玉米低植酸自交系的鉴定及其连锁分子标记的初步筛选

降低玉米植酸含量对于改善玉米营养品质具有重要的意义,挖掘低植酸玉米种质,培育低植酸品种是一种有效降低植酸的途径。在前期工作中,我们筛选获得并初步鉴定了1个低植酸的玉米自交系齐319。本研究进一步鉴定了该自交系的植酸含量,发现它仅为常规玉米自交系的1/4左右,田间发现,其发芽率略低,但发芽后的植株生长正常,进而利用齐319与Lpa241杂交获得F₂群体,分析表明F₂群体的植酸含量呈现分离, 符合3∶1比例, 确定该性状受隐性单基因控制,在此基础上,初步筛选了与低植酸性状连锁的分子标记,发现第2染色体长臂上的2个标记(IDP7818和IDP7635)与低植酸性状连锁。这一工作为分子标记辅助的玉米低植酸育种奠定了基础。     

低磷胁迫对玉米自交系齐319和其突变体齐319-96叶片光合作用、叶绿素荧光特性的影响

为了解低磷胁迫下不同磷利用效率玉米叶片在光能的吸收、分配和过剩激发能的耗散方面的差异,以利用细胞工程技术获得的不同磷利用效率玉米齐319 和Qi319-96 为材料,采取水培的方法,研究了低磷(KH2PO4 5 μmol/L,-P)和正常供磷(KH2PO4 1000 μmol/L,+P) 2 个供磷水平对玉米叶片的光合作用及叶绿素荧光参数的影响。结果表明：低磷胁迫下突变体齐319-96 叶片的光能转换和电子传递效率高于玉米自交系齐319;突变体齐319-96 叶片吸收的光能用于光化学反应部分显著高于齐319;通过天线热耗散部分的能量低于齐319;二者通过其他途径耗散过剩光能的部分差异不显著。叶片通过活性氧清除系统对过剩光能耗散作用在自交系齐319 和突变体齐319-96 间差异不显著。低磷胁迫下与齐319 相比,突变体齐319-96 叶片中的无机磷含量显著提高。与自交系齐319 相比低磷下自交系齐319-96具有更高的光能利用效率和碳同化速率,推测不同磷效率玉米自交系之间光合特性差异与叶片中无机磷含量的差异有关。     

AsA-GSH循环对水稻突变体耐汞性的作用

以水稻中花11及其汞耐性突变体的溶液培养, 研究了在0.4 mmol L^-1 Hg²⁺胁迫下汞耐性突变体的活性氧代谢及抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环的变化。结果表明, Hg²⁺胁迫下, 突变体叶片中的H₂O₂含量、产生速率和MDA含量、GSSG含量、DHA含量显著低于野生型; 突变体叶片中GSH/GSSG和AsA/DHA的比值均高于野生型, 同时突变体根和茎中的Hg²⁺含量明显高于野生型。说明汞耐性突变体体内AsA-GSH循环在Hg²⁺胁迫下仍能保持较高的运转效率和清除活性氧的能力, 在其耐汞性中起重要作用。     

矮杆和半矮杆大豆突变体植株生长对外源GA3的响应

矮杆和半矮杆突变体是研究植物基因功能和培育高产作物新品种的重要材料。本研究以矮杆和半矮杆大豆突变体与各自野生型品种为材料, 利用外源赤霉素(GA₃)处理不同发育时期植株, 研究植株生长速率和成熟期株高性状发育对外源GA₃的响应及主茎纵向细胞的形态学变化, 分析两类突变体与各自野生型之间的内源赤霉素含量差异。结果表明, 外源GA₃(40 mg L^-1)对半矮杆和矮杆突变体的作用效果明显不同, GA₃处理后半矮杆突变体植株在不同测定时段的平均生长速率达到2.76 cm d^-1, 而矮杆突变体的平均生长速率仅为0.92 cm d^-1, 而且成熟期半矮杆突变体植株的平均高度、主茎平均节间长度与节间纵向细胞长度均显著超过对照, 外源GA₃能够恢复其正常的野生型株高表型; 而矮杆突变体较对照的上述3项增幅均明显小于半矮杆型, 外源GA₃不能恢复其正常的野生型株高表型。说明半矮杆突变体的植株生长对外源GA₃有明显响应, 为GA₃敏感型突变体; 而矮杆突变体仅在生育前期对外源GA₃有一定程度响应, 为GA₃钝感型突变体。半矮杆和矮杆突变体成熟期植株的内源GA₃₊₁含量均显著低于各自野生型品种, 这可能是二者表型矮化的生理原因。     

玉米自交系H99与齐319幼胚愈伤组织诱导条件的优化

以优良玉米自交系H99与齐319为研究材料,采用正交试验设计L9(34),探讨了2,4-D、CaCl2、AgNO3三个因素不同浓度组合对玉米幼胚愈伤组织形成的影响.结果表明:2,4-D、CaCl2、AgNO3对两个自交系胚愈伤组织诱导率均有影响,其中H99所需2,4-D、CaCl2、AgNO3最佳浓度组合为2mg/L、5mmol/L、8mg/L或2mg/L、5 mmol/L、12mg/L；自交系齐319所需2,4-D、CaCl2、AgNO3的最佳浓度组合为2mg/L、4mmol/L、10mg/L或2mg/L、5mmol/L、10mg/L.本研究为基于这两个自交系的玉米遗传转化提供了优化的愈伤组织培养条件.     

玉米抗丝黑穗病的基因效应

利用2个抗玉米丝黑穗病自交系（齐319和Mo17）与2个感病系（E28和黄早四）,组配4个抗感杂交组合。2004年,对4个组合的亲本、F₁、F₂、BCR（F₁与抗病亲本回交1代）和BCS（F₁与感病亲本回交1代）6个世代群体分别在北京和黑龙江进行丝黑穗病的人工接种鉴定,采用世代平均值分析玉米抗丝黑穗病的遗传特点。研究表明,各杂交组合的抗病性均含有显著的加性效应,其中3个组合有显著的显性效应。不同杂交组合的抗病遗传模式表现不同,用感病亲本E28组配的2个组合（齐319×E28）和（Mo17×E28）的抗病性基本符合加性-显性遗传模型;而用另一个感病亲本黄早四组配的组合（齐319×黄早四）和（Mo17×黄早四）的抗病性存在明显的上位性效应。这说明玉米对丝黑穗病的抗性呈现较复杂的遗传模式。因此,在抗玉米丝黑穗病育种中既要重视对自交系抗病水平的鉴定,也要加强杂种F₁的合理组配及抗病性评估。     

低磷胁迫对玉米生物学特性及伤流性状的影响

以2份高耐低磷和2份对低磷胁迫高度敏感的自交系为材料,采用河沙盆栽的方法,研究低磷胁迫对玉米地上部生物学性状及伤流性状的影响。结果表明,自交系的总体耐低磷能力为178＞511＞＞492＞9782。低磷胁迫下,植株伤流强度减小,伤流液中的磷、游离氨基酸和可溶性糖的浓度和转运速度都下降,且低磷胁迫对伤流成分转运速度的影响大于对浓度的影响。耐性自交系各性状受低磷胁迫的影响小于敏感自交系。相对伤流强度、伤流液中磷、游离氨基酸和可溶糖的相对转运速度与地上部生物学性状相对值极显著正相关,可以作为玉米耐低磷特性鉴定的生理指标。     

不同磷水平下2个玉米品种磷素分配与植酸磷积累的研究

植酸是谷物种子磷的主要贮存形式,降低玉米籽粒中植酸磷含量对减少粪磷污染有重要意义。利用田间试验,研究了不同供磷水平对2个玉米品种生长期间不同部位磷含量与籽粒植酸磷积累的影响。结果表明：施用磷肥可以提高2个玉米品种籽粒中总磷和植酸磷的含量以及积累量;金海5号的植酸磷含量与积累量均高于浚单20;植酸磷占全磷的比例在50％－62％之间,高植酸品种金海5号略高于低植酸品种浚单20;随着施磷肥水平的增加,降低了2个品种根、雄穗、穗轴等部位的磷转移率,但各部位转移到籽粒中的总磷的比例受施磷影响较小;玉米乳熟期穗位叶、苞叶、完熟期籽粒磷含量及磷积累量与植酸磷积累量成显著正相关。     

玉米自交系18-599(白)转化受体体系的建立和转barnase基因植株的获得

以抗病优质综合性状优良的玉米自交系18-599（白）为试材,优化其遗传转化受体体系,并进行了barnase基因的转化。结果表明,在基于N6和MS培养基的8个方案中,N6-4培养基是转化受体系统建立的最佳培养基;幼胚的最佳接种长度为1.6 mm;用于转化的幼胚愈伤组织继代次数最好控制在5次之内。利用18-599（白）优化受体体系进行了barnase基因的基因枪转化,用除草剂Basta作筛选剂,其致死浓度为8 mg L^-1,3轮筛选的Basta浓度依次为6、8和6 mg L^-1。对转化植株的分子检测和大田不育性状观察表明,获得了转barnase基因的雄性不育18-599（白）转化植株。     

一个新的玉米Vp15基因等位突变体的遗传分析与分子鉴定

在玉米繁种过程中发现一个玉米穗发芽突变体(viviparous), 命名为vp-like4。经过连续多代自交发现该突变体性状能稳定遗传, 并且表现为隐性单基因控制。以vp-like4与自交系Mo17杂交构建F₂遗传定位群体, 利用BSR-Seq方法, 将目的基因定位于玉米第5染色体173.8~175.6 Mb之间。通过基因组序列信息分析发现, 在此定位区间内存在一个已报道的Vp15基因。Vp15基因编码钼喋呤合酶小亚基, 参与类胡萝卜素裂解为ABA的过程。利用2个独立的vp15突变体vp15-umu1和vp15-DR1126的杂合体, 分别与vp-like4突变体杂合体做杂交进行等位测验, 发现杂交后代中正常籽粒与穗发芽籽粒比例符合3∶1分离比。基因组序列分析发现vp-like4突变体中Vp15基因在第2外显子末端及3°非翻译区有60个碱基的缺失, 与所报道的vp15突变体vp15-umu1、vp15-DR1126均在第2个外显子有Mutator转座子插入的突变方式不同。进一步通过RT-PCR检测发现, vp-like4突变体中Vp15基因的表达量显著降低。以上实验证据表明, vp-like4是一个新的Vp15基因等位突变体。     

玉米持绿与早衰品种叶片衰老过程中光化学活性的变化

为了探讨不同衰老型玉米叶片在衰老过程中光化学反应及其对光合能力维持的贡献, 本研究使用持绿玉米品种“齐319”和早衰玉米品种“黄早四”, 在控制的条件下, 用乙烯利诱导离体叶片衰老, 通过快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(OJIP曲线)和820 nm光吸收等技术, 研究了衰老过程中叶片叶绿素含量、光合速率、光系统I (PSI)、光系统II (PSII)以及光合电子传递体活性的变化。结果表明, 在衰老过程中, 齐319叶片叶绿素含量和光合速率的下降速度明显慢于黄早四, 是功能型持绿品种。玉米叶片的衰老伴随着OJIP曲线的J、I、K、L点荧光的增加, 以及远红光诱导820 nm光信号落差的下降。与齐319相比, 黄早四叶片的OJIP曲线和820 nm光吸收曲线的变化更剧烈。我们认为, 在衰老过程中PSI和PSII光化学活性的快速下降和光合电子传递功能的衰退是玉米叶片光合能力迅速下降的重要原因之一。在此基础上, 讨论了衰老过程中玉米叶片中与光合作用有关蛋白与光合能力下降的可能关系。     

不同供肥条件下水分分配对旱地玉米产量的影响

以盆栽试验和田间试验研究了不同供肥条件下不同生育期水分状况对玉米产量的影响。结果表明，任何生育期的土壤干旱胁迫均会导致玉米减产，肥料供应充足时减产幅度较小；干旱胁迫越严重，肥料的这一作用越显著。无论正常供肥还是低肥，玉米对抽雄期土壤水分最敏感，防止这一时期干旱胁迫对保证玉米产量具有重要意义。拔节期是旱地玉米有限灌溉的另一个关键时期，水分的增产潜力很大，低肥时增加拔节期土壤水分供应效果更显著。玉米苗期并不耐旱，尤其是低肥时苗期干旱显著影响玉米的籽粒产量。在相对含水量45%~90%范围内，玉米产量随土壤含水量的增加而增加，但增加幅度与肥料供应和生育期有关。玉米获得最高产量的土壤水分条件与肥料供应密切相关，与正常供肥相比，低肥时所需土壤含水量较低。玉米增产的肥效大于水效，产量随肥料投入的增加显著提高，水分胁迫条件下增加肥料供应同样具有增产作用。肥料供应不足时水分的增产作用会受到限制。在现有的水资源条件下，提高肥料供应水平是旱地玉米增产的主要途径。     

常用玉米自交系抗旱性及抗旱性鉴定指标研究

采用人工水分胁迫处理,通过植物生理学方法,对10个常用玉米自交系进行了抗旱性研究。结果表明,不同玉米自交系存在明显差异,沈136、齐319、丹598和沈137耐旱性较好,可以作为玉米耐旱育种的基础材料。干旱胁迫下,玉米植株叶片相对含水量、丙二醛含量、电导率和ASI与玉米子粒产量极显著相关,能够比较准确地评价玉米自交系抗旱性的强弱,和抗旱系数、抗旱指数一样可以作为玉米育种耐旱自交系筛选的鉴定指标。     

施氮量对济麦20旗叶光合特性和蔗糖合成及籽粒产量的影响

在田间高产条件下,研究了施氮量对强筋小麦品种济麦20旗叶光合特性、蔗糖合成及籽粒产量的影响。结果表明,在0～168 kg hm^-2施氮量范围内,随施氮量的增加,旗叶蒸腾速率提高,气孔导度增大,细胞间隙二氧化碳浓度降低,旗叶净光合速率与蔗糖磷酸合酶活性显著提高,从而促进旗叶蔗糖合成,提高生物产量、籽粒产量和氮肥利用率;施氮量增加至240 kg hm^-2,旗叶净光合速率、蔗糖磷酸合酶活性、蔗糖含量和生物产量显著提高,但收获指数降低,籽粒产量和氮肥利用率无显著变化。施氮量继续增加至275 kg hm^-2,旗叶蒸腾速率、气孔导度、气孔限制值和净光合速率均显著降低,细胞间隙二氧化碳浓度则显著升高,旗叶光合作用受非气孔限制,蔗糖磷酸合酶活性、蔗糖含量、生物产量和收获指数均显著降低,籽粒产量减少,氮肥利用率降低。在本试验条件下,济麦20的适宜施氮量为168~240 kg hm^-2。     

二氧化硫对玉米细胞过氧化氢酶活性的影响

对亲缘关系较远的鲁单981、莱农14、DH3、苏玉9号和掖单2号5个玉米杂交种采用简易自制密闭式熏气装置的短时处理,通过酶活性测定、同工酶电泳及RT-PCR检测,初步研究了二氧化硫(SO₂)对玉米过氧化氢酶(CAT)活性的影响。结果表明,相同浓度的SO₂对不同玉米品种CAT活性的影响不同。用60 mg m^-3 SO₂熏气处理敏感玉米品种鲁单981和不敏感玉米品种掖单2号,其CAT活性分别下降59%和38%。当逆境因子SO₂去除后,CAT活性逐渐恢复,处理后48 h基本恢复到正常水平。酶活性测定、同工酶电泳及RT-PCR分析取得了一致的结果。因此认为,CAT在SO₂对玉米的伤害和玉米对SO2的抗性中可能具有重要的作用。     

基肥配比和拔节期追氮对糯玉米淀粉糊化特性的影响

为明确糯玉米淀粉糊化特性在不同肥料处理下的变化, 从而改良淀粉的糊化特性, 以糯玉米品种苏玉糯4号为材料, 采用二因素裂区设计, 研究了不同基肥处理(纯N 75 kg hm^-2、纯N 75 kg hm^-2 + K₂O 70 kg hm^-2、纯N 75 kg hm^-2 + P₂O₅ 65 kg hm^-2和纯N 75 kg hm^-2 + P₂O₅ 65 kg hm^-2 + K₂O 70 kg hm^-2)和拔节期追氮(0、150和300 kg hm^-2)对糯玉米淀粉糊化特性的影响。结果表明, 和仅基施氮相比, 增施磷或(和)钾可显著降低峰值黏度和崩解值, 提高谷值黏度、终值黏度和回复值。随着拔节期追氮量的增加, 峰值黏度、谷值黏度、终值黏度逐渐升高, 回复值先升后降, 而崩解值在追施氮150 kg hm^-2和300 kg hm^-2时无显著差异, 但均大于不施追肥处理。峰值黏度与谷值黏度、终值黏度、崩解值极显著正相关(相关系数分别为0.80**、0.87**和0.75**), 糊化温度与峰值黏度、谷值黏度和终值黏度显著负相关(相关系数分别为-0.65*、-0.62*和-0.60*)。在适宜基肥的基础上, 增加拔节期追氮量, 可以改良淀粉的糊化特性。在不同肥料处理中, 基施氮或氮磷并拔节期追施纯氮300 kg hm^-2及平衡基施氮磷钾并拔节期追施纯氮150 kg hm^-2时, RVA谱特征值较为理想(峰值黏度最高且回复值较低)。