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不同耐寒型玉米种子多胺代谢的调控及对抗寒性的效应

高灿红  
【摘要】:低温冷害危害玉米种子的萌发出苗和苗期生长,降低玉米产量,提高玉米苗期的耐寒性具有重要的意义。多胺是生物体代谢过程中产生的具有生物活性的低分子量脂肪含氮碱,在植物对环境胁迫的反应中起着重要作用。本文以不同耐寒型玉米自交系黄C(耐寒型)和Mo17(低温敏感型)为试验材料,研究了低温胁迫下玉米幼苗不同部位抗氧化酶活性、脯氨酸含量、多胺含量的变化及与其耐寒性的关系;采用响应面方法对腐胺(Put)浸种提高低温胁迫下玉米种子活力进行了优化研究;通过外施不同浓度多胺和ABA研究了不同成分多胺与膜完整性的关系;单独或组合施用多胺合成抑制剂D型精氨酸(D-Arg)、二氟甲基鸟氨酸(DFMO)、甲基乙二醛双脒基腙(MGBG)、氨基胍(Ag)研究了低温胁迫下玉米幼苗多胺含量的变化,探讨了Put的主要合成途径以及亚精胺(Spd)能否逆转生成Put及其与耐寒性的关系;同时探讨了两种不同耐寒型自交系杂交F_1代多胺的遗传特点和杂种优势。主要结果如下: 低温胁迫(5℃,3d)期间,耐寒型自交系黄C的中胚轴、胚芽鞘的相对生长率显著高于低温敏感型自交系Mo17;黄C幼苗3个部位(根、中胚轴、胚芽鞘)的过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性和脯氨酸(Pro)含量变化率均高于Mo17;与常温对照比,低温胁迫处理结束,两个自交系除Mo17根部外,其余各部位CAT活性和Pro含量均增加,黄C增加幅度大于Mo17;POD活性降低,黄C下降幅度小于Mo17。逐步回归分析表明黄C低温胁迫期间干物质的积累主要与Pro含量有关,而Mo17主要与POD活性有关,玉米中胚轴Pro含量变化率与玉米耐寒性关系最密切。 低温处理(5℃,3d)结束时,玉米幼苗3个部位除根部Put的含量以外,膜透性(用电导率表示),丙二醛(MDA)和Put的含量均显著增加,而Spd和Spin含量均显著下降。Put和Spd的相对变化量以及Spd占总多胺含量的比例黄C均高于Mo17,两自交系胚芽鞘均高于中胚轴。然而,冷害指标(电导率,MDA),黄C均低于Mo17,胚芽鞘均低于中胚轴。回归分析表明,玉米幼苗的冷害指标根部主要与Spd有关,中胚轴主要与Put和Spd有关,胚芽鞘主要与Spd和Spm有关。因此,根据耐寒型玉米幼曲多胺变化的特点并结合同归分析,能更有效的判断玉米自交系间耐寒性的差异。 采用响应面试验设计的二因素(Put浸种浓度和浸种时间)14个组合,对低温敏感型玉米自交系Mo17的种子进行处理,然后进行低温发芽试验。对得到的根和(地上)苗干重,相对生长速率利相对电导率进行响应面分析,找到了提高苗干重、根干重、苗相对生长速率和降低苗相对电导率的最佳处理组合。根据最佳组合找到适宜的Put浸种浓度和时间组合,浸种浓度为0.45-0.60 mM,浸种时间为11.5-17.9 h。 低温(5℃)处理前1d,用不同浓度的Put、Spd和Spm(分别为0.1mM、0.5mM、1.0mM和2.0mM)和ABA(5μM、10μM、50μM和100μM)处理玉米幼苗,研究对幼苗生长、膜稳定性(MDA含量为指标)以及叶绿素含量的影响。结果表明,低浓度0.5mM Put、0.1mM Spd和0.1mM Spm处理和5μM脱落酸(ABA)处理对改善幼苗生长、降低MDA含量和促进叶绿素合成的综合效果较好,且


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