干旱胁迫对不同直链淀粉含量玉米生理活性和淀粉合成的影响

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玉米淀粉依据累积器官和存储时间的不同可分为茎叶中的临时淀粉和籽粒中的贮藏淀粉。临时淀粉白天在茎叶中合成,晚上降解成蔗糖供给植物夜间生长,而籽粒淀粉决定了玉米的品质。所以两种淀粉合成与转化对玉米产量和品质的形成都至关重要。干旱胁迫是西北地区玉米生产的第一限制性因素,往往给产量带来很大损失,甚至绝收,然而干旱是如何影响淀粉合成的,以及对淀粉的理化性质会带来怎样的影响却鲜有报道。为此,本研究以四个直链含量不同的玉米品种(一个糯玉米品种(WMS),一个普通玉米品种(NMS)和两个高直链玉米品种(NAFU40,NAFU50))为材料,通过人工模拟干旱的办法探究了干旱胁迫下,玉米的生理响应、临时淀粉和贮藏淀粉的合成和理化性质变化,以期为集成和创立玉米绿色栽培技术提供理论依据。研究结果如下:1、当这四个玉米品种在苗期遭遇干旱胁迫时表现出不同的生理响应。WMS和NMS这两个品种在干旱胁迫的光合作用表现出气孔限制,而NAFU40和NAFU50在中度干旱下表现出气孔限制,在重度干旱下表现出非气孔限制;WMS和NMS的非光化学猝灭系数(NPQ)在干旱胁迫下升高,而NAFU40和NAFU50表现出相反的趋势;抗氧化酶活性(POD)的变化趋势和NPQ的趋势相反;WMS和NMS的叶片淀粉含量在中度干旱下显著增加,在重度干旱下减少,而NAFU40和NAFU50在两个干旱水平下都呈下降趋势;所有指标的主成分分析(PCA)的结果表明NAFU40和NAFU50两个品种和WMS和NMS相比对干旱胁迫更加敏感。我们认为干旱胁迫下叶片淀粉合成的增加更有助于玉米抵御干旱。2、玉米在灌浆期受到干旱胁迫时,我们主要探究干旱对不同直链含量玉米品种淀粉的合成、结构和功能方面的影响。在低直链玉米淀粉(13%)和普通玉米淀粉(33%)中,干旱胁迫没有改变其直链含量、支链淀粉链长分布、分支度和结晶度,然而无定型区片层厚度、平均颗粒粒径和淀粉颗粒的糊化焓降低;而在未煮过淀粉系统下的快消化淀粉含量升高。对于两个高直链玉米淀粉(45%和53%)来说,淀粉的直链淀粉含量、颗粒的无定型区片层厚度和平均颗粒粒径在干旱胁迫下增加,而增加的直链淀粉含量导致了其抗性淀粉含量的显著增加。通过对淀粉合成相关基因的定量分析以及其与淀粉分子结构的相关性分析,我们认为干旱胁迫下淀粉分支酶I(SBEI)和SBEIIb的下调是高直链玉米淀粉在干旱胁迫下直链淀粉含量显著增加的原因。
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