玉米杂交当代发生粒重超亲优势的光合与氮分子生理响应

异花授粉可使玉米的粒重表现杂交当代超亲优势。本项目通过研究氮素供应水平对产生粒重杂交当代超亲优势的父、母本、对生玉米和胚乳淀粉缺失突变体（甜玉米）自交系产生的花粉性状的影响，采用15N交叉标记的方法，估计花粉含氮量对粒重增长的影响，明确花粉的氮营养调控对粒重形成的贡献及其是否必要。在此基础上，通过比较研究玉米异株异穗、同株对生穗、同株同穗的不同籽粒分别进行杂交与自交，对胚乳发育动态、ADPGppase的活性与含量的影响；叶片光合效率、PEPC含量和Rubisco含量与活性对该影响的动态响应特征，以及在衰老过程中PEPC和Rubisco的降解转化对籽粒氮累积的贡献。阐明在自花和异花授粉后，玉米雌穗淀粉合成的库需求增强时，叶片的光合效率与氮分子生理的动态响应特征，完善玉米粒重杂交当代超亲优势的预测、评价与氮营养调控方法，为高产玉米的杂交组配、选育以及发挥其遗传潜力的氮营养调控提供依据。

本项目研究供氮水平对父（昌7-2）、母本（郑58）自交系产生的花粉性状的影响，并比较研究玉米异株异穗、同株对生穗和同株同穗的不同籽粒分别进行杂交与自交对籽粒发育的影响；以及叶片光合效率和羧化酶含量与活性对该影响的响应特征；在衰老过程中羧化酶的降解转化对籽粒氮累积的贡献。结果表明，（1）父本花粉的氮、磷含量均相对高于母本；（2）适宜的氮水平具有通过提高雄穗库容，增加花粉量和提高花粉氮、磷和钾含量的效应。（3）甜玉米和对生玉米授父、母本花粉后，杂交当代（F0）表现不同程度的穗产量（Ye）超亲优势，且穗粒数（KN）和穗单粒重（SKWm）均可能表现F0代超亲优势。（4）通过混合授黑玉米自交系的花粉标记杂交籽粒的方法，证实可在不同穗位实现F0代粒重超亲优势。（5）授粉后18 d~24 d是不同氮水平下，玉米叶片衰老进程出现差异的临界点。该阶段也是由穗轴生物量快速增长转向Ye快速增长的阶段。与不施氮相比，高氮处理下SKWm的增幅相对高于KN，且具有灌浆启动快、高速、生长活跃期长等特点。果穗不同部位SKWm达到最大时所需的氮水平由高到低依次为：中、上和下部。适宜的氮水平具有延缓授粉后玉米光合特性降低，提高穗位叶养分转运率及转运量的效应。（6）杂交促使父、母本花后的灌浆速率升高，加快进入灌浆高峰期。母本灌浆速率先慢后快，与父本的变化趋势相反。但其F0代SKWm超亲优势不及父本明显；杂交使叶含氮量的降低幅度减少而含磷量的降低幅度增大，且父本的降低幅度明显大于母本。花后20 d，母本光合速率、羧化效率、可溶性蛋白和Rubisco的含量下降加快，而父本仅有可溶性蛋白的含量明显降低。（7）更充分地利用F0代种子中贮存的养分，降低其成苗过程中生物学性状及养分营养特性对外源养分的依赖，是父、母本正交F0代和大库容种子成苗及后期生长具有生态广适性的主要原因之一。（8）甜玉米自交品种（系）种子性状指标可综合为5个主成分，其中粒重的贡献最大。甜玉米经适宜浓度的Mn2+、K+和Zn2+浸种处理后，种子的发芽势、活力指数、脱氢酶、POD、CAT的活性显著升高，而MDA含量显著下降。在甜玉米成熟过程中，部分籽粒中的糖会转化为淀粉，故而影响对其粒重超亲优势发生强弱的评价；而甜玉米子代籽粒蔗糖、淀粉含量受父本的影响较大，为能得到较高的子代籽粒可溶性总糖含量，在育种过程中，需要尽量选择具有高糖和淀粉含量的父本。