不同种植密度和品种对夏玉米物质生产和产量构成的影响

以郑单309、郑单326、郑单958和中玉303等玉米品种为研究对象,在7个种植密度（6.00×10⁴、6.75×10⁴、7.50×10⁴、8.25×10⁴、9.00×10⁴、9.75×10⁴和10.50×10⁴株/hm²）条件下进行田间试验,研究不同种植密度和品种对夏玉米生育期内群体物质累积量和产量构成的影响。结果表明,高密度下株高和穗位高表现出明显优势,中玉303和郑单958的株高和穗位高表现相对较高。随生育期推进,植株群体干物质量显著增加,花前、花后和成熟期干物质量均随密度增加而显著增加,成熟期中玉303和郑单958的干物质量较郑单326和郑单309平均提高16.1%,花后干物质量占成熟期的比重以6.00×10⁴株/hm²密度处理下最高,为58.68%,以郑单958最高。随密度增加,成熟期千粒重显著下降,产量明显提高,10.50×10⁴株/hm²密度处理最高,为14.49t/hm²,中玉303产量最高,较郑单309和郑单326平均增加16.3%。由此可见,在本试验条件下,选用中玉303,以10.50×10⁴株/hm²密度种植,可提高玉米植株花后物质生产量,促进花后物质分配,实现夏玉米高产。     

施氮量对不同种植密度夏玉米产量和氮素吸收利用的影响

为探讨氮肥减施下夏玉米的合理群体构建,以黄淮海区域主栽夏玉米品种郑单1002为材料,在漯河市临颍县和驻马店市遂平县2个地点进行了不同密植条件下施氮量对夏玉米产量以及干物质和氮素积累、转运和吸收利用等的影响研究。结果表明:夏玉米干物质积累量、氮素积累量以及氮素转运和吸收均受种植密度和氮肥施用量显著影响;密植有利于提高夏玉米吐丝期和成熟期的干物质积累量,促进植株氮素积累,提高氮素转运量和氮肥吸收、利用效率,但对于氮素转运效率和氮素转运对籽粒的贡献率不利;增加施氮量提高了夏玉米吐丝期和成熟期的干物质和氮素积累量、氮素转运量,但降低了氮素吸收效率和氮肥利用效率。密植在增产(5.18%～14.15%)的同时使氮肥偏生产力提高了6.65%～17.33%;较高的施氮量获得高产,但降低了氮肥偏生产力。综合考虑,遂平和临颍试验点夏玉米在67 500株/hm~2密植条件下,氮肥减施20%即施氮180 kg/hm~2可获得较高的产量兼具较高的氮肥偏生产力;而在高密植75 000株/hm~2条件下,根据地力水平适宜采取的施氮量为180～225 kg/hm~2。     

玉米自交系响应花粒期高温胁迫差异表达基因的分析

为了探明玉米重要自交系花粒期高温胁迫下转录组基因的表达差异,发掘玉米响应高温胁迫的关键基因和蛋白质,明确高温胁迫引起玉米减产的机理,从而利用分子生物学技术手段提高玉米耐高温胁迫性。首先,利用Ampha~(TM)Z30花粉活性分析仪检测高温胁迫和正常生长条件下玉米自交系昌7-2、郑58的花粉活性。然后收集花粉提取总RNA,利用Illumina Hiseq2000~(TM)高通量测序技术分别对昌7-2、郑58花粒期高温胁迫材料和正常生长条件下的对照材料进行全转录组测序,序列结果分析后获得差异显著表达基因。通过差异基因维恩图(VENN图)重叠区域分析、GO功能分类和富集统计、KEGG pathway通路分类和富集分析以及转录因子分析,获得玉米花粒期高温胁迫相关的重要差异表达基因和蛋白质。花粉活性检测结果显示,高温胁迫后和正常生长条件下,昌7-2花粉活性分别为24. 37%,42. 89%,郑58花粉活性分别为35. 57%,64. 83%。高温胁迫后在昌7-2花粉转录组中共检测到4 176个显著差异表达基因,郑58花粉转录组中共检测到5 487个显著差异表达基因。KEGG pathway通路分类和富集分析结果显示,高温胁迫后郑58的花粉转录组中有2 062个差异表达基因富集到399个相关通路上,昌7-2的花粉转录组中有1 943个差异表达基因富集到352个相关通路上。转录因子分析结果表明,共获得55个转录因子家族,其中,有45个转录因子包含10个以上差异表达基因。研究表明,通过对玉米自交系花粒期高温胁迫后花粉转录组测序获得了大量的差异显著表达基因信息,昌7-2、郑58对高温胁迫响应机制存在明显差异,热激蛋白(Hsps)、热激转录因子(Hsfs)、生长素(IAA)基因和磷脂酰基醇-4,5-二磷酸基因家族(PIP2)在响应玉米花粒期高温胁迫过程中起着重要作用。     

转录组及代谢组联合解析玉米响应花粒期高温胁迫机制

为了探明我国玉米主要推广品种郑单958、先玉335花粒期高温胁迫下基因表达及代谢物差异,挖掘玉米响应高温胁迫的关键基因及代谢物,利用Illumina HiSeq~(TM) 2500高通量测序技术分别对郑单958、先玉335高温胁迫7,14 d的穗位叶及对照叶进行高通量转录组测序,利用广泛靶向代谢组测序技术对样品进行高通量代谢物测序。转录组测序共获得214.81 Gb干净序列。郑单958高温胁迫7 d后检测到49个差异表达基因,其中24个为上调基因。继续高温胁迫14 d共检测到306个差异表达基因,其中130个为上调基因。高温胁迫7 d与高温胁迫14 d对比组中检测到1 462个差异表达基因,其中647个为上调基因。先玉335高温胁迫7 d后共检测到381个差异表达基因,164个上调基因。继续高温胁迫14 d后共检测到299个差异表达基因,226个为上调基因。高温胁迫7 d与高温胁迫14 d对比组中共检测到2 481个差异表达基因,其中1 275个上调基因。在郑单958、先玉335高温胁迫7 d后对比组中检测到6 646个差异表达基因,其中3 253个上调基因。在郑单958、先玉335高温胁迫14 d对比组中检测到5 958个差异表达基因,其中3 110个上调基因。代谢物测序共检测到654个代谢物,郑单958高温胁迫7 d后共检测出28个差异代谢物,共注释到5个代谢通路中。高温胁迫14 d后共检测出54个差异代谢物,共注释到13个代谢通路中,其中9个差异代谢物呈上调表达。先玉335高温胁迫7 d后检测出98个差异代谢物,共注释到24个代谢通路中,其中43个差异代谢物呈上调表达。先玉335高温胁迫14 d后共检测出38个差异代谢物,共注释到13个代谢通路中,其中14个上调表达。郑单958高温胁迫7 d与先玉335高温胁迫7 d对比组共检测出144个差异代谢物,共注释到36个代谢通路中,其中81个差异代谢物呈上调表达。郑单958高温胁迫14 d与先玉335高温胁迫14 d对比组共检测出158个差异代谢物,共注释到40个代谢通路中,其中81个差异代谢物呈上调表达。     

氮素调控对水稻子粒相对充实度的影响及子粒相对充实度与产量形成和品质的关系

以大穗型粳稻品种豫粳6号为材料,在幼穗分化期施用不同量的氮肥,研究了子粒灌浆速率、充实度和相对充实度的动态,探讨了子粒相对充实度的氮素调控及其与产量构成因素和品质的关系.结果表明,在开始灌浆的5~10 d,强势粒的子粒灌浆速率明显高于弱势粒,平均比弱势粒高137.6%,花后10~20 d,强势粒平均灌浆速率较弱势粒高80.28%,而弱势粒在花后25 d以后的灌浆速率平均较强势粒高117.2%.不同氮素处理间的子粒充实度和粒重差异显著.子粒相对充实度在整个灌浆期内呈先降后升的偏“V”型动态曲线.灌浆中后期的子粒相对充实度与结实率、千粒重和弱势粒的充实度、充实指数均呈显著或极显著的正相关,与强、弱势粒的垩白粒率、垩白度呈显著或极显著的负相关,与弱势粒的糙米率呈极显著的正相关.     

大穗型粳稻籽粒相对充实度的化学调控及其与产量和品质的关系

以同一穗上弱势粒占强势粒千粒重的百分比表示籽粒相对充实度。2003－2004年在大田条件下，通过喷施植物生长调节剂，研究了籽粒灌浆、充实度和相对充实度的动态，探讨了籽粒相对充实度化学调控及其与水稻产量和品质的关系。结果表明，灌浆速率在灌浆初期（花后5～12 d），强势粒平均比弱势粒高256%；而在灌浆盛期（花后12～19 d）及后期（19～32 d），弱势粒平均分别比强势粒高16.67%、154.55%。PR₁处理可明显促进弱势粒的起始灌浆速率，及早启动弱势粒的灌浆。籽粒相对充实度在花后5～12 d迅速降低，花后12～19 d迅速上升，花后19～32 d缓慢上升，呈先降后升的偏“V”型动态曲线。PR₁处理在花后19 d籽粒相对充实度明显高于对照和其他处理。灌浆中、后期（花后19～32 d）的籽粒相对充实度基本上与平均千粒重、经济系数、理论产量和实际产量呈显著或极显著正相关，与强势粒和弱势粒的垩白粒率、垩白面积、垩白度呈显著或极显著负相关，与弱势粒的糙米率呈显著正相关，花后19 d的相对充实度与弱势粒的精米率、整精米率呈显著正相关。     

叶面喷锌时期对不同基因型夏玉米干物质和锌素累积分布的影响

【目的】探索叶面喷锌时期对不同基因型夏玉米干物质和锌素累积分配的影响,为锌肥在玉米生产上的合理利用提供理论依据。【方法】田间条件下设4个喷锌时期处理（不喷锌、苗期和拔节期1:1喷锌、拔节期和大口期1:1喷锌、大口期喷锌,喷施量均为ZnSO₄·7H₂O 4.5 kg/ha）,测定不同喷锌时期下10个基因型夏玉米（登海605、迪卡653、先玉335、秋乐618、伟科702、隆平638、裕丰303、德单5号、郑单958和谷神玉66）植株各器官干物质和锌累积量,并分析其分配比例及籽粒产量、增产率和锌利用率的差异。【结果】不同喷锌时期以苗期和拔节期1:1喷锌处理的茎重达最高,为3.18 t/ha,籽粒重以拔节期和大口期1:1和大口期喷锌处理最高,不同基因型以秋乐618、裕丰303、德单5号籽粒重最高。喷锌后籽粒重占比增加明显,以大口期喷锌处理最高,为50.98%,各基因型以德单5号最高,为53.29%,各处理以不喷锌处理德单5号的籽粒占比最高,为54.50%。植株各器官的锌含量以叶最高,为149.43 mg/kg,其次是籽粒,为38.40 mg/kg;各喷锌处理以拔节期和大口期1:1喷施下籽粒锌含量最高,平均为43.94 mg/kg;各基因型以谷神玉66最高,为50.74 mg/kg;喷锌后茎、苞叶和籽粒中锌累积量占比表现明显下降趋势,各基因型以德单5号籽粒最高,为62.13%;各处理以不喷锌下德单5号中籽粒锌素占比最高,为79.52%。与不喷锌相比,拔节期和大口期1:1、大口期喷锌处理的产量较高,平均为8.80 t/ha;各基因型以裕丰303产量最高,各处理以拔节期大口期1:1喷锌下裕丰303产量最高,为10.63 t/ha。迪卡653的平均增产率最高,达12.92%,隆平638的平均增产率最低,为1.61%,拔节期和大口期1:1处理谷神玉66和郑单958的增产率最高,平均为15.39%。喷锌后,锌利用率平均提高7.96%,以大口期喷锌下裕丰303增幅最高,为22.75%。【结论】在夏玉米生产中,选用裕丰303等品种,于植株拔节期和大口期以1:1喷施4.5 kg/haZnSO₄·7H₂O,能促进光合物质和锌素向籽粒转移,达到同步提高籽粒产量和锌含量的目的。     

氮肥减施下添加硝化抑制剂对夏玉米灌浆期叶片生理特性的影响

为明确氮肥减施条件下添加硝化抑制剂对夏玉米灌浆期叶片生理特性的影响,本研究设置氮肥正常施用量、氮肥不同减施量及其添加硝化抑制剂处理,研究玉米灌浆期叶片SPAD值、荧光特性、氮素代谢关键酶活、籽粒产量及氮效率的变化。结果表明,氮肥减施20%时添加硝化抑制剂处理能够显著增加果穗粒数,籽粒产量为11.59 t·hm^-2,达到正常施氮量水平。与正常施氮处理相比,氮肥减施30%和20%时添加或不添加硝化抑制剂,氮效率均显著提高,其中氮吸收效率和氮利用效率在各处理间表现不一致,氮吸收效率以氮肥减施30%处理最高,为0.72 kg·kg^-1,氮利用效率以氮肥减施30%添加硝化抑制剂最高,为72.23 kg·kg^-1。玉米灌浆期,氮肥减施20%并添加硝化抑制剂处理下穗位叶SPAD值优势明显,最大荧光和PSⅡ综合性能指数等荧光指标明显提高,氮素代谢关键酶硝酸还原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性显著增强。综上,在本试验条件下,氮肥减施20%并添加硝化抑制剂能增强玉米灌浆期氮素代谢能力,协调碳氮代谢之间的关系,提高氮效率,增加玉米籽粒产量,达到玉米节本增效的目的。本研究结果为在夏玉米生产上推广施用硝化抑制剂提供了理论依据。     

不同密度夏玉米群体冠层特征与籽粒含水率的关系

为明确夏玉米冠层特征与灌浆过程籽粒含水率的关系,本研究以籽粒含水率变化差异较大的品种为材料,设置52 500、67 500、82 500株/hm2共3个不同的密度处理,研究了玉米不同密植群体下的籽粒建成期、乳熟期和完熟期冠层特征、籽粒含水率、叶绿素含量变化,并对冠层特征参数与籽粒含水率进行了相关分析。结果表明,随着密度增加,叶面积指数呈上升趋势,无截取散射呈下降趋势,品种间基因型差异较明显,3个时期蠡玉16穗位叶面积指数较先玉335品种3个时期分别高0.88%、10.59%、26.72%。叶绿素含量变化与叶面积指数变化趋势一致,先玉335籽粒建成期呈下降趋势,而蠡玉16峰值出现在乳熟期。蠡玉16各时期籽粒含水率均高于先玉335(分别高出3.97、5.93、2.47个百分点),67 500株/hm2密度处理籽粒含水率较高。籽粒含水率与冠层特征参数密切相关,其中,与基部叶面积指数呈极显著正相关(r=0.634**),与基部无截取散射和平均叶倾角均呈极显著负相关(r=-0.631**;r=-0.711**)。