非生物胁迫对玉米杂交种及其亲本自交系产量性状的影响

以抗逆性较强玉米杂交种郑单958及其亲本(郑58、昌7-2)和抗逆性较差的杂交种陕单902及其亲本(K22、K12)为材料,在不同种植密度(45000株hm?2和75000株hm?2)、施氮量(112.5kghm?2和337.5kghm?2)和灌水量(正常灌水和前期干旱控水)条件下,分析了2个杂交种及其亲本产量及相关生理特性的变化规律。结果表明,在非生物胁迫条件下(高密度、低氮和前期干旱控水),与陕单902相比,品种郑单958叶面积指数、SPAD值、花后干物质积累量和产量的中亲优势值分别增加18%、9%、28%和22%;与陕单902亲本(K22、K12)比,郑单958亲本(郑58、昌7-2)叶面积指数、SPAD值、花后干物质积累量和产量的中亲值分别增加45%、36%、51%和45%;郑单958产量的中亲值和中亲优势显著高于陕单902,且中亲值增幅高于杂种优势值。玉米杂交种郑单958较陕单902增产的同时,增强了对非生物逆境适应的能力。玉米杂交种的抗逆性来自亲本自交系。玉米杂交种抗逆性强在于增强了花后叶片光合能力(较高的LAI和SPAD值),促进了花后干物质积累。

玉米胚乳细胞原生质体的分离与流式纯化

玉米胚乳是籽粒淀粉形成的主要场所,胚乳细胞的发育对籽粒的器官建成具有重要意义。分离胚乳细胞原生质体,能为胚乳培养、转录组分析等后续研究提供均一实验材料。本文在借鉴前人研究的基础上,通过调整酶的搭配种类、浓度以及质膜稳定剂、渗透压稳定剂的使用,优化了一套有效的玉米籽粒胚乳原生质体分离方法,并进一步运用流式分选技术纯化原生质体。结果表明,以1%纤维素酶、0.5%离析酶、0.5%半纤维素酶,在渗透压调节剂0.7～0.8 mol L–1和质膜稳定剂0.8 mol L–1的MS培养液内,30℃消解4 h,能够获得大量完整的粗制原生质体,二乙酸荧光素(FDA)染色表明纯化的原生质体仍能保持90%以上的生活力。流式分选术可将有活力原生质体从粗制原生质体悬浮液中富集、纯化出来。对一些原生质体分离和流式分选时的技术参数和影响因素进行了讨论。

盐对不同直链含量玉米淀粉理化特性及流变学特性的影响

分析了盐对不同直链含量玉米淀粉的理化特性及流变学特性的影响。结果表明,盐抑制了淀粉颗粒的膨胀,盐浓度越大,抑制作用越强。盐质量浓度为0 g/100 mL的蜡质淀粉和普通淀粉膨胀势在65℃到75℃迅速增加,2.0 g/100 mL时膨胀势在75℃到85℃迅速增加且幅度最小。蜡质淀粉和普通淀粉DSC图谱呈G峰和M2峰,高直链淀粉呈G峰。盐提高了凝胶化起始温度,蜡质淀粉从50.1℃增加到90.2℃,普通淀粉从56.6℃增加到99.6℃,高直链淀粉从98.8℃增加到105.7℃。盐也抑制了淀粉的糊化进程,盐浓度越大,糊化温度越高。普通淀粉的储存模量G',损耗模量G"和表观黏度η大于蜡质淀粉。普通淀粉和蜡质淀粉在低盐浓度(0.6g/100 mL)下的G'、G"和η值均大于高盐浓度(2.0 g/100 mL)。

源于陕A群、陕B群玉米自交系在不同密度条件下配合力分析

采用NC-II遗传设计,以郑58、昌7-2为测验种,与17份高密度条件下筛选的玉米自交系组配成34份杂交组合,2014—2015年分别于陕西杨凌、长武、榆林进行3种密度(45 000、67 500和90 000株hm–2)配合力分析试验。采用PROC VARCOMP分析不同密度条件下产量及耐密性相关性状的遗传效应,采用频率直方分布图研究不同密度条件下产量及耐密性相关性状一般配合力(GCA)平均数的变化规律,利用AMMI评价玉米自交系与杂交组合的稳定性。结果表明,产量、倒伏率、茎秆强度主要受加性遗传效应控制,空秆率主要受非加性遗传效应控制。加性遗传效应对产量及耐密性相关性状的贡献率随种植密度的增加呈上升趋势。玉米自交系产量、空秆率、倒伏率、茎秆强度的一般配合力频率均属于正态分布,随着种植密度的增加,产量GCA的平均值提高了0.28,空秆率GCA平均值降低了0.21,倒伏率GCA平均值降低了0.03,茎秆强度GCA平均值增加了0.02。玉米杂交组合产量与玉米自交系产量GCA密切相关(r=0.877**,r=0.811**,r=0.672**)。随着种植密度的增加,表现稳定的玉米自交系及杂交组合的数量呈上升趋势。因此,强化逆境选择压力,实施高密度选择策略,是增强玉米自交系耐密性和抗倒性,提升一般配合力,实现产量增益的有效措施。

陕A群、陕B群选育的玉米自交系氮效率评价

为阐明不同类型玉米自交系氮效率差异特征,筛选氮高效的玉米自交系,以陕A群、陕B群选育的33份玉米自交系为材料,以4份骨干自交系(‘郑58’、‘昌7-2’、‘PH6WC’和‘PH4CV’)为对照,调查了2种施肥条件下[0 kg(N)·hm?2、180 kg(N)·hm?2]玉米自交系的穗位叶SPAD值、叶面积、干物质积累量、叶片、茎秆和籽粒氮含量等生理指标。利用主成分分析和模糊隶属函数,采用逐步回归分析方法建立最优回归方程,筛选耐低氮性综合评价指标。结果表明:穗位叶SPAD值、吐丝期绿叶面积、吐丝期茎干重、吐丝期叶干重和籽粒氮含量,可作为玉米自交系耐低氮能力的第2性状筛选指标。以产量作为第1性状指标,可将37份玉米自交系划分为14份高产氮高效型,5份低产氮高效型,15份低产氮低效型和3份高产氮低效型。以耐低氮能力综合值D值筛选,将37份玉米自交系可分成3种类型,其中耐低氮能力较强的15份(D值≥0.5),耐低氮能力中等的15份(0.35≤D值<0.5),耐低氮能力较差的7份(D值<0.35)。综合分析,2种施氮条件下,‘KB215’、‘KB417’、‘KA225’、‘KB081’和‘L123098-2’5份玉米自交系具有吐丝期绿叶面积大,吐丝期茎叶干重、籽粒氮含量高和籽粒产量高,耐低氮能力强的特点。因此,强化育种环境的选择压力,实施低氮选择策略,可有效提高玉米种质对氮肥的利用效率。

多环境下玉米株高和穗位高的QTL定位

【目的】通过对玉米株高和穗位高进行多环境的QTL分析,寻找能够稳定表达的株高和穗位高主效QTL,以为玉米理想株型的分子育种提供理论依据。【方法】以优良玉米自交系许178×K12衍生的150个F7代重组自交系(recombinant inbred lines,RILs)群体为试验材料。首先,从Maize GDB中选取495个SSR标记进行亲本间多态性筛选,利用具有多态性的标记进行群体基因型分析,使用Map Maker V3.0软件划分标记的连锁群并构建遗传连锁图谱。其次,采用Ici Mapping V4.0软件的完备区间作图法(inclusive composite interval mapping,ICIM)进行2年3点(陕西榆林、陕西杨凌、辽宁葫芦岛,2014—2015年)表型值及育种值的株高和穗位高QTL分析。最后,对株高和穗位高进行条件QTL分析,对照非条件QTL分析的结果,探讨株高和穗位高在QTL水平上的遗传关系。【结果】构建的遗传连锁图谱共包含191个SSR标记,图谱全长2 069.1 c M,平均图距10.8 c M。6种环境和育种值中,共检测到10个株高QTL和8个穗位高QTL,分布于第1、3、4、5、6、7、8和10染色体上,LOD介于3.25—8.36,加性效应值介于-6.41—8.70,单个QTL贡献率在6.96%—27.41%。这些QTL中有6个能在3种及以上环境中被检测到,且贡献率大于10.00%,是控制株高和穗位高的主效QTL。位于染色体Bin5.01/5.02区域同一位置的2个QTL在6种环境中被检测到,LOD介于3.25—6.48,加性效应值介于4.05—8.70。位于染色体Bin3.03/3.04区域同一位置的2个QTL在5种环境中被检测到,LOD介于4.71—8.36,加性效应值介于4.93—6.36。位于染色体Bin6.02区域同一位置的2个QTL在3种环境中被检测到,LOD介于3.52—5.21,加性效应值介于4.38—8.16。它们的增效等位基因均来自母本许178。条件QTL分析和非条件QTL分析的结果表明,这3个染色体区域的6个QTL是3个同时控制株高和穗位高的一因多效位点。【结论】玉米株高和穗位高的遗传受环境影响较大,大部分QTL只能在1种或2种环境中被检测到,3个主效QTL可以在3种及以上环境中被检测到,能够稳定地遗传,且贡献率高,有望在分子育种上得到应用。

供氮和不供氮条件下玉米穗部性状的QTL定位

【目的】分析供氮(+N)和不供氮(–N)2种条件下玉米穗部性状QTL定位结果的差异,挖掘在–N条件下特异表达的主效QTL,为玉米的氮高效分子育种提供理论依据。【方法】以优良玉米自交系许178(氮高效)×K12(氮低效)衍生的150个F7代重组自交系(recombinant inbred lines,RILs)为试验材料,在+N和–N 2种处理条件下进行2年的田间试验,对玉米的穗长、穗粗、穗行数、行粒数和单株产量共5个穗部性状进行表性鉴定。使用基于混合线性模型(mixed liner model,MLM)的最佳线性无偏预测法(best linear unbiased prediction,BLUP),结合2年的表型数据,估计各家系各性状在不同氮水平下的育种值。然后利用QTL IciMapping V4.0软件的完备区间作图法(inclusive composite interval mapping,ICIM)对这5个性状的育种值进行+N和–N条件下的QTL分析。【结果】玉米的穗长、穗粗和穗行数在不同氮水平下差异不大,而行粒数和单株产量在–N条件下呈现出显著降低的结果。两种氮水平下共定位到20个穗部性状QTL,其中+N条件下定位到11个QTL,包括穗长2个、穗粗1个、穗行数2个、行粒数1个和单株产量5个。–N条件下定位到9个QTL,包括穗长1个、穗粗1个、穗行数2个、行粒数1个和单株产量4个。这些QTL分布在除第2染色体以外的其余染色体上。两种氮水平下定位到5个"一致性QTL",分别为qEL7a,qED7a,qRNE9b,qGYP1a和qGYP6a,这5个"一致性QTL"具有较高的表型贡献率,在不同氮水平下的贡献率均超过了10.00%。在–N条件下共发现4个特异表达的QTL,分别为qRNE9a,qKNR6a,qGYP3a和qGYP8a,其中qRNE9a和qGYP3a是贡献率超过10.00%的主效QTL。无论是在+N还是–N条件下,都发现了控制不同性状的基因之间紧密连锁或是同一个基因的一因多效现象,这与穗部各性状间的高度相关性表现一致。【结论】控制玉米穗部性状的基因在不同氮水平下的特异性表达直接导致了玉米穗部性状表型上的差异。5个"一致性"主效QTL和2个在不供氮条件下特异表达的主效QTL,均有利于提高玉米抵抗低氮胁迫的能力。研究中发现的几个控制玉米穗部性状的QTL富集区可能存在一些关键基因,值得进一步研究。

玉米直链淀粉的分离与鉴定

以高直链玉米淀粉和普通玉米淀粉为原料,比较凝沉法等5种提取方法在直链淀粉提取效率及品质上的差异。结果表明:在同一提取方法下,不同淀粉原料的直链淀粉平均提取率无明显差异;利用同种淀粉原料,5种提取方法中以蒸馏分散法和DMSO盐析法提取率最高,分别为33.22%和34.67%;高速凝沉法提取率最低,为16.36%。不同提取方法获得的直链淀粉在蓝值、吸收光谱、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)5个纯度参数上存在差异;提取率高的方法获得的直链淀粉往往纯度偏低,提取率低的方法获得的直链淀粉纯度高。综合考虑认为,高转速凝沉法和二甲基亚砜(DMSO)分散法优于其他3种方法。虽然提取率略低,但纯度更高。

氮素对吐丝后不同保绿型玉米自交系生理生化特性的影响

以玉米自交系178(保绿型)和K12(非保绿型)为材料,采用大田试验,设置2个氮处理,研究2个不同保绿型自交系花粒期叶片光合特性、保护酶活性与氮同化的差异性。结果表明,2个自交系在吐丝期后14d前后光合性能达到最大,而从吐丝21d后又呈现迅速下降趋势;抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性在吐丝14d左右达到峰值后开始下降,丙二醛(MDA)含量一直升高。保绿型玉米活性氧清除系统活性显著高于非保绿型玉米自交系,且表现出更高的光合势和更强的耐低氮能力,最终在产量方面保绿型表现更突出,因此,认为保绿性可作为筛选氮高效玉米自交系的一个重要农艺性状。

基于SNP标记的玉米自交系遗传多样性分析

以陕A、B群体培育的23份玉米自交系和8个骨干玉米自交系为材料,利用2 846个高质量SNP标记,进行群体遗传结构、遗传多样性和类群间遗传关系分析。结果表明,陕A群体选系的多态性位点2 482个,陕B群体选系的多态性位点2 490个,说明陕A、B群自交系间遗传基础广泛。通过PCA分析,陕A、B群体培育的23份玉米自交系可分为2个部分,陕A群选育的自交系更接近于丹340、郑58、掖478、PH6WC,可归为一类杂种优势群;陕B群选育的自交系更接近于Mo17、黄早四、昌7、PH4CV,可归为另一类杂种优势群。

两种密度下不同玉米品种的高产稳产及适应性分析

运用变异系数法、回归系数法、高稳系数法、非参数度量法、AMMI模型等分析方法,以产量为指标,在两种密度下,对7个玉米品种在7个地点的产量特征及适应性进行分析。结果表明,郑单958、CX712和陕单609在低密度和高密度条件下均表现出较高的生产潜力和较强的稳定性,具有良好的适应性,适合在西北地区推广种植。以丰产指数Pi和P′i等多个参数为指标,进行类平均法(UPGMA)系统聚类分析,7个品种可被划分为四类,Ⅰ类为CX712、陕单609和郑单958;Ⅱ类为农华101;Ⅲ类为先玉335;Ⅳ类为陇单9号和真金8号。

陕A群、陕B群选育的玉米自交系抗旱性鉴定

以陕A群、陕B群在多环境、少施肥和少灌溉条件下选育的33份玉米自交系和4份骨干玉米自交系为材料,通过大田控水试验,调查玉米自交系的穗位叶SPAD值、干物质积累量和茎秆强度等生理指标,采用逐步回归分析方法建立最优回归方程,筛选抗旱性的评价指标。结果表明,穗位叶SPAD、茎秆强度和花后干物质积累量可作为玉米自交系抗旱性的第2性状筛选指标。以子粒产量作为第1性状指标,可将37份玉米自交系划分4种类型,高产抗旱型12份,低产不抗旱型13份,低产抗旱型7份和5份高产不抗旱型。以抗旱指数和抗旱隶属度为指标,将37份玉米自交系可分成3种类型,其中,抗旱性较强的玉米自交系2份,抗旱性中等的玉米自交系15份,抗旱性较差的材料20份。综合分析,2013KB-47、2013KB-37、KA225、KB081、L123098-2和KA105共6份玉米自交系具有穗位叶SPAD高、茎秆强度大、花后干物质积累量高和子粒产量高、抗旱指数高和抗旱能力强的特点。

不同环境条件下玉米叶夹角的QTL定位

以150个重组自交系群体为供试材料，利用完备区间作图法，对两年三点试验的穗三叶叶夹角表型数据进行QTL定位分析。结果表明，6个环境下共定位到34个QTL，各个染色体上均有分布，单个QTL可解释4．98％-22．78％的表型变异。控制叶夹角的QTL受环境的影响较大，大部分QTL只能在一种环境下被检测到，其中，有3个QTL（qSecLA1-1、qThiLAl-I和qThiLA5-1）分别在3种及以上环境中同时被检测到，是控制玉米叶夹角的主效QTL。

密植条件下不同玉米品种产量及子粒营养品质相关性状研究

试验以陕单609、榆玉3号、先玉335、郑单958、秋润100、陕单636为供试品种,在67 500株/hm2和82 500株/hm2两种种植密度下,研究增密对不同玉米品种子粒产量和营养品质的影响。结果表明,随着密度的增加,子粒产量、收获穗数、群体干重和LAI显著增加,穗粒数、百粒重和子粒蛋白质含量呈下降趋势,淀粉含量和粗脂肪含量不同品种间呈现不规律变化。密植条件下,品种间子粒产量差异更为明显,陕单609、先玉335和榆玉3号的产量显著高于其他品种,分别较郑单958增产1.98%、11.26%和2.37%。陕单636增密后影响产量的主要因素是粒重,先玉335和郑单958增密后影响产量的主要因素是穗粒数,陕单609、榆玉3号和秋润100增密后影响产量的因素是穗粒数和粒重。因此,选择优良品种,适当增加玉米种植密度,加强田间管理,保证穗粒数和粒重稳定,是实现玉米密植高产优质的重要途径。

土壤温度对作物根区环境及玉米根冠生长的调控研究进展

土壤温度对作物的生长发育具有很强的调控作用。在全球气候变化背景下,根区土壤温度对玉米生长的影响及其调控机制已成为当前研究的一个热点。结合目前农业生产中土壤低温和高温对玉米造成危害的现状,从土壤温度对作物根区土壤环境以及玉米根系生长、冠层发育与产量形成的影响方面,综述土壤温度对玉米生长发育调控作用的研究进展,介绍改变土壤温度的措施以及对玉米土壤温度研究的发展方向进行展望,为今后的研究提供参考。