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玉米是世界上分布最广泛的粮食作物之一,干旱是限制其产量增加的重要非生物胁迫因子。玉米的整个生长发育进程分为苗期、穗期和花粒期,其中穗期是需水关键阶段,也是玉米产量形成的关键时期。因此,研究玉米穗期干旱胁迫对营养及生殖生长的影响,能够为完善旱作栽培技术体系和选育耐旱新品系提供理论支撑。本试验首先选用14个玉米骨干自交系为材料,筛选出干旱敏感自交系PH6WC(6WC)。进一步以6WC为试验材料,在拔节期至抽雄期(穗期)设置正常水分(WW,80%±5%田间持水量)、轻度干旱(WD1,60%±5%田间持水量)及中度干旱(WD2,45%±5%田间持水量)三个处理,系统分析干旱胁迫过程中玉米植株光合性能的动态变化,探讨干旱胁迫对6WC的雌花序分化进程和碳水化合物的影响:并利用转录组测序技术,鉴定不同干旱条件下的差异表达基因(DEGs)。主要研究结果如下:1、干旱胁迫下,玉米光合特性及干物质积累均发生显著变化。不同处理持续时间下的SPAD、叶面积指数、光合势均表现为WW>WD1>WD2,25和35天(d)时净光合速率在WD2下显著降低;中度胁迫显著降低了净光合速率以及叶绿素荧光参数PIABS,胁迫25、35d时二者分别下降了 17.56%、13.32%和11.14%、19.66%,但是干旱胁迫对Fv/Fm和Fv/Fo影响不显著;WD1和WD2在20-25d、25-30d时明显降低了群体生长率,而在30-35d时WD2有所升高,可能与此阶段干旱处理所处时期是抽雄期有关;干旱胁迫对比叶重并没有显著影响:此外,不同干旱胁迫处理下花粒期叶片干物质的输出量存在明显差异,表现为WW>WD1>WD2,但输出率及转化率仅在中度干旱条件下显著降低。穗期的持续干旱降低了玉米总干物质积累,在胁迫处理25d时,与WW相比,WD1、WD2处理下植株地上部分干物质下降最多,分别达到24.36%、58.88%;干旱胁迫下,叶片中干物质分配比例增大,雌花序的分配比例减少。2、通过体视显微镜观察发现,干早胁迫一定程度上抑制了雌花序小穗和小花的分化进程。中度干旱胁迫在20d明显延迟和抑制了玉米雌花序的发育和伸长生长,轻度和中度干旱胁迫在30d表现出顶部花丝抽出的推迟;雌花序的长和直径也因干旱胁迫处理明显下降,例如胁迫30d时,WD2分别降低了59.41%、51.67%,同时雌花序干物质占总重比例显著下降。为研究穗期干旱胁迫对果穗特征的影响,对自交系籽粒成熟期的产量构成因素进行了测定,结果表明轻度和中度干旱处理的总干重、穗长显著降低,缺粒明显、秃尖长增加,导致产量分别下降22.83%和35.41%。3、利用转录组学技术鉴定了 2个处理条件下的DEGs。结果显示两组比较WD1 vs.WW及WD2vs.WW共鉴定出40、876个DEGs,这些DEGs主要分布在膜的组成部分、胞外区域及细胞壁等上面,参与代谢、刺激应答及生物学调控等生物学过程,行使着金属离子结合以及DNA结合转录因子活性等相关分子功能;DEGs被注释到的代谢通路主要有抗坏血酸和藻酸盐代谢、植物激素信号转导及淀粉和蔗糖代谢,其中上调的差异基因参与的代谢通路主要涉及其他代谢产物的合成与代谢、碳水化合物代谢。另外,鉴定到一些参与响应非生物胁迫的转录因子以及部分与花序生长发育、生长素、淀粉和蔗糖代谢及谷胱甘肽s-转移酶等相关的基因,干旱胁迫后它们的表达量发生了显著变化。此外,雌花序淀粉和蔗糖含量测定结果表明WD1、WD2淀粉含量分别降低了15.22%、19.54%(p<0.5),但是蔗糖含量显著升高,可能与incw1基因显著下调,抑制蔗糖分解有关。总之,干旱胁迫后玉米干旱敏感自交系干物质在不同器官重新分配,其中向叶片分配增加,向雌穗分配减少,说明雌穗发育对穗期干旱胁迫非常敏感。从源库理论上讲,干旱胁迫通过降低叶片(源)的光合性能,减少对雌花序(库)碳水化合物的供应,导致雌花序发育减缓和受阻,表现在小穗和小花分化异常、吐丝困难,这也是秃尖长增加的主要原因。通过转录组学技术深层次揭示了雌花序发育相关基因对干旱胁迫的响应,其中碳水化合物的变化暗示了淀粉和蔗糖代谢在雌花序发育适应干旱胁迫中的调节作用。本论文揭示了玉米光合性能和雌花序发育对干旱胁迫的适应机制,为深入研究玉米的抗旱分子调控机制奠定了基础。