不同行距配置方式对夏玉米冠层结构和群体抗性的影响

为探究行距配置方式对冠层微气象因子及群体抗逆性的影响,明确夏玉米适宜的行距配置方式,在方城和辉县设置大田试验,以3个不同株高类型的玉米杂交种为材料(中秆品种郑单958、高秆品种先玉335和矮秆品种512-4),设置2个种植密度(60 000株 hm^-2和75 000株 hm^-2),研究了5种行距配置方式(50 cm、60 cm、70 cm、80 cm等行距和80 cm+40 cm宽窄行)下冠层结构和群体抗逆性的变化。结果表明,不同株高类型杂交种在相同密度下,随行距扩大,株型变得松散,穗部叶片叶向值减小,并偏离种植行,向种植行垂直方向发展,冠层温湿度降低,群体抗逆性增强,但冠层光照截获率降低,产量也随之减少。对比发现,不同品种和密度下,60 cm等行距能够较好地协调冠层微气象因子与玉米产量的关系,叶片分布适宜,冠层温湿度和光能分布合理,显著提高了中下部的光能截获率,病虫害和倒伏的发生率较低,获得最高产量的频率最高,且适宜机械化田间作业,建议作为适宜黄淮海地区推广的种植方式。     

利用单片段代换系测交群体定位玉米产量相关性状的杂种优势位点

杂种优势利用是提高农作物产量与品质的一种重要途径, 而明确杂种优势的遗传机制将促进优良玉米新品种的选育, 但是截至目前其遗传机制仍然不清楚。本研究以玉米自交系lx9801背景的昌7-2的单片段代换系为基础材料, 利用与自交系T7296的测交群体, 对昌7-2和lx9801对应染色体片段与T7296之间存在差异的杂种优势位点进行了分析, 共检测出64个不同穗部性状和产量的杂种优势位点(HL), 其中23个在2个环境中同时被检测到, 包括4个穗长的HL, 4个穗粗的HL, 4个穗行数的HL, 7个行粒数的HL和4个产量的HL, 并在多个染色体片段上鉴定出同时包含产量及其构成因子的杂种优势位点, 该研究为进一步解析玉米产量杂种优势形成的遗传机制奠定了材料基础。     

小麦DELLA获得性突变体矮变1号增强了幼苗的抗盐能力

DELLA蛋白是GA信号途径中重要的负向调控因子,能够响应各种环境信号,在植物抵抗生物和非生物胁迫中起着重要的作用。功能获得性DELLA突变体矮变1号在矮化育种上已得到广泛应用,但是其在耐盐方面的研究鲜有报道。本文采用含200 mmol L~(–1) NaCl的Hoagland水培溶液处理中国春、京411、矮秆早和矮变1号幼苗7 d,测定盐胁迫下的总叶绿素含量、相对含水量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)含量,并借助免疫印迹检测了4个小麦品种中DELLA蛋白的积累。盐胁迫处理后,矮变1号的叶片没有出现明显的萎蔫和失绿,而其他3个品种均表现出不同程度的萎蔫。盐胁迫使4个小麦品种的总叶绿素含量和相对含水量均有所下降,但矮变1号的下降幅度最小;与此同时,矮变1号体内SOD活性的相对上升幅度最大,并且体内的MDA含量相对上升幅度最小。4个品种中矮变1号的DELLA蛋白积累量最高,矮变1号具有较高的耐盐性与其体内的高DELLA蛋白含量密切相关。     

周年耕作方式对砂姜黑土农田土壤养分及作物产量的影响

为探明适宜于砂姜黑土农田的周年耕作方式, 提升砂姜黑土农田地力及作物产量, 在冬小麦?夏玉米一年两熟种植制度下, 设置多年定位夏玉米季?冬小麦季免耕?旋耕(对照)、免耕?深耕、深松?旋耕、深松?免耕、免耕?免耕5种周年耕作方式田间试验, 在定位处理的第4个周年研究耕作方式对砂姜黑土农田土壤有机碳含量、土壤养分及其对作物产量的影响。结果表明, 在秸秆全量还田条件下, 与试验开始前相比, 各处理0~20 cm土层土壤有机碳、全氮、速效钾含量均有所增加。与对照相比, 其他处理均增加周年内0~20 cm土层土壤有机碳和全氮含量。免耕?深耕、深松?旋耕、免耕?免耕处理显著增加周年内0~20 cm土层土壤有效磷含量, 而深松?免耕处理显著增加冬小麦开花期和收获期0~20 cm土层土壤有效磷含量, 整个周年内对照在20~40 cm土层土壤的有效磷含量均最低。深松?免耕处理增加周年内0~20 cm土层土壤速效钾含量, 而深松?免耕、免耕?免耕处理20~40 cm土层土壤速效钾含量在夏玉米苗期、大口期、开花期和灌浆期显著高于对照处理。深松?旋耕和深松?免耕处理显著增加夏玉米?冬小麦周年籽粒产量, 增幅分别为7.67%和10.21%。综上所述, 在秸秆全量还田基础上, 深松?旋耕和深松?免耕能够改善土壤有机碳和养分状况, 显著提高周年作物产量, 可作为黄淮区砂姜黑土农田相对适宜的周年耕作方式。     

基于无人机数字图像与高光谱数据融合的小麦全蚀病等级的快速分类技术

小麦全蚀病是检疫性的土传病害,对小麦生产危害极大,对其发生的监测是治理的根本。遥感技术可实时、宏观地监测病害发生发展,尤其是将光谱信息与高分辨率数字图像进行融合,可直观、精准地对病害识别和分类。本文基于计算机视觉技术,通过光谱数据与高分辨率数字图像结合的方法,对小麦全蚀病等级进行快速分类。首先,通过ASD非成像光谱仪获取小麦全蚀病的光谱信息,提取全蚀病特征光谱,建立光谱比。其次,利用无人机获取的实时田间数码图像,对其颜色特征进行重量化。最后,利用基于支持向量机的决策树分类对图像视场中的不同全蚀病等级进行分类。结果表明,4个全蚀病等级的分类精度均大于86%(Kappa0.81),平均运算时间小于30s。通过与实地调查的小麦全蚀病的白穗率等级做比对,验证分类结果的准确性,结果表明该方法基本可以实现对小麦全蚀病等级的实时监测。     

玉米蚜在8个玉米品种（系）上取食行为的比较分析

【目的】明确玉米蚜（Rhopalosiphum maidis）在8个玉米品种（系）上的取食行为,筛选出合适的刺吸电位（EPG）参数作为对不同玉米品种（系）进行抗蚜性分类的指标,为抗性玉米材料的筛选提供借鉴。【方法】利用直流型刺吸电位仪（DC-EPG Giga-4）记录玉米蚜在8个玉米品种（系）上的取食行为并进行比较分析,8个品种（系）分别为浚单20、郑单958、良玉88、先玉335、濮改340-1-1、旱21、87-1和齐319;以不同EPG参数为指标,对供试玉米品种（系）的抗蚜性进行分类,并与田间抗蚜性鉴定结果进行比较,之后选择合适的EPG参数,建议其可作为利用EPG技术筛选抗蚜性玉米材料的指标。【结果】玉米蚜在玉米上的EPG波形主要有Np、C、Pd、E1、E2和F波,其中Np、F、E1和E2波与玉米品种（系）的抗蚜性有关。到达韧皮部前：玉米蚜在抗性材料浚单20上的第1次刺探持续时间明显长于感性材料齐319,可能在浚单20叶片表皮上存有阻碍玉米蚜取食的因子;此外,玉米蚜在抗性材料浚单20、郑单958和良玉88上取食时,其F波总时间及平均持续时间显著长于或长于其他玉米品种（系）,说明玉米蚜取食这3个玉米品种时,其口针遇到的机械阻力较大。到达韧皮部后：玉米蚜在抗性材料浚单20和郑单958这两个玉米品种上的第1次E1波出现时间晚,持续时间长,表明这两个品种在韧皮部层次上对玉米蚜的抗性水平较其他玉米品种（系）高;玉米蚜在感性材料齐319和旱21上的E2波总时间及持续吸食时间相对较高,显著大于良玉88,说明玉米蚜喜好取食感性材料齐319和旱21的韧皮部汁液。此外,以各取食波形平均持续时间为指标对各玉米品种（系）进行聚类分析,可把供试玉米品种（系）划分为3类,其抗性强弱为：第Ⅰ类（浚单20、郑单958和良玉88）>第Ⅲ类（濮改340-1-1、旱21和87-1）>第Ⅱ类（先玉335和齐319）。【结论】玉米蚜在不同玉米品种（系）上的取食行为有一定差异,高抗玉米品种浚单20和郑单958在叶片表面和韧皮部层次上对玉米蚜存有一定的抗性。以E和Np波平均持续时间为指标,对各玉米品种（系）抗蚜性进行排序,其结果与笔者课题组前期田间调查结果基本一致。因此,在利用EPG技术筛选抗蚜性玉米材料时,建议以E和Np波作为评价抗性强弱的指标。     

QTL consistency for agronomic traits across three generations and potential applications in popcorn

Favorable agronomic traits are important to improve productivity of popcorn. In this study, a recombinant inbred line(RIL) population consisting of 258 lines was evaluated to identify quantitative trait loci(QTLs) for nine agronomic traits(plant height, ear height, top height(plant height subtracted ear height), top height/plant height, number of leaves above the top ear, leaf area, stalk diameter, number of tassel branches and the length of tassel) under three environments. Meta-analysis was conducted then to integrate QTLs identified across three generations(RIL, F2:3 and BC2F2) developed from the same crosses. In total, 179 QTLs and 36 meta-QTLs(m QTL) were identified. The percentage of phenotypic variation(R2) explained by any single QTL varied from 3.86 to 28.4%, and 24 QTLs with contributions over 15%. Nine common QTLs located in the same or similar chromosome regions were detected across three generations. Five meta-QTLs were identified including QTLs in three independent studies. Seven important m QTLs were composed of 11–26 QTLs for 4–7 traits, respectively. Only 11 m QTLs were commonly identified in the same or similar chromosome regions across agronomic traits, popping characteristics(popping fold, popping volume and popping rate) and grain yield components(ear weight per plant, grain weight per plant, 100-grain weight, ear length, kernel number per row, ear diameter, row number per ear and kernel ratio) by meta-QTL analysis. In conclusion, we identified a list of QTLs, some of which with much higher contributions to agronomic traits should be valuable for further study in improving both popping characteristics and grain yield components in popcorn.     

Mapping of maternal QTLs for in vivo haploid induction rate in maize (Zea mays L.)

Haploid technology can significantly shorten the time required for inbred line improvement, accelerate the breeding process, and reduce breeding costs. The production of haploids is not only dependent on the genetics of the paternal haploid inducer, but it is also affected by the genetic background of the maternal donor during the process of haploid production. To address the maternal genetic contribution to haploid production, we pollinated a mapping population consisting of 186 F_2:3 family lines derived from a cross between Zheng58 and Chang7-2 with the inducer line CAU5 and selected haploid kernels using R1-nj kernel markers. Two quantitative trait loci (QTLs), qmhir1 and qmhir2, which contribute to the maternal genetics of haploid induction, were detected on chromosomes 1 and 3, respectively. The qmhir1 locus is located between the flanking marker loci umc1292 and bnlg1014, and it explained 14.70 % of the phenotypic variation. The qmhir2 locus is located between marker loci umc1844 and umc2277 and it explained 8.42 % of the phenotypic variation. The genetic effect of both QTLs is partial dominance.     

小麦根中NADP-脱氢酶系统关键酶活性与根系活力和产量的关系分析

【目的】在黄淮平原典型农田氮肥减施条件下,探索决定小麦根系活力的关键脱氢酶种类及酶活性变化及其对籽粒产量的影响。【方法】采用大田试验方式,运用裂区设计,主处理为施氮量,设0（N0）,135（N1）,157.5（N2）,180（N3）,202.5（N4）,225（N5）kg·hm^-2 6个施氮水平,副处理为半冬性品种矮抗58和周麦27号。对小麦越冬期、返青期、拔节期、挑旗抽穗期、灌浆期和蜡熟期根中异柠檬酸脱氢酶（NADP-ICDH）、NADP-苹果酸酶（NADP-ME）、戊糖磷酸途径总脱氢酶（G6PDH+6PGDH）活性与根系活力（改良TTC法）和产量间的关系进行分析。【结果】小麦关键生育时期根系活力呈“高-低-高-低”变化,NADP-ICDH,NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性变化均表现为先上升后下降的趋势,灌浆后活性变化不明显。越冬前后,不同施氮处理间根中NADP-脱氢酶系统关键酶活性表现为不施氮处理（N0）大于施氮处理（N1-N5）;拔节-抽穗期,NADP-脱氢酶系统关键酶活性和根系活力均表现为施氮处理（N1-N5）显著高于不施氮（N0）处理,随着施氮水平逐步降低不同酶活性随之降低,与N5处理相比,N4处理NADP-ICDH和NADP-ME的活性未达显著水平,同时（G6PDH+ 6PGDH）活性和根系活力降幅最少。施氮量显著影响小麦籽粒产量及其构成因素,与不施氮处理（N0）相比,施氮处理（N1-N5）下的单位面积成穗数、穗粒数显著提高。综合两年度产量平均值可知,N5处理下籽粒产量最高,达9 238.02 kg·hm^-2,N4处理次之,较N5处理仅下降0.3%且差异未达显著水平。进一步分析表明,不同生育时期根中NADP-ICDH、NADP-ME与（G6PDH+6PGDH）三者之间呈显著或极显著正相关关系;NADP-脱氢酶系统关键酶活性与根系活力呈正相关关系,其中生育中、后期达显著或极显著水平;根系活力及NADP-ICDH,NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性与产量呈显著或极显著正相关关系。通径分析表明,两年度NADP-ICDH,NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性在拔节期和挑旗抽穗期对产量有较大的正向作用;挑旗抽穗期根系活力对产量的直接作用较小,但其通过NADP-ME和戊糖磷酸途径总脱氢酶（G6PDH+6PGDH）活性对产量所产生的间接正向作用较大,因而根系活力对产量的影响达极显著水平。【结论】本试验条件下,综合考虑NADP-脱氢酶系统关键酶活性和根系活力变化及籽粒产量表现,黄淮平原麦田施氮水平由N5减至N4水平当是最佳选择。NADP-ICDH,NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性与采用改良TTC法测定的“根系活力”密切相关,其中NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）活性对根系活力影响最大,实践中可通过分子育种手段和有效栽培措施实现NADP-ME和（G6PDH+6PGDH）在根中的高表达以提高小麦根系活力。     

R2R3-MYB转录因子GmMYB184调节大豆异黄酮合成

异黄酮是一类主要含在豆科植物中的次生代谢物, 在植物防御体系中发挥重要作用, 并与人类健康密切相关。大豆异黄酮含量受多基因和复杂代谢网络控制, 调控代谢途径上的结构基因不能显著改变大豆异黄酮含量, 与异黄酮代谢途径相关的转录因子的鉴定和应用可能会有效解决这个问题。本研究克隆了一个与大豆异黄酮合成相关的R2R3类型MYB转录因子GmMYB184, 并进行了初步的功能验证。亚细胞定位研究结果表明GmMYB184转录因子定位于细胞核。组织表达分析结果表明该转录因子基因与IFS2 (异黄酮合酶2编码基因)的表达模式相同。同时, GmMYB184和IFS2的表达模式与异黄酮的积累模式相似。谷胱甘肽诱导表达分析表明该转录因子基因与IFS2共同被诱导, 说明这两个基因可能参与同一或相似的生物过程。采用双荧光素酶报告系统分析其对异黄酮合成途径关键基因的转录激活活性影响, 发现GmMYB184能够促进IFS2和CHS8启动子表达活性分别提高5倍和7倍。最后, 通过发根农杆菌介导的遗传转化系统, 找到该转录因子在异黄酮合成调控中的直接作用证据。沉默GmMYB184导致大豆毛状根异黄酮含量的显著下降。但是, 过表达GmMYB184不足以显著提高毛状根中异黄酮的含量。总之, 本研究为大豆异黄酮合成分子机制探索及大豆异黄酮品质改良提供了理论依据。