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作物杂志,2019, 第3期: 118–125 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2019.03.019

• 生理生化·植物营养·栽培耕作 • 上一篇    下一篇

穗期高温对玉米子粒灌浆生理及产量的影响

付景1,2,孙宁宁1,刘天学1,马俊峰1,杨豫龙1,赵霞2,穆心愿2,李潮海1   

  1. 1 河南农业大学农学院/河南粮食作物协同创新中心/小麦玉米作物学国家重点实验室,450002,河南郑州
    2 河南省农业科学院粮食作物研究所,450002,河南郑州
  • 收稿日期:2018-10-31 修回日期:2019-01-30 出版日期:2019-06-15 发布日期:2019-06-12
  • 通讯作者: 刘天学
  • 作者简介:付景,助理研究员,主要从事作物栽培生理与生理生态研究;
  • 基金资助:
    公益性行业(农业科研专项201203029);国家重点研发计划(2017YFD0301101)

The Effects of High Temperature at Spike Stage on Grain-Filling Physiology and Yield of Maize

Fu Jing1,2,Sun Ningning1,Liu Tianxue1,Ma Junfeng1,Yang Yulong1,Zhao Xia2,Mu Xinyuan2,Li Chaohai1   

  1. 1 College of Agronomy, Henan Agricultural University/Collaborative Innovation Center of Henan Grain Crops/State Key Laboratory of Wheat and Maize Crop Science, Zhengzhou 450002, Henan, China
    2 Cereal Research Institute,Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, Henan, China
  • Received:2018-10-31 Revised:2019-01-30 Online:2019-06-15 Published:2019-06-12
  • Contact: Tianxue Liu

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438

摘要：

为揭示玉米穗期高温胁迫对子粒灌浆生理及产量的影响,以耐热型玉米品种郑单958和热敏感型玉米品种先玉335为试验材料,研究了第9片叶完全展开至抽雄期高温对玉米子粒灌浆特性、淀粉合成酶活性、激素含量和产量的影响。结果表明,穗期高温处理,郑单958和先玉335的产量分别比对照降低了11.14%和25.40%;2个品种的粒重和灌浆前期的灌浆速率降低,到达最大灌浆速率的时间延迟,灌浆速率最大时的生长量减小,活跃灌浆期延长;灌浆前期子粒淀粉合成酶活性降低;高温对先玉335的影响明显高于对郑单958。高温处理后,2个品种子粒中的生长素、玉米素核苷和赤霉素含量变化趋势一致,均表现为灌浆初期降低,灌浆后期升高,脱落酸含量表现则相反。

关键词: 玉米, 高温胁迫, 子粒灌浆, 酶活性, 激素含量

Abstract:

To reveal the effects of high temperature stress at spike stage on grain-filling physiology and yield of maize, the temperature non-sensitive variety Zhengdan 958 and temperature sensitive variety Xianyu 335 were used as the experimental materials in this study. The results showed that the grain yields of Zhengdan 958 and Xianyu 335 decreased by 11.14% and 25.40%, respectively, compared with the control under high temperature at spike stage. High temperature treatment reduced the grain weight and the grain-filling rate at the early filling stage, delayed the time to reach the maximum filling rate, reduced growth of the maximum filling rate, increased the active filling period and reduced starch synthase activity at the early grain-filling stage of two maize varieties. The effects of high temperature treatment on Xianyu 335 was significantly higher than that of Zhengdan 958. The contents of auxin (IAA), zeatin riboside (ZR) and gibberellin (GA) in two maize varieties showed the same trend after high temperature treatment, which showed that the contents of IAA, ZR and GA decreased at the early filling stage and increased at the late filling stage, while the abscisic acid content followed the opposite trend.

Key words: Maize, High temperature stress, Grain filling, Enzyme activity, Hormone content

图1

平均日温度及相对湿度 CK：自然温度（对照）;T：高温处理。下同"

表1

高温胁迫对玉米产量及相关性状的影响"

品种
Variety		 处理
Treatment		 穗粗(cm)
Ear
diameter		 穗长(cm)
Ear length		 秃尖长(cm)
Bare
tip length		 穗行数
Number of
ear rows		 行粒数
Number of
row grains		 穗粒数
Kernels
per ear		 百粒重(g)
100-kernel
weight		 产量
(t/hm2)
Yield
郑单958 Zhengdan 958 CK 5.10a 19.16a 0.12c 15.61a 36.24a 564.75a 34.98b 11.85b
T 4.99a 18.64a 0.20c 15.17a 35.47b 534.56b 32.84c 10.53c
先玉335 Xianyu 335 CK 4.93a 18.61a 1.06b 15.70a 34.23c 536.92b 38.61a 12.44a
T 4.35b 16.58b 2.56a 14.22b 31.91d 453.07c 34.15b 9.28d

表2

高温胁迫条件下子粒灌浆特征参数"

品种Variety 处理Treatment 决定系数Coefficient of determination Tmax(d) Wmax (mg/粒) Wmax(mg/grain) Gmax [mg/(粒·d)] Gmax[mg/(grain·d)] P (d)
郑单958 Zhengdan 958 CK 0.9945 18.13b 149.30b 12.90b 34.72c
T 0.9973 20.06a 140.36c 11.44c 36.81b
先玉335 Xianyu 335 CK 0.9969 16.93c 162.95a 15.21a 32.13d
T 0.9939 19.77ab 143.53c 11.27c 38.20a

图2

高温胁迫下玉米子粒增重动态和子粒灌浆速率"

图3

高温胁迫对子粒淀粉合成相关酶活性的影响"

表3

子粒淀粉合成相关酶活性与灌浆速率的相关性"

品种
Variety		 处理
Treatment		 淀粉合成相关酶活性Activities of related enzymes to starch synthesis
结合态淀粉合酶GBSS 可溶性淀粉合酶SSS 蔗糖合酶SS 蔗糖磷酸合酶SPS
郑单958 CK 0.891** 0.939** 0.892** 0.890**
Zhengdan 958 T 0.977** 0.948** 0.998** 0.972**
先玉335 CK 0.883** 0.964** 0.938** 0.948**
Xianyu 335 T 0.922** 0.985** 0.963** 0.958**

图4

高温胁迫对玉米子粒激素含量的影响"

表4

子粒中激素含量与2个玉米品种子粒灌浆速率的相关性"

品种Variety 处理Treatment 生长素IAA 玉米素核苷ZR 赤霉素GA 脱落酸ABA
郑单958 Zhengdan 958 CK 0.957** 0.953** 0.959** -0.953**
T 0.955** 0.949** 0.914** -0.896**
先玉335 Xianyu 335 CK 0.982** 0.950** 0.976** -0.935**
T 0.970** 0.945** 0.985** -0.893**
[1] Battisti D S, Naylor R L . Historical warnings of future food insecurity with unprecedented seasonal heat. Science, 2009,323(9):240-244.
doi: 10.1126/science.1164363
[2] Kotak S, Larkindale J, Lee U , et al. Complexity of the heat stress response in plants. Current Opinion in Plant Biology, 2007,10(3):310-316.
doi: 10.1016/j.pbi.2007.04.011
[3] Juan I R E, María E O . Heat stress in temperate and tropical maize hybrids:differences in crop growth,biomass partitioning and reserves use. Field Crops Research, 2012,130:87-98.
doi: 10.1016/j.fcr.2012.02.009
[4] Edreira J I R, Otegui M E . Heat stress in temperate and tropical maize hybrids:A novel approach for assessing sources of kernel loss in field conditions. Field Crops Research, 2013,142(3):58-67.
doi: 10.1016/j.fcr.2012.11.009
[5] 于康珂 . 玉米穗发育对高温胁迫的响应. 郑州:河南农业大学, 2016.
[6] 赵龙飞, 李潮海, 刘天学 , 等. 花期前后高温对不同基因型玉米光合特性及产量和品质的影响. 中国农业科学, 2012,45(23):4947-4958.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2012.23.023
[7] 赵丽晓, 张萍, 王若男 , 等. 花后前期高温对玉米强弱势籽粒生长发育的影响. 作物学报, 2014,40(10):1839-1845.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2014.01839
[8] 尹小刚, 王猛, 孔箐锌 , 等. 东北地区高温对玉米生产的影响及对策. 应用生态学报, 2015,26(1):186-198.
[9] 陈朝辉, 王安乐, 王娇娟 , 等. 高温对玉米生产的危害及防御措施. 作物杂志, 2008(4):90-92.
[10] Paponov I A, Sambo P, Schulte auf’m Erley G , et al. Grain yield and kernel weight of two maize genotypes differing in nitrogen use efficiency at various levels of nitrogen and carbohydrate availability during flowering and grain filling. Plant and Soil, 2005,272(1/2):111-123.
doi: 10.1007/s11104-004-4211-7
[11] James M G, Denyer K, Myers A M . Starch synthesis in the cereal endosperm. Current Opinion in Plant Biology, 2003,6(3):215-222.
doi: 10.1016/S1369-5266(03)00042-6
[12] Vandeputte G E, Delcour J A . From sucrose to starch granule to starch physical behaviour a focus on rice starch. Carbohydrate Polymers, 2004,58(3):245-266.
doi: 10.1016/j.carbpol.2004.06.003
[13] Wallwork M A B, Logue S J, Macleod L C . Effect of high temperature during grain filling on starch synthesis in the developing barley grain. Australian Journal of Plant Physiology, 1998,25(3):173-181.
[14] 王月福, 于振文, 李尚霞 , 等. 小麦籽粒灌浆过程中有关淀粉合成酶的活性及其效应. 作物学报, 2003,29(1):75-81.
[15] 张保仁, 董树亭, 胡昌浩 , 等. 高温对玉米籽粒淀粉合成及产量的影响. 作物学报, 2007,33(1):38-42.
[16] 杨艳华, 张亚东, 朱镇 , 等. 赤霉素(CA3)和脱落酸(ABA)对不同水稻品种生长和生理特性及GA20ox2、GA3ox2基因表达的影响. 中国水稻科学, 2010,24(4):433-437.
doi: 10.3969/j.issn.1001-7216.2010.04.017
[17] 李春燕, 徐雯, 刘立伟 , 等. 低温条件下拔节期小麦叶片内源激素含量和抗氧化酶活性的变化. 应用生态学报, 2015,26(7):2015-2022.
[18] 徐云姬, 顾道健, 张博博 , 等. 玉米果穗不同部位籽粒激素含量及其与胚乳发育和籽粒灌浆的关系. 作物学报, 2013,39(8):1452-1461.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2013.01452
[19] 李利利 . 不同株高夏玉米品种产量形成的生理特性及种植密度调控的研究. 泰安:山东农业大学, 2012.
doi: 10.7666/d.y2116812
[20] 张萍, 陈冠英, 耿鹏 , 等. 籽粒灌浆期高温对不同耐热型玉米品种强弱势粒发育的影响. 中国农业科学, 2017,50(11):2061-2070.
[21] 于康珂, 孙宁宁, 詹静 , 等. 高温胁迫对不同热敏型玉米品种雌雄穗生理特性的影响. 玉米科学, 2017,25(4):84-91.
[22] 张吉旺, 董树亭, 王空军 , 等. 大田增温对夏玉米产量和品质的影响. 应用生态学报, 2007,18(1):52-56.
[23] 陈传永, 王荣焕, 赵久然 , 等. 不同生育时期遮光对玉米籽粒灌浆特性及产量的影响. 作物学报, 2014,40(9):1650-1657.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2014.01650
[24] 孙峰成, 冯勇, 于卓 , 等. 12个玉米群体的主要农艺性状与产量、品质的灰色关联度分析. 华北农学报, 2012,27(1):102-105.
doi: 10.3969/j.issn.1000-7091.2012.01.019
[25] 刘帆, 石海春, 余学杰 . 玉米果穗主要性状与产量间的相关与通径分析. 玉米科学, 2005,13(3):17-20.
[26] 陆卫平, 陈国平, 郭景伦 , 等. 不同生态条件下玉米产量源库关系的研究. 作物学报, 1997,23(6):727-733.
[27] 傅晓艺, 何明琦, 史占良 , 等. 灌浆期高温胁迫对小麦灌浆特性和品质的影响. 麦类作物学报, 2015,35(6):867-872.
[28] 段骅, 杨建昌 . 高温对水稻的影响及其机制的研究进展. 中国水稻科学, 2012,26(4):393-400.
doi: 10.3969/j.issn.10017216.2012.04.002
[29] 杨欢, 沈鑫, 陆大雷 , 等. 籽粒建成期高温胁迫持续时间对糯玉米籽粒产量和淀粉品质的影响. 中国农业科学, 2017,50(11):2071-2082.
[30] Yuan L P . Increasing yield potential in rice by exploitation of heterosis//Virmani S S ed. Hybrid Rice Technology,New Developments and Future Prospects. Philippines:International Rice Research Institute, 1994: 1-6.
[31] Yuan L P . Hybrid rice breeding in China//Virmani S S,Sissiq E A,Muralidharan K. Advances in Hybrid Rice Technolog. Philippines:International Rice Research Institute, 1998: 27-33.
[32] 王志琴, 叶玉秀, 杨建昌 , 等. 水稻灌浆期籽粒中蔗糖合成酶活性的变化与调节. 作物学报, 2004,30(7):634-643.
[33] 吕艳梅, 谭伟平, 肖层林 , 等. 高温对优质水稻籽粒淀粉形成及淀粉合成相关酶活性的影响. 华北农学报, 2014,29(1):135-139.
doi: 10.7668/hbnxb.2014.01.025
[34] Yamakawa H, Hirose T, Kuroda M , et al. Comprehensive expression profiling of rice grain filling-related genes under high temperature using DNA microarray. Plant Physiology, 2007,144(1):258-277.
doi: 10.1104/pp.107.098665
[35] 赵福成, 景立权, 闫发宝 , 等. 灌浆期高温胁迫对甜玉米籽粒糖分积累和蔗糖代谢相关酶活性的影响. 作物学报, 2013,39(9):1644-1651.
doi: 10.3724/SP.J.1006.2013.01644
[36] Hawker J S, Jenner C F . High temperature affects the activity of enzymes in the committed pathway of starch synthesis in developing wheat endosperm. Functional Plant Biology, 1993,20(2):197-209.
doi: 10.1071/PP9930197
[37] Maestri E, Klueva N, Perrotta C , et al. Molecular genetics of heat tolerance and heat shock proteins in cereals. Plant Molecular Biology, 2002,48(5/6):667-681.
doi: 10.1023/A:1014826730024 pmid: 11999842
[38] 杨建昌, 王志琴, 朱庆森 , 等. ABA与GA对水稻籽粒灌浆的调控. 作物学报, 1999,25(3):341-348.
[39] 段骅 . 抽穗灌浆期高温对水稻品质和内源激素的影响. 扬州:扬州大学, 2010.
[40] Pareek A, Single S L, Grover A . Proteins alterations associated with salinity,desiccation,high and low temperature stresses and abscisic acid application in seedlings of Pusa 169,a high-yielding rice (Oryza sative L.) cultivar. Current Sciences, 1998,75(10):1023-1035.
[1] 鲁守平,张华,孟昭东,穆春华. 利用分子标记技术对玉米自交系子粒油分的改良研究[J]. 作物杂志, 2019, (3): 24–28
[2] 叶文斌,何玉鹏,王昱,王瀚,赵庆芳. 碱化橄榄油加工废弃液对玉米种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 作物杂志, 2019, (3): 185–191
[3] 董哲,杨武德,张美俊,朱洪芬,王超. 基于高光谱遥感的玉米叶片SPAD值估算模型研究[J]. 作物杂志, 2019, (3): 126–131
[4] 吴建忠,李绥艳,林红,马延华,潘丽艳,李东林,孙德全. 青贮玉米品质性状遗传变异及主成分分析[J]. 作物杂志, 2019, (3): 42–48
[5] 史亚兴,董会,卢柏山,赵久然,樊艳丽,徐丽,俞嫒年. 糯玉米不同采收期子粒降水及糊化特性研究[J]. 作物杂志, 2019, (3): 112–117
[6] 任洪雷,李春霞,龚士琛,李国良,扈光辉,王明泉,杨剑飞. 利用SPSS实现玉米杂交种主要农艺性状与产量的相关和通径分析[J]. 作物杂志, 2019, (3): 86–90
[7] 代希茜,詹和明,崔兴洪,赵银月,单丹丹,张亮,王铁军. 玉米大豆间作种植密度耦合数学模型及其优化方案研究[J]. 作物杂志, 2019, (2): 128–135
[8] 张冬梅,黄学芳,姜春霞,张伟,王晓娟,刘化涛,闫六英,刘恩科,翟广谦. 冷凉区旱地玉米微垄覆膜土壤水热及产量效应研究[J]. 作物杂志, 2019, (2): 115–121
[9] 张宇飞,刘立志,马昱萱,王晓纯,戴建军. 耕作和秸秆还田方式对玉米产量及钾素积累转运的影响[J]. 作物杂志, 2019, (2): 122–127
[10] 史亚兴,徐丽,赵久然,卢柏山,樊艳丽. 中国糯玉米产业优势及在“一带一路”发展中的机遇[J]. 作物杂志, 2019, (2): 15–19
[11] 孙丽娟,赵志宏,贺娟,王步军. 我国鲜食玉米相关标准问题分析及对策[J]. 作物杂志, 2019, (2): 46–50
[12] 唐会会,许艳丽,王庆燕,马正波,李光彦,董会,董志强. 叶面喷施5-氨基乙酰丙酸对不同密度春玉米生长特性和产量的影响[J]. 作物杂志, 2019, (2): 136–141
[13] 张翼飞,于崧,王玉凤,杨克军,郭庄园,李瑶,孙逸珊,贾文宝,张亚凤. 促进玉米子粒脱水的农艺措施研究进展[J]. 作物杂志, 2019, (1): 1–8
[14] 梁茜,刘文亚,葛均筑,赵明,侯海鹏,杨永安,辛德财. 条带深旋小双行精播技术对夏玉米产量调控效应研究[J]. 作物杂志, 2019, (1): 111–115
[15] 张洋,于惠琳,王延波. 东华北不同生态区玉米品种产量及相关性状差异研究[J]. 作物杂志, 2019, (1): 38–43
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Cited
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  Discussed   
[1] 房裕东,韩天富. 作物快速育种技术研究进展[J]. 作物杂志, 2019, (2): 1 –7 .
[2] 张萌,芶久兰,魏全全,陈龙,何佳芳. 不同生物有机肥对贵州高海拔春马铃薯生长及土壤肥力的影响[J]. 作物杂志, 2019, (3): 132 –136 .
[3] 权宝全,吕瑞洲,王贵江,任杰成. 薯块膨大中期不同栽培措施对甘薯生长发育及产量的影响[J]. 作物杂志, 2019, (3): 158 –161 .
[4] 鲁守平,张华,孟昭东,穆春华. 利用分子标记技术对玉米自交系子粒油分的改良研究[J]. 作物杂志, 2019, (3): 24 –28 .
[5] 张自强,王良,白晨,张惠忠,李晓东,付增娟,赵尚敏,鄂圆圆,张辉,张必周. 104份甜菜种质资源主要农艺性状分析[J]. 作物杂志, 2019, (3): 29 –36 .
[6] 马名川,刘龙龙,张丽君,崔林,周建萍. EMS诱变刺荞的形态突变体鉴定与分析[J]. 作物杂志, 2019, (3): 37 –41 .
[7] 范惠玲,白生文,朱雪峰,李振洲,秦明岗,何志军. 油菜及其近缘种种子萌发期耐盐碱性差异[J]. 作物杂志, 2019, (3): 178 –184 .
[8] 叶文斌,何玉鹏,王昱,王瀚,赵庆芳. 碱化橄榄油加工废弃液对玉米种子萌发及幼苗生长的影响[J]. 作物杂志, 2019, (3): 185 –191 .
[9] 王永刚,姬铭泽,赵旭涵,于立河,薛盈文. 播期对白燕7号在黑龙江省中西部地区产量的影响[J]. 作物杂志, 2019, (3): 106 –111 .
[10] 董哲,杨武德,张美俊,朱洪芬,王超. 基于高光谱遥感的玉米叶片SPAD值估算模型研究[J]. 作物杂志, 2019, (3): 126 –131 .