摘要
生育后期是玉米生长的关键时期，对水分亏缺较为敏感。本试验于 2015，2016 年在防雨棚池栽条件下模拟玉米花后干旱胁迫，以玉米品种“郑单958”为材料，分析不同器官间干物质和碳、氮同化物积累与分配情况；通过测定碳、氮代谢关键酶活性及基因表达情况，以及碳、氮代谢途径的生物信息学分析，探讨花后干旱胁迫对玉米碳、氮代谢的影响及其生理机制。主要结论如下： 1. 干旱胁迫处理显著提高成熟期干物质在叶片和茎中的分配比例，2015和2016年籽粒收获指数分别降低 4.8%和 14.1%。籽粒中氮素分配比例在干旱胁迫处理下显著降低，两年氮素分配比例分别降低1.88%和5.29%；干旱胁迫处理下，茎杆、穗三叶和籽粒中的可溶性糖含量显著降低，而籽粒中蔗糖含量显著提高。干旱胁迫导致籽粒中的碳氮比显著降低，两年籽粒中碳氮比分别降低0.38和1.3。 2.吐丝后35 d，干旱胁迫处理下，籽粒中蔗糖合成酶（SS）活性显著高于正常供水处理。吐丝后35-50 d，穗三叶、籽粒中ADP-葡萄糖焦磷酸化酶（ADPGPPase）和可溶性淀粉合成酶（SSS）活性变化呈上升趋势。吐丝后50 d，干旱胁迫处理下，穗三叶中ADPGPPase和SSS活性均显著高于正常供水处理。吐丝后35 d，穗三叶中谷氨酰胺合成酶（GS）活性表现为干旱胁迫处理显著高于正常供水处理，而籽粒中GS活性在两种水分处理间无显著差异。碳、氮代谢关键酶基因（ZmSh1、ZmAgp1、ZmSSIIa和ZmGln1-3）的相对表达量与其酶活性具有相似的变化趋势。 3. RNA-seq测序结果表明，吐丝后50d，两种水分处理下，叶片中共有4013个差异表达基因（DEGs），其中2367个DEGs在干旱胁迫处理下上调表达，1646个DEGs下调表达。DEGs 代谢途径分析结果表明，干旱胁迫处理下，7 个编码光合系统（PSI和PSII）反应中心亚基的DEGs中有6个显著下调表达；蔗糖代谢途径中，大部分编码淀粉酶的基因在干旱胁迫处理下显著上调表达，编码磷酸蔗糖合成酶（SPS）和SS基因均上调表达；氨基酸代谢途径中，天冬酰胺合成酶（AS）和 L-异亮氨酸醛缩酶基因均显著上调表达，而3个编码半胱氨酸合成酶基因显著下调表达。 可见，生育后期干旱胁迫对多种主要代谢途径中的关键酶基因表达产生影响，其可能通过影响叶片碳、氮代谢关键酶基因表达及相关酶活性，调控生育后期碳、氮同化物积累及分配状况。
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