不同类型玉米种子耐低温萌发机制及其调控途径研究

Chilling damages has become one of the main obstacles that affects sustainable high and stable yield of spring maize in northeast China.low temperature in shoot stage is one of the frequent low temperature chilling injury types in the high latitude region, which leads to the low seed germination rate and the low seedling rate that directly affect the yield and quality of maize. The germination characteristics and activity characteristics of key enzyme of starch metabolism of different types of maize were studied using different types of maize (common maize, sweet corn, waxy corn, pop corn) as the material and monitoring the morphological structure and physiological and biochemical indexes related to germination of starch grain of maize in shoot stage under the environment of low and room temperature to reveal the response of different types of maize to low temperature and discuss the mitigative effects of chemical control agent on low temperature, and find out key proteins and key controlled metabolic pathways regulated maize cold resistance using the advanced proteomics technology to analysis the change of components of grain protein under the low temperature and using bioinformatics method to do function classification of differential proteins in order to reveal the molecular mechanism of cold resistance of maize initially and provide theoretical guidance for maize low temperature resistance breeding and cultivation techniques.

低温冷害已经成为影响东北地区春玉米持续高产、稳产的主要障碍因素之一。芽期低温是高纬度地区经常发生的低温冷害类型之一，造成种子发芽率、成苗率低，直接影响到玉米的产量和质量。本项目选取不同类型玉米（普通玉米、甜玉米、糯玉米、爆裂玉米）为材料，在低温与常温环境下，监测与萌发相关的生理生化指标及玉米芽期淀粉粒的形态结构，研究不同类型玉米在低温下的萌发特征、淀粉代谢关键酶活性特征，揭示不同类型玉米对低温的响应，探讨化学调控剂对低温伤害的缓解效应，利用先进的蛋白质组学技术分析低温萌发过程中籽粒蛋白质组变化，利用生物信息学方法对差异蛋白进行功能分类，找出调控玉米耐冷性的关键蛋白质和关键调控代谢途径，初步揭示玉米耐冷性的分子机制，为抗逆品种的选育和抗低温栽培技术提供理论指导。

低温冷害已经成为影响东北地区春玉米持续高产、稳产的主要障碍因素之一，是亟待解决的重要科学理论与技术问题。本项目选取不同类型玉米（普通玉米、甜玉米、糯玉米、爆裂玉米）为材料，在低温与常温环境下，监测与萌发相关的生理生化指标及玉米芽期淀粉粒的形态，分析了不同类型玉米在低温下的萌发特征、淀粉代谢关键酶活性特征，探讨化学调控剂对低温伤害的缓解效应，以及低温萌发过程中籽粒蛋白质组变化。结果表明，10℃和6℃低温均显著降低了各个玉米品种的发芽势和发芽率，不同类型玉米种子的直、支链淀粉含量在低温下均显著高于适温处理，而可溶性总糖含量均显著低于适温处理。低温均显著降低了各个玉米品种的淀粉代谢关键酶的活性。不同胚乳类型玉米在不同温度下的萌发状态表现为随萌发温度的提高，胚乳淀粉粒排列变得更稀疏。低温下蛋白表达差异明显，普通玉米有806个蛋白质表达上调，787个蛋白质表达下调；甜玉米有217个蛋白质表达上调，292个蛋白质表达下调，可进一步找出耐低温的调控关键蛋白质和关键调控代谢途径。氯化钙和甜菜碱浸种处理均可有效减轻低温对玉米种子发芽的抑制作用，显著降低了各个玉米品种在10℃低温下的直、链淀粉含量，显著提高了可溶性总糖含量、淀粉代谢关键酶的活性。二者的适宜浓度分别为5 mmol·L-1和10 mmol·L-1。本项目初步揭示了玉米耐冷性的机制及调控措施，为抗逆品种的选育和抗低温栽培技术提供理论指导。