玉米不同生育期耐冷特征相关性、品种差异性以及化学调控措施研究

Chilling stress has restricted yield improvement of maize in China by influencing germination and seedling growth, as well as biomass transport in the late grain-filling period. This project aimed to reveal (i) the correlation of chilling resistance between different growth periods of maize, (ii) chilling-resistant variance in different maize varieties, (iii) early chemical regulation on chilling resistance at late growth period of maize..This project combined pod experiment and field experiment; the former focused on chilling at germination and seedling stage, and the later focused on chilling at late growth period by the method of late sowing. To achieve the above objectives, germination characteristics, seedling growth, photosynthesis, processes of biomass loading – transport – unloading, yield and yield components were measured. Kernel cultivation in vitro was used to detect the ability of seeds to absorb nutrition at chilling stress. Dynamics and structures of vascular bundle and plasmodesmata at different growth stages of maize were also closely observed..In all, this project will provide underlying theories and techniques for prevention of chilling injury in maize at the morphological and physiological levels.

低温严重影响我国北方玉米的苗期质量与生育后期的物质转运能力，制约着玉米产量的稳定性。本项目在玉米发芽、苗期和灌浆后期分别设置低温环境，系统研究玉米不同生育期耐冷能力的相关性及品种间的差异性。同时，在营养生长阶段进行化学试剂调控，研究生育前期化学调控能否提高玉米灌浆后期的耐冷能力，以提高调控措施在农业生产中的应用性。.本项目通过室内试验研究玉米萌发、苗期耐低温机理及品种间差异性；在大田条件下，通过推迟播种实现灌浆后期低温环境，研究低温条件下不同玉米品种的物质转运能力及化学调控效应。此外，通过籽粒离体培养，研究低温条件下玉米籽粒吸收营养物质的能力。从种子萌发、生理生化特征、物质生产与转运效率、维管束、胞间连丝超微结构、产量形成等方面分析玉米不同生育期的耐冷机理以及化学试剂的调控效应，进一步系统揭示玉米对低温的响应机制，为更好地防治低温冷害提供理论和技术依据。

低温影响我国北方玉米的出苗质量和生育后期的物质转运能力，影响玉米产量的稳定性。本项目在玉米发芽、苗期和灌浆后期分别设置低温环境，系统研究不同生育期耐冷能力，探索有效的化学调控试剂，以提高调控措施在农业生产中的应用性。在低温和常温环境下使用21个玉米品种，开展了种子萌发试验、苗期试验、和生育后期籽粒灌浆试验。分析了萌发、苗期、灌浆后期耐低温机理、不同生育时期耐冷能力的相关性、以及化学调控对低温的缓解效应。萌发期：耐低温品种在低温下仍然具有较高的发芽率、芽长和根长，主要受种子中赤霉素和生长素的调控，与种子的形态和养分含量无关。苗期：低温下玉米品种间幼苗的生长速率、物质生产能力、冷害恢复能力具有较大差异，与根系生物量和根系活力有关。冷害的恢复能力主要与根芽比有关，由生长素和细胞分裂素的比值调控，比值越高恢复能力越快。灌浆后期试验：低温条件下，产量、干物重、粒重和灌浆速率与光合能力、根系夹角、维管束面积和胞间连丝状态有关。另外，花前物质储存、体内可溶性糖含量与灌浆后期耐低温能力有密切关系。不同生育时期耐冷能力的相关性：生育前期和后期耐冷能力具有一定的相关性，可以挑选出前期和后期均耐低温的品种，保障在低温下萌发、出苗，而且在生育后期可以保证较快的灌浆速率，提高产量。化学调控对低温的缓解效应：在低温条件下，化学调控剂浸种可以提高萌发和生长，可以降低叶片丙二醛含量，其中KGD 溶液 (50 mg/L KCl，50 mg/L GA3, 1 mg/L DCPTA) 的效果较好。在灌浆后期喷施甜菜碱（浓度10 mmol/L，喷施量300 L/ha）可以提高耐低温能力，增加玉米产量。. 本项目系统揭示了玉米不同生育时期耐低温机理，并提出了有效的调控措施，对保障玉米高产稳产具有重要意义。项目培养了1名博士生，2名硕士生。发表SCI论文3篇，接受1篇SCI，尚有部分研究成果仍在梳理写作或投稿过程中。