植物的衰老与玉米超高产.ppt

1、植物的衰老与玉米超高产,汇报人,植物的衰老-有序的主动的过程,概念：指植物器官或整个植株生理机能的衰退，是植物生长发育的正常过程，其结果导致死亡。衰老可以发生在分子、细胞、组织、器官及整体水平上。 根据植株与器官死亡的情况将植物衰老分为： 整体衰老,如一年生或二年生植物，在开花结实后，整株植物就衰老死亡。 地上部分衰老，多年生草本植物，地上部每年死亡，而根系和其他地下系统仍然继续生存多年。 渐进衰老，比如多年生常绿木本植物的茎和根能生活多年，而叶片和繁殖器官则渐次衰老脱落。 落叶衰老，多年生落叶木本植物，发生季节性的叶片同步衰老脱落,多年生木本植物落叶衰老,落叶衰老,落叶衰老,主要内容,衰老的

2、生理生化变化 有关衰老的学说 衰 老 的 调 控 玉米超高产与衰老,1.衰老的生理生化变化,蛋白质的变化： 蛋白质合成能力减弱、 分解加快、 其含量下降 核酸的变化：RNA、DNA含量下降 光合速率下降： 叶绿体结构破坏、 叶绿素含量下降、 光合电子传递光合磷酸化受阻 呼吸速率下降：其下降较光合速率慢,细胞结构的变化：细胞结构逐渐解体、生物膜结构破坏、细胞透性增大水解酶分散产生自溶作用进而使细胞解体死亡。 植物内源激素的变化： 促进植物生长的激素，IAA萘乙酸、GA赤霉素、CTK细胞分裂素等含量逐步下降 诱导衰老和成熟的激素，ABA脱落酸、ETH乙烯等含量增加,2.有关衰老的学说,营养亏缺假说

3、（生长中心的转移） 自由基损伤假说（自由基产生与消除失衡） 蛋白质水解假说（蛋白质分解酶连续合成） 激素平衡假说（各激素的相对水平不平衡） DNA损伤假说（DNA裂痕或缺损导致错误 的转录和翻译，最终引起无功能蛋白的积 累） 程序性细胞死亡学说（受相关基因调控,思考,哲学家们只是用不同方式解释世界，而问题在于改变世界,3.植物衰老的调控,基因 植物生长物质 环境,3.1、衰老的基因调控,植物衰老过程伴随着基因表达的变化。如植物叶片衰老过程中可能有一些基因受到抑制而低水平表达，甚至完全不表达；而另一些基因则在衰老期间被激活，其表达增强。在衰老的早期叶片中部分mRNA水平显著下降，如与光合有关的蛋

4、白质、电子传递体、光系统的基因表达量随叶片衰老而急剧下降；而另一些如编码水解酶、催化乙烯生物合成的ACC合成酶和ACC氧化酶却增加,3.2、植物生长物质对衰老的影响,一般来说，细胞分裂素、低浓度生长素、赤霉素、油菜素内酯、多胺能延缓植物衰老；脱落酸、乙烯、茉莉酸、高浓度生长素促进植物衰老、外源激素对不同物种的效应不同，这可能与内源激素的水平或器官对激素的敏感性有关,3.3.环境因素对衰老的影响,温度，低温和高温都会加速叶片衰老 光照，植物或离体器官在光照下延缓衰老，在黑暗中加速衰老 气体，O2气浓度过高引起衰老（会加速自由基的形 成），O3污染环境可加速衰老，CO2浓度高抑制衰老（高浓度5%-

5、10%抑制乙烯生成与呼吸，大气正常值为0.039%左右） 水分，不适当的水分促进植物衰老 矿质营养，缺氮易衰老，Ag+、Ni2+可延缓衰老 其他不良环境条件,4.衰老与玉米高产,一次结实植物果实（或种子）发育时的氮源有两种：花前在营养器官中同化和贮藏氮，以及花后吸收、同化氮。许多研究表明，即使花后土壤氮供应充足，籽粒中氮至少有50%来自营养器官（Dalling,1985）；高蛋白品种花后营养器官衰老过程中氮的再分配优于低蛋白品种，这是形成高蛋白含量籽粒的重要原因之一（田纪春等，） ；大田条件下，花后土壤氮往往供应不足，氮的再分配对种子发育愈显重要；流失到环境中的氮不仅很难利用，而且对人们健康构

6、成潜在危害。因此，提高作物氮的经济利用（如水稻氮素利用率只有30%）筛选氮素高效利用基因型作物，培育经济用氮的新品种，成为世界各国面临的一项重大课题,玉米产量增进技术进程,4.1提高密度带来的问题,超高产玉米除了具有较高密度和有效穗数外, 还具有较高粒数、粒重, 其灌浆期间光合物质生产能力较强。超高产田玉米粒重较大, 除受光合强度与时间积、光合产物运转、籽粒库容及强度外, 无疑还会受到高密度、大量投入(养分和水分)及株行距配置等农艺措施显著影响, 例如花粒期植株营养体氮素转运量受施氮显著影响, 供氮不足可能导致营养体氮素外运过多而引起叶片衰老1,而持绿性较高叶片氮含量高, 同时保持较高硝酸还原

7、酶和羧化酶活性, 对衰老速度起调控作用2。另外, 高密度无疑会使得群体内个体间对光、水、肥等资源竞争加剧, 导致群体质量下降, 所以, 密植增产对环境要素敏感性增强, 对管理措施要求更高3,4 玉米开花后叶片衰老和粒重增长是同步进行的,因此在籽粒形成期保持较高光合面积, 有助于提高光合能力, 利于增加后期干物质生产和积累5。叶片氮和叶绿素浓度下降可能是导致光合性能衰退的重要原因, 叶片失绿发生速率和持绿时间等可作为评价衰老进程和程度的指标6,1 He P(何萍), Jin J-Y(金继运). Effect of N and K nutrition on changes of endogenou

8、s hormone and metabolism of active oxygen during leaf senescence in spring maize. Plant Nutr Fert Sci(植物营养与肥料学报), 1999, 5(4): 289296 (in Chinese withEnglish abstract) 2 Crafts-Brandner S J, Poneleit C G. Effect of ear removal on CO2 exchange and activities of ribulose bisphosphate carboxylase/ oxyge

9、nase and phosphoenolpyruvate carboxylase of maize hy- brids and inbred lines. Plant Physiol, 1987, 84: 261265 3 Wang Y-J(王永军). Study on Population Quality and Individual Physiology Function of Super High-Yielding Maize (Zea mays L.). PhD Dissertation of Shandong Agricultural University, 2008 (in Chi

10、nese with English abstract) 4 Huang Z-X(黄振喜), Wang Y-J(王永军), Wang K-J(王空军), LiD-H(李登海), Zhao M(赵明), Liu J-G(柳京国), Dong S-T(董树亭), Wang H-J(王洪军), Wang J-H(王军海), Yang J-S(杨今胜). Photosynthetic traits of over-15000 kg ha1summer maize hybrids during grain filling. Sci Agric Sin (中国农业科学), 2007,40(9): 18981

11、906 (in Chinese with English abstract) 5 Colomb B, Kiniry J R, Debaeke P. Effect of soil phosphorus on leaf development and senescence dynamics of field-grown maize.Agron J, 2000, 92: 428435 6 Erley G S, Begum N, Worku M, Bnziger M, Horst W J. Leaf senescence induced by nitrogen deficiency as indica

12、tor of genotypic differences in nitrogen efficiency in tropical maize. J Plant Nutr Soil Sci, 2007, 170: 106114,4.2.1超高产玉米-叶片,超高产春玉米花粒期不同层位叶片 POD活性表现为下位叶 穗位叶 上位叶；CAT、SOD 活性表现为上位叶 穗位叶 下位叶。灌浆期玉米不同层位叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率变化趋势表现为穗位叶 上位叶 下位叶；乳熟期不同层位叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率表现为上位叶 穗位叶 下位叶。表明在玉米花粒期，行间覆膜处理可以提高玉米上位叶及穗位叶的

13、净光合速率、POD 活性、CAT 活性及 SOD 活性，减小气孔导度，降低叶片蒸腾速率，延缓叶片衰老，维持花粒期生理功能，保证子粒充分灌浆，提高千粒重，进而提高产量，实现超高产。（桑丹丹，高聚林等不同覆膜方式下超高产春玉米花粒期叶片衰老特性研究 玉 米 科 学2009，17(5)：7781） 国内外许多学者认为，延缓玉米叶片衰老，保持叶片绿色，延长叶片光合作用时间，能够提高并延长玉米抽丝后群体光合速率，显著增加产量；而花后叶片早衰，绿叶面积减小，光合时间缩短，则会明显降低籽粒产量1-2。Gentinetta3和 Huffaker4等研究的一种具有保绿习性的玉米自交系变种，在大田试验中取得了显著

14、的增产效果，这也间接证明了叶片衰老快慢与产量有着密切关系。（活杆成熟）Osikca M.研究指出，在玉米生育后期，叶片维持较高的 CO2同化能力及较长的功能期是玉米实现高产的前提条件之一5。此外，Thomas 等研究表明，在玉米叶片延衰的同时其产量也会相应提高,1.B L Ma and L M Dwyer Nitrogen uptake and use of two con trasting maize hybrids inleaf senescenceJ. Plant and Soil,1998,199:283-291 2 .Davide Ceppietal.Genotype-Depende

15、nt Leaf Senescence in Maize PlantPhysiol. 1987,85:720-725 3. Gentinetta R, Brodbeck U. Acetylcholinesterase is not inhibited by pyridoxal5-phosphate.Biochim Biophys Acts. 1986,884(3):605-6 4.Huffaker RC. Proteolytic activity during senescence of plants.New Phytol.1990,116:199-231 5. 李 潮 海 , 赵 霞 等 .

16、下层土壤容重对玉米生育后期叶片衰老的生理效应J. 玉 米 科学,2007,15(2):61-63,4.2.2根系,以西辽河平原地区广泛种植的春玉米品种金山 27 为试材, 以当地普通高产栽培模式为对照, 研究了超高产栽培下春玉米的根系特征。结果表明, 超高产春玉米深层根系占总根重比例较大, 最大根幅（伸长范围）下移, 下层土壤根条数增加, 且随土层深度增加与对照的差异增大。单株根重随生育进程呈先升后降的变化趋势, 吐丝期达到最大且与对照的差异达到显著水平。各生育时期 020 cm 土层根重所占比例明显低于对照, 40 cm 以下各土层根重所占比例均高于对照。冠根比生育前期与对照接近, 生育后期

17、低于对照。根系活力变化随生育进程呈单峰型变化曲线, 在吐丝期达到最大。超高产栽培（磷、钾肥一次性底施, 超高产栽培氮肥在拔节期、大喇叭口期和抽雄期按361的比例追施, 普通高产栽培在小喇叭口期一次性追施。）下各生育时期根系活力随土层深度增加均呈单峰型变化曲线, 而对照在不同生育时期有较大的差异。SOD 和 POD 活性在吐丝期和乳熟期各土层超高产栽培均高于对照, 而 MDA 含量低于对照。深松土和优化施肥改善了根系环境条件和养分供应水平, 在高密度种植下促进了下层根系的发生, 并保持较高的生理活性, 为超高产的实现奠定了基础。（张玉芹 杨恒山等 超高产春玉米的根系特征 作物学报 ACTA AG

18、RONOMICA SINICA 2011, 37(4): 7357,玉米根系的生长是和地上部生长相适应的，根系生长良好，能够保证地上部各器官生长发育所需要的水分和养分的充分供应，从而提高产量。杨青华提出，玉米先有强大的根系生长，而后才有地上部生物产量和经济产量的形成。一般来说，玉米根干重大，吸收能力强，下扎深且多，衰老缓慢，这是玉米高产的生物基础。生育后期是玉米根系衰退的时期，也是玉米籽粒产量形成的关键时期(杨青华,高尔明,马新明等.不同土壤类型对玉米干物质积累动态及其分布的影响J.玉米科学,2000,8(1) :55-57.) 玉米的根系，绝大部分集中于上层土壤中，上层土壤根量大，对玉米的养

19、分和水分供应起主要作用。中、下层土壤中根量虽少，但对吸收中、下层水分和养分起重要作用，在玉米生育后期配合上层根系一起完成对地上部的大量肥水供应。(宋日 , 吴春胜 , 王成己等 . 玉米深层根系对地上部营养生长和产量的影响,高产和超高产品种的物质生产优势表现在生育中期和后期，积累较多的干物质仅仅为高产奠定一个重要的基础，收获指数对最终产量的形成也具有重要的意义，而收获指数（经济系数）的变化取决于地上部干物质的积累总量及向籽粒里的分配量1。玉米籽粒灌浆期至成熟期，是决定玉米产量和品质的重要阶段2-3。灌浆持续期和灌浆速率决定了玉米籽粒干物质的积累量4-5，最终决定了籽粒重量和玉米产量6。灌浆特性

20、是玉米生长后期影响产量的主要因素7-8。灌浆是玉米生长发育过程中极为重要的生育阶段。玉米的产量受灌浆阶段的干物质积累量的影响较大。灌浆速率受基因型和环境条件的共同影响9。灌浆时间的长短和灌浆速率决定了玉米灌浆时期的干物质积累量10。作物经济产量的高低是由生物产量即干物质积累的多少所决定的，但又受经济系数的制约。因此，掌握玉的干物质积累与分配对提高产量具有重要意义11-12,4.2.3籽粒干物质积累规律,1 王聪玲,龚宇,王璞.不同类型夏玉米主要性状及产量的分析J.玉米科学,2008,16(2):39-43. 2 王育红,张园,王向阳等.黄淮海地区夏玉米品种灌浆特性的拟合与分析J.半干旱地区农业 研究,2010, (1): 271-27. 3 陈艳萍,孟庆长,赵文明等.苏玉 20 和郑单 958 籽粒灌浆特性的比较J.江苏农业学 报,2009,(5):38-41.21 冯汉宇,孙健,周顺利等.2 种熟型玉米籽粒灌浆特性及其产量关系的比较研究J.华北农学报, 2007,(S1):139-143. 4 张丽华,杨利华,张全国等.夏玉米品种间籽粒灌浆与产量形成特性的差异分析J.河北农业 科学,