李光彥 王慶燕 許艷麗 盧 霖 焦 瀏 董學(xué)瑞 董志強(qiáng)

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 / 農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與栽培重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室， 北京100081

雙重化控對春玉米灌漿期穗位葉和籽粒蔗糖代謝關(guān)鍵酶活性的影響

李光彥 王慶燕 許艷麗 盧 霖 焦 瀏 董學(xué)瑞 董志強(qiáng)*

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 / 農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與栽培重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室， 北京100081

以中單909和吉單35為材料， 設(shè)置乙矮合劑和聚糠萘合劑雙重化控處理， 研究玉米穗位葉和籽粒中蔗糖代謝相關(guān)酶活性的動態(tài)變化， 探討雙重化控調(diào)控玉米碳代謝的生理機(jī)制， 為建立玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的化學(xué)調(diào)控技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。結(jié)果表明， 雙重化控提高了灌漿期穗位葉蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）的活性， 尤其顯著提高灌漿后期（花后50 d）蔗糖合成能力， 提高灌漿前期（花后10～20 d）穗位葉蔗糖含量， 降低后期（花后30～50 d）蔗糖含量。雙重化控處理對玉米籽粒蔗糖合成酶（合成方向）和蔗糖磷酸合成酶活性的影響較小， 蔗糖合成酶分解方向活性呈升高趨勢； 中單909籽粒蔗糖含量灌漿前期（花后10 d）升高， 灌漿后期（花后50 d）降低， 花后20～40 d影響不顯著， 吉單35籽粒蔗糖含量花后10～20 d降低， 30～40 d升高， 50 d沒有顯著差異。雙重化控處理提高了中單909和吉單35灌漿中期和灌漿中后期灌漿速率， 使兩品種粒重和產(chǎn)量均顯著提高， 分別比對照增產(chǎn)4.61%和7.78%。本研究說明， 乙矮合劑和聚糠萘合劑雙重化控處理可通過調(diào)控源庫蔗糖代謝關(guān)鍵酶的活性， 促進(jìn)蔗糖在源端的合成和在庫端的降解，從而促進(jìn)碳同化物向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)， 達(dá)到高產(chǎn)。

春玉米； 乙矮合劑； 聚糠萘合劑； 蔗糖； 蔗糖代謝關(guān)鍵酶

作物高產(chǎn)不僅需要功能葉片強(qiáng)大的光合生產(chǎn)能力， 而且需要光合產(chǎn)物合理的運(yùn)輸分配［1］。蔗糖是重要的光合產(chǎn)物， 為植物體內(nèi)運(yùn)輸?shù)闹饕镔|(zhì)， 又是碳水化合物積累和貯藏的主要形式， 此外， 它還是細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)因子， 可能通過影響基因表達(dá)發(fā)揮作用［2-3］。蔗糖的代謝是一個復(fù)雜的過程， 受多種因素的影響。與蔗糖代謝和積累密切相關(guān)的酶主要有轉(zhuǎn)化酶（Inv）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）和蔗糖合成酶（SS）， 溫度、密度、激素等因素主要通過影響蔗糖代謝相關(guān)酶活性間接影響蔗糖代謝與積累。趙福成等［4］研究發(fā)現(xiàn)高溫降低甜玉米SPS和SS合成活性， 提高SS分解活性， 導(dǎo)致糖分含量降低品質(zhì)變劣； 覃鴻妮等［5］和趙宏偉等［6］認(rèn)為高密度不利于玉米功能葉中蔗糖合成； 王俊忠等［7］和曹玉軍等［8］研究發(fā)現(xiàn)施氮量和施鉀量影響功能葉片和籽粒中蔗糖代謝關(guān)鍵酶活性； 王慶燕等［9］對春玉米苞葉和穗位葉噴施油菜素內(nèi)酯顯著提高玉米光合能力， 促進(jìn)穗位葉蔗糖合成， 增加籽粒中蔗糖積累， 提高籽粒干物重； 劉鵬等［10］對甜質(zhì)型和普通型玉米籽粒發(fā)育過程中蔗糖代謝和淀粉合成相關(guān)酶活性動態(tài)比較研究發(fā)現(xiàn)， 甜質(zhì)型玉米蔗糖積累較多的原因主要是蔗糖合成能力增加而非降解量減少。

前人在營養(yǎng)運(yùn)籌、種植方式、化控調(diào)節(jié)等方面采取措施［5-9］， 從促進(jìn)玉米功能葉片中光合能力和蔗糖合成能力、促進(jìn)蔗糖的轉(zhuǎn)運(yùn)和積累角度出發(fā)， 探討玉米高產(chǎn)的途徑。植物生長調(diào)節(jié)劑在促進(jìn)玉米根系生長、調(diào)控株型結(jié)構(gòu)、提高抗逆能力和增加產(chǎn)量等方面的作用已得到普遍重視［11］。ECK主要成分為乙烯利和矮壯素， 在玉米六展葉拔節(jié)后噴施， 可有效矮化株高、降低群體倒伏， 并且在防止群體早衰方面效果顯著［12］； PKN主要成分為生長素和細(xì)胞分裂素， 是一種在東北地區(qū)廣泛應(yīng)用的抗冷調(diào)節(jié)劑，具有促進(jìn)碳氮代謝、提高籽粒灌漿速率和后期脫水速率的效果［13-15］。本研究采用乙矮合劑與聚糠萘合劑雙重化控方法， 從調(diào)節(jié)源庫代謝的角度， 研究雙重化控對功能葉和籽粒中蔗糖代謝關(guān)鍵酶活性的影響， 探討東北春玉米高產(chǎn)的化控技術(shù)途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

吉林省公主嶺市中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所試驗(yàn)站（43°29′55″ N， 124°48′43″ E）耕層土壤（0～20 cm） pH 6.0， 含有機(jī)質(zhì)2.62%、全氮0.13%、速效氮125.8 mg kg-1、速效磷24.46 mg kg-1、速效鉀187.74 mg kg-1。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

選用耐密型玉米品種中單909 （以下簡稱ZD）和稀植大穗型玉米吉單35 （以下簡稱JD）。種植密度為7.5萬株 hm-2， 60 cm等行距。全生育期施肥量N∶P2O5∶K2O = 247.5∶97.5∶120.0 （kg hm-2）， 基施尿素330 kg hm-2、磷酸二銨165 kg hm-2、氯化鉀127.5 kg hm-2。拔節(jié)期每公頃追施尿素177 kg、磷酸二銨55.5 kg、氯化鉀79.5 kg， 其他管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。雙重化控處理（TR）， 于六展葉期葉面噴施乙矮合劑0.45 L hm-2， 九展葉葉面噴施聚糠萘合劑 0.45 L hm-2， 每公頃兌水225 L， 對照（CK）噴施等量清水。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)， 3次重復(fù)。試驗(yàn)小區(qū)面積10.0 m × 4.8 m。2013年5月9日播種， 9月25日收獲。2015 年5月1日播種， 10月3日收獲。

乙矮合劑（ethylene-chlormequat-potassium， 簡稱 ECK）、聚糠萘合劑（PASP-KT-NAA， 簡稱 PKN）由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所栽培生理系研制，黑龍江禾田豐澤興農(nóng)科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)提供。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

開花期選取同天開花且長勢長相基本相同的單株掛牌標(biāo)記， 從開花之日起， 每10 d取樣1次（去除葉脈穗位葉中部及穗中部籽粒）， 液氮速凍后放入-80℃冰柜儲存待測生理指標(biāo)。

1.3.1 蔗糖與蔗糖代謝關(guān)鍵酶活性 參照劉鵬等［10］的方法測定蔗糖含量、蔗糖磷酸合成酶活性（SPS），并分別測定蔗糖合成酶（SS）合成方向和分解方向酶活性。參照趙智中等［16］的方法并稍加改進(jìn)測定酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）和中性轉(zhuǎn)化酶（NI）活性。加入pH 4.7 （AI）/ pH 7.0 （NI） 0.08 mol L-1的乙酸-K3PO4緩沖液（內(nèi)含0.05 mol L-1的蔗糖）和酶提取液。將上述反應(yīng)液在37℃下保溫10 min， 經(jīng)沸水浴5 min終止反應(yīng)。用煮沸失活的酶液作對照。冷卻后加1 mL 3，5-二硝基水楊酸試劑， 沸水浴5 min， 冷卻至室溫在540 nm波長下比色。

以每克植物鮮樣在 1 h內(nèi)反應(yīng)生成的蔗糖含量（mg）表示蔗糖合成酶（SS）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性， 以每克鮮樣在 1 h內(nèi)反應(yīng)生成的果糖含量（mg）表示酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）、中性轉(zhuǎn)化酶（NI）和蔗糖合成酶（分解方向SS）活性。

1.3.2 粒重與籽粒灌漿速率 在玉米吐絲期， 選取長勢、穗型基本一致的植株掛牌標(biāo)記。自吐絲后5 d起， 每隔5 d （灌漿30 d后每隔10 d）在每小區(qū)標(biāo)記的植株上取3個果穗， 每穗取中部籽粒100粒， 于105℃烘箱中殺青30 min， 80℃烘至恒重后稱重。參照陳傳永等［17］方法進(jìn)行Logistic模擬測定灌漿速率。

1.3.3 測產(chǎn) 在每處理小區(qū)中選取10 m2稱重計(jì)產(chǎn)， 并選取20個平均穗調(diào)查穗部性狀， 測定出籽率和含水率， 計(jì)算產(chǎn)量（按14%含水量計(jì)）。

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2007整理數(shù)據(jù)和作圖，SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析， 以 LSD檢驗(yàn)平均數(shù)間差異顯著性（P ＜ 0.05*； P ＜ 0.01**）。兩年的試驗(yàn)結(jié)果趨勢基本一致， 本文采用2015年的數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙重化控對玉米穗位葉蔗糖代謝的調(diào)控

2.1.1 穗位葉蔗糖含量 蔗糖是功能葉片中最主要的光合產(chǎn)物， 也是物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的主要形式。如圖 1所示， 在花后10～50 d內(nèi)， 穗位葉蔗糖含量呈先增加后降低再增加的變化規(guī)律， 而化控處理 ZDTR在花后50 d降低， 品種間表現(xiàn)為ZD高于JD?；靥幚恚琙D和JD穗位葉蔗糖含量在花后10～20 d顯著高于對照， 分別提高 1.95%～6.09%和 4.56%～23.35%； 在花后30～50 d低于對照， 分別降低1.46%～42.52%和13.19%～44.64%。

圖1 雙重化控對穗位葉蔗糖含量的影響Fig. 1 Effect of PGR （plant growth regulators） on sucrose content in ear leaf

2.1.2 穗位葉蔗糖合成酶與蔗糖磷酸合成酶活性

蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶是葉片中蔗糖合成的關(guān)鍵酶， 分別催化果糖與UDPG和6-磷酸果糖與UDPG生成蔗糖， 其中蔗糖合成酶催化蔗糖合成的可逆反應(yīng)。在花后10～50 d內(nèi)， ZD穗位葉SS活性（圖 2-A）呈雙峰曲線， 峰值分別出現(xiàn)在花后 20 d和 40 d， JD穗位葉SS活性呈單峰曲線， 在花后30 d或40 d達(dá)到最大值， 品種間表現(xiàn)為ZD高于JD?；靥幚砗?， ZD和 JD穗位葉 SS活性高于 CK?；ê?0～50 d內(nèi)， ZDTR穗位葉 SPS活性比 CK 高10.54%～48.74%， 而在花后10 d活性降低； JDTR穗位葉 SS活性在花后10～50 d內(nèi)比 CK高 22.89%～76.86%， 其中在花后40 d降低， 差異不顯著。

圖2 雙重化控對穗位葉蔗糖合成酶（A）與蔗糖磷酸合成酶（B）活性的影響Fig. 2 Effect of PGR （plant growth regulators） on SS （A） and SPS （B） activities in ear leaf

如圖2-B所示， 在花后10～50 d內(nèi)， SPS活性隨灌漿進(jìn)程基本呈單峰曲線， ZDCK、ZDTR和ZDCK SPS活性均在花后30 d達(dá)到最大值， JDTR在花后20 d達(dá)最大值?；靥幚砗?， ZD和JD穗位葉SPS活性整體高于CK， 且ZD高于JD。在花后20～50 d內(nèi)，ZDTR和JDTR分別比CK活性高6.04%～93.75%和2.04%～238.88%， 而在花后10 d分別降低37.34%和25.48%。

2.2 雙重化控對玉米籽粒蔗糖代謝的調(diào)控

2.2.1 籽粒蔗糖含量 籽粒中的蔗糖積累是個復(fù)雜的過程， 包括源端轉(zhuǎn)運(yùn)、自身分解與合成。由圖3可見， 花后10～50 d內(nèi)， ZD籽粒蔗糖含量呈降低的趨勢， JD籽粒蔗糖含量呈先增加后降低的變化趨勢，JDCK和JDTR分別在20 d和30 d達(dá)到最大值?；靥幚砗?， ZDTR在花后10～20 d內(nèi)蔗糖含量顯著高于ZDCK， 比ZDCK提高5.95%～10.97%， 花后30～50 d 內(nèi)ZDTR蔗糖含量降低3.51%～11.95%； JDTR在花后30～40 d蔗糖含量比JDCK增加11.77%～19.02%， 其他時期比JDCK降低3.91%～20.35%。

圖3 雙重化控對籽粒蔗糖含量的影響Fig. 3 Effect of PGR （plant growth regulators） on sucrose content in grain

2.2.2 籽粒蔗糖合成酶與蔗糖磷酸合成酶活性

如圖4-A所示， 花后10～50 d內(nèi)， 兩品種玉米籽粒中SS活性呈單峰曲線變化， 均在花后20 d達(dá)到峰值?；靥幚韺善贩NSS活性的影響不一致， ZDTR在花后 30 d和 50 d SS （合成方向）活性顯著高于ZDCK， 分別提高16.77%和6.89%， 而在花后10～20 d和40 d低于ZDCK， 降低5.61%～11.33%， 花后10 d 和40 d降低顯著； JDTR在花后20 d和50 d SS （合成方向）活性顯著高于 JDCK， 分別提高 32.97%和38.45%， 在花后10 d和30～40 d降低0.65%～30.00%，僅在花后40 d降低顯著。

圖4 雙重化控對籽粒蔗糖合成酶（A）與蔗糖磷酸合成酶（B）活性的影響Fig. 4 Effect of PGRs （plant growth regulators） on SS （A） and SPS （B） in grain

由圖 4-B可知， ZDCK籽粒 SPS活性在花后10～20 d降低幅度較大， 隨后活性變化平穩(wěn)， ZDTR在生育期內(nèi)SPS活性變化平穩(wěn)， 在花后20～50 d與ZDCK差異不顯著； JDTR和JDCK SPS活性基本呈先增加后降低的變化趨勢， 在花后 40 d達(dá)到最高，JDTR在花后 10～20 d較JDCK活性提高 10.09%～23.97%， 花后30～50 d降低5.15%～35.63%。

2.2.3 籽粒蔗糖轉(zhuǎn)化酶活性 蔗糖轉(zhuǎn)化酶催化蔗糖不可逆地分解為果糖和葡萄糖， 根據(jù)其最適 pH又可分為酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）和中性轉(zhuǎn)化酶（NI）。如圖5-A所示， 在花后 10～50 d內(nèi)， 兩品種玉米籽粒 AI活性呈降低的趨勢， 在花后10 d活性最高。化控處理后， ZDTR籽粒AI活性在花后20～30 d比ZDCK降低 9.85%～49.50%， 差異顯著， 而在其他時期活性提高0.49%～33.44%； JDTR籽粒AI活性在花后20 d 比JDCK降低19.26%， 差異顯著， 而在其他時期提高6.71%～13.77%。

與AI活性相比， NI活性較低。在花后10～50 d內(nèi)， ZD籽粒NI活性呈雙峰曲線變化， 分別在花后20 d和40 d達(dá)到峰值； JD整體呈先下降再升高的趨勢，在花后30 d活性最低?；靥幚砗螅?ZDTR籽粒NI活性在花后20 d顯著降低， 降低37.83%， 在其他時期NI活性均有不同程度的提高， 但僅在花后50 d與CK差異顯著； JDTR在花后20～30 d籽粒NI活性比JDCK降低7.94%～35.12%， 在其他時期提高20.03%～92.13%。

圖5 雙重化控對籽粒酸性蔗糖轉(zhuǎn)化酶（A）與中性蔗糖轉(zhuǎn)化酶（B）活性的影響Fig. 5 Effect of PGRs （plant growth regulators） on AI （A） and NI （B） of grain

2.2.4 籽粒蔗糖合成酶（分解方向）活性 蔗糖合成酶催化蔗糖合成與分解的可逆反應(yīng)， 分解方向的SS催化蔗糖分解成UDPG和果糖。如圖6所示， 在花后10～50 d， 兩品種玉米籽粒SS活性呈單峰曲線變化， 在花后40 d活性最高。品種間ZD比JD活性高。化控處理后， ZDTR和JDTR籽粒SS活性不同程度提高， 但與CK差異不顯著。

2.3 通徑分析

相關(guān)分析表明（表1）， 穗位葉蔗糖含量（X1）、蔗糖合成酶（降解方向）（X4）與籽粒蔗糖含量呈顯著或極顯著正相關(guān)， 酸性轉(zhuǎn)化酶（X2）、蔗糖合成酶（X5）、蔗糖磷酸合成酶（X6）與籽粒蔗糖含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。通徑分析表明， 穗位葉蔗糖含量（X1）、酸性轉(zhuǎn)化酶（X2）、蔗糖合成酶（X5）通徑系數(shù)對籽粒蔗糖含量為正效應(yīng)， 籽粒中性轉(zhuǎn)化酶（X3）、蔗糖合成酶（降解方向）（X4）、蔗糖磷酸合成酶（X6）通徑系數(shù)對籽粒蔗糖含量為負(fù)效應(yīng)。對籽粒蔗糖含量的直接作用表現(xiàn)為酸性轉(zhuǎn)化酶（X2）＞蔗糖合成酶（X5）＞中性轉(zhuǎn)化酶（X3）＞蔗糖磷酸合成酶（X6）＞蔗糖合成酶（降解方向）（X4）＞穗位葉蔗糖含量（X1）； 間接作用表現(xiàn)為蔗糖磷酸合成酶（X6）＞蔗糖合成酶（降解方向）（X4）＞穗位葉蔗糖含量（X1）＞中性轉(zhuǎn)化酶（X3）＞酸性轉(zhuǎn)化酶（X2）＞蔗糖合成酶（X5）， 其中穗位葉蔗糖含量（X1）、蔗糖合成酶（降解方向）（X4）對籽粒蔗糖含量的間接作用為負(fù)效應(yīng)， 其他參數(shù)為正效應(yīng)； 穗位葉蔗糖含量（X1）通過酸性轉(zhuǎn)化酶（X2）、蔗糖合成酶（降解方向）（X4）對籽粒蔗糖含量的間接作用負(fù)相關(guān)程度較高， 酸性轉(zhuǎn)化酶（X2）通過蔗糖合成酶（降解方向）（X4）、蔗糖合成酶（X5）對籽粒蔗糖含量的間接作用正相關(guān)程度較高。分析結(jié)果表明， 酸性轉(zhuǎn)化酶（X2）、中性轉(zhuǎn)化酶（X3）、蔗糖合成酶（X5）對籽粒蔗糖含量的直接貢獻(xiàn)較大， 穗位葉蔗糖含量（X1）、蔗糖合成酶（降解方向）（X4）、蔗糖磷酸合成酶（X6）對籽粒蔗糖含量的間接貢獻(xiàn)較大， 且通過酸性轉(zhuǎn)化酶（X2）的間接作用較大。

2.4 籽粒干物質(zhì)積累和灌漿速率

由圖 7可知， 兩品種百粒重均隨籽粒的發(fā)育呈現(xiàn)“慢—快—慢”的 S型變化， 籽粒灌漿速率呈單峰曲線的變化， 在花后 30 d左右達(dá)到最大灌漿速率。雙重化控處理后， ZDTR （圖7-A）籽粒干物重在25～65 d以后均比ZDCK有所提高， 成熟期百粒重比ZDCK顯著提高 4.33%， 而籽粒灌漿速率在花后10～40 d ZDTR比ZDCK提高6.30%～17.31%， 在花后40～65 d降低7.65%～44.07%； JDTR （圖7-B）籽粒干物重在花后30～65 d以后比CK有所提高， 成熟期百粒重比JDCK顯著提高， 提高4.74%， 而籽粒灌漿速率在花后 25～65 d JDTR比 JDCK提高 2.71%～14.24%。

表1 籽粒蔗糖積累與代謝關(guān)鍵酶活性的通徑分析和相關(guān)系數(shù)Table 1 Path and regression analysis of sucrose accumulation and key enzymes activity in grain

圖7 雙重化控對籽粒干物質(zhì)積累和灌漿速率的影響Fig. 7 Effect of PGRs （plant growth regulators） on grain weight and grain filling rate

2.5 產(chǎn)量

由圖 8可知， 化控處理后兩品種春玉米產(chǎn)量均顯著高于CK， ZDTR比ZDCK增產(chǎn)628.12 kg hm-2，JDTR比JDCK增產(chǎn)1017.99 kg hm-2， 分別比對照增產(chǎn)4.61%和7.78%。ZD產(chǎn)量高于JD。

圖8 雙重化控對兩品種玉米產(chǎn)量的影響Fig. 8 Effect of PGRs （plant growth regulators） on yield

3 討論

葉片是玉米進(jìn)行光合作用的主要器官， 維持葉片較強(qiáng)的碳代謝是籽粒產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。蔗糖是高等植物光合作用的主要產(chǎn)物， 也是植物體內(nèi)碳同化物運(yùn)輸?shù)闹饕问剑?在植物的糖代謝中具有重要的作用［18］。但前人研究表明， 葉片中過多的蔗糖積累會影響與光合作用相關(guān)的一些基因表達(dá)， 不利于光合作用［19］。化學(xué)調(diào)控是調(diào)節(jié)植物生長代謝的重要手段， 乙矮合劑和聚糠萘合劑是分別針對玉米莖稈倒伏和低溫冷害特點(diǎn)而研制的新型調(diào)節(jié)劑， 其主要成分分別為乙烯利、矮壯素和生長素、細(xì)胞分裂素。盧霖等［12］、徐田軍等［13］研究結(jié)果表明， 乙矮合劑、聚糠萘合劑具有提高抗氧化酶活性、降低群體花后早衰的作用， 使植株在生育末期仍可以保持較高的物質(zhì)生產(chǎn)能力， 陳傳曉［20］研究發(fā)現(xiàn)聚糠萘合劑提高了玉米穗位葉蔗糖代謝關(guān)鍵酶（蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶和轉(zhuǎn)化酶）的活性， 增強(qiáng)了葉片光合性能，增加了蔗糖的積累。與前人單一化控處理結(jié)果相似，本研究結(jié)果表明， 乙矮合劑和聚糠萘合劑雙重化控促進(jìn)了穗位葉SS和SPS活性， 提高灌漿前期（花后10～20 d）穗位葉蔗糖含量， 降低后期（花后30～50 d）蔗糖含量， 促進(jìn)了蔗糖合成與轉(zhuǎn)運(yùn)。

源端轉(zhuǎn)運(yùn)至庫中的蔗糖， 經(jīng)AI、NI、SS的分解，生成單糖類物質(zhì)供自身能量消耗和淀粉等的合成。籽粒中蔗糖的降解反映了“庫”強(qiáng)度的高低［21］。一般認(rèn)為， 轉(zhuǎn)化酶是蔗糖從韌皮部卸出的主要驅(qū)動力，在蔗糖運(yùn)輸和調(diào)節(jié)源庫關(guān)系中起著關(guān)鍵作用［22-23］，但也有研究認(rèn)為， 轉(zhuǎn)化酶僅在籽粒發(fā)育的早期為胚乳細(xì)胞的快速分裂提供碳源， 對物質(zhì)積累幾乎未起作用［24-25］， 這與本研究中轉(zhuǎn)化酶活性僅在灌漿前期維持較高的活性一致。張海艷等［26］研究認(rèn)為分解方向的蔗糖合成酶是玉米淀粉合成的限速酶， 與淀粉積累速率和籽粒灌漿速率顯著相關(guān)， 而旺盛的蔗糖降解是籽粒淀粉積累和粒重提高的基礎(chǔ)。Hubbard等［27］提出將幾種酶活性加減來獲得綜合效應(yīng)， 以此得到凈活性； 劉鵬等［10］也認(rèn)為籽粒中蔗糖積累是分解和合成兩個方向共同作用的結(jié)果。通過 Hubbard的凈活性方法研究發(fā)現(xiàn)， 本試驗(yàn)兩品種的籽粒蔗糖分解能力大于合成能力（花后10～40 d）， 而雙重化控提高蔗糖分解的凈活力， 促進(jìn)了蔗糖分解， 提高中單909灌漿中期和吉單35中后期灌漿速率， 提高了粒重。本研究發(fā)現(xiàn)， 玉米籽粒中蔗糖含量與除中性轉(zhuǎn)化酶外的其他因素均達(dá)到顯著或極顯著相關(guān)， 但各因素對蔗糖含量的貢獻(xiàn)率和作用方式不同。

維持功能葉片中較高的蔗糖合成， 是作物高產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。前人在探究提高源端蔗糖合成能力方面做了大量研究。一般認(rèn)為， 種植密度可以顯著影響功能葉蔗糖合成能力［5-6］； 張超男等［28］研究認(rèn)為，不同的施肥方式可以影響玉米葉片磷酸蔗糖合成酶活性； 陳洋等［29］研究發(fā)現(xiàn)適宜的施氮量可以提高玉米穗位葉蔗糖合成酶與磷酸蔗糖合成酶活性。前人研究認(rèn)為生長素促進(jìn)碳同化產(chǎn)物向“庫”端和施用外源生長素的部位積累［30］； 細(xì)胞分裂素能提高蔗糖轉(zhuǎn)化酶的活性［31］。董學(xué)會等［11］研究認(rèn)為30%己乙水劑可以加快同化物輸出， 與本研究結(jié)果雙重化控極顯著地降低灌漿后期功能葉中的蔗糖含量一致。乙矮合劑和聚糠萘合劑是分別針對玉米莖稈倒伏和低溫冷害特點(diǎn)而研制的新型調(diào)節(jié)劑。本研究結(jié)果表明，雙重化控提高了穗位葉蔗糖合成相關(guān)酶的活性， 尤其顯著促進(jìn)灌漿后期（花后 50 d）蔗糖合成能力， 促進(jìn)了穗位葉蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)， 提高籽粒中蔗糖分解能力和灌漿中期灌漿速率， 增加粒重和產(chǎn)量。雙重化控對保障灌漿后期功能葉正常的物質(zhì)生產(chǎn)能力和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)具有重要作用。

4 結(jié)論

中單909和吉單35灌漿期（10～50 d）穗位葉蔗糖含量呈先增加后降低再增加的變化規(guī)律， 雙重化控提高穗位葉灌漿期 SS和 SPS活性， 降低灌漿后期（30～50 d）的穗位葉蔗糖含量， 促進(jìn)了蔗糖合成與轉(zhuǎn)運(yùn)； 中單909籽粒蔗糖含量變化呈降低的趨勢， 吉單35籽粒蔗糖含量呈先增加后降低的變化趨勢， 雙重化控降低中后期（30～40 d）籽粒蔗糖合成酶（SS）活性，提高籽粒蔗糖合成酶（SS）分解方向活性， 促進(jìn)蔗糖的水解； 通過調(diào)控源庫蔗糖代謝關(guān)鍵酶的活性， 促進(jìn)蔗糖向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)， 分別提高兩品種灌漿中期和中后期灌漿速率， 百粒重分別提高4.33%和4.74%。雙重化控處理較各自對照分別增產(chǎn)4.61%和7.78%。籽粒蔗糖的代謝是一個復(fù)雜的過程， 受多種因素的共同作用， 其代謝機(jī)制仍需結(jié)合其他因素進(jìn)一步探討。

References

［1］ 夏叔芳， 于新建， 張振清. 葉片光合產(chǎn)物輸出的抑制與淀粉和蔗糖的積累. 植物生理學(xué)報， 1981， 7： 136-141

Xia S F， Yu X J， Zhang Z Q. Inhibition of photosynthetic product output and accumulation of starch and sucrose in leaves. J Plant Physiol， 1981， 7： 136-141 （in Chinese）

［2］ 張明方， 李志凌. 高等植物中與蔗糖代謝相關(guān)的酶. 植物生理學(xué)報， 2002， 38： 289-295

Zhang M F， Li Z L. Sucrose-metabolizing enzymes in higher plants. J Plant Physiol， 2002， 38： 289-295 （in Chinese）

［3］ Jang J C， Sheen J. Sugar sensing in higher plants. Plant Cell，1997， 6： 1665-1679

［4］ 趙福成， 景立權(quán)， 閆發(fā)寶， 陸大雷， 王桂躍， 陸衛(wèi)平. 灌漿期高溫脅迫對甜玉米籽粒糖分積累和蔗糖代謝相關(guān)酶活性的影響. 作物學(xué)報， 2013， 39： 1644-1651

Zhao F C， Jing L Q， Yan F B， Lu D L， Wang G Y， Lu W P. Effects of heat stress during grain filling on sugar accumulation and enzyme activity associated with sucrose metabolism in sweet corn.Acta Agron Sin， 2013， 39： 1644-1651 （in Chinese with English abstract）

［5］ 覃鴻妮， 蔡一林， 孫海燕， 王久光， 王國強(qiáng)， 劉志齋. 種植密度對不同株型玉米蔗糖代謝和淀粉合成相關(guān)酶活性的影響.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2010， 18： 1183-1188

Qin H N， Cai Y L， Sun H Y， Wang J G， Wang G Q， Liu Z Z. Effects of planting density on sucrose metabolism and activities of enzymes related to starch synthesis in maize hybrids with different plant types. Chin J Eco-Agric， 2010， 18： 1183-1188 （in Chinese with English abstract）

［6］ 趙宏偉， 孔宇， 于秋竹， 楊亮. 密度對飼用玉米蔗糖合成和積累的影響. 玉米科學(xué)， 2009， 17（5）： 72-76

Zhao H W， Kong Y， Yu Q Z， Yang L. Effects of density on sucrose synthesize and accumulation of forage maize. J Maize Sci，2009， 17（5）： 72-76 （in Chinese with English abstract）

［7］ 王俊忠， 黃高寶， 張超男， 楊亞軍， 趙會杰， 朱曉燕， 馬培芳.施氮量對不同肥力水平下夏玉米碳氮代謝及氮素利用率的影響. 生態(tài)學(xué)報， 2009， 29： 2045-2052

Wang J Z， Huang G B， Zhang C N， Yang Y J， Zhao H J， Zhu X Y，Ma P F. Influence of nitrogen fertilizer rate on carbon-nitrogen metabolism and nitrogen use efficiency of summer maize under high and medium yield levels. Acta Ecol Sin， 2009， 29：2045-2052 （in Chinese with English abstract）

［8］ 曹玉軍， 趙宏偉， 王曉慧， 魏雯雯， 張磊， 王立春， 王永軍. 施鉀對甜玉米產(chǎn)量、品質(zhì)及蔗糖代謝的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報， 2011， 29： 881-887

Cao Y J， Zhao H W， Wang X H， Wei W W， Zhang L， Wang L C，Wang Y J. Effects of potassium fertilization on yield， quality and sucrose metabolism of sweet maize. Plant Nutr Fert Sci， 2011， 29：881-887 （in Chinese with English abstract）

［9］ 王慶燕， 管大海， 潘海波， 李建民， 段留生， 張明才， 李召虎.油菜素內(nèi)酯對春玉米灌漿期葉片光合功能與產(chǎn)量的調(diào)控效應(yīng).作物學(xué)報， 2015， 41： 1557-1563

Wang Q Y， Guan D H， Pan H B， Li J M， Duan L S， Zhang M C，Li Z H. Effect of brassinolide on leaf photosynthetic function and yield in spring maize filling stage. Acta Agron Sin， 2015， 41：1557-1563 （in Chinese with English abstract）

［10］ 劉鵬， 胡昌浩， 董樹亭， 王空軍， 張吉旺， 張保仁. 甜質(zhì)型與普通型玉米籽粒發(fā)育過程中糖代謝相關(guān)酶活性的比較. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2005， 38： 52-58

Liu P， Hu C H， Dong S T， Wang K J， Zhang J W， Zhang B R. Comparison of enzymes activity associated with sucrose metabolism in the developing grains between sweet corn and normal corn. Sci Agric Sin， 2005， 38： 52-58 （in Chinese with English abstract）

［11］ 董學(xué)會， 李建民， 何鐘佩， 段留生， 李召虎. 30%己乙水劑對玉米葉片光合酶活性與同化物分配的影響. 玉米科學(xué)， 2006，14（4）： 93-96

Dong X H， Li J M， He Z P， Duan L S， Li Z H. Effects of 30% Hex-ethyl-aqua on photosynthetic enzyme activities and as simulation distribution in maize plants. J Maize Sci， 2006， 14（4）：93-96 （in Chinese with English abstract）

［12］ 盧霖， 董志強(qiáng)， 董學(xué)瑞， 焦瀏， 李光彥， 高嬌. 乙矮合劑對不同密度夏玉米花粒期葉片氮素同化與早衰的影響. 作物學(xué)報，2015， 41： 1870-1879

Lu L， Dong Z Q， Dong X R， Jiao L， Li G Y， Gao J. Effects of Ethylene-Chlormequat-Potassium on leaf nitrogen assimilation after anthesis and early senescence under different planting densities. Acta Agron Sin， 2015， 41： 1870-1879 （in Chinese with English abstract）

［13］ 徐田軍， 董志強(qiáng)， 高嬌， 陳傳曉， 焦瀏， 解振興. 聚糠萘水劑對不同積溫帶玉米葉片衰老和籽粒灌漿速率的影響. 作物學(xué)報， 2012， 38： 1698-1709

Xu T J， Dong Z Q， Gao J， Chen C X， Jiao L， Xie Z X. Effect of PASP-KT-NAA on leaf senescence and grain filling rate during the grain-filling period in different temperature zones. Acta Agron Sin， 2012， 38： 1698-1709 （in Chinese with English abstract）

［14］ 高嬌， 董志強(qiáng)， 徐田軍， 陳傳曉， 焦瀏， 盧霖， 董學(xué)瑞. 聚糠萘水劑對不同積溫帶玉米花后葉片氮同化的影響. 生態(tài)學(xué)報，2014， 34： 2938-2947

Gao J， Dong Z Q， Xu T J， Chen C X， Jiao L， Lu L， Dong X R. Effects of PASP-KT-NAA on maize leaf nitrogen assimilation after florescence over different temperature gradients. Acta Ecol Sin， 2014， 34： 2938-2947 （in Chinese with English abstract）

［15］ 陳傳曉， 董志強(qiáng)， 高嬌， 徐田軍， 焦瀏， 盧霖， 張鳳路. 聚糠萘水劑對不同積溫帶春玉米灌漿期光合性能的影響. 玉米科學(xué)，2013， 21（3）： 66-70

Chen C X， Dong Z Q， Gao J， Xu T J， Jiao L， Lu L， Zhang F L. Effects of PASP-KT-NAA on the photosynthetic performances of different maize cultivars in different accumulated temperature zones. J Maize Sci， 2013， 21（3）： 66-70 （in Chinese with English abstract）

［16］ 趙智中， 張上隆， 徐昌杰， 陳昆松， 劉拴桃. 蔗糖代謝相關(guān)酶在溫州蜜柑果實(shí)糖積累中的作用. 園藝學(xué)報， 2001， 28：112-118

Zhao Z Z， Zhang S L， Xu C J， Chen K S， Liu S T. The role of sucrose metabolizing enzymes in accumulation of sugars in Satsuma mandarin. Acta Hortic Sin， 2001， 28： 112-118 （in Chinese）

［17］ 陳傳永， 王榮煥， 趙久然， 徐田軍， 王元東， 劉秀芝， 劉春閣，裴志超， 成廣雷， 陳國平. 不同生育時期遮光對玉米籽粒灌漿特性及產(chǎn)量的影響. 作物學(xué)報， 2014， 40： 1650-1657

Chen C Y， Wang R H， Zhao J R， Xu T J， Wang Y D， Liu X Z， Liu C G， Pei Z C， Cheng G L， Chen G P. Effects of shading on grain-filling properties and yield of maize at different growth stages. Acta Agron Sin， 2014， 40： 1650-1657 （in Chinese with English abstract）

［18］ Gottwald J R， Krysan P J， Young J C， Evert R F， Sussman M R. Genetic evidence for the in planta role of phloem-specific plasma membrane sucrose transporters. Proc Natl Acad Sci USA， 2000，97： 13979-13984

［19］ Farrar J， Pollock C， Gallagher J. Sucrose and the integration of metabolism in vascular plants. Plant Sci， 2000， 154： 1-11

［20］ 陳傳曉. 不同積溫帶春玉米碳代謝機(jī)理及化學(xué)調(diào)控效應(yīng)的研究. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文， 河北石家莊， 2013

Chen C X. Studies on the Mechanism of Carbon Metabolism of Spring Maize and Chemical Regulation Effects under Different Accumulated Temperature Zones. PhD Dissertation of Agricultural University of Hebei， Shijiazhuang， China， 2013 （in Chinese with English abstract）

［21］ 王文靜. 不同穗型冬小麥籽粒灌漿期源庫強(qiáng)度及其與淀粉積累的關(guān)系. 作物學(xué)報， 2004， 30： 916-921Wang W J. The relationship between source-sink intensity and starch accumulation during grain filling period in two winter wheat cultivars with different spike types. Acta Agron Sin， 2004，30： 916-921 （in Chinese with English abstract）

［22］ Eschrich W， Eschrich B. Control of phloem unloading by source activities and light. Plant Physiol Biochem， 1992， 25： 625-634

［23］ Dickinson C D， Altabella T， Chrispeels M J. Slow-growth phenotype of transgenic tomoto expressing apoplastic invertase. Plant Physiol， 1991， 95： 420-425

［24］ Weber H， Borisjuk L， Wobus U. Sugar import and metabolism during seed development. Trends Plant Sci， 1997， 2： 169-174

［25］ Cheng W H， Chourey P S. Sucrose phosphate synthase expression at the cell and tissue level is coordinated with sucrose sink-to-source transitions in maize leaf. Plant Physiol， 1996， 111：1021-1029

［26］ 張海艷， 董樹亭， 高榮岐， 李玉全. 玉米籽粒淀粉積累及相關(guān)酶活性分析. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2008， 41： 2174-2181

Zhang H Y， Dong S T， Gao R Q， Li Y Q. Starch accumulation and enzymes activities associated with starch synthesis in maize kernels. Sci Agric Sin， 2008， 41： 2174-2181 （in Chinese with English abstract）

［27］ Hubbard N L， Huber S C， Pharr D M. Sucrose phosphate synthase and acid invertase as determinants of sucrose concentration in developing muskmelon （Cucumis melo L.） fruits. Plant Physiol，1989， 91： 1527-1534

［28］ 張超男， 趙會杰， 王俊忠， 付曉記. 不同施肥方式對夏玉米碳水化合物代謝關(guān)鍵酶活性的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報， 2008，14： 54-58

Zhang C N， Zhao H J， Wang J Z， Fu X J. Effect of different fertilization methods on activities of key enzymes in carbohydrate metabolism of summer maize. Plant Nutr Fert Sci， 2008， 14：54-58 （in Chinese with English abstract）

［29］ 陳洋， 趙宏偉. 氮素用量對春玉米穗位葉蔗糖合成關(guān)鍵酶活性的影響. 玉米科學(xué)， 2008， 16（1）： 115-118

Chen Y， Zhao H W. Effect of nitrogen application on activities of key enzymes of sucrose synthesis in the leaf located near the ear of spring maize. J Maize Sci， 2008， 16（1）： 115-118 （in Chinese with English abstract

［30］ 李合生. 現(xiàn)代植物生理學(xué)（第 2版）. 北京： 高等教育出版社，2006. pp 207-208

Li H S. Modern Plant Physiology， 2nd edn. Beijing： Higher Education Press， 2006. pp 207-208 （in Chinese）

［31］ Borkovec V， Prochazka S. Pre-anthesis interaction of cytokinins and ABA in the transport of14C-sucrose to the ear of winter wheat （Triticum aestivum L.）. J Agron Crop Sci， 1992， 169：229-235

Effect of Plant Growth Regulators on Key Enzymes in Sucrose Metabolism of Ear Leaf and Grain at Filling Stage of Spring Maize

LI Guang-Yan， WANG Qing-Yan， XU Yan-Li， LU Lin， Jiao Liu， DONG Xue-Rui， and DONG Zhi-Qiang*
Institute of Crop Science， Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Cultivation， Beijing 100081，China

In order to explore the new cultivation techniques， chemical control was established in this study. We conducted a field experiment using two varieties of Zhongdan 909 and Jidan 35 with treatments of leaf-spraying ethylene-chlormequat-potassium （ECK） in V6 and PASP-KT-NAA （PKN） in V9. The results showed that ECK & PKN increased the activities of sucrose synthetase （SS） and sucrose phosphate synthetase （SPS） and sucrose content during early grain filling stage （10-20 d after anthesis）in ear leaf， and decreased sucrose content in ear leaf during late grain filling stages （30-50 d after anthesis）， especially it improved the ability of sucrose synthesis at the late filling stage （50 d after anthesis）. ECK & PKN also decreased SS （synthesis） activity in grain during middle and late grain filling stages and increased SS （resolving） activity， promoting sucrose decomposition ability，with less effect on SS （synthesis） and SPS activities in grain. The yields of Zhongdan 909 and Jidan 35 compared with their own control were respectively increased by 4.61% and 7.78%. The study indicated that ECK & PKN enhance sucrose synthesis in leaf and decomposition ability in grain， and promote the translocation of carbon assimilation to grain， resulting in high grain-filling rate， high grain weight， and high yield.

Spring maize； ECK； PKN； Sucrose； Key enzymes of sucrose metabolism

10.3724/SP.J.1006.2016.01215

本研究由國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31470087）， 國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD04B01-07， 2012BAD4B02）和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目資助。
This study was supported by the National Natural Science Foundation of China （31470087）， the National Key Technology R&D Program of China （2012BAD04B01-07， 2012BAD4B02） and Science and Technology Innovation Project of Chinese Academy of Agricultural Sciences.
*

（Corresponding author）： 董志強(qiáng)， E-mail： dongzhiqiang@caas.cn， Tel： 010-82106043

聯(lián)系方式： E-mail： liguangyan5112@126.com
Received（

）： 2015-12-31； Accepted（接受日期）： 2016-05-09； Published online（網(wǎng)絡(luò)出版日期）： 2016-05-23.
URL： http：//www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20160523.0852.004.html