Put含量呈明显下降趋势。正常灌水和水分亏缺条件下喷施Spd处理后提高小花中内源Spd和Spm,降低Put的含量,显著提高小麦籽粒产量,籽粒产量分别提高2. 01%和20. 83%。因此认为,水分亏缺条件下外源喷施Spd,增加了弱势小花内源Spd、Spm和Z+ZR含量,提高弱势小花(Z+ZR)/ABA的比值,同时加速弱势小花的发育,抑制小花退化,提高结实率,进而改善结实特性,从而提高小麦穗粒数,最终提高籽粒产量。     

花后前期高温对玉米强弱势籽粒生长发育的影响

采用籽粒离体培养的方法,研究花后高温对玉米强、弱势籽粒的影响。结果表明,高温处理加快了强、弱势籽粒前期的灌浆速率,但降低了中后期的灌浆速率,导致粒重降低,且对弱势粒影响尤为显著,高温处理强、弱势粒成熟期粒重分别比对照低5.8%、17.4%;高温显著降低了籽粒不同灌浆时期的淀粉合成相关酶活性,从而使淀粉含量降低,强势粒的淀粉含量降低幅度小于弱势粒;与对照相比,高温处理后强势籽粒中的3-吲哚乙酸(IAA)和玉米素核苷(ZR)含量显著下降,赤霉素(GA₃)含量则无显著差异,而弱势粒IAA、ZR含量显著降低,但GA₃含量增加,可能是导致弱势粒干重受损较大的原因。     

不同熟期夏玉米品种籽粒灌浆脱水特性和激素含量变化

本文旨在研究不同熟期夏玉米品种籽粒灌浆与脱水特性和内源激素含量与平衡的变化,以期为黄淮海夏玉米机械化收获籽粒和高产高效品种筛选提供理论依据。以早熟玉米品种登海518(DH518)、衡早8号(HZ8)和晚熟玉米品种郑单958(ZD958)、登海605(DH605)为试验材料,研究玉米籽粒形成过程中干物质积累、水分含量及内源激素含量变化。结果表明,早熟品种较晚熟品种灌浆期短,籽粒开始脱水早,脱水速率高,生理成熟期粒重低,产量低,但早熟品种中DH518的产量显著高于HZ8。不同熟期玉米品种籽粒内源激素含量及其变化模式不同,但同一激素含量随籽粒发育的变化趋势一致。两早熟品种籽粒的ABA含量高于两晚熟品种,尤其表现在灌浆中后期。各品种籽粒灌浆、脱水速率均与内源激素含量有关,两早熟品种的籽粒脱水速率与玉米素核苷(ZR)含量呈显著正相关。     

1-MCP处理对采后青花菜内源激素变化的影响

以青花菜品种"曼陀绿"(Brassica olracea L. var. italica)为试材,研究了1-MCP处理对青花菜采后叶绿素含量、乙烯释放速率和内源玉米素(ZR)、赤霉素(GA)、生长素(IAA)、脱落酸(ABA)含量的影响。结果表明：1-MCP延缓了叶绿素降解,降低了组织对乙烯的敏感性,延缓了GA的分解,推迟了ABA的积累。经1-MCP处理的青花菜ABA/GA和ABA/IAA比值上升缓慢。     

多胺与玉米籽粒败育关系研究

以典型的顶端败育类型玉米杂交种为材料,在籽粒发育的早期,对果穗中部正常籽粒与上部败育籽粒内源精胺(Spm )、亚精胺(Spd)和腐胺((Put)的含量进行了比较研究。结果表明,败育籽粒在授粉后8~12天阶段三种多胺(PAs)含量明显低于正常籽粒。研究认为,果穗顶部籽粒较低的多胺含量与其籽粒败育密切相关。讨论了多胺、乙烯代谢的     

水分胁迫下中华芦荟内源激素变化的研究

采用酶联吸附免疫法(ELISA),测定了干旱条件下中华芦荟赤霉素(GA3)、玉米素核苷(ZR s)和脱落酸(ABA)等3种内源激素的含量,并研究了这些内源激素与抗旱性的关系。结果表明,在水分胁迫下,中华芦荟叶片和根内ZR s和GA3的含量降低,ABA含量升高;干旱越严重,ZR s和GA3的含量就越低,ABA含量则越高。     

玉米果穗不同部位籽粒激素含量及其与胚乳发育和籽粒灌浆的关系

以玉米品种登海11为材料, 分别进行大田和温室试验, 观察灌浆期果穗不同部位籽粒玉米素(Z)+玉米素核苷(ZR)、吲哚-3-乙酸(IAA)、脱落酸(ABA)和赤霉素(GA₃)含量变化及其与胚乳发育和籽粒灌浆的关系。结果显示, 籽粒最大胚乳细胞数目、最大胚乳细胞增殖速率及平均速率、最大灌浆速率、平均灌浆速率和百粒重表现为果穗下部籽粒>中部籽粒>上部籽粒。在胚乳细胞活跃增殖期或活跃灌浆期, 籽粒Z+ZR、IAA和ABA含量以果穗下部籽粒最高, 中部籽粒其次, 上部籽粒最低。GA₃含量则为果穗上部籽粒>中部籽粒>下部籽粒。两个试验的结果趋势一致。胚乳细胞增殖速率和籽粒灌浆速率与籽粒Z+ZR、IAA和ABA含量呈极显著正相关, 与籽粒GA₃含量呈显著负相关。说明玉米果穗上部籽粒轻主要是由于这些籽粒的胚乳细胞增殖速率小, 导致其胚乳细胞数少, 这与其灌浆期较低的Z+ZR、IAA和ABA含量及较高的GA₃含量有密切关系。     

Relationship Between Phytohormones and Male Sterility in Thermo-Photo-Sensitive Genic Male Sterile (TGMS) Wheat

Summary Fertility alternation normally occurs in a novel type of thermo-photo-sensitive genic male sterile (TGMS) wheat whose recessive genes in the nucleus are expressed as virtually complete sterility under lower temperature and shorter daylight conditions, but as normal fertility under higher temperature and longer daylight conditions during the developmental period from meiosis of pollen mother cells (PMCs) to the early mononucleate stage of microsporogenesis. In order to provide more information about the mechanism(s) of fertility alternation in TGMS wheat, the relationship between fertility alternation and levels of phytohormones was analyzed by endogenous hormone quantification and exogenous hormone treatments in the present research. Sown at an earlier date with a relatively low temperature and short daylight, TGMS wheat was male sterile phenotypically. Pollen abortion mainly occurred at the mononucleate to bi-nucleate stages of microsporogenesis and pollen abortion was mainly of the spherical type. Levels of endogenous indole-3-acetic acid (IAA), abscisic acid (ABA) and gibberellic acid (GA₃) in the anthers were at lower levels, and zeatin riboside (ZR) was higher. Sown at a later date, when the temperature during the critical period for fertility alternation was relatively high and the daylight was long, TGMS wheat was almost as fertile as the normal genotype and the contents of endogenous IAA, ABA and GA₃ in anthers were at higher levels, and the content of ZR was at a lower level. At the critical period for fertility alternation, treatments with exogenous IAA, ABA, GA₃ or aminoethoxy vinylglycine (AVG), an inhibitor of ethylene biosynthesis, decreased the frequency of sterile pollen grains and increased the frequency of self-pollinated fertile florets. Treatment with exogenous 2-chloroethyl phosphonic acid (CEPA), a releaser of ethylene, increased the frequency of sterile pollen grains and decreased the frequency of self-pollinated fertile florets. It was thus suggested that the fertility alternation of TGMS wheat was closely related to levels of phytohormones in the anthers, and changes of endogenous hormone levels were among the important factors responsible for the fertility alternation of TGMS wheat.     

花生种间杂种胚胎发育及内源激素变化

以花生栽培品种豫花15为母本分别与野生种A. correntina和A. macedoi杂交,以栽培品种间杂交组合豫花15×白沙1016为对照,采用石蜡切片技术观察花生杂种胚胎发育进程,酶联免疫吸附分析法(ELISA)测定花生杂种胚胎内源激素含量, 分析胚胎发育进程与胚胎内源激素含量的关系。结果显示,3个杂交组合的下针率无明显差异,表明栽培种与2个野生种杂交不存在受精前障碍;与对照相比,豫花15×A. correntina表现杂交可亲和,其胚胎发育中激素含量的变化与对照组合基本一致;而豫花15×A. macedoi杂交授粉后12 d内胚胎发育基本正常,17~27 d发育缓慢,之后珠被迅速向内增生抑制了胚的进一步发育并最终败育,在同一时期的杂种胚胎中,3-吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA₃)和玉米素核苷+二氢玉米素核苷(ZR+DHZR)等促进生长的激素维持在较低的水平,而脱落酸(ABA)含量以及脱落酸与某一促进生长激素或3类促进生长激素之和的比值保持了较高的水平,推测可能是激素代谢的失衡导致种间杂种胚胎的败育。用IAA、激动素(KT)单独或混合处理不亲和组合豫花15×A. macedoi杂交授粉后的果针基部表明,外施促进生长的激素能够明显增加胚珠的长度,一定程度上验证了上述推测。     

不同温度下灌浆期水稻籽粒内源激素含量的动态变化

利用人工气候箱设置高温(日均温度32℃)和适温(日均温度22℃)2个处理，对籽粒灌浆过程中4种主要内源激素（IAA、ZR、GA₃和ABA）含量差异及其动态变化作了比较分析。结果表明，高温对籽粒灌浆的影响主要表现为加速早期灌浆和缩短持续时间。在水稻灌浆初期，高温处理下籽粒IAA、ZR、GA₃含量明显低于适温处理，而灌浆中、后期的处理间差异较小；温度处理对籽粒ABA含量的影响尤为显著，整个灌浆期均呈高温处理明显高于适温处理的基本趋势；2个供试品种在不同温度处理下的4种内源激素含量变化存在着一定差异，其变化与品种的灌浆动态有关。高温下灌浆前期籽粒中IAA、ZR、GA₃含量的降低，尤其是ABA含量的剧增，可能是其早期灌浆加速及灌浆持续时间缩短的主要原因。     

不同花生品种(系)荚果和子仁内源激素含量变化与干物质积累特征分析

以3个荚果和子仁生长发育正常的花生栽培品种(系)和种子皱缩变异品系05D677为材料,测定其荚果和子仁生长发育过程中激素含量与干物质积累变化特征,分析其内源激素含量变化与干物质积累关系,探讨变异品系05D677中内源激素含量变化对荚果和子仁生长发育的影响。主要结果如下：(1)果针入土24~60 d是荚果和子仁干物质快速积累期,期间山花15、05D610和白沙1016荚果干物质积累速率(_PK_W)平均值与子仁干物质积累速率(_KK_W)平均值均极显著大于05D677;3个正常品种(系)_PK_W和_KK_W最大值均出现在果针入土30 d,05D677出现在果针入土36 d。(2)4个品种(系)幼果或子仁内细胞分裂素(Z+ZR)、赤霉素(GA)、生长素(IAA)、脱落酸(ABA)含量变化趋势基本相同,其中05D677的GA含量峰值出现时间比3个正常品种(系)晚6 d;05D677的Z+ZR、GA、ABA含量最高值均极显著低于3个正常品种(系),其IAA含量最高值极显著高于3个正常品种(系)。(3)荚果膨大中后期,_PK_W和_KK_W与Z+ZR、GA、ABA含量呈极显著正相关,与IAA呈极显著负相关;荚果充实初期,Z+ZR含量与_PK_W和_KK_W呈极显著正相关;GA含量在荚果充实后期和成熟期与_PK_W呈极显著正相关;ABA含量在荚果充实后期与_PK_W和_KK_W均呈极显著负相关,在成熟期与_PK_W呈极显著正相关。(4)与3个荚果和子仁发育正常的品种(系)相比较,05D677幼果迅速膨大期和子仁充实初期的IAA含量明显升高,且Z+ZR、GA和ABA含量不足可能引起内源激素比例失衡,影响荚果和子仁的生长,致使荚果和子仁发育进程延迟、干物质积累速率的极显著降低,表现为收获时荚果充实度差,种子皱缩。     

氮素对花铃期干旱及复水后棉花叶片保护酶活性和内源激素含量的影响

于2005—2006年在南京农业大学卫岗试验站进行盆栽试验, 设置正常灌水(土壤含水量为田间持水量的75%左右)和棉花花铃期土壤短期干旱处理(将正常灌水的棉花自然干旱持续8 d, 以棉株出现萎蔫症状为标准, 之后复水至正常灌水水平), 每个处理再设置3个氮素水平(0、3.73、7.46 g N pot^-1, 分别相当于0、240、480 kg N hm^-2), 研究氮素对花铃期干旱及复水后棉花叶片内源保护酶活性和内源激素含量的影响。结果表明, 花铃期短期干旱显著降低棉花叶片凌晨叶水势。在干旱结束时, 干旱处理棉花叶片可溶性蛋白含量与过氧化氢酶(CAT)活性显著降低、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性提高、丙二醛(MDA)含量增加, 内源脱落酸(ABA)和生长素(IAA)含量升高、细胞分裂素(ZR)和赤霉素(GA)的含量降低, ZR/ABA、IAA/ABA、GA/ABA均降低, 其叶片净光合速率(P_n)亦显著低于正常灌水处理。花铃期土壤干旱下施氮可提高可溶性蛋白含量、SOD与POD活性, 以240 kg N hm^-2最有利于提高棉花叶片P_n, 该处理CAT活性最高, MDA含量最低; ABA含量最低, 而ZR、IAA、GA的含量以及ZR/ABA、IAA/ABA、GA/ABA最高。施氮不足(0 kg N hm^-2)或过量(480 kg N hm^-2)均表现出相反的趋势。到复水后第10天, 干旱处理棉花叶片的内源保护酶活性可迅速恢复到正常灌水水平, 其MDA含量与正常灌水处理的差异较小; 但其ABA含量明显低于正常灌水处理, ZR、IAA、GA含量以及ZR/ABA、IAA/ABA、GA/ABA却显著高于正常灌水处理。并且施氮有利于提高复水后干旱处理棉花叶片的内源保护酶活性, 降低细胞膜脂过氧化程度, 降低ABA含量, 增大ZR、IAA、GA含量以及ZR/ABA、IAA/ABA、GA/ABA, 相比而言, 复水后以480 kg N hm^-2最有利于提高棉花叶片P_n。     

绿色棉胚珠离体培养体系优化及光照对纤维生长发育的影响

在优化绿色棉离体培养体系的基础上,以绿色棉品种绿絮棉1号、白色棉品种泗棉三号(对照)为材料,比较了光培养和暗培养对鲜胚珠质量、纤维长度、纤维素含量等生理生化指标影响,来探讨光照对绿色棉纤维生长发育的影响。结果表明:花后2 d的绿色棉胚珠较适宜离体培养,其适宜的消毒方式为75%的乙醇10min+0.1%升汞10min;离体培养的适宜激素及其浓度为GA31.0μmol·L-1+IAA 5.0μmol·L-1+ZR 2.5μmol·L-1,3种激素对胚珠鲜质量和纤维伸长影响大小的顺序为ZRIAAGA3。光培养能够抑制纤维的伸长、β-1,3-葡聚糖酶活性和培养前期的纤维蔗糖合成酶活性;但能够促进胚珠的生长、纤维素的合成、纤维PAL活性和培养后期的纤维蔗糖合成酶活性,提高黄酮含量。可见,光照能够对绿色棉纤维生长发育产生一定的影响。