玉米抗旱机制及鉴定指标筛选的研究

【摘要】： 通过田间试验与盆栽试验相结合,研究不同生育时期水分胁迫对玉米生长发育及生理生化特性的影响,比较品种间抗旱性的差异,探讨生理生化指标与玉米抗旱性的关系,进而明确玉米抗旱的机制,筛选出玉米抗旱性鉴定的生理指标,为玉米抗旱育种、高效生产提供理论依据和技术指导。得到的主要结论如下: 1.供试品种的实际抗旱性(以耐旱指数表示)由强到弱依次是:京单28＞中单808＞郑单958＞京科308＞辽单565＞京科25＞吉单261＞农大108＞四单19＞丹玉39＞沈玉21＞京单508＞DH3719。根据系统聚类和隶属函数分析结果将上述品种划分为不抗品种—DH3719、京单508和沈玉21;低抗品种—丹玉39、四单19和吉单261;中抗品种—农大108、京科308、京科25和辽单565;高抗品种—京单28、郑单958和中单808。 2.水分胁迫致使玉米减产程度及原因,因胁迫时期而异。不同生育时期水分胁迫的研究结果表明,任何生育时期水分胁迫均会导致玉米减产,其中抽雄吐丝期水分胁迫减产最重,其次是拔节期,苗期相对较轻。抽雄吐丝期是玉米的水分临界期,干旱可导致散粉至吐丝期间隔(ASI)加大,致使花期不遇,穗粒数大幅度下降,从而严重影响玉米的产量。拔节期水分胁迫抑制玉米叶片、株高的生长以及干物质的积累,对其营养生长影响较大。 3.将各生理指标与耐旱指数进行灰色关联度分析,关联度大小依次为:PSⅡ光化学效率(F_V/Fm)＞SOD＞叶绿素a/b＞可变荧光(Fv)＞POD活性＞净光合速率(Pn)＞相对含水量＞最大荧光(Fm)＞可溶性蛋白含量＞脯氨酸含量＞可溶性糖含量＞相对电导率＞丙二醛含量＞固定荧光(F_O)。并且上述生理生化指标与品种抗旱性间均表现显著的相关关系,均可作为玉米抗旱性鉴定指标的良好参数、可用于玉米品种抗旱性的评定。 4.在水分胁迫过程中,可溶性糖含量变化表现为先增后降的趋势,可溶性糖含量占对照百分率与品种抗旱性呈极显著负相关(r=-0.6952~(**));脯氨酸含量和可溶性蛋白含量持续增加,与品种抗旱性呈极显著正相关(r=0.7382~(**);r=0.6354~(**))。抗旱性强的玉米品种渗透调节能力强于抗旱性弱的品种。 5.随着水分胁迫时间的延长,SOD和POD活性呈增加趋势,与抗旱性呈极显著正相关(r=0.9365~(**);r=0.8803~(**))。同时,MDA含量随着水分胁迫时间的延长而逐渐增加,且MDA含量占对照百分率与品种抗旱性呈极显著负相关(r=-0.6909~(**)),与抗旱性弱的玉米相比,抗旱性强的玉米叶片MDA含量积累少,SOD和POD活性高,表明抗旱性强的玉米品种酶促保护系统清除自由基能力强,细胞膜受到的破坏较轻。 6.水分胁迫下,叶绿素含量及叶绿素a/b比值随胁迫时间的延长逐渐降低,与品种的抗旱性则呈极显著的正相关(r=0.8869~(**)),水分胁迫不仅使叶绿素的生物合成能力减弱,同时由于植物体内活性氧大量积累,也导致叶绿素分解加快。水分胁迫下,叶片可通过降低叶绿素含量避免吸收过多光能对光合机构造成破坏。 7.在水分胁迫过程中,硝酸还原酶活性的变化表现为先增后降的趋势。前期水分胁迫能诱导硝酸还原酶活性的提高,增强其氮代谢的能力;胁迫中后期,硝酸还原酶活性持续下降,其氮代谢能力受到抑制。水分胁迫下净光合速率较对照均有不同程度的下降,净光合速率占对照百分率与品种的抗旱性呈极显著正相关(r=0.7197~(**))。水分胁迫使玉米的碳、氮代谢减弱,抑制其生长发育,抗旱性强的品种其代谢能力高于抗旱性弱的品种。 8.水分状况与玉米叶片光合作用关系密切,水分胁迫下玉米叶片的最大净光合速率(Pmax)、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、表观量子效率(AQY)、CO_2补偿点(CCP)、CO_2饱和点(CSP)、CO_2表羧化效率(β)和暗呼吸速率(R_d)这些参数均降低,玉米光合能力下降。正常供水处理下玉米叶片的净光合速率日变化为双峰曲线,有明显的“午睡”现象。水分胁迫下,光合速率较低,“双峰”现象消失,光合作用基本停止,水分胁迫造成光合作用受阻。 9.水分胁迫下,基础荧光(Fo)显著增加,且Fo占对照百分率与品种抗旱性则呈极显著的负相关(r=-0.8843~(**));最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)和PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)降低,且与品种抗旱性则呈极显著正相关(r=0.7944~(**);r=0.8987~(**);r=0.8987~(**))。Fo增加和Fv/Fm下降,表明PSⅡ反应中心受到不易逆转的破坏,PSⅡ原初光化学活性受到抑制,PSⅡ活性中心受到损伤,抗旱性较强的品种光化学活性仍较强,损伤程度较小。 10.水分胁迫下,光化学淬灭(qP)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)和表观电子传递速率(ETR)下降,非光化学淬灭(qN)增大。qP下降表明PSⅡ反应中心开放部分的比例减少,PSⅡ潜在活性受到抑制,qN增大表明PSⅡ的潜在热耗散能力增强,过多的光能多是以非光化学淬灭等其它形式耗散掉,有效地避免或减轻因PSⅡ吸收过多光能对光合机构的破坏。水分胁迫下ETR和ΦPSⅡ低于对照,可以认为水分胁迫致使PSⅡ光化学量子产量下降,用于光化学反应的比例减少,光合电子传递速率降低。