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...     

不同自然脱水类型玉米品种子粒含水率变化与灌浆动态的关系

采用不同自然脱水速率的玉米品种为材料,分析其花后子粒含水量、粒重、体积和子粒灌浆的动态变化以及灌浆参数,研究玉米子粒含水量变化与灌浆动态的关系。结果表明,不同自然脱水类型玉米品种子粒含水量变化,以花后29 d和46 d为时间点,可划分为3个阶段。两种类型玉米品种46 d后自然脱水速率与蜡熟期(29~46 d)子粒含水量的变化趋势都正好相反。子粒体积和粒重变化趋势基本一致,花后46 d品种间差异逐渐加大。不同类型玉米品种灌浆动态变化差异较大,自然脱水快的品种(先玉335和桥玉8号)和自然脱水慢的品种(蠡玉16和中科4号)最大灌浆速率分别出现在花后29 d和36 d,二者最大灌浆速率差异达到显著水平,自然脱水快的品种平均灌浆速率低于脱水慢的品种,且活跃灌浆期较脱水慢品种短。两种类型玉米品种子粒含水量变化和灌浆速率呈正相关关系,其中脱水快的类型品种达到显著水平,相关系数为0.805(R0.05=0.755)。     

夏玉米子粒含水率和子粒灌浆的粒位差异及其关系研究

以不同自然脱水类型玉米品种为材料,分析其花后不同部位子粒含水率变化、粒重、体积、灌浆动态以及灌浆参数,明确子粒含水率变化与灌浆动态的关系。结果表明,灌浆后期两个时间节点子粒含水率差异较大,先玉335较蠡玉16子粒含水率分别低4.27和5.49个百分点。子粒含水率、体积和粒重均存在粒位效应,两个玉米品种子粒含水率均表现为下部子粒中部子粒上部子粒,子粒体积和粒重粒位效应表现为下部子粒中部子粒上部子粒。灌浆速率粒位效应存在基因型差异,蠡玉16表现为中部子粒下部子粒上部子粒,先玉335表现为下部子粒中部子粒上部子粒。灌浆启动势均表现为上部子粒下部和中部子粒,活跃灌浆期粒位差异较大,且品种间粒位效应趋势相反,先玉335活跃灌浆期上部子粒略大于下部子粒,蠡玉16下部子粒活跃灌浆期长于中部和上部子粒。灌浆峰值出现时间不同,两个品种最大灌浆速率出现时间相差4.77 d。     

水稻氮素同化关键酶活性与叶色变化的关系

 【目的】明确水稻叶色变化的内在生理机制。【方法】采用无氮肥和常规氮肥两个处理的水培试验,测定水稻地上部不同叶位叶片叶色值、叶绿素含量及氮素同化关键酶活性的变化。【结果】在氮饥饿和常规施肥条件下,水稻地上部不同叶位的叶色具有明显的黑黄变化规律。氮饥饿处理剑叶抽出前不同叶位叶片叶色值基本上表现为顶二叶＞顶一叶＞顶三叶,剑叶抽出后表现为顶一叶＞顶二叶＞顶三叶。不同叶位叶片GS、GOGAT活性分别在拔节期、剑叶抽出期出现两次高峰,各叶位的叶片GS、GOGAT活性基本表现为顶二叶＞顶一叶＞顶三叶。不同叶位叶片的GOGAT活性与当周叶片的SPAD值、叶绿素a、叶绿素b及叶绿素（a+b）含量均呈显著或极显著相关。常规施肥处理条件下水稻叶色及酶活性在整个生育期变化趋势与氮饥饿处理相似,GS酶活性与酶活性测定一周后的叶色关系非常密切,GOGAT活性与顶三、四叶叶色呈显著负相关,与酶活性测定1周后顶二、顶三叶的叶绿素a含量、2周后顶二、顶三叶的叶绿素（a+b）含量及2周后顶二叶的叶绿素b含量也呈显著正相关。【结论】水稻叶色变化是一个复杂的生理生化代谢过程,水稻不同叶位叶片叶色及氮素同化关键酶GS、GOGAT酶活性均具有明显的高低变化,氮素同化关键酶活性高低与叶绿素的合成及叶色变化具有密切的因果关系,在叶绿素的合成和叶色形成过程中具有一定作用。水稻叶色黑黄变化是一个受内生节奏制约的生物学过程,氮素水平对叶色深浅具有一定的调节作用,但不能改变内生黑黄变化节奏。     

夏玉米不同粒位蛋白质组分氮素效应及与子粒脱水的关系研究

从蛋白质粒位差异的角度,以不同自然脱水类型玉米品种为材料,分析不同氮肥运筹处理下不同部位子粒蛋白质组分含量、子粒脱水速率,研究子粒脱水与蛋白质组分和氮素施用的关系。结果表明,脱水速率差异较大的品种总蛋白质存在较大差异,蠡玉16和先玉335总蛋白质含量分别为11.25%、12.16%。增施氮肥蛋白质含量明显增加;增施氮肥主要增加了醇溶蛋白和谷蛋白含量,清蛋白和球蛋白含量影响较小。增施氮肥生理成熟后不同处理间脱水速率存在显著差异;蛋白质组分和脱水速率之间存在密切关系,先玉335生理成熟后不同部位间醇溶蛋白和谷蛋白与脱水速率呈显著或极显著负相关,醇谷比与子粒脱水呈正相关。     

氮肥减施对夏玉米花后生理特性的影响

以黄淮海地区主栽玉米品种郑单958(ZD958)、先玉335(XY335)、郑单309(ZD309)、奥玉3111(AY3111)、浚单20(XD20)和迪卡653(DK653)等6个杂交种为试材,设0、120(较正常施氮量减少1/2)、160(减氮1/3)、200(减氮1/6)和240 kg/hm2(正常施氮量)共5个施氮水平,在大田条件下研究氮肥减施对夏玉米产量、花后氮素转运、叶片叶绿素荧光和硝酸还原酶NR、谷氨酰胺合成酶GS活性的影响。结果表明,施氮后玉米产量平均提高20.2%,与正常氮处理相比,减氮1/3和1/6的产量、子粒氮浓度、收获指数和氮收获指数(NHI)无显著变化,ZD309和XY335产量和NHI高于其他品种。随施氮量增加,ZD958、XY335和ZD309叶转运量显著增加,茎转运效率无显著变化。减氮1/3和1/6处理穗位叶SPAD值无变化,叶绿素最大荧光Fm、综合性能指数PI、NR活性明显增加,各基因型分别以AY3111叶片SPAD、PI为最高,ZD958、XY335和ZD309的NR和GS活性高于其他品种。     

氮肥减施对玉米机收品种产量和生物量分配的影响

氮肥的过量施用会造成资源浪费和环境污染,不利于农业生产发展。为探索黄淮海地区夏玉米生产上氮肥的投入量,以该地区20个玉米机收品种为研究对象,通过在两个试验点设置0 kg N·hm-2(不施氮,N0)、120 kg N·hm-2(较正常施氮量减少1/2,N1)、160 kg N·hm-2(减氮1/3,N2)、200 kg N·hm-2(减氮1/6,N3)和240 kg N·hm-2(正常施氮量,N4)共5个施氮处理,研究了各品种在不同施氮水平下产量和生物量分配的差异以及产量和生物量之间的关系。结果表明,与N4相比,N3和N2下产量未有显著下降,品种WY178和WK518表现为高产。河南郸城点,N2、N3和N4处理间的产量差异不明显,平均较N0产量提高18.0%,WY178在N0、N2和N4处理下均表现为高产。陕西户县点,N3和N4处理间产量差异不明显,平均较N0增加13.3%,品种DH528和WK518在N0、N2和N4处理下均表现为高产。随施氮量增加,河南郸城点玉米地上部总生物量呈先增后降趋势,在N2下达最高,为19.12 t·hm-2;而陕西户县点的生物量无显著变化,平均为19.64 t·hm-2。各机收品种的总生物量在河南郸城点以WY178和WK518最高,二者无显著差异,陕西户县点以WK518最高,为22.18 t·hm-2;各机收品种间的生物量差异主要来源于籽粒和茎等器官,相对于其他品种,WK518籽粒和XD724茎重较高,平均分别为10.61和5.48 t·hm-2。施氮量与产量、总生物量呈显著正相关,总生物量和产量间的回归方程达显著水平。因此,黄淮海地区使用WK518和WY178等高产品种,采取减施氮肥1/6~1/3（施氮量在160~200 kg N·hm-2）等措施能够保证玉米达到高产高效的目的。     

转录组解析外源ABA对玉米脱水速率的影响

为了探明迪卡517、郑单1002喷施外源ABA后脱水速率变化的分子机制,发掘影响脱水速率的关键差异表达基因及代谢通路,利用Illumina HiSeq~(TM)2500测序仪分别对喷施ABA前后迪卡517(脱水速率较快)和郑单1002(脱水速率较慢)的穗位叶进行高通量转录组测序。原始序列经过质量控制、基因组比对、测序饱和度、基因覆盖度及冗余序列分析后进行基因功能注释。结果显示,迪卡517外源ABA处理与正常生长条件对比组检测到1 732个差异表达基因,其中1 251个为上调表达基因,481个为下调表达基因;郑单1002外源ABA处理与正常生长条件对比组检测到52个差异表达基因,其中24个为上调表达基因;迪卡517外源ABA处理与郑单1002外源ABA处理对比组检测到3 867个差异表达基因,其中1 946个为上调表达基因。不同对比组中筛选到差异表达基因GO分类情况、COG基因产物分类、KEGG代谢通路分析不同。转录因子分析共获得多个重要的转录因子家族,主要有AGC蛋白激酶家族、AP2/ERF转录因子家族、ARID转录因子、AUX/IAA转录因子家族、Alfin-like转录因子、Aur转录因子家族、B3转录因子家族、BBR-BPC转录因子家族、BES1转录因子、BUB转录因子、C2C2-CO-like转录因子等。Zm00001d035000、Zm00001d042063、Zm00001d045314等共同差异表达基因均在迪卡517和郑单1002中表达。对所有检测到的差异表达基因GO分类分析获得73个差异表达基因与水分代谢相关,推测这些基因作为外源ABA调控的下游基因起作用。     

干旱对夏玉米籽粒充实和生理特性的影响及其外源亚精胺调控

为明确干旱胁迫影响灌浆期籽粒充实的生理机制,以及喷施外源亚精胺(Spd)缓解干旱胁迫的作用效果,本研究以强抗旱性玉米品种郑单958和弱抗旱性玉米品种蠡玉16为材料,利用具有遮雨棚的隔离池严格控制土壤水分条件,设置吐丝期土壤干旱胁迫和外源Spd喷施组合试验,分析外源Spd对干旱胁迫下玉米叶片抗氧化物酶活性、叶绿素荧光参数、灌浆期籽粒内源激素含量和籽粒充实的影响。结果表明,干旱胁迫显著降低了两品种穗位叶PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)和PSⅡ潜在活性(F_v/F_o),使丙二醛(MDA)积累量增加了16.95%~23.16%,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性降低了11.93%~26.69%。同时,干旱胁迫下籽粒中Spd和脱落酸(ABA)含量显著提高15.79%~22.28%,玉米素和玉米素核苷(Z+ZR)和吲哚乙酸(IAA)含量降低10.39%~13.30%,最终影响灌浆期籽粒充实,造成蠡玉16和郑单958的粒重分别降低36.33和24.03 mg。喷施外源Spd可缓解干旱对穗位叶F_v/F_m和F_v/F_o的影响,有助于弱化干旱对细胞膜的氧化损伤,提高灌浆期粒重5.60~11.74,蠡玉16和郑单958的最终粒重分别提高了11.74和9.11 mg,但外源Spd对籽粒中内源激素含量的影响不显著。此外,干旱胁迫下强抗旱性品种郑单958具有较高的F_v/F_m、F_v/F_o和抗氧化物酶活性,以及较低的MDA积累,而喷施外源Spd对弱抗旱性品种蠡玉16具有更强的调控效应,建议在生产中应用外源Spd时,应结合品种的抗旱特性选择合适的喷施时间以利于籽粒灌浆和产量形成。本研究为玉米抗旱栽培提供了理论依据和技术支持。     

2001—2012年河南省夏玉米产量变化及生长季气象因子分析

为明确近年来河南省夏玉米产量变化及其与生长季（6—9月）灾害性天气发生规律的关系,统计了2001—2012年河南省农作物受灾面积,夏玉米总产、单产和种植面积,同时利用河南省不同纬度18个台站2001—2013年地面气候资料日值数据,分析了夏玉米生长季6—9月不同气象因子变化规律。结果表明,河南省近年来主要的灾害性天气为干旱、渍涝和风灾;玉米总产的增加主要在于近年来玉米种植面积的增加,单产水平一直处于5550 kg/hm²;玉米生长期,特别是灌浆期（8月）遭受阴雨寡照（低温）、高温干旱是造成玉米单产降低的主要原因之一;倒伏导致减产主要是在玉米灌浆中后期（8—9月）遇到大风灾害性天气。加强在玉米抵御自然灾害性天气能力方面的研究,是提高玉米单产和全面提升玉米生产能力的重要举措。