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標題: 乙烯釋放劑矮化玉米之研究
Effect of ethylene-releasing reagent on dwarfing and yield of corn (Zea mays L.) plant$eng
作者: 王慶裕
WANG, QING-YU
關鍵字: 水烯釋放劑
矮化玉米
研究
出版社: 農藝學研究所
摘要: 本試驗以玉米為材料探討如何使用植物荷爾蒙乙烯的釋放劑-ethephon(ethrel)達到 植株矮化的目的,並進一步從生理、生化乃至於蛋白質層次的變化瞭解玉米植如何進 行矮化過程,以及矮化過程中產量及乾物質生產減少的原因。試驗結果摘要如下: 1.供試品種TNG351及TNG1以500mg/L ethephon(Sigma公司製造) 於V6、V7、V8、及 V9期處理,以V9期(由營養生長進入生殖生長之際)處理者穫得最大的化效果,但產 量減少亦最多幾近一半,產量減少主要由於一德粒數的減少。V6∼V8期施用ethrel的 矮化程度較小但產量的減少程度亦相寸減輕,若兼顧植株矮化的效果與減輕產量的損 失直在V7或V8期施用ethrel。 2.玉米植株以商品用ethrel稀釋100、250及500 倍濃度於V8期施用結果顯示TNG351 對ETHREL之反應較TNG1為敏感,以500 倍稀釋濃度處理矮化可達50∼60CM(約為莖長 33%左右),當濃度增加至100 倍稀釋量時矮化與產量減少更為嚴重,植株並有畸形 發育。 3.玉米植株在V9期以ethrel處理後30天之內抑制莖部長達45cm,但不影響節間的數 目。處理後10天之內莖部生長主要第九節間伸長受抑制,達5∼7cm。處理後10∼30天 之間ethrel之矮化效果則反映在正伸長及即將伸長之節間,其中以第11節間表現最明 顯,矮化程度達58%左右,顯見ethrel表現出持續性的抑制效果,Ethrel除了抑制節 間伸長外同時促進節間橫向生長,抑制節間伸長之程度大於促進橫向生長的程度,且 前者較後者提早10天表現。 4.玉米植株在V9期以ethrel處理後,第3 天開始顯著地抑制節間細胞伸長而在3 天 之內peroxidase活性增加幾乎一位,推測ethrel可能經由提高peroxidase活性而加強 細胞壁內交錯連結的強度以抑制細胞伸長生長。 5.玉米植株在施用ethrel之後,第九葉片、節間及頂端分生組織出現乙烯釋放量高 峰之時間分別在第1、2∼3、及2∼3 天;同時發現第九葉片內生乙烯合成出現自動抑 制(autoinhibition)而其他二部位則出現自動化(autocatalysis) 反應。測定玉米植 株在ethrel處理後第九節間內1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid(ACC)、 malonyl-ACC(MACC) 及ethylene-forming enzyme(EFE)活性變化,推測處理後初期( 5 天內)乙烯釋出量增加可能由吸收之ethrel自行分解;而5 天之後則部係ACC 合成 增加及EFE 活性增高所引起,同時也發現MACC含量逐漸減少。 6.在ethrel處理下第九葉片內之多胺代謝變化中發現有arginine及methionine快速 增加、ornithine 及agma-tine 不受影響、以及Spermidine減少的現象,推測可能多 胺spermidine合成因缺乏decarboxylated-SAM(dSAM)而受阻或是氧化代謝受促進(如 GABA增加)。然而在節間部位之多胺變化不受ethrel影響,顯然在調控節簡伸長上多 胺未直接參與作用。另一方面,在ethrel處理下葉片及節間內之arginine均有累積現 象而ornithine 不受影響,推測ADC 可能與矮化過程有密切關係。 7.Ethrel施用後玉米植株各部位含氮量並無顯著減少跡象,甚至葉鞘及莖部內含氮 量有顯著增加;此外矮化後追加氮肥並無助於恢復產量的反應,推測氮素供源可能不 是植株矮化時產量減少的限制因子。 8.玉米植株在ethrel處理後,第九葉片內nitrate、glu-tamate 及glutamine 含量 增加但游離氨基酸與可溶性蛋白質含量未改變,顯然NH4+基自glutamate 轉移至其他 氨基酸的步驟受到某種程度的抑制。此外NR活性雖有增加並未影響最終可溶性蛋白質 含量。 9.在ethrel處理下植株葉片雖未發生上偏生長但節間縮短使葉片排列緊密而相互遮 蔭,植冠中部葉片光照截取率減少約60%左右,同時也減少穗位葉面積。另一方面, ethrel處理後葉片葉綠素及可溶性蛋白質不受影響,但氧氣釋出量及PEPCase 活性卻 受到抑制,造成處理後第3 天葉片淨光合作用發生減少現象;Rubisco 活性及呼吸作 用則不受影響。以電泳及Western blot分析發現PEPCase 含量降低而Rubisco large subunit(LSU)及small subunit(SSU)含量均不受影響。此外以2D IEF/PAGE 電泳可知 在PEPCase(97KD) 位置上有一PI值偏中性之polypeptide 在矮化過程中快速消失,在 37KD位置上有一PI值偏中性之polypeptide 消失,後者可能也參與控制生長發育。 10.玉米植株在ethrel處理後葉部SPS 活性未增加、SS活性偏低以及節間內 ATP/ATP+ADP 比值下降情況下發生sucrose 累積現象。此外節間sucrose 含量於第一 天以後快速減少顯見光合產物轉運形式sucrose 供應不足現象,在此過程中sucrose 含量變化與acid invertase及SS活性似乎無直接關連。 綜合上述結果發現玉米植在ethrel處理下,乙烯可能透過減少光能接收、降低光合作 用、減少光合產物運轉及秉等方式以減少總乾物質生產,最後造成減產。另一方面乙 烯可能透過改變一些蛋白質的含量改變酵素蛋白質活性以影響細胞伸長造成矮化現象 ;而此過程似乎與節間內多胺變化無直接關係。
URI: http://hdl.handle.net/11455/37224
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