玉米灌浆期叶片光合作用对高种植密度响应的分子机制研究
发布时间：2021-11-10 11:50
合理密植可以有效地提高单位面积的粮食产量,而密度过大,叶片之间相互遮挡,严重影响中下部叶片的光合作用,特别是在籽粒灌浆期,会导致单株产量明显降低。本研究选用玉米高产品种先玉335,分别在低密度（52500株/hm2）和高密度（75000株/hm2）下种植,测定两个密度下灌浆期穗位叶、穗上第三片叶和穗下第三片的光合生理指标和产量指标,并在灌浆期分五次取穗位叶、穗上第三片叶和穗下第三片叶进行转录组测序,分析两个密度下参与光合的差异表达基因,从分子水平上解析玉米叶片光合作用响应高种植密度的机理,寻找由种植密度引发的玉米叶片光合作用变化的关键基因,为培育耐密玉米品种提供理论依据。主要结果如下:（1）两个密度下灌浆期不同叶位叶片净光合速率、PSⅡ活性、比叶重、叶绿素含量的光合指标依次为穗位叶>穗上第三叶>穗下第三片叶;在高密下,灌浆期叶片的光合指标明显小于低密度,随着籽粒灌浆的进行,高密下叶片光合指标的下降快于低密度。（2）在高密度下,玉米先玉335的单位面积籽粒产量和穗数高于低密度,但穗粒数和百粒重低于低密度;高密下的穗长、穗粗、轴粗、穗...
【文章来源】：沈阳农业大学辽宁省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光合电子传递示意图(Simkinetal..,2019b)
沈阳农业大学硕士学位论文15图1-2卡尔文-循环的示意图(Simkinetal..,2019b)Fig1-2SchematicrepresentationoftheCalvin–Bensoncycle注：景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶（SBPase），果糖-1,6-二磷酸醛缩酶（FBPA），果糖-1,6-二磷酸酶（FBPase），转酮酶（TK），磷酸核酮糖激酶（PRK），核酮糖-磷酸-3-异构酶（RPE）、磷酸丙糖异构酶（TPI），甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH），磷酸甘油酸激酶（PGK），核糖-5-磷酸异构酶A（RPI），核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）1.3玉米光合作用的研究进展玉米属禾本科C4植物，相比C3植物具有较强的光合效率，对光能的吸收利用效率更高(许大全等,1993；许大全和沈允钢,1997)。C4植物与C3植物在叶片结构和生理功能上存在差异。C4植物的维管束鞘外侧有一层近似环状的叶肉细胞，更利于光合产物的合成和积累。其中含有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，固定CO2的活性强于Rubisco，能够充分利用二氧化碳进行光合作用(张丽,2004；崔国瑞等,2009)。在C4植物中，如玉米，二氧化碳在叶肉细胞与其受体磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）结合，然后转移到维管束细胞释放出来，经受体返回叶肉细胞，循环利用，以此将CO2富集在维管束细胞，该过程称为C4循环(Furbank,2011)。为了避免无效循环，CO2的最初固定部位(叶肉细胞,M)与同化部位(维管束鞘细胞,BS)在空间上是分离开的(Hatch,
类型：NADP-ME类型，NAD-ME类型和PEP-CK类型。玉米叶片存在NADP-ME和PEP-CK两种类型(Brutigametal.,2014)。这种双重脱羧系统的存在可能使玉米成为最有效的光合作用植物。现在人们对叶绿体和细胞质之间的细胞内转运系统以及叶肉和束鞘细胞之间的细胞间转运的仍在进行深入研究(Picketal.,2011)。在C4植物中，已知大多数光合作用代谢物通过胞质连丝在M细胞和BS细胞之间转运。在BS细胞叶绿体中产生的CO2浓缩在基质中的Rubisco附近，利用光反应产生的ATP和NADPH进行CO2的固定还原和RuBP的再生，提高光合作用效率以减少光呼吸。图1-3NADP-ME亚型玉米叶片关键C4生化反应的细胞划分(Changetal..,2012)Figure1-3CelldivisionofkeyC4biochemicalresponsesinNADP-MEsubtypemaizeleaves(Changetal..,2012)图中展示的酶：细胞质中的CA（碳酸酐酶；GRMZM2G121878）和PEPC（磷酸烯醇丙酮酸羧化酶；GRMZM2G083841）和M细胞叶绿体中的AspAT（天冬氨酸转氨酶；
【参考文献】：
期刊论文
[1]种植密度对先玉335玉米品种农艺性状及产量的影响[J]. 齐志庆. 现代化农业. 2019(11)
[2]种植密度对不同叶位玉米叶片光合特性的影响[J]. 安晓宁,秦国杰,牛艳. 农业与技术. 2018(24)
[3]密植条件下不同玉米品种产量及子粒营养品质相关性状研究[J]. 王广福,陈广周,司雷勇,金岩,郝引川,张仁和,张兴华,薛吉全,路海东. 玉米科学. 2019(03)
[4]玉米不同叶位气孔数量及其形态的差异研究[J]. 崔丽娜,董树亭. 安徽农业科学. 2018(26)
[5]Characterization of maize leaf pyruvate orthophosphate dikinase using high throughput sequencing[J]. Yuling Zhang,Rita Giuliani,Youjun Zhang,Yang Zhang,Wagner Luiz Araujo,Baichen Wang,Peng Liu,Qi Sun,Asaph Cousins,Gerald Edwards,Alisdair Fernie,Thomas P.Brutnell,Pinghua Li. Journal of Integrative Plant Biology. 2018(08)
[6]重金属对气孔保卫细胞功能和活性的影响[J]. 李莉娟,仪慧兰. 山西大学学报(自然科学版). 2018(03)
[7]种植密度对旱地不同株型春玉米品种光合特性与产量的影响[J]. 徐宗贵,孙磊,王浩,王淑兰,王小利,李军. 中国农业科学. 2017(13)
[8]转录组的测序方法及应用研究概述[J]. 姚娜,刘秀明,董园园,王南,孟璐璐,李海燕. 北方园艺. 2017(12)
[9]基于不同叶位受光条件的玉米冠层光合生产能力分析[J]. 范盼盼,谢瑞芝,明博,李姚姚,王克如,侯鹏,李少昆. 玉米科学. 2017(05)
[10]植物光合作用循环电子传递的研究进展[J]. 薛娴,许会敏,吴鸿洋,沈应柏,肖建伟,万迎朗. 植物生理学报. 2017(02)
博士论文
[1]高产夏玉米密植效应与耐密机理研究及其氮素调控[D]. 石德杨.山东农业大学 2016
[2]植物缺铁诱导乙烯合成机理及水稻铁还原酶OsFRO1功能研究[D]. 叶凌霄.浙江大学 2016
[3]转玉米C4型PEPC基因小麦对干旱胁迫反应的研究[D]. 秦娜.南京农业大学 2015
[4]播期与密度对玉米物质生产及产量的影响[D]. 于吉琳.沈阳农业大学 2013
[5]叶绿体ATP合酶的活性调节与亚基的定点突变[D]. 董慧.中国科学院研究生院（上海生命科学研究院） 2005
[6]高温和光照对光系统Ⅰ结构与功能的影响[D]. 胡朝辉.中国科学院研究生院（植物研究所） 2004
硕士论文
[1]水分胁迫对玉米光合特性和形态指标的影响[D]. 刘明.沈阳农业大学 2009
[2]C3、C4不同作物光合生理特性比较的研究[D]. 张丽.中国农业大学 2004
本文编号：3487190
【文章来源】：沈阳农业大学辽宁省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光合电子传递示意图(Simkinetal..,2019b)
沈阳农业大学硕士学位论文15图1-2卡尔文-循环的示意图(Simkinetal..,2019b)Fig1-2SchematicrepresentationoftheCalvin–Bensoncycle注：景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶（SBPase），果糖-1,6-二磷酸醛缩酶（FBPA），果糖-1,6-二磷酸酶（FBPase），转酮酶（TK），磷酸核酮糖激酶（PRK），核酮糖-磷酸-3-异构酶（RPE）、磷酸丙糖异构酶（TPI），甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH），磷酸甘油酸激酶（PGK），核糖-5-磷酸异构酶A（RPI），核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）1.3玉米光合作用的研究进展玉米属禾本科C4植物，相比C3植物具有较强的光合效率，对光能的吸收利用效率更高(许大全等,1993；许大全和沈允钢,1997)。C4植物与C3植物在叶片结构和生理功能上存在差异。C4植物的维管束鞘外侧有一层近似环状的叶肉细胞，更利于光合产物的合成和积累。其中含有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，固定CO2的活性强于Rubisco，能够充分利用二氧化碳进行光合作用(张丽,2004；崔国瑞等,2009)。在C4植物中，如玉米，二氧化碳在叶肉细胞与其受体磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）结合，然后转移到维管束细胞释放出来，经受体返回叶肉细胞，循环利用，以此将CO2富集在维管束细胞，该过程称为C4循环(Furbank,2011)。为了避免无效循环，CO2的最初固定部位(叶肉细胞,M)与同化部位(维管束鞘细胞,BS)在空间上是分离开的(Hatch,
类型：NADP-ME类型，NAD-ME类型和PEP-CK类型。玉米叶片存在NADP-ME和PEP-CK两种类型(Brutigametal.,2014)。这种双重脱羧系统的存在可能使玉米成为最有效的光合作用植物。现在人们对叶绿体和细胞质之间的细胞内转运系统以及叶肉和束鞘细胞之间的细胞间转运的仍在进行深入研究(Picketal.,2011)。在C4植物中，已知大多数光合作用代谢物通过胞质连丝在M细胞和BS细胞之间转运。在BS细胞叶绿体中产生的CO2浓缩在基质中的Rubisco附近，利用光反应产生的ATP和NADPH进行CO2的固定还原和RuBP的再生，提高光合作用效率以减少光呼吸。图1-3NADP-ME亚型玉米叶片关键C4生化反应的细胞划分(Changetal..,2012)Figure1-3CelldivisionofkeyC4biochemicalresponsesinNADP-MEsubtypemaizeleaves(Changetal..,2012)图中展示的酶：细胞质中的CA（碳酸酐酶；GRMZM2G121878）和PEPC（磷酸烯醇丙酮酸羧化酶；GRMZM2G083841）和M细胞叶绿体中的AspAT（天冬氨酸转氨酶；
【参考文献】：
期刊论文
[1]种植密度对先玉335玉米品种农艺性状及产量的影响[J]. 齐志庆. 现代化农业. 2019(11)
[2]种植密度对不同叶位玉米叶片光合特性的影响[J]. 安晓宁,秦国杰,牛艳. 农业与技术. 2018(24)
[3]密植条件下不同玉米品种产量及子粒营养品质相关性状研究[J]. 王广福,陈广周,司雷勇,金岩,郝引川,张仁和,张兴华,薛吉全,路海东. 玉米科学. 2019(03)
[4]玉米不同叶位气孔数量及其形态的差异研究[J]. 崔丽娜,董树亭. 安徽农业科学. 2018(26)
[5]Characterization of maize leaf pyruvate orthophosphate dikinase using high throughput sequencing[J]. Yuling Zhang,Rita Giuliani,Youjun Zhang,Yang Zhang,Wagner Luiz Araujo,Baichen Wang,Peng Liu,Qi Sun,Asaph Cousins,Gerald Edwards,Alisdair Fernie,Thomas P.Brutnell,Pinghua Li. Journal of Integrative Plant Biology. 2018(08)
[6]重金属对气孔保卫细胞功能和活性的影响[J]. 李莉娟,仪慧兰. 山西大学学报(自然科学版). 2018(03)
[7]种植密度对旱地不同株型春玉米品种光合特性与产量的影响[J]. 徐宗贵,孙磊,王浩,王淑兰,王小利,李军. 中国农业科学. 2017(13)
[8]转录组的测序方法及应用研究概述[J]. 姚娜,刘秀明,董园园,王南,孟璐璐,李海燕. 北方园艺. 2017(12)
[9]基于不同叶位受光条件的玉米冠层光合生产能力分析[J]. 范盼盼,谢瑞芝,明博,李姚姚,王克如,侯鹏,李少昆. 玉米科学. 2017(05)
[10]植物光合作用循环电子传递的研究进展[J]. 薛娴,许会敏,吴鸿洋,沈应柏,肖建伟,万迎朗. 植物生理学报. 2017(02)
博士论文
[1]高产夏玉米密植效应与耐密机理研究及其氮素调控[D]. 石德杨.山东农业大学 2016
[2]植物缺铁诱导乙烯合成机理及水稻铁还原酶OsFRO1功能研究[D]. 叶凌霄.浙江大学 2016
[3]转玉米C4型PEPC基因小麦对干旱胁迫反应的研究[D]. 秦娜.南京农业大学 2015
[4]播期与密度对玉米物质生产及产量的影响[D]. 于吉琳.沈阳农业大学 2013
[5]叶绿体ATP合酶的活性调节与亚基的定点突变[D]. 董慧.中国科学院研究生院（上海生命科学研究院） 2005
[6]高温和光照对光系统Ⅰ结构与功能的影响[D]. 胡朝辉.中国科学院研究生院（植物研究所） 2004
硕士论文
[1]水分胁迫对玉米光合特性和形态指标的影响[D]. 刘明.沈阳农业大学 2009
[2]C3、C4不同作物光合生理特性比较的研究[D]. 张丽.中国农业大学 2004
本文编号：3487190
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