基于环境型鉴定技术划分生态区综合评价黄淮海青贮玉米品种

气候因子对农作物区域试验丰产性和适应性的影响较大。为准确评价青贮玉米品种在黄淮海夏播区的适应性、丰产性和稳定性,采用2002-2021年20 a的气象数据资料,依据环境型鉴定技术(ET)对2022年青贮玉米区域试验中12个试点进行生态区(ME)划分,依据品种-性状(GT)双标图和品种-产量×性状(GYT)双标图对15个参试品种的生物干重、干物质含量、倒伏率、倒折率、空秆率、小斑病、弯孢叶斑病、南方锈病、茎腐病、瘤黑粉病、生育期、株高和穗位高13个农艺性状以及全株淀粉含量、中性洗涤纤维含量、酸性洗涤纤维含量和粗蛋白质含量4个品质指标进行综合评价。结果表明,加性主效应和积性互作效应(AMMI)方差分析被测的13个农艺性状中基因型效应和环境效应均达到了极显著水平(P<0.01),除穗位高外其余性状基因型与环境互作效应也达到了极显著水平。6个省份的12个试点被划分为4个生态区,不同生态区间气象因子呈较大的变化趋势。生物干重与株高、穗位高呈极显著正相关,而与倒伏率、倒折率呈极显著负相关。GYT双标图与生态区结合,可以鉴别出不同生态区的优势品种。参试品种中渝单805在划定的4个生态区中均表现出丰产性突出、稳定性较好的特征,属于丰产稳产型品种。皖农科青贮8号、成单3601、正大511和衡玉1996等品种在ME2、ME3和ME4中丰产性和稳定性较好。安科青2号和KNX2202等品种在ME1和ME4中丰产性较差,金诚6在ME2和ME3中丰产性和稳定性均较差。基于环境型鉴定技术划分生态区和GYT双标图相结合评价青贮玉米品种的丰产性、稳定性和适应性,可以实现品种推广的精细定位。

典型黑土区不同保护性耕作方式对玉米生长发育及产量形成的影响

实施保护性耕作对保护东北黑土和保障国家粮食安全具有重要意义。为明确东北典型黑土区保护性耕作对玉米产量的影响及其关键因素,开展了连续3年大田定位试验,设常规垄作秸秆不还田(CK)、免耕秸秆全量粉碎覆盖(T1)、免耕留高茬全量秸秆覆盖(T2)、少耕秸秆全量条带覆盖(T3)共4个处理,分析了不同处理对土壤理化特性及玉米生长发育、产量及其构成因素的影响。结果表明,与CK相比,保护性耕作处理(T1、T2和T3)0~20 cm耕层土壤有机质含量呈增加趋势;保护性耕作显著提高了播种至出苗期耕层土壤含水量,T1、T2和T3处理分别提高7.8%~30.4%、9.0%~18.7%和17.3%~20.0%,但显著降低土壤温度,分别降低2.56~3.11℃、2.02~2.27℃、0.94~1.93℃;分别延迟玉米出苗时间5~7 d、4~6 d和2 d;T3处理3年平均出苗率较CK增加3.2%,T1和T2处理出苗率分别降低4.3%和4.7%;T1、T2和T3处理均降低了苗期株高整齐度和植株干物质积累,但T3处理降低幅度明显小于T1和T2处理,6叶期之后干物质积累降低幅度逐渐减小;T1和T2处理显著降低玉米产量,降幅分别为7.5%~15.6%和5.5%~12.9%,T3处理产量与CK差异不显著。结构方程模型(SEM)揭示,保护性耕作通过调节土壤含水量和温度,间接影响玉米出苗时间、出苗率、穗数和百粒重,进而影响产量,也可通过直接影响出苗质量和产量构成因素进而影响产量。在东北典型黑土区,少耕秸秆全量条带覆盖(T3)不仅有利于提高土壤有机质含量,而且还有利于平衡土壤水分和温度矛盾,缩短出苗时间、提高出苗质量、高产稳产,是该区域适宜的保护性耕作方式。

莴笋+鲜食玉米轮作模式下高效设施栽培模式探讨

天津市为了有效利用当地独特的地理气候资源,丰富蔬菜供给,提高土地利用率及种植效益,在多年生产实践基础上总结了“莴笋-鲜食玉米-鲜食玉米”和“莴笋—鲜食玉米—莴笋”两种一年多茬的轮作栽培模式,包括作物茬口安排、田间种植管理技术要点、病虫害防治、适时采收等,利用冷棚设施栽培,大大提高土地复种指数,减少病虫害发生,提高种植经济收益。通过2年的试验示范,收到了良好效果,可为京津冀地区发展设施农业种植区提供有益参考。

18个甜玉米品种的产量及其构成因素的灰色关联度分析

为探明鲜食甜玉米品种的主要农艺性状对产量的影响程度,用灰色关联度的分析方法,对18个甜玉米品种的主要农艺性状及产量进行关联分析。结果表明,18个甜玉米品种出苗—采收天数为79~88d,株高为185~285cm,穗位高为55~130cm,穗长为16.0~20.8cm,穗粗为4.7~5.1cm,秃尖长为0.2~5.5cm,穗行数为13.6~17.6行,行粒数为21.4~40.4粒,百粒重为23.3~43.3g,出籽率为51.8%~60.8%,产量为9036.0~14919.0kg/hm^(2);18个甜玉米品种主要农艺性状与产量的关联度由大到小依次为:穗长>行粒数>穗粗>株高>出苗—采收天数>穗位高>百粒重>出籽率>穗行数>秃尖长;穗长是影响甜玉米产量的主要因素,其次是行粒数、穗粗,秃尖长对产量影响相对较小。表明在重庆地区要选育出高产甜玉米杂交品种,应在育种中着重考虑穗长、行粒数和穗粗3个性状的选择。

高产优质高抗玉米杂交种丹玉217的选育及栽培技术

丹玉217是丹东农业科学院以玉米自育自交系M5R3为母本,以自育自交系F902为父本杂交组配而成的玉米杂交种,该杂交种具有高产、优质、抗倒伏、抗叶斑病和适应性广等特点,适宜在东华北春播玉米区种植,适宜种植密度为4000~4500株/亩。2020年通过国家东华北春玉米区审定。本文作者简要介绍了该品种的来源及选育经过、特征特性、产量表现,并对其栽培技术和制种技术进行了阐述,以期为该品种在适宜地区的推广提供理论支持。

优质玉米新品种龙单246的选育及高产制种技术

为了促进玉米新品种龙单246在适宜种植区域内示范推广,本文简要介绍了龙单246亲本来源及选育过程、品种特征特性、产量表现、栽培技术要点及高产制种技术。龙单246是由黑龙江省农业科学院玉米研究所高产遗传育种研究室2015年以改良系H286为母本、改良系LX461为父本杂交选育而成。在2023年通过黑龙江省农作物品种审定委员会审定(审定编号:黑审玉2023L0044)。2020-2021年参加黑龙江省龙科玉米科企联合体区域试验,平均产量9901.2 kg·hm^(-2),比对照品种禾田4号或东农254平均增产9.0%;2022年参加黑龙江省龙科玉米科企联合体生产试验,平均产量10752.3 kg·hm^(-2),较对照东农254平均增产7.0%。龙单246具有粮质好、综合抗性强、丰产性好等特点。

不同种植模式对玉米光合特性、产量及品质的影响

以6个不同熟期玉米品种为材料,于2020—2021年在河西走廊灌区不同地区开展试验,研究覆膜和露地两种种植模式对不同熟期玉米品种农艺性状、光合指标、产量和品质的影响。结果表明,不同地区两年参试品种在覆膜条件下的株高较露地种植提高3.96%,轴粗降低6.87%,其他农艺性状两种种植模式间差异不显著;品种间净光合速率(P n)、蒸腾速率(T r)、气孔导度(G s)和胞间CO 2浓度(C i)有所不同,但覆膜与露地种植模式间差异不显著;覆膜和露地种植处理的平均产量分别为16381.05 kg·hm^(-2)和16186.05 kg·hm^(-2),两模式间差异不显著;不同种植模式间的粗脂肪、粗蛋白、淀粉含量差异不显著。与露地种植模式相比,不同地区两个年份下早熟品种和中熟品种覆膜种植模式玉米产量分别平均降低5.30%和4.24%,晚熟品种玉米产量平均增加7.91%;与覆膜种植方式相比,露地种植早熟和中熟玉米品种的纯收入分别增加9.19%和6.99%,晚熟品种纯收入平均降低5.08%。综上所述,在河西走廊灌区,早熟和中熟玉米品种推荐选择露地种植,晚熟品种推荐采用覆膜种植。

玉米矮秆突变体20F421的表型鉴定及遗传分析

矮秆资源是农作物矮化育种的物质基础,发掘矮秆基因资源对培育矮秆新品种具有重要作用。为了明确^(252)CF裂变快中子辐射诱变玉米自交系KWS49筛选得到的矮秆突变体20F421的遗传特性和矮化机理,以20F421为材料分别与玉米自交系PH6WC、B73、Mo17及KWS49杂交构建F_(1)和F_(2)分离群体,分析矮秆性状的遗传模式,并以(20F421/B73)F_(2)为定位群体,采用混池转录组测序(bulked segregant RNA-seq,BSR-seq)方法初步定位突变基因。结果表明,与KWS49相比,20F421的植株高度为95.2 cm,降低47.89%;穗位高度为23.9 cm,降低64.54%;茎秆节间长度显著缩短、叶片较直立密生,自交结实良好。遗传分析表明,F2分离群体野生型(高秆)与突变型(矮秆)植株性状分离比例符合3∶1,表明该突变体受单个核隐性基因控制;BSR-seq结果将突变基因定位在1号染色体177~255 Mb之间。通过与B73参考基因组进行比对发现,该区间内含有矮秆基因Br2,将20F421与br2突变体杂交进行等位性检测,F_(1)和F_(2)的株高均没有发生性状分离,表现为突变体20F421和br2表型,推测20F421的矮秆突变基因为矮秆基因Br2的等位突变。研究结果为进一步精细定位、克隆突变基因奠定基础,也为解析玉米矮化机理和培育矮秆玉米新品种提供重要基因资源和理论支撑。

滴灌下氮肥减量配施生物炭对玉米大豆间作系统光合特性和产量的影响

为研究氮肥减量结合生物炭对玉米大豆间作群体光合特性和产量的影响,设置不同种植模式(玉米单作、大豆单作、玉米大豆间作)、生物炭(2,4,6 t·hm^(-2))、氮肥减量(165,210,255 kg·hm^(-2))三因素试验,采用正交试验设计方法,探讨不同种植模式氮肥减量配施生物炭的适宜用量。结果表明:单作与间作模式玉米适宜的用量分别为氮肥210与255 kg·hm^(-2),生物炭用量均为4 t·hm^(-2)。间作系统产量达到13395 kg·hm^(-2),较单作玉米下降20.13%,间作玉米、大豆较相应单作产量分别下降35.69%和56.39%,有效株数低是导致间作玉米产量下降的主要原因,而单位面积株数与单株粒数的合理调控是决定间作大豆产量高低的关键因素。间作处理IN3C2(氮肥225 kg·hm^(-2)、生物炭4 t·hm^(-2))玉米的Pn从大口期到灌浆期持续升高,在灌浆期达到峰值,大豆从开花期经历结荚期到鼓粒期持续升高,在鼓粒期达到峰值,较其它处理具有显著光合优势,且大豆在结荚期和鼓粒期表现显著的边际优势。综上,滴灌下,氮肥减量与生物炭配施,单作和间作玉米较优的氮肥用量分别为210和255 kg·hm^(-2),生物炭为4 t·hm^(-2)。

优质甜玉米骨干系在低温下种子萌发及幼苗抗性研究

甜玉米普遍存在种子发芽率低及对低温敏感的问题。为探明甜玉米种子发芽和幼苗对低温耐受性,本研究选取12份甜玉米骨干自交系,分别于25、18和12℃温度下测定萌发相关生理指标,结合相关性及聚类分析,筛选出低温萌发优势材料;选取5份优势材料开展幼苗4℃低温处理,进行耐寒相关生理指标比较及耐寒基因表达分析。结果表明,随着温度的下降,12份甜玉米骨干自交系的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数均受到不同程度抑制,其中发芽变幅分别为82.5、75.8和62.5个百分点;方差分析结果表明,发芽率和发芽势在温度、品种及温度与品种间互作效应均存在极显著差异;在18和12℃下,8个耐低温发芽能力单项指标表明,发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数两两之间存在显著相关,性状聚类分析将12品种分为3类,分别为耐冷型、一般型和敏感型,筛选出闽甜系T146(1-46)、闽甜系L18(L18)、12hi307(307)、闽甜系JR8609(JR86)、闽甜系AS67(AS67)、闽甜系X9034(X90)和闽甜系AG87(AG87)为具有较好的耐低温萌发能力的优势材料。针对1-46、L18、307、JR86和AS67进行幼苗低温处理,其中L18幼苗的丙二醛(MDA)含量显著低于其余4份材料,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性表现相反;抗寒基因表达分析结果发现,ZmCesA2、ZmCesA10和ZmDREB1.7在AS67和L18中表达较高,ZmMPK2在L18中表达最低;综合分析结果表明,闽甜系L18和闽甜系AS67具有较强耐低温能力。本研究结果一方面丰富了甜玉米耐寒性理论研究,另一方面为耐寒新品种选育提供了良好的材料资源。

基于GYT双标图分析对黄淮海生态区玉米品种综合评价

针对不同环境、多性状条件下优良品种选择效率低下的问题,探讨整合环境型鉴定技术(envirotyping techniques,ET)和多性状选择对黄淮海夏玉米区试参试品种进行综合评价,以期为品种合理布局提供理论依据。本研究以2016—2017年黄淮海夏玉米组区域试验数据为材料,基于当年19个环境协变量信息采用ET将40个试点划分为不同生态区(mega-environments,ME)。采用品种-产量×性状(genotype by yield×trait,GYT)双标图技术对不同生态区(mega-environments,ME)籽粒产量与生育期、株高、穗位高、倒伏率、空秆率、穗长、秃尖、穗行数、穗粒重、百粒重、茎腐病和黑粉病等农艺性状的组合表现进行综合评价,研究GYT双标图技术在玉米区域试验多性状评价中的作用。AMMI方差分析表明,2016年被测农艺性状基因型、环境和互作效应均达到了极显著水平(P<0.01),2017年被测农艺性状除穗位高互作效应不显著外,其余性状基因型、环境和互作效应均达到了极显著水平。根据当年气象因子信息将位于8个省份的40个试点划分为4个ME,降水亏缺(dbp)、饱和水汽压差(vpd)、相对湿度(rh)和最高温度(Tmax)在5个物候期中呈现出较大的变化趋势。GYT双标图与ME结合,可以筛选出不同ME的优势品种。2016年参试品种中,衡玉321和冀丰118在划定的4个ME中均表现出丰产性突出、稳定性较好的特征,属于丰产稳产型品种。而潞玉36和潞研1502则属于参试品种中丰产性、稳定性均较差的品种。2017年参试品种中,DK56在ME2和ME4试点中产量-性状组合表现较为协调,DK205和衡玉6105分别在ME1和ME3生态区中有较好的表现。对照品种郑单958两年区域试验表现出较好的稳定性但丰产性一般。基于环境型鉴定技术划分生态区与GYT双标图相结合对参试品种的丰产性、适应性和稳定性进行评价,实现品种推广的精细定位,为黄淮海夏玉米区品种多性状综合评价提供理论基础。

甜玉米自交系重金属Pb、Cd积累差异及分子检测

【目的】筛选获得在重金属Pb、Cd单一污染及复合污染下Pb、Cd低积累的优良甜玉米自交系,以及可用于甜玉米重金属Pb、Cd积累早代鉴定的分子技术。【方法】以10个甜玉米自交系为供试材料,通过盆栽试验研究重金属Pb、Cd单一污染及Pb、Cd复合污染下,玉米根系、茎叶和籽粒中Pb、Cd含量的积累差异;同时对供试材料ZmHMA2 InDel位点进行Pb、Cd积累差异分子检测,综合分子标记检测与重金属Pb、Cd在不同材料间的积累结果,筛选甜玉米重金属低积累自交系。【结果】无论是单一污染还是复合污染,重金属Pb、Cd的积累规律均表现为根系>茎叶>籽粒;在复合污染下,玉米不同组织对重金属Pb、Cd的积累无明显竞争与协同效应,表明玉米Pb、Cd的积累机制存在一定差异。通过鉴定,获得籽粒Pb低积累玉米自交系2份,籽粒Cd低积累玉米自交系3份,仅有一份材料闽甜系X901表现出籽粒Pb、Cd均低积累。利用InDel位点(InDel2307)对供试材料进行分子检测,结果发现供试材料中有4份存在该位点,含有该位点的材料中根系、茎叶和籽粒Cd含量平均值较其他材料平均值分别低1.801、0.64、0.131 mg·kg^(-1)。【结论】InDel2307位点能将不同玉米自交系按Cd累积量进行区分,对甜玉米Cd含量的区分具有特异性标记。综合分子标记检测与Pb、Cd含量积累结果,筛选出自交系闽甜系X901为Pb、Cd低积累材料。

河南省夏玉米花期高温热害时空分布特征

基于1957—2022年河南省109个县(区)气象站的逐日气象数据,计算夏玉米花期日最高气温≥35℃持续天数及累计天数,从连续型高温热害与非连续型高温热害2个方面分析河南省夏玉米花期高温热害的发生频率和时空分布特征,以期为河南省夏玉米生产上的抗灾避灾提供科学依据。结果表明,在时间分布上,1957—2022年,河南省夏玉米花期高温热害发生频率呈现出先降低后增加的趋势,在2010年以后,高温热害呈现频发趋势,且连续型高温热害的发生频率更高。高温热害发生频率较高的时间为1960年代和2010年以后,且1960年代以中度和重度高温热害为主,2010年以后以轻度和中度高温热害为主。在空间分布上,河南省夏玉米花期高温热害发生频率呈现出豫东、豫南地区较高,豫西、豫北较低的特征。高温热害高风险地区分布于南阳市南部、驻马店市、周口市和商丘市东部,低风险地区分布于安阳市、濮阳市和鹤壁市。在高温热害类型上,商丘市南部更容易发生连续型高温热害;漯河市和周口市更容易发生非连续型轻度高温热害,南阳市南部更容易发生非连续型中度和重度高温热害,驻马店市南部更容易发生非连续型重度高温热害。

玉米苯丙氨酸解氨酶(PAL)家族基因分析及ZmPAL5的功能研究

【目的】挖掘玉米抗旱关键基因、揭示其抗旱分子机制,为培育抗旱玉米新品种提供基因资源和理论指导。【方法】采用转录组数据结合加权基因共表达网络(weighted gene co-expression network,WGCNA)与抗旱性生理生化指标的筛选方法,鉴定与抗旱和复水相关的ZmPAL基因。利用生物信息学方法对编码PAL的基因进行全基因组分析。运用实时荧光定量PCR(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)检测ZmPAL基因在干旱处理条件下的表达情况,以及ZmPAL5在不同自交系间的表达特性和在不同组织中的表达模式。最后,利用遗传转化分析ZmPAL5在玉米中的抗旱功能,并借助CRISPR/Cas9技术对PAL5同源基因进行缺失型拟南芥突变体的抗旱性分析。【结果】鉴定了19个玉米ZmPAL基因,其中6个基因聚集在第5染色体上,其编码蛋白多为亲水性酸性蛋白,且PAL家族基因的进化相对保守。ZmPAL基因启动子区域含有大量与激素和非生物应激响应相关的顺式作用元件。确定了6个核心基因,其中4个基因在干旱处理后显著上调表达。尤其是ZmPAL5在干旱胁迫后表达量增加了8.57倍。在干旱胁迫和复水处理条件下,发现抗旱自交系郑8713中ZmPAL5的表达水平显著高于旱敏感自交系B73。同时,ZmPAL5是一个组成型表达基因,在幼茎中表现出高水平的表达。过表达ZmPAL5玉米在干旱胁迫下生长良好,其相对含水量、木质素、叶绿素、可溶性蛋白、脯氨酸含量,以及超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶的活性分别是野生型的1.52、1.49、1.47、1.43、1.44、1.41、1.53、1.41和1.35倍,但丙二醛含量是野生型的0.65倍。PAL5缺失型拟南芥突变体对干旱敏感。在干旱胁迫下,其生理生化指标与过表达ZmPAL5玉米的指标变化趋势相反。【结论】筛选出6个响应干旱胁迫的核心基因(ZmPAL3、ZmPAL5、ZmPAL6、ZmPAL8、ZmPAL11和ZmPAL13),其中,ZmPAL5的表达量与抗旱性呈正相关。ZmPAL5通过影响渗透调节物质含量和抗氧化酶活性正向调节植物的抗旱性和恢复能力。

雪腐微座孢引起新疆小麦雪腐病的病原鉴定及生物学特性分析

【目的】研究新疆伊犁哈萨克自治州(简称伊犁州)冬小麦主产区小麦雪腐病病原菌种类、生物学特性,为农药研制及该病害防控提供科学依据。【方法】通过组织分离法,分离冬小麦雪腐病病原菌并接种到健康小麦上验证其致病性,结合生物学特征及ITS基因序列分析鉴定病原菌种类,采用生长速率法研究病原菌生物学特性。【结果】分离获得的菌株YLXF-1、YLXF-2及YLXF-3均可侵染健康小麦,且发病症状和田间症状相同;病原菌为Microdochium nivale。病原菌在5~35℃、pH值3~12、不同光照条件及供试培养基上均可生长,且大部分供试碳、氮源均可利用,具有较强的环境适应性。病原菌在20℃、pH值8、12 h光暗交替培养和PDA培养基上菌丝生长较快,利用率较好的碳源、氮源分别为蔗糖和牛肉膏。【结论】新疆伊犁州冬小麦主产区小麦雪腐病病原菌为M.nivale,病原菌菌丝最适生长温度为20℃,pH值8,光照为12 h光暗交替,培养基为PDA,最佳碳源为蔗糖,最佳氮源为牛肉膏。

盐碱地花生棉花等幅间作对花生光合特性及产量效益的影响

为充分利用盐碱地土地及温光热资源,明确盐碱地花生/棉花等幅间作种植模式下,不同垄行位置对花生光合产物积累和光合特性的影响,提高盐碱地农业生产综合效益,在田间条件下,采用花生/棉花6∶4等幅间作周年轮作高效种植模式,研究花生带不同垄行位置对其光合产物积累、光照强度、叶绿素荧光特性等的影响及产量和效益的变化。结果表明:(1)盐碱地花生/棉花等幅间作种植模式较花生单作可显著增加花生主茎高、侧枝长、功能叶片非光化学荧光淬灭系数(NPQ),显著降低生物量、相对叶绿素含量(SPAD)、叶面积系数(LAI)、净光合速率(P_(n))、蒸腾速率(T_(r)),产量明显降低;间作棉花果枝数、单株铃数、铃重和产量均明显提高,间作系统综合经济效益显著提高。(2)间作系统中花生带两边垄行(IP1、IP3)、单作花生和单作棉花的冠层光照强度峰值均出现在12:00,但中间垄行(IP2)花生冠层辐射强度峰值滞后到14:00,且间作花生带两边垄行冠层光照度显著低于花生单作处理。(3)间作系统中,花生花针期后垄行位置对光合效率的影响显著,中间垄行SPAD、LAI和NPQ值均显著高于两边垄行,而两边垄行间无明显差异;但P_(n)、气孔导度(G_(s))和T_(r)受试点和垄行位置影响显著,其中东营市试点花生各生育期的各垄行位置间均无显著差异,而高唐县试点间作花生功能叶P_(n)、G_(s)和T_(r)均显著低于单作处理,且间作处理的IP2垄行显著高于IP1、IP3两边垄行。(4)两试点间作棉花和花生产量低于其单作处理,但综合效益较传统植棉收益分别提高11.94%(东营)和27.08%(高唐),间作系统土地当量比大于1.02。

43个玉米自交系遗传多样性分析及其杂种优势群划分

利用SSR标记对43个玉米自交系进行遗传多样性分析,从100对SSR引物中筛选20对扩增带清晰且具有稳定多态性的引物。结果表明,20对引物在供试材料中共检测出71个等位基因变异,平均每对引物检测到等位基因数3.55个,变幅在2~5个之间;每个标记位点的多态性信息含量(PIC)变幅为0.335~0.796,平均多态性信息量为0.533;表明43个自交系具有较为丰富的遗传多样性。43个自交系之间的遗传相似系数变幅为0.441~0.938。UPGMA聚类分析结果表明,43个自交系被划分为四大类群,聚类结果与系谱分析基本一致。

玉米逆境胁迫响应基因ZmbZIP84的克隆与功能验证

碱性亮氨酸拉链(Basic leucine zipper,bZIP)转录因子是真核生物中分布最广泛、结构极其保守的家族之一,在植物生长进程中发挥重要作用。为验证bZIP转录因子在逆境胁迫中发挥的作用,本研究通过分析转录组数据,筛选到27个参与干旱-复水胁迫的bZIP基因,计算相关性系数、构建共表达网络图发现ZmbZIP84(Zm00001d053988)是核心节点基因;该基因位于玉米第4号染色体,具有高度保守的bZIP结构域;分析理化性质,发现该基因是亲水性蛋白且属于不稳定蛋白;构建系统发育树,发现该基因与柳枝稷和高粱的亲缘关系最近;实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果显示,ZmbZIP84在玉米各组织中均有表达,成熟根中的表达量最高;设置20%聚乙二醇(PEG)-6000、42℃高温、200 mmol·L^(-1)NaCl以及缺乏铵态氮等模拟试验,发现该基因在高温、干旱、氮处理下表达量显著上调,而在NaCl处理下表达量下调,说明ZmbZIP84基因积极参与并响应非生物胁迫;利用CRISPR/Cas9技术获得ZmbZIP84基因的拟南芥同源基因缺失型纯合突变体,发现在高温、干旱胁迫处理下突变体植株生长受到严重抑制、叶片萎蔫、甚至干死,而野生型植株影响较小,说明在干旱、高温胁迫处理下,ZmbZIP84基因敲除后抗旱、耐高温能力下降;亚细胞定位发现该基因编码的蛋白位于细胞核。本研究结果可为后续研究ZmbZIP84基因的功能及下游靶基因的调控机制奠定基础,为培育抗逆性玉米新品种提供参考。

施氮量对不同夏玉米品种籽粒灌浆特性、产量和品质的影响

以脱水速率不同的2个夏玉米品种迪卡517(DK 517,脱水速率较快)和郑单1002(ZD 1002,脱水速率较慢)为材料,研究施氮量[0 kg/hm^(2)(N0)、180 kg/hm^(2)(N1)、300 kg/hm^(2)(N2)]对夏玉米籽粒灌浆特性、脱水速率、产量和品质的影响,以期为黄淮海夏玉米优质高效生产提供理论依据。结果表明,随着施氮量的增加,DK 517和ZD 1002籽粒干质量总体上均逐渐增加,行粒数和产量先增加后降低,籽粒粗蛋白含量增加,粗淀粉含量降低。N1处理总体上籽粒灌浆速率最大时的生长量和最大灌浆速率最高,活跃灌浆期最长,行粒数最多,进而产量最高,分别为9694.60 kg/hm^(2)和11204.56 kg/hm^(2),且籽粒粗蛋白含量较高。不同施氮量处理对不同脱水类型夏玉米品种籽粒灌浆特性影响不同。授粉后15~24 d,不同处理夏玉米籽粒含水量之间差异显著,授粉后58 d,DK 517籽粒含水量表现为N2>N1>N0,ZD 1002籽粒含水量表现为N1>N0>N2。授粉后49~58 d,N0处理籽粒脱水速率最高。与ZD 1002相比,DK 517籽粒灌浆速率最大时的生长量和最大灌浆速率较高,到达最大灌浆速率的时间较早,活跃灌浆期较短,籽粒含水量较低,灌浆前期籽粒脱水速率较低,中后期较高,行粒数、百粒质量和产量较低,籽粒粗脂肪含量较低,粗蛋白和粗淀粉含量较高。籽粒脱水速率与穗粗、秃尖长呈显著或极显著负相关,与穗长和粗淀粉含量呈显著或极显著正相关。综上,施氮180 kg/hm^(2)可促进夏玉米籽粒灌浆,提高产量和籽粒粗蛋白含量。

玉米花粉高温胁迫相关miRNA的筛选及其靶基因分析

以高耐热玉米品种郑单958、低耐热玉米品种先玉335为材料,以正常生长条件为对照,在花期进行高温胁迫,通过miRNA高通量测序筛选玉米花粉中的差异表达miRNA,然后预测其靶基因,并对靶基因的本体特征和代谢通路进行富集分析。结果表明,共筛选到818个miRNA前体序列。在郑单958高温胁迫花粉与对照花粉对比组(HT958 vs CK958)中共筛选到19个显著差异表达miRNA序列,其中15个miRNA序列上调表达,4个下调表达,3个miRNA序列达到极显著水平(P<0.01)。对这19个显著差异表达miRNA的靶基因进行预测,共获得了503个基因转录本,其富集较多的GO生物学过程条目分别为转录调控DNA-模板、微管生物学过程、磷酸化作用、RNA聚合酶Ⅱ正向调控转录过程、甲基化作用等,KEGG富集较显著的代谢通路分别是谷胱甘肽代谢、碳代谢、花生四烯酸代谢、糖酵解/糖异生、叶酸生物合成等。在先玉335高温胁迫花粉与对照花粉对比组(HT335 vs CK335)中共筛选到15个显著差异表达miRNA序列,其中7个miRNA序列上调表达,8个下调表达,1个miRNA序列达到了极显著水平(P<0.01)。对这15个显著差异表达miRNA的靶基因进行预测,共获得了454个基因转录本,其富集较多的GO生物学过程条目分别为转录调控DNA-模板、磷酸化作用、蛋白质磷酸化作用、蛋白质水解、DNA修复等,富集较显著的KEGG代谢通路分别是其他多糖降解、亚油酸代谢、代谢通路、硫胺素代谢、内质网内蛋白质加工过程等。在郑单958高温胁迫花粉与先玉335高温胁迫花粉对比组(HT985 vs HT335)中共筛选到85个显著差异表达miRNA序列,其中35个miRNA序列为上调表达,50个为下调表达,24个miRNA序列达到了极显著水平(P<0.01)。对这85个显著差异表达miRNA的靶基因进行预测,共获得了2 286个基因转录本,其富集较多的GO生物学过程条目分别为转录调控DNA-模板、磷酸化作用、蛋白质磷酸化、蛋白质水解、跨膜转运等,富集较显著的代谢通路分别是鞘脂类代谢、淀粉和蔗糖代谢、其他多糖降解、代谢通路、半胱氨酸及甲硫氨酸代谢等。在HT958 vs CK958与HT335 vs CK335对比组中共筛选到94个显著差异表达miRNA序列,其中(预测全新)PC-3p-10069_1143、(预测全新)PC-3p-18335_646、(玉米)zma-miR164f-5p等28个miRNA序列达到了极显著水平(P<0.01)。对这94个显著差异表达miRNA的靶基因进行预测,共获得了4 569个基因转录本,其富集较多的GO生物学过程条目分别为转录调控DNA-模板、磷酸化作用、蛋白质磷酸化、蛋白质转运、蛋白质水解等,其富集较显著的KEGG代谢通路分别是内质网内蛋白质加工过程、真核生物核糖体生物合成、剪接体、鞘脂类代谢、内吞作用等。