在大田生产中,增加种植密度是当前玉米品种获得高产的重要举措。但玉米籽粒发育存在显著粒位效应,即与雌穗中、下部强势籽粒相比,上部弱势籽粒灌浆启动慢,灌浆充实不充分,最终粒重低。过高的种植密度会加剧这种粒位差异,甚至导致弱势籽粒败育,严重限制玉米高产潜力的发挥。因此,密植条件下探究玉米粒位效应的成因,并采取有效栽培措施促进籽粒灌浆不仅是理论研究的必要,并且在生产实践中也具有重要的指导意义。本研究于2015-2016年在山东农业大学黄淮海区域玉米技术创新中心和作物生物学国家重点实验室进行,选用高产夏玉米品种郑单958和登海661为试验材料,种植密度90000株hm-2,采用田间试验小区的方法从生理学层面研究玉米强、弱势籽粒发育差异的原因以及喷施6-BA对玉米强、弱势籽粒生长发育的调控效应,同时重点利用i TRAQ为基础的蛋白质组学技术探讨玉米强、弱势籽粒发育过程中差异蛋白质组的表达特性,着重在蛋白水平上揭示玉米粒位效应的成因,以期为改善籽粒灌浆,实现玉米高产高效栽培提供理论依据和技术支持。主要研究结果如下:1.玉米弱势籽粒的库容与库活性显著低于强势籽粒籽粒库容建成期,弱势籽粒最大胚乳细胞增殖速率及平均增殖速率、最大胚乳细胞数目均显著低于强势籽粒,导致弱势籽粒库容量较低。籽粒灌浆期,强、弱势籽粒间同化物供应无显著差异,但弱势籽粒的淀粉和蛋白积累量均显著低于强势籽粒,造成弱势籽粒灌浆速率慢、最终粒重低。弱势籽粒较低的淀粉积累量与其灌浆期较低的蔗糖-淀粉代谢相关酶Su Sy、AGPase、SSS、GBSS以及SBE活性有关。玉米籽粒内源激素含量与籽粒灌浆速率呈显著或者极显著正相关。但玉米强、弱势籽粒间内源激素含量存在显著差异,灌浆前、中期弱势籽粒ZR、IAA、GA3以及ABA含量均明显低于强势籽粒,这也是造成弱势籽粒灌浆较差的重要原因。2.玉米籽粒不同发育阶段展现相异的蛋白表达特性本研究首次利用i TRAQ蛋白质组学技术分析了玉米籽粒发育过程中的蛋白表达特性,在玉米籽粒中共鉴定到4751种蛋白,这些蛋白涉及多种生物过程与分子功能,其中生物过程主要涉及代谢过程和分子过程;分子功能主要行使催化活性和绑定功能,这些生物过程与分子功能对籽粒发育具有重要作用。玉米籽粒发育过程中1235种蛋白显著差异表达,其功能涉及多种分子及代谢途径,蛋白代谢和基础代谢相关蛋白表达差异最大。籽粒发育过程中不同蛋白功能组的表达存在时序性差异。玉米籽粒发育早期细胞生长与分裂相关蛋白显著积累,而淀粉合成相关蛋白以及贮藏蛋白分别在玉米籽粒发育中、后期显著积累。中心碳代谢途径(EMP、TCA、PPP以及EF)在玉米籽粒发育过程中动态变化,其中TCA以及PPP途径主要在玉米籽粒发育早期表现活跃,而EMP和EF途径主要在玉米籽粒发育中期表现活跃。123种胁迫相关蛋白在玉米籽粒发育过程中显著差异表达,主要参与籽粒蛋白修饰、ROS体内平衡、贮藏物质保护、病虫害响应及其它胁迫响应过程。其中,蛋白修饰相关蛋白在籽粒不同发育阶段均显著积累,有助于稳定籽粒的蛋白结构;ROS体内平衡相关蛋白主要在籽粒发育前、后期显著积累,有利于维持籽粒ROS体内平衡;贮藏物质保护以及病虫害响应相关蛋白主要在籽粒发育后期显著积累,进而保护贮藏物质的正常合成以及增强籽粒对生物胁迫的抗性。3.玉米强、弱势籽粒间蛋白质组表达特性存在差异玉米籽粒发育前、中期利用i TRAQ蛋白质组学技术在玉米强、弱势籽粒间发现305种显著差异表达蛋白。这些蛋白涉及多种分子和代谢途径,其中表达差异较大的是与蛋白代谢和基础代谢相关的蛋白。与强势籽粒相比,弱势籽粒中细胞增殖相关蛋白显著滞后表达,而淀粉合成相关蛋白显著下调表达,进而导致弱势籽粒较小的库容量以及较低的库活性。同时,弱势籽粒中低活性的糖酵解途径,减少了其物质合成所需的能量供应。此外,面对氧化应激等逆境时,弱势籽粒相关的抗氧化酶系统以及胁迫响应蛋白表达紊乱,降低了其对逆境胁迫环境的抵抗力。4.外源6-BA促进了玉米强、弱势籽粒的发育外源6-BA处理提高了灌浆前、中期玉米强、弱势籽粒中内源激素ZR、IAA、ABA、GA3的含量,通过影响玉米强、弱势籽粒内源激素水平,增加了胚乳细胞增殖速率以及胚乳细胞数目,进而提高了籽粒库容,为积累更多的干物质提供了基础;同时6-BA处理显著增加了玉米强、弱势籽粒中可溶性糖含量,提高了同化物供应,另一方面通过提高蔗糖-淀粉代谢相关酶Su Sy、AGPase、SSS、GBSS以及SBE的活性,促进了淀粉积累,增加了灌浆速率,进而最终提高了籽粒粒重及产量。