华北平原区杂交谷子花后源库平衡特征及酶学-激素机理

Water-saving agriculture need to be developed because of underground water over-extraction in North China Plain. While hybrid millet has the potential of water-saving and high-yield. However, we found that hybrid millet has higher empty-percentage than traditional millet in our early study. This study intend to reveal the distribution rule of empty grain in ear, and the enzyme-hormone regulation mechanism of assimilate synthesis in leaf, transfer between source and sink and re-synthesis in grain after flowering. With the method of changing water and fertilizer condition of soil, source to sink ration, promoting or restraining hormone synthesis and isotopic tracer, we want to clarify the supply and demand relationship between source and sink after flowering. Activity of enzyme will be measured in filling process. This study aims to analyze the relationship between distribution and enzyme activity, assimilate distribute ration and enzyme and the differences of responds to hormone among enzymes. Through the way above, this study will firstly reveal the distribution of empty grain of hybrid millet, the responds character of balance between source and sink to water and fertilizer of soil, and illuminate the enzyme-hormone regulation mechanism of filling process of hybrid millet after flowering. The results will be significant to produce the high yield and water-saving advantage of hybrid millet in arid area.

华北平原区地下水超采严重，亟需发展节水农业，而杂交谷子具有节水高产的潜力，但是在我们前期的研究中发现在杂交谷子空秕粒比例明显的高于常规谷子品种。本研究拟揭示杂交谷子空秕粒在穗中的分布规律、花后的叶片同化物合成、源-库转运及籽粒同化物再合成的酶学-激素调控机制。预期采用改变花后水氮条件、源库比例，抑/促激素合成以及同位素示踪等方法、手段，阐明杂交谷子花后同化物供求平衡关系；研究灌浆过程中同化物合成（源）、降解（流）、再合成（库）相关酶活性；分析空秕粒分布、同化物分配比例和与关键酶活性的相关性及关键酶对不同激素响应的差异。本研究将首次揭示杂交谷子的空秕粒分布、花后源库平衡对水肥响应的动态特征，并阐明杂交谷子花后灌浆进程的酶学-激素调控机制，研究结果将对杂交谷子在干旱区充分发挥节水高产优势具有重要意义。

华北平原区地下水超采严重，亟需发展节水农业，而杂交谷子具有节水高产的潜力，但是在我们前期的研究中发现在杂交谷子空秕粒比例明显的高于常规谷子品种。项目实施期间开展了改变花后水氮条件、源库比例，抑/促激素合成等大田和盆栽试验，旨在阐明杂交谷子空秕粒在穗上的分布规律、花后的叶片同化物合成、源-库转运及籽粒同化物再合成的酶学-激素调控机制。结果表明，自然弯曲的杂交谷子谷穗，外侧（上部）的空秕粒较少，内侧（下部）的空秕粒较多；不同改变源库比例的方式中，剪去一半穗的空秕粒最少，而剪叶和补充光照会增加空秕粒在穗上部和下部分布的差异；剪穗和喷施ABA会加速杂交谷子中前期的灌浆速率，但是后期灌浆速率衰减也快；而剪叶处理的剩余叶片会逐渐适应冠层环境，在中后期表现出一定的补偿效应，灌浆速率较高。剪穗使库容量减少，显著阻碍了旗叶同化物的输出，使旗叶的比叶重不降反升，而外源ABA可以促进茎叶同化物向籽粒的运输。增加库比例的措施都不同程度的增加了杂交谷子的千粒重、出谷率和收获指数，而剪叶处理的上述指标则低于对照。籽粒内源ABA和IAA可以促进籽粒灌浆，而籽粒后期的高含量ZR和GA不利于灌浆。综上所述，我们推断杂交谷子空秕粒较多是由库活力不足和源弱两方面原因造成的。项目成果基本阐明了杂交谷子花后同化物供求平衡关系，空秕粒分布、同化物分配比例和与关键酶活性的相关性及关键酶对不同激素响应的差异，并分析了杂交谷子花后灌浆进程与酶学-激素调控的关系，研究结果将对杂交谷子在“控水”的国家战略背景下，在更大区域发挥节水高产优势提供理论参考。另外，项目实施过程中首次提出了一种评价杂交谷子空秕粒分布的方法和谷子灌浆初期胚乳获得的方法，这些研究方法的提出将有助于杂交谷子相关研究的开展。