荞麦弱势粒形成的机理及调控技术研究

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为了明确荞麦弱势粒形成的生理机制,提出促进弱势粒灌浆充实的栽培技术,本试验设置了不同的肥料、去除顶端优势和化学调节物质处理,研究了其对荞麦根系形态生理、光合作用与同化物转运、内源激素含量、强弱势粒的灌浆特性和蔗糖-淀粉代谢途径关键酶活性以及最终产量形成的影响。主要研究内容如下:(1)苦荞强弱势粒的灌浆特性及淀粉合成的差异研究为了明确苦荞弱势粒形成的生理原因,以苦荞品种晋荞2号为试验材料,比较了其强弱势粒的灌浆特性、淀粉及淀粉合成相关酶活性、光合特性的差异。结果表明,强势粒的灌浆起始势(R0)、最大灌浆速率(Gmax)和平均灌浆速率(Gmean)显著高于弱势粒,达最大灌浆速率的时间(Tmax.G)低于弱势粒;强势粒以灌浆中期对粒重的贡献率最大,灌浆后期次之,灌浆前期最小;弱势粒则以灌浆中期的贡献率最大,灌浆前期次之,灌浆后期最小;弱势粒的净光合速率较低;弱势粒在灌浆前期的腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase)弱于强势粒;弱势粒中可溶性淀粉合酶(SSS)活性弱于强势粒,中后期淀粉合成相关酶活性则高于强势粒。综上,灌浆前期较低的淀粉合成酶活性、光合利用率以及后期叶片光合物质供应不足是弱势粒灌浆速率小,充实度差的一个重要生理原因。(2)氮肥用量对苦荞强弱势粒灌浆及产量形成的影响为了明确不同氮肥用量对苦荞强弱势粒灌浆及产量形成的影响,以苦荞品种晋荞2号为试验材料,设置了不同氮肥处理,研究了氮肥用量对苦荞强弱势粒灌浆特性、淀粉及淀粉合成酶活性、光合特性、抗氧化酶活性、丙二醛(MDA)含量、农艺性状及产量形成的影响。结果表明:4个氮肥处理的N值基本均小于1;N2处理时晋荞2号籽粒达Tmax.G最短、Gmax和Gmean最大;强弱势粒间以强势粒的A值、R0、Gmax和Gmean大于弱势粒,而N值和Tmax.G则低于弱势粒。4个氮肥处理和强弱势粒均以灌浆中期对粒重的贡献率最大,灌浆后期次之,灌浆前期最小。晋荞2号籽粒的淀粉合成酶活性随生育期的推进表现为先增加后降低,总体以N2处理时的活性较强;灌浆前期强势粒的AGPase、SSS活性强于弱势粒,在灌浆中后期弱势粒淀粉合成相关酶活性达到较高水平。N2处理及强势粒叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度较大;苦荞叶片中超氧化物歧化酶活性(Superoxide Dismutase,SOD)、过氧化物酶活性(peroxidase,POD)、过氧化氢酶活性(catalase,CAT)较强,丙二醛含量(Malonaldehyde,MDA)较低。N2处理时的产量、株高、主茎节数、主茎分枝数、千粒重、单株粒数、单株粒重等指标均大于其余3个氮肥处理。综上,适宜的氮肥处理(135 kg/hm~2)能延缓苦荞衰老、增加光合利用率、促进苦荞强弱势粒的灌浆,进而提高粒重和最终产量。(3)去除顶端优势对甜荞弱势粒灌浆特性的影响为了明确去除顶端优势对甜荞弱势粒灌浆的影响,以甜荞品种丰甜1号为试验材料,设置打顶和不打顶2个处理方式,比较了甜荞弱势粒籽粒的灌浆特性、淀粉及淀粉合成相关酶活性、内源激素含量、根系形态生理、叶片抗氧化酶活性、农艺性状及产量形成的差异。结果表明,打顶处理后,丰甜1号弱势粒的R0、Gmax和Gmean显著高于不打顶处理,Tmax.G低于不打顶处理。2个处理均以灌浆中期对粒重的贡献率最大,灌浆后期次之,灌浆前期最小。丰甜1号弱势粒的淀粉合成酶活性随生育期的推进表现为先增加后降低,以打顶处理时的活性较强。去除顶端优势处理时丰甜1号叶片的SOD、POD、CAT较强,根系形态和根系活力较优,MDA较低;丰甜1号弱势粒中脱落酸(ABA)和生长素(IAA)的含量随生育期的推进均呈先增加后降低趋势,赤霉素(GA3)含量则呈持续下降的趋势,打顶处理时的ABA和IAA含量高于不打顶处理,GA3含量则低于不打顶处理。打顶处理时的主茎分枝数、单株粒数、单株粒重、千粒重、产量等指标均优于不打顶处理。综上,较强的淀粉合成酶活性、较高的ABA和IAA含量和较低的GA3含量是打顶处理后甜荞弱势粒灌浆速率变大,粒重增加的一个重要生理原因。(4)外源独脚金内酯及其抑制剂对苦荞强弱势粒非结构性碳水化合物转运及产量的影响独脚金内酯是一种调控植株生长发育及资源分配的重要的新型激素,为了明确其调控苦荞强弱势粒灌浆、非结构性碳水化合物(NSC)转运及产量形成的生理机理。本试验以苦荞品种晋荞2号为试验材料,添加不同浓度的外源独脚金内酯(rac-GR24)及其抑制剂(Tis108),研究其对苦荞强弱势粒灌浆、NSC转运及产量形成的影响,结果表明:与对照相比,外源rac-GR24的施用促进了灌浆前期苦荞弱势粒的灌浆及种皮中NSC对籽粒产量的贡献率;rac-GR24的施加降低了强势粒中SSS、AGPase的活性;降低了叶片的SOD和POD活性,降低了叶中NSC向强势粒的转运率,抑制了苦荞强势粒的灌浆,降低了最终的产量。与对照相比,Tis108的施用促进了苦荞强势粒及灌浆后期弱势粒的灌浆,提高了强势粒籽粒中淀粉合成酶活性,促进了叶中NSC向籽粒的转运率,提高了叶片中SOD和POD活性,增加了单株粒数和最终的产量。可见,独脚金内酯合成抑制剂Tis108处理能较好的促进苦荞籽粒的灌浆,延缓衰老,提高最终的产量,尤以T10(10μM)处理表现更佳,在苦荞生产中具有较好的应用前景。
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