變異玉米的補償性生長研究

馬 丹，侯彥龍，郭金耀

（晉中職業(yè)技術學院，山西晉中030600）

玉米作為一種重要的糧食作物，提高其產(chǎn)量和品質至關重要。當前，玉米育種所面臨的最大問題就是種質基礎狹窄[1]。采取各種途徑創(chuàng)新種質、拓寬種質基礎是玉米育種的當務之急[2]。用秋水仙堿對玉米進行化學誘變，第2年篩選出變異玉米材料，該變異玉米材料在苗期時，其下部葉片出現(xiàn)了明顯的自我凋亡現(xiàn)象，而到了生育后期出現(xiàn)了補償性生長的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為株型長勢好、生育期提前、穗子大、產(chǎn)量高、品質好。該變異玉米材料通過下部葉片的自我凋亡帶來生育后期的補償性生長[3]。筆者對該變異玉米材料的補償性生長特性進行了進一步的研究，目的是初步探討該變異玉米優(yōu)良的品種特性和生理代謝特性，旨在選育優(yōu)良的玉米種質、挖掘玉米的增產(chǎn)潛力。

玉米1～5葉著生在基部，為基部葉組（根葉組）；6～12葉著生在莖稈下部，為下部葉組（莖及穗分化葉組）；13～16葉著生在莖稈中部，為中部葉組（穗粒葉組）；17～21葉著生在莖稈上部，為上部葉組（粒葉組）。開花后10～15 d，籽粒成為生長中心，供長中心葉光合產(chǎn)物的70%～76%向籽粒輸送。這期間的供長中心葉為中部葉和上部葉，即穗粒葉組和粒葉組葉片，而穗粒葉組的葉面積最大，功能期持續(xù)時間最長。

綠色植物有賴于葉綠素進行光合作用，葉綠素的含量直接影響著光合作用的速率和光合產(chǎn)物的形成。該變異品種下部葉和中部葉的葉綠素含量變化能夠反映該變異品種光合作用能力在生育前期和后期的變化情況。

在可溶蛋白中，對光合作用過程有重要貢獻的RuBP羧化酶[4]占可溶蛋白質的50%。可溶蛋白在含量上的變化可較大地影響到葉片的凈光合速率，因此，可以反映葉片功能的強弱。

氮在玉米營養(yǎng)中占有突出的地位，是玉米的生命元素，也是玉米很多重要的有機化合物的組成元素。氮素營養(yǎng)條件的改善能夠增強植株的光合能力，從而促進籽粒的灌漿增質量。植物對營養(yǎng)元素的吸收和同化是一個有酶參加的生物學過程，研究蛋白質代謝過程中氮的還原、同化及蛋白質分解相關的酶的活性對于氮素營養(yǎng)的判斷具有十分重要的意義。

本試驗測定了氮素代謝過程中3個關鍵酶——硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）、谷丙轉氨酶（GPT）[5]的活性在生育前期和后期的變化，以期能夠發(fā)現(xiàn)該變異品種氮素代謝中的酶變化特點。

1 材料和方法

1.1 材料

2010年用秋水仙堿誘變獲得的玉米變異材料192。

1.2 試驗設計

試驗材料于2011年4月26日播種。隨機區(qū)組設計，每小區(qū)面積19.2 m2，共4個小區(qū)，每小區(qū)種80株，其中，40株為變異材料，另40株為對照材料，株距為0.4 m，行距為0.5 m，3次重復。田間常規(guī)管理。 對玉米不同葉位葉片的展開葉進行相關的研究分析。

1.3 測定方法

葉綠素含量用分光光度法測定[6]，可溶蛋白含量用考馬斯亮藍G-250染色法測定[7]，硝酸還原酶活性用亞硝酸鈉法測定[8]，谷氨酰胺合成酶活性用比色法測定[9]，谷丙轉氨酶活性參照文獻[10]進行測定。

2 結果與分析

當大田中種植的變異玉米第6葉位葉片初展開、展開1周、展開2周、展開3周[11]和第15葉位葉片初展開、展開1周、展開2周、展開3周時，取其展開葉片進行葉綠素含量的測定，測定結果如表1所示。

從表1可以看出，變異玉米第6葉位葉片的葉綠素含量平均比對照低24%，低于對照最明顯的時期出現(xiàn)在第6葉展開1周時，說明變異玉米下部葉光合作用能力弱于對照，最弱的時期出現(xiàn)在第6葉展開1周時；變異玉米第15葉位葉片的葉綠素含量平均比對照高37%，高于對照最明顯的時期出現(xiàn)在第15葉展開3周時，說明變異玉米中部葉光合作用能力強于對照，并表現(xiàn)出了補償性生長特點，表現(xiàn)最明顯時期是在第15葉展開3周時。

表1 玉米第6葉和第15葉葉綠素含量測定結果 mg/L

對變異玉米的第6葉和第15葉在葉片展開的4個時期進行可溶蛋白含量的測定（表2）。由表2可知，變異玉米第6葉位葉片的可溶蛋白含量平均比對照低20%，低于對照最明顯的時期出現(xiàn)在第6葉展開2周時，說明變異玉米下部葉葉片功能弱于對照，最弱的時期出現(xiàn)在第6葉展開2周時；變異品種第15葉位葉片的可溶蛋白含量平均比對照高24%，高于對照最明顯的時期出現(xiàn)在第15葉展開1周時，說明變異玉米中部葉葉片功能強于對照，葉片功能表現(xiàn)出了補償性生長的特點，表現(xiàn)最明顯的時期是在第15葉展開1周時。

表2 玉米第6葉和第15葉可溶蛋白含量測定結果 μg/mL

從表3可以看出，變異玉米的硝酸還原酶（NR）活性表現(xiàn)的補償性生長特點顯著，下部葉片硝酸還原酶活性均值顯著低于對照18%，而中部葉片硝酸還原酶活性均值顯著高于對照24%；谷氨酰胺合成酶（GS）和谷丙轉氨酶（GPT）活性的補償性生長特點表現(xiàn)都不顯著。硝酸還原酶在蛋白質合成能力[12]的補償效應中起主要作用，可以供給籽粒更多的氮源。

表3 玉米第6葉和第15葉硝酸還原酶、谷氨酰胺合成酶和谷丙轉氨酶活性測定結果

3 結論

3.1 變異玉米具有優(yōu)良的補償性生長特性

本研究表明，變異玉米材料在苗期通過下部葉片的自我凋亡，其生長受到一定程度的自我抑制。在生育后期，生長恢復，表現(xiàn)出明顯的補償性生長特性。穗粒葉組的光合生產(chǎn)能力和氮代謝能力都有所增強，為其補償性生長奠定了豐厚的物質基礎。變異玉米材料通過凋亡對葉片有良好的營養(yǎng)調控作用。

3.2 變異玉米材料光合作用能力表現(xiàn)出補償性生長特點

本研究表明，變異玉米材料下部葉組葉片的葉綠素含量和可溶蛋白含量都顯著低于對照，而穗粒葉組葉片葉綠素含量和可溶蛋白含量都顯著高于對照。葉片的光合生產(chǎn)能力表現(xiàn)出明顯的補償性生長特點，為變異玉米的補償性生長奠定了物質基礎，利于經(jīng)濟產(chǎn)量的提高。

3.3 變異玉米葉片的硝酸還原酶活性表現(xiàn)出明顯的補償性生長特點

變異玉米品種下部葉組葉片的硝酸還原酶活性顯著低于對照，而穗粒葉組葉片的硝酸還原酶活性顯著高于對照。變異玉米品種葉片的硝酸還原酶活性表現(xiàn)出明顯的補償性生長特點。硝酸還原酶是氮素同化過程中的一種重要的酶，它可以催化硝酸鹽還原為亞硝酸鹽。植物體吸收的硝酸鹽必需經(jīng)過這個步驟，而后再進一步轉化為復雜的有機物，才能被植物體吸收利用。因此，植物體硝酸還原酶活性強，其氮素同化的能力就強。變異玉米品種穗粒葉組葉片的硝酸還原酶活性強，有利于向籽粒提供更多的氮源。

3.4 變異玉米可用于改良玉米種質

該玉米材料的變異是秋水仙堿通過對紡錘絲作用，強烈影響遺傳物質在細胞間傳遞的變化所導致的，是可遺傳的變異[13]。這種優(yōu)良變異可用于改良玉米種質。

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