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保绿型玉米自交系叶片衰老的生理生化差异及氮素调控

作　者: 李耕
导　师: 刘鹏；董树亭
学　校: 山东农业大学
专　业: 作物栽培学与耕作学
关键词: 玉米 保绿型 光合性能 电子传递链 氮素调控
分类号: S513
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


以保绿型玉米自交系齐319(Q319)和非保绿型玉米自交系黄早四(HZ4)为材料,采用大田和盆栽种植方式,设置不施氮与正常施肥两个处理,研究了不同保绿型玉米叶片衰老的生理生化差异及氮素调控作用。此外,借助叶绿素荧光快速诱导动力学曲线和对820 nm光吸收曲线,分析了叶片衰老进程中光合性能下降的主要原因。研究表明:1非保绿型玉米花后光合性能自灌浆期呈现迅速下降趋势,其主要原因是PSII反应中心之后的电子传递链受损严重,阻断了电子从PSII向PSI输送,抑制了光能向化学能的转化,进而导致羧化系统性能下降。2非保绿型玉米PSII反应中心之后电子传递链性能自灌浆期快速下降,造成电子在PSII反应中心受体侧大量积累,从而导致光能过剩现象,引发活性氧浓度上升,进而加速了PSII性能的降低,直接影响叶片对光能的利用效率。3非保绿型玉米花后RuBP羧化酶和PEP羧化酶活性显著降低,羧化系统合成碳水化合物能力较保绿型玉米明显下降。活性氧清除系统中三种保护酶SOD、POD和CAT活性下降幅度均显著高于保绿型玉米,MDA含量则明显增加。非保绿型玉米活性氧清除能力显著低于保绿型玉米。4保绿型玉米叶片氮素输出后再积累能力比非保绿型强,其花后蛋白含量较高的,维持了光合器官功能的稳定性,延长和增强了保绿型品种光合高值的持续时间,这是促进保绿型玉米高产稳产的原因之一。5氮素能够增强非保绿型PSII反应中心及其之后电子传递链性能,但后者增幅较低,两个光系统之间的协调性无显著升高。因此,氮素处理后非保绿型光合性能虽有所增加,但其光合高值持续时间短、光合强度低的本质并无变化。而氮素处理后保绿型PSII反应中心之后的电子传递链性能明显增加,并提高对PSI的电子供应能力,这势必增强了两个光系统之间的协调性,从而对保绿型玉米光合性能的维持具有长效性。6氮素对非保绿型玉米的调控作用显著大于保绿型玉米,在灌浆后期尤为明显,其增加了叶片蛋白含量并提高了光合性能,对其产量增加幅度作用显著,与保绿型性比具有明显的氮高效性。但是非保绿型受其自身基因限制,在灌浆期后期光合性能降幅显著大于保绿型,因此其产量仍然明显低于保绿型。综上,非保绿型玉米在衰老进程中PSII反应中心之后的电子传递链性能快速下降是导致叶片光合性能降低和籽粒产量下降的重要原因之一。氮素增强光合性能主要是通过提高两个光系统之间协调性实现的,尽管氮素对非保绿型玉米PSII反应中心性能有明显的提升作用,但其之后电子传递链性能对氮素调控并不敏感,两个光系统之间协调性并无改善,因此非保绿型玉米不具备高产潜质。

全文目录


摘要  10-12
ABSTRACT  12-15
1. 引言  15-28
  1.1 研究目的及意义  15-16
  1.2 国内外研究现状  16-28
    1.2.1 叶片的衰老表现及衡量指标  16
    1.2.2 叶片保绿性对玉米生长发育的影响  16-18
      1.2.2.1 玉米绿叶面积功能期  16-17
      1.2.2.2 叶片保绿性对产量的影响  17
      1.2.2.3 叶片保绿性与玉米抗性  17-18
    1.2.3 叶片光合性能变化的研究  18-19
    1.2.4 快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的定义及测量  19-20
      1.2.4.1 定义  19
      1.2.4.2 测量  19-20
    1.2.5 快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的意义  20-22
      1.2.5.1 特征位点  20-21
      1.2.5.2 JIP-测定的参数  21-22
    1.2.6 快速叶绿素荧光诱导动力学在光合作用研究中的应用  22-24
      1.2.6.1 分析PSII 供体侧的变化  22-23
      1.2.6.2 分析PSII 受体侧的变化  23
      1.2.6.3 分析PSII 反应中心的变化  23-24
    1.2.7 叶片衰老过程中光系统性能变化的研究  24-25
    1.2.8 不同保绿型玉米叶片光合相关蛋白质的研究  25-26
      1.2.8.1 蛋白质的降解  25
      1.2.8.2 保护酶活性的变化  25-26
    1.2.9 氮素对不同保绿型玉米叶片保绿性的调控  26-28
2. 材料与方法  28-33
  2.1 试验材料  28
  2.2 试验设计  28
  2.3 测定项目及方法  28-33
    2.3.1 取样和测定  28
    2.3.2 生物产量与籽粒产量  28-29
    2.3.3 叶片叶绿素含量测定  29
    2.3.4 叶片气体交换参数  29
    2.3.5 快速叶绿素荧光诱导动力学测定  29
    2.3.6 JIP-test 分析  29-30
    2.3.7 羧化反应关键酶活性的测定  30-31
    2.3.8 可溶性蛋白含量的测定  31
    2.3.9 抗氧化酶活性和膜质过氧化产物（MDA）含量测定  31-32
    2.3.10 氮含量测定  32-33
3. 结果与分析  33-68
  3.1 不同保绿型玉米自交系花后衰退的生理生化差异  33-48
    3.1.1 产量  33
    3.1.2 光合性能差异  33-35
      3.1.2.1 叶面积变化差异  33-34
      3.1.2.2 叶绿素含量变化差异  34-35
      3.1.2.3 气体交换参数变化差异  35
    3.1.3 光系统II（PSII）性能差异  35-42
      3.1.3.1 叶绿素荧光诱导动力学曲线（OJIP）的比较  35-36
      3.1.3.2 单位面积内比活性参数的变化差异  36-38
      3.1.3.3 光系统II（PSII）反应中心电子供体侧和受体侧性能的变化差异  38
      3.1.3.4 光系统II（PSII）反应中心电子供体侧与受体侧协调性分析  38-40
      3.1.3.5 量子产额（能量分配比率）的变化  40-41
      3.1.3.6 反应中心与下游电子传递链协调性分析  41-42
    3.1.4 灌浆期不同保绿型玉米叶片光系统II（PSII）与光系统I（PSI）协调关系  42-44
      3.1.4.1 叶绿素荧光诱导动力学曲线（OJIP）与820 nm 光吸收曲线变化差异  42-43
      3.1.4.2 光系统II（PSII）与光系统I（PSI）协调性  43-44
    3.1.5 羧化反应关键酶活性变化差异  44-45
    3.1.6 抗氧化酶活性变化与膜质过氧化特征  45-47
      3.1.6.1 可溶性蛋白含量  45
      3.1.6.2 SOD 活性  45-46
      3.1.6.3 POD 活性  46
      3.1.6.4 CAT 活性  46
      3.1.6.5 MDA 含量  46-47
    3.1.7 氮素吸收与分配差异  47-48
      3.1.7.1 氮素的吸收差异  47-48
      3.1.7.2 氮素分配的差异  48
  3.2 氮素对不同保绿型玉米自交系花后衰退的生理生化调控作用  48-68
    3.2.1 对产量的影响  48-49
    3.2.2 对光合性能的影响  49-52
      3.2.2.1 叶面积  49-50
      3.2.2.2 叶绿素含量  50-51
      3.2.2.3 气体交换参数  51-52
    3.2.3 氮素对光系统II（PSII）性能的影响  52-59
      3.2.3.1 叶绿素荧光诱导动力学曲线（OJIP）  52-53
      3.2.3.2 单位面积内比活性参数  53-55
      3.2.3.3 光系统II（PSII）反应中心电子供体侧和受体侧性能参数  55-56
      3.2.3.4 光系统II（PSII）反应中心电子供体侧与受体侧协调性  56-57
      3.2.3.5 量子产额（能量分配比率）  57-59
      3.2.3.6 反应中心与下游电子传递链协调性  59
    3.2.4 灌浆期氮素对不同保绿型玉米叶片光系统II（PSII）与光系统I（PSI）协调性的影响  59-62
      3.2.4.1 叶绿素荧光诱导动力学曲线（OJIP）与820 nm 光吸收曲线变化  59-60
      3.2.4.2 光系统II（PSII）与光系统I（PSI）协调性  60-62
    3.2.5 羧化反应关键酶活性  62-63
    3.2.6 对膜质过氧化程度的影响  63-65
      3.2.6.1 可溶性蛋白含量  63
      3.2.6.2 SOD 活性  63-64
      3.2.6.3 POD 活性  64
      3.2.6.4 CAT 活性  64-65
      3.2.6.5 MDA 含量  65
    3.2.7 不同氮素处理下植株对氮素的吸收与分配  65-68
      3.2.7.1 不同氮素处理下植株对氮素的吸收  65-66
      3.2.7.2 不同氮素处理下氮素的分配  66-68
4. 讨论  68-74
  4.1 不同保绿型玉米叶片衰老进差异的生理生化基础  68-71
    4.1.1 叶片光合性能及产量差异的原因  68
    4.1.2 叶片衰老进程中光系统性能降低的原因  68-70
    4.1.3 叶片衰老进程中的膜质过氧化特征  70-71
  4.2 氮素对不同保绿型玉米叶片光合性能的影响  71-74
    4.2.1 叶片光合性能及产量  71-72
    4.2.2 叶片衰老进程中光系统性能  72-73
    4.2.3 膜质过氧化特征  73-74
5. 结论  74-75
参考文献  75-84
致谢  84-85
攻读学位其期间发表论文  85

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 禾谷类作物 > 玉米（玉蜀黍）
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