玉米亲本自交系及杂交种机械粒收质量相关指标分析

以玉米亲本自交系及杂交种为试验材料,于2019—2020年对玉米植株地上倒3—5节的折断力、节间长、节间粗及收获时籽粒含水率、破碎率、抗压能力、脱水速率等指标进行分析,并筛选茎秆强度强、籽粒机收质量好的玉米材料,为适宜机械粒收玉米新种质的培育奠定基础。结果表明,自交系E8501和杂交种郑单6122的茎秆折断力较大,自交系郑58、ZC1456和杂交种郑单958折断力较小;自交系郑682和杂交种先玉335的节间较长,自交系郑588和杂交种郑单1002的节间较短;自交系郑P6、PH6WC和杂交种DK517节间较粗,自交系郑682和杂交种郑单6098节间较细。聚类分析结果表明,玉米亲本自交系E8501、郑7541、郑H71、郑V89M、郑D58M、HCL1645和PH4CV及杂交种郑单6386、郑单6122、DK517、郑单6095、郑单6098、郑单1868和郑单1002的茎秆强度较强。杂交种郑单958的籽粒含水率较高,郑单6122较低;自交系郑H71和杂交种郑单958、郑单1868的籽粒破碎率较高,自交系PH4CV和杂交种DK517的籽粒破碎率较低;自交系PH4CV和杂交种郑单6122的籽粒抗压能力较大,自交系郑H71和杂交种郑单958的籽粒抗压能力较小。玉米收获时籽粒含水率≤26.87%就能够满足籽粒破碎率≤5%的机械粒收标准。在上述14个抗倒伏能力较强的玉米材料基础上,最终筛选出亲本自交系E8501、郑7541、郑H71、郑V89M、郑D58M、HCL1645和PH4CV以及杂交种DK517、郑单6122、郑单6386和郑单6098为抗倒伏较强且机械粒收质量佳(籽粒含水率≤26.87%且破碎率≤5%)的材料。

不同密度下玉米茎秆抗倒伏相关性状的产量构成分析

研究不同密度(52500、67500、82500、97500、112500株/hm2)下6个玉米品种茎秆抗倒伏相关性状的产量构成,明确不同茎秆性状对产量的贡献率,剖析耐密品种的茎秆结构特性,以期为玉米茎秆抗倒伏特性改良进而提高种植密度提供理论依据。结果表明,随着密度增加,不同玉米品种产量均先增加后降低,地上第3节和第4节穿刺强度、节间粗及株高均降低,穗位系数、地上第3节间和第4节间长粗比均增加,穗位高、穗下节间数、穗下节间长无一致性的变化规律。与52500株/hm2相比,67500、82500、97500、112500株/hm2下株高降低1.41%~5.65%,穗位系数增加2.07%~8.63%,地上第3、4节平均穿刺强度降低4.25%~15.88%,地上第3、4节平均节间粗减少5.87%~14.27%,地上第3、4节平均节间长粗比增加7.73%~30.51%。相关性分析结果表明,地上第3节和第4节穿刺强度、地上第3节间和第4节间长粗比、穗位高、地上第4节间长、密度与产量呈极显著相关。通过不同密度条件下的产量变化建立不同玉米品种的产量曲线模型,筛选出高产品种秋乐368,鉴定出了每个品种的最适密度,仅有秋乐368既耐密又高产。不同密度条件下,茎秆抗倒伏相关性状的产量构成分析结果表明,地上第3、4节穿刺强度和节间长粗比是影响产量的较重要性状;地上第3节茎秆对密度因素的敏感性弱于地上第4节;在高密度条件下,第4节茎秆质量好坏对产量有更重要的影响。

玉米3个籽粒性状的遗传研究

采用单粒测定法,以9个玉米自交系及其40个正反交杂交组合为材料,研究粒质量、胚质量、胚乳质量的杂种优势、亲子相关和遗传控制。结果表明,(1)3个性状的平均中亲、超低亲、超高亲优势均为正值,但有部分组合的超高亲优势为负值;(2)3个性状与中亲值间均有最大程度的相关;(3)各性状在F_(2)籽粒间有极显著的分离,故其主要受F_(2)种子基因型的遗传控制。遗传变异均以加性效应为主,显性效应为次。在总遗传方差中,加性方差占37.26%(胚乳质量)~46.01%(粒质量)。各性状均存在显著的细胞质效应,但其作用相对较小;(4)粒质量、胚质量、胚乳质量的狭义遗传力分别为52.65%、54.13%、44.62%。

利用RNA-Seq发掘玉米叶片形态建成相关的调控基因

【目的】叶片宽度和长度等叶形特性是决定植株形态,进而影响种植密度的重要农艺性状,通过转录组测序技术筛选并挖掘玉米叶片形态建成相关的代谢路径及调控基因,为深入认识叶片发育的分子机理和鉴定叶宽、叶长候选基因奠定基础。【方法】以极端窄叶自交系NL409和宽叶自交系WB665为材料,利用RNA-Seq技术鉴定7叶期第七片叶近基部的差异表达基因(DEGs),通过生物信息学分析,筛选与叶片发育密切相关的代谢通路,利用qRT-PCR验证不同激素路径叶形相关基因的表达结果,并结合启动子区域的序列差异挖掘叶形功能基因。【结果】分析对照(WB665)和样品(NL409)高通量测序结果,在叶宽形成关键部位共筛选出5 199个DEGs,其中,2 264(43.55%)个基因表达上调,2 935(56.45%)个基因下调表达,下调基因明显多于上调基因;GO功能富集分析表明,差异基因主要富集在细胞膜相关的细胞组分中,涉及代谢过程和细胞响应刺激;KEGG富集分析表明,差异基因主要参与到核糖体、植物激素信号转导、苯丙烷类代谢、乙醛酸和二羧酸代谢等过程,其中核糖体、植物激素信号转导、鞘脂类代谢下调表达基因较多的路径与叶片发育密切相关。核糖体路径富集到多个PRS(PRESSED FLOWER)基因,分析发现PRS13(PFL2)可能在调控窄叶发育过程中发挥重要作用。鞘脂代谢路径富集的基因几乎全部下调表达,引起抑制叶片发育的AP1(APETALA1)类和MAPK(Mitogen-Activated Protein Kinase)类基因上调,以及促进叶片发育的LFY(LEAFY)下调,与窄叶发育受抑制的表型一致。植物激素信号转导路径富集到的油菜素内酯(BR)响应基因和赤霉素(GA)代谢基因下调,细胞分裂素(CTK)和大部分生长素(Auxin)响应基因上调,与窄叶中DELLA蛋白基因上调表达,抑制GA并促进CTK基因表达的作用模式一致。通过qRT-PCR对18个叶片发育相关基因进行分析,结果表明,其表达趋势与转录组结果一致,分析发现BR相关的ROT3、Auxin相关的NAL7-like、AGO7-like以及TCP类转录因子CYC/TB1等基因与窄叶的形成密切相关。【结论】明确了一些与玉米叶片发育密切相关的代谢路径,还发现植物激素间的动态平衡对叶片发育有着重要影响,尤其是生长素与油菜素内酯、细胞分裂素与赤霉素之间的相互作用对调控叶片形态可能发挥重要作用。

外源ABA对干旱胁迫下玉米叶片光合能力及气孔开度的影响

为探究旱胁迫下外源ABA对玉米品种叶片光合作用以及气孔开度的影响情况,以玉米品种'郑单988’为研究对象,采用PEG、ABA、ABA+PEG不同处理对不同时间节点下玉米苗期叶片光合作用、气孔张开程度和叶绿素含量变化进行研究。发现不同处理下3个时间节点光合速率、蒸腾速率、气孔导度和叶绿素含量均低于对照,而气孔闭合数目均高于对照;ABA+PEG处理的4个指标均处于PEG和ABA处理之间。说明干旱胁迫下玉米为了维持自身的生长发育,通过关闭气孔减少水分蒸腾;外施ABA可增加干旱胁迫下气孔的关闭数目和叶绿素含量,减少水分流失的同时提高旱胁迫下植株的光合速率,最终提高植株的抗旱能力。

玉米脱落酸受体ZmPYL9基因的克隆及功能探究

脱落酸(ABA)参与植物发育过程以及调控多种非生物胁迫的适应性,PYL基因作为ABA受体,直接影响ABA的生物合成。为了探究玉米中PYL家族基因的功能,克隆了一个ZmPYL 9基因,该基因编码197个氨基酸;物种同源蛋白质系统进化分析发现,ZmPYL9与高粱同源蛋白相似度甚高,且具有相同的保守基序;启动子顺式作用元件分析发现,ZmPYL 9基因ATG上游2000 bp区域含有多种激素应答相关的结合位点;ZmPYL 9基因组织表达分析结果表明,该基因属于组成型表达,在胚乳中高度表达。ZmPYL 9基因正向响应外源ABA诱导,恢复正常培养后,该基因表达量急速下降且低于CK;但是ZmPYL 9基因受PEG和PEG+ABA负向诱导,且在PEG+ABA胁迫下该基因表达量高于PEG胁迫下,恢复正常培养后,2种胁迫下该基因的表达量均表现上升趋势。说明ZmPYL 9基因响应干旱胁迫和ABA诱导,且ABA可以提高干旱胁迫下该基因的表达量。

玉米HD-Zip转录因子基因ZmHOX32的克隆及功能探究

同源异型域-亮氨酸拉链蛋白(HD-Zip)可通过与其他蛋白质互作参与激素信号传导途径,进而调控植物对逆境胁迫的应答和生长发育等过程。为验证及探究HD-Zip蛋白对干旱胁迫和ABA诱导的响应模式,从玉米抗旱自选系郑D58M中克隆了1个HD-Zip转录因子基因,暂时命名为ZmHOX 32。ZmHOX32蛋白包含856个氨基酸,属于亲水性蛋白质,定位于细胞核内。进化树和保守基序分析发现,ZmHOX32蛋白序列与谷子、胡桃木的同源蛋白序列高度相似且保守基序完全一致。ZmHOX 32基因启动子序列含有响应激素、非生物胁迫及光刺激的结合元件。qRT-PCR结果显示,ZmHOX 32基因属于组成型表达基因,在营养分生组织中高表达,且受干旱胁迫和外源ABA的正向诱导,表明ZmHOX 32基因参与干旱胁迫和ABA信号传导途径。

优良玉米自交系8085泰(BT1)的特征特性及应用

20世纪90年代河南省农业科学院利用温带自交系8058×泰国玉米育成了优良自交系8085泰(BT1)。该自交系较好地融合了温、热带种质,遗传基础丰富,具有高配合力、高产、品质优良和综合抗性好等特点。国内育种单位以其为亲本选育了浚248、浚9058和新01A3等17个优良衍生系,利用8085泰(BT1)及其衍生系培育了豫玉25、浚单18、浚单20和秋乐368等25个通过审定的玉米新品种,并大面积推广应用,取得了巨大的社会经济效益。自交系8085泰(BT1)是一个特色种质资源,在机收品种选育、抗逆性与品质改良研究中仍具有利用价值。

不同生态条件下玉米产量影响因素分析

不同生态条件下环境因素是导致玉米产量差异的重要原因,为阐明不同地区产量的主要构成因素,利用不同生态区的气候环境以及逆境胁迫压力,对15份自交系和18份杂交种进行评价筛选,分析不同地区产量构成因素对产量的贡献效应,明确不同区域选择适宜高产品种的评价方法。结果表明,与产量直接相关的穗粗、行粒数、穗长、百粒重和穗位系数对产量的贡献效应大于病害和倒伏,在不同气候环境影响下,这些产量因素对产量贡献效应不同;产量最优线性回归模型中引入产量要素越多的地区,产量越高,不同生态环境下,南阳、洛阳、安阳、漯河试验点分别有5、4、4、2个与产量直接相关的因素引入最优线性方程;多地点联合鉴定表明,郑单1868和LX201在干旱胁迫后并未减产,遮阴胁迫后减产相对较少,平均产量相对较高,在本研究的试验材料中综合抗性最好。

玉米转录因子ZmSBP3基因的功能分析及互作网络预测

SBP家族是植物特有的一类转录调控因子,参与植物多种激素信号传导,与植物生长发育及逆境胁迫基因的表达相关。本研究从耐旱型玉米自选系‘郑7541’克隆一个与干旱相关的SBP家族因子基因,暂时命名为ZmSBP3。该基因的开放阅读框为978 bp,翻译325个氨基酸。蛋白分析表明该蛋白无跨膜域,属于高亲水性蛋白,含有17个丝氨酸和6个苏氨酸磷酸化位点,亚细胞定位于细胞核。顺式元件分析发现,该基因上游启动子区含有与植物生长发育、形态建成、植物光反应、激素信号传导及逆境胁迫等结合位点。复合进化树结合保守motif分析发现, ZmSBP3蛋白序列与柳枝稷、高粱和谷子不仅同源性较高,且在相同的氨基酸位置含有相同的motif。qRT-PCR表明该基因属于组成型表达基因,在幼叶、幼胚和幼胚乳中高表达,且其受干旱胁迫的正向诱导表达。预测的互作功能蛋白主要通过调节植物的细胞发育、参与激素介导的信号等途径,来调控植物对逆境的胁迫应答和生长发育等过程。

玉米HSP90基因家族的全基因组鉴定与分析

热激蛋白90(HSP90)广泛参与生物体的生长发育,且积极响应多种非生物胁迫。为全面解析玉米HSP90基因家族信息,对HSP90基因家族进化树、基因结构、保守基序(motif)、GO富集和组织表达模式等进行分析,并进一步分析ZmHSP90-1基因响应干旱胁迫的表达模式及蛋白互作关系。结果显示,从玉米全基因组水平共鉴定到11个ZmHSP90家族基因,被划分为5个亚族(I~V);相邻进化树分支上的ZmHSP90基因具有相似的motif和基因结构;GO富集分析显示,11个ZmHSP90基因均参与了蛋白质折叠过程;表达模式分析显示,11个ZmHSP90基因在不同组织或器官中均有表达,其中ZmHSP90-1基因的表达量相对较高;ZmHSP90-1基因在耐旱性强的玉米自交系中具有更高的表达量,且积极响应干旱和复水过程;蛋白互作预测显示,ZmHSP90-1可能与其互作蛋白协同响应非生物胁迫,发挥生物学功能。

玉米葡萄糖转运蛋白基因ZmGLUT-1表达特征分析及互作预测

葡萄糖转运蛋白(GLUT1)通过维持细胞膜两侧的葡萄糖浓度来维护细胞的稳定,在植物抗逆境方面起重要作用。从郑36自选系中克隆了1个GLUT1基因,暂时命名为ZmGLUT-1,该基因含有1 263bp的开放阅读框,编码420个氨基酸;对启动子顺式元件分析,发现该基因含有响应逆境胁迫、激素信号传导、光刺激应答等多种结合位点;蛋白序列分析表明,该蛋白属于疏水性蛋白,含有12个跨膜结构域,主要以α螺旋结构存在,亚细胞定位于质膜上;qRT-PCR结果表明该基因属于组成型表达基因,且在叶尖和胚中高表达,同时发现该基因受脱落酸(ABA)和PEG胁迫下调表达,而复水后表达虽有上升但无法达到正常水平;互作蛋白分析发现,或许ZmGLUT-1与互作蛋白构成调控网络,通过催化和跨膜转运糖类、脂质、激素等物质,来参与细胞代谢物的合成与降解,维护细胞的稳定性,以此来维护植物的生长发育。以上研究表明ZmGLUT-1基因与干旱胁迫和ABA诱导相关。

Cu_2O nanowires as anode materials for Li-ion rechargeable batteries

Li-ion batteries are a key technology for multiple clean energy applications.In this study,Cu2O nanowires were obtained by the reduction of cupric acetate with pyrrole.The resulting Cu2O nanowires exhibited excellent reversible capacities of 470mAh g-1 at rate of 1 C after 100 cycles.The results show that the Cu2O nanowires had more capacity than materials previously reported.No fading was observed over 100 cycles of charging and discharging.The compound metal Cu and incorporation of the conducting polymer polypyrrole(PPy)improved the conductivity of Cu2O and enhanced the stability of the electrode during cycling.The results from this study imply that Cu2O nanowires with high capacity and good cycle retention could be excellent candidates as anode materials for Li-ion rechargeable batteries.