玉米灌浆期果穗不同部位籽粒碳水化合物积累与淀粉合成相关酶活性变化

【作者】 徐云姬； 顾道健； 秦昊； 张耗； 王志琴； 杨建昌；

【机构】 扬州大学农学院江苏省作物遗传生理重点实验室；

【摘要】 【研究背景】对于玉米、小麦和水稻等禾本科作物弱势粒灌浆差的原因,国内外作了大量的研究,主要集中在同化物供应、激素水平、输导系统、酶活性、蛋白质表达和基因表达等方面,但强、弱势粒灌浆差异机理仍不清楚。玉米籽粒充实的过程,实际上就是淀粉合成和累积的过程。光合同化物以蔗糖的形式从源(叶、茎和鞘)输送到籽粒,再经一系列酶促反应形成淀粉。在这一过程中,由源端供应的碳水化合物和淀粉合成相关酶起着重要作用。但是关于玉米果穗不同部位籽粒(即强弱势粒)中碳水化合物含量及淀粉合成相关酶活性的研究,报道甚少。【材料与方法】供试品种为玉米杂交种登海11,在大田先后种植春播玉米(简称春玉米)和夏播玉米(简称夏玉米)。参照朱庆森等方法用Richards方程拟合玉米不同部位籽粒灌浆的增殖动态,测定籽粒中可溶性糖、蔗糖和淀粉含量,并测定淀粉合成相关酶活性。【结果与分析】春玉米试验的每穗粒数和粒重显著高于夏玉米试验是春玉米产量较高的主要原因。夏玉米长穗期高温以及灌浆后期低温可能导致其每穗粒数少、粒重轻。在春玉米试验中,籽粒最终粒重、最大灌浆速率、平均灌浆速率和活跃灌浆期,果穗下部籽粒和中部籽粒显著大于上部籽粒,而果穗下部与中部籽粒灌浆速率无显著差异。在夏玉米试验中,籽粒增重和灌浆速率表现为下部籽粒>中部籽粒>上部籽粒。无论是夏玉米还是春玉米,果穗不同部位籽粒百粒重均表现为下部籽粒>中部籽粒>上部籽粒。在春玉米试验中,中部籽粒和下部籽粒百粒重分别较上部籽粒百粒重增加28.68%和36.13%,下部籽粒百粒重比中部的高出5.79%。在夏玉米试验中,中部籽粒和下部籽粒百粒重分别较上部籽粒百粒重增加32.30%和41.74%,下部籽粒百粒重比中部的高出7.13%。说明虽然春玉米和夏玉米产量差异较大,但两季试验玉米果穗不同部位籽粒的粒重变化趋势基本一致。表明玉米籽粒重量在穗上分布具有一定规律性。在春玉米试验中,籽粒最终粒重、最大灌浆速率、平均灌浆速率和活跃灌浆期,果穗下部籽粒和中部籽粒显著大于上部籽粒,而果穗下部与中部籽粒灌浆速率无显著差异。在夏玉米试验中,籽粒增重和灌浆速率表现为下部籽粒>中部籽粒>上部籽粒。相关分析结果表明,粒重与灌浆前期籽粒中的可溶性糖、蔗糖含量及整个灌浆期的淀粉含量均呈正相关或极显著正相关(r=0.551~0.983**)。对玉米活跃灌浆期籽粒中淀粉合成相关酶活性与淀粉积累速率、籽粒灌浆速率进行相关分析,结果表明籽粒中AGPase、StS和SBE活性与淀粉积累速率呈极显著正相关(r=0.538**~0.730**),与籽粒灌浆速率也呈极显著正相关(r=0.649**~0.826**)。表明提高AGPase、StS和SBE活性,有利于籽粒淀粉积累,进而增加粒重。【结论】玉米籽粒碳水化合物含量和淀粉合成相关酶活性在果穗不同部位间存在着明显差异。灌浆前期籽粒中可溶性糖、蔗糖及整个灌浆期淀粉含量、最大淀粉积累速率、平均淀粉积累速率、最大灌浆速率、平均灌浆速率、最终百粒重以及AGPase、StS和SBE活性表现为果穗下部籽粒>中部籽粒>上部籽粒。淀粉积累速率、籽粒灌浆速率与AGPase、StS和SBE活性均呈极显著正相关。玉米灌浆期果穗上部籽粒中较低的淀粉合成相关酶活性是其灌浆差、粒重低的重要原因。通过育种和栽培提高玉米果穗项部籽粒蔗糖-淀粉合成代谢途径关键酶活性,是促进玉米弱势粒灌浆、获取高产的一条重要途径。更多还原