花前干旱胁迫对玉米雌雄穗发育影响机理及氮素调控机制

Drought is the most important limitation factor on the crop production. Drought stress before anthesis affect the coordinated development of reproductive organs, fertilization and seed setting of maize obviously, which mainly reducing the grain numbers and yield. In this study, it focus on development of reproductive organs of maize, anthesis-silking interval, the ultrastructure and viability of pollen and silk, fertilizing and seed-setting rate, the enzymes activity related the metabolism of starch and sucrose, the content of endogenous hormone and the expression level of important genes under different drought stress before anthesis. In order to uncover the influence mechanism of drought stress on the development of reproductive organs from different aspects, such as the micro-morphology traits, physiological and biochemical characteristics and gene expression. At the same time, through study on the response of reproductive organs development of different drought-tolerant varieties under drought stress in different periods before anthesis by nitrogen application. This results could be used for achievement of stable-yield and helpful for breeding and seed production under dry condition.

干旱胁迫是影响我国玉米稳产高产的主要气象因素，玉米花前干旱影响玉米雌雄性器官的协调发育和受精结实，穗粒数降低产量下降。本项目在精确控水条件下研究玉米花前不同时期、不同程度干旱对雌雄穗发育的影响，通过分析各干旱处理下玉米雌雄穗发育进程、ASI、花粉及花丝超微结构及活力，受精结实率，雌、雄穗发育过程中激素含量、糖类物质含量及其代谢相关酶活性以及穗发育过程中重要基因表达量之间的差异，从微形态结构特征、生理生化特性、基因表达水平等不同层次揭示干旱对玉米穗发育影响机理，同时通过不同耐旱型品种的穗发育对不同时期干旱的响应，氮素对敏感时期干旱胁迫影响穗发育的缓解作用，为玉米的抗逆稳产栽培、新品种的选育及种子生产提供理论依据及技术支撑。

根据项目目标和研究内容，进行了遮雨棚、负压精确控水及温室盆栽试验。主要围绕玉米花前干旱与雌雄穗发育关系，研究了花前不同时期干旱对玉米穗器官发育、形态结构与生理生化指标、产量影响及品种间差异机制，探讨了农艺措施的缓解作用。主要研究结果如下：.（1）花前不同时期干旱处理均降低玉米产量，且随发生时间推迟降幅增大。玉米对花期前后（V13-T和R1-2）干旱较其他时期敏感，使产量下降17.3-41.8 %。其中，V13-T和 R1-2显著降低穗粒数，V9-12，V13-T和 R1-2粒重显著低于对照；.（2）在精确控水下，重点研究了13叶至抽雄期及抽雄开花期重度干旱胁迫下雌雄穗发育及活力、ASI、籽粒建成、激素及碳代谢等差异机理，进一步揭示了花前干旱胁迫的作用机制。13叶-抽雄期干旱主要导致花丝伸长受阻，抽雄开花期干旱主要影响了性器官活力；.（3）与耐旱型玉米（ZD958）相比，不耐旱型品种（DY39和DY405）对花前干旱表现更敏感：穗发育延迟、ASI变大，花粉活力下降，与碳代谢相关基因表达下调等。.（4）与不施氮处理相比，前期施氮能加速玉米幼穗发育，且后期补施氮肥利于植株维持较高干物质积累；花前水分胁迫下，外源喷施甜菜碱可延长弱势粒灌浆时间，增加粒重，且有增加淀粉合成代谢趋势，对花前水分胁迫有一定缓解作用。. 项目共投入10名科研人员，培养了2名博士生和5名硕士生。完成1篇博士论文、5名硕士。发表国际论文及摘要共4篇（其中2篇SCI，2篇国际会议摘要），1篇中文核心。提交1篇英文文章，另1篇准备投稿。