低溫脅迫對玉米出苗和灌漿的影響及其化學調(diào)控

低溫脅迫對玉米出苗和灌漿的影響及其化學調(diào)控我國北方地區(qū)低溫冷害頻發(fā),是玉米生產(chǎn)中一種主要自然災害,因災害隱蔽不易察覺,對玉米的出苗、籽粒灌漿和產(chǎn)量造成嚴重影響。本研究通過室內(nèi)人工控制溫度和大田播期調(diào)整的方法來創(chuàng)建低溫條件,通過人工氣候箱以及大田提前播種來研究低溫對玉米出苗和幼苗生長的影響機理及不同化學調(diào)控的緩解效應,通過籽粒離體培養(yǎng)和大田晚播來研究灌漿期低溫對玉米籽粒灌漿的影響及其機理,以及化學調(diào)控緩解效果,通過研究低溫對籽粒發(fā)芽出苗狀況、幼苗形態(tài)變化、物質(zhì)積累、生理變化、干物質(zhì)生產(chǎn)轉(zhuǎn)運、后期籽粒灌漿特征、淀粉合成、碳代謝酶類活性、內(nèi)源激素變化及產(chǎn)量的影響及不同化學調(diào)控方法的緩解效應,以期為北方玉米充分利用熱量資源、實現(xiàn)抗逆穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:1、利用響應面優(yōu)化設計方法開發(fā)出的“6GA”(6-芐氨基嘌呤+赤霉素+尿囊素)復配劑,能夠促進玉米在低溫下的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚乳物質(zhì)轉(zhuǎn)運、胚根胚芽形態(tài)指標、內(nèi)源激素含量、種子胚乳淀粉酶活性以及幼苗可溶性糖含量,表現(xiàn)優(yōu)于單一調(diào)節(jié)劑。在鄭單958、東單90、東單60三個品種的發(fā)芽對比試驗中,其對鄭單958和東單90有著較好的促進作用。在不同時間長度低溫脅迫砂培試驗中,“6GA”能夠提高砂培出苗率、出苗指數(shù),且在持續(xù)低溫環(huán)境中,以及恢復到常溫環(huán)境后,都表現(xiàn)出對幼苗生長發(fā)育的促進作用,能顯著的促進莖和根伸長生長,促使根系和莖的協(xié)同生長,保持合理的根冠比。2、“6GA”復配劑在4月1日和4月15日兩個播種期應用,提高了早播玉米的出苗率和出苗指數(shù),鄭單958、東單90、東單60三個品種出苗率分別較對照提高了8.9%、59.6%、14.4%,“6GA”對低溫敏感品種的作用效果強于耐低溫品種。使用“6GA”復配劑可以顯著提高早播玉米出苗期的株高和莖粗,加快葉片的伸展速度,增加了根系的總長度、根系平均直徑、根系總表面積、根系總體積,有效提高根系的物質(zhì)積累量,提高幼苗的根冠比。但隨著播期的推遲,“6GA”藥劑作用不再顯著。3、通過籽粒離體培養(yǎng)以及大田推遲播種期的方法,發(fā)現(xiàn)玉米籽粒在灌漿期的生長發(fā)育過程受低溫影響較大,籽粒干物質(zhì)積累量籽粒離體培養(yǎng)表現(xiàn)為NT>MT>LT(NT為常溫25℃培養(yǎng),MT為授粉后20天開始15℃培養(yǎng),LT為授粉后3天開始15℃培養(yǎng)),大田播期試驗表現(xiàn)為6/15>7/1>7/15(6/15為6月15日播種,7/1為7月1日播種,7/15為7月15日播種),表明低溫持續(xù)時間越長,物質(zhì)積累量越少。低溫顯著延長了灌漿時間,降低灌漿的平均灌漿速率和最大灌漿速率,推遲最大灌漿速率出現(xiàn)的時間,降低籽粒理論最大干重,且灌漿期低溫持續(xù)時間越長,降低程度越大,籽粒理論最大干重與最大灌漿速率和平均灌漿速率的相關(guān)性證明,粒重的降低是由于低溫對灌漿速率的影響而導致的。低溫降低了籽粒淀粉的含量,降低了灌漿過程SAI(Solubleacidinvertase,SAI)、SS(Sucrosesynthase,SS)、SSS(Solublestarchsynthase,SSS)、APGase(ADP-glucosepyrophosphorylase,APGase)的活性,且對弱勢粒的影響大于強勢粒。在灌漿前期對SAI及SS活性降低明顯,導致前期蔗糖轉(zhuǎn)化為淀粉合成底物受阻,灌漿中后期SSS及APGase酶活性下降趨勢快,導致籽粒淀粉合成受到影響。低溫還降低了IAA(Indole-3-aceticacid)和GA(Gibberellicacid)的含量,擾亂了籽粒ZR(Zeatinriboside)和ABA(Abscisicacid)的含量變化,導致籽粒灌漿過程中生長發(fā)育受阻,物質(zhì)積累減少,導致最終籽粒千粒重顯著降低,嚴重減產(chǎn)。4、使用BB(6-芐氨基嘌呤+甜菜堿)和OP(歐帕),藥劑處理后,提高了籽粒的物質(zhì)積累,增大了玉米籽粒最大灌漿速率、平均灌漿速率,增加了籽粒物質(zhì)積累的效率,減緩了低溫下玉米前期的淀粉積累速率,增加了低溫下籽粒的SAI、SS、SSS、APGase的活性,且對灌漿中后期碳代謝相關(guān)酶促進作用更明顯,在灌漿中后期,籽粒內(nèi)源激素IAA、GA、ZR含量都顯著