红壤旱地一株自生固氮菌的筛选鉴定及其固氮能力评估

为了鉴定从红壤中分离得到的一株自生固氮菌,并探讨其固氮能力。采用形态观察、生理生化测定和16S rDNA基因序列分析的方法研究了菌株的分类地位,采用乙炔还原法测定其固氮酶活性,并在室内培养条件下,通过花生、玉米的幼苗盆栽试验研究菌株对土壤MBN、矿化氮和植株氮素积累量的影响。结果表明：从种植于红壤的玉米根际,筛选出15株自生固氮菌,以菌株CM12固氮能力最强,初步鉴定CM12为伯霍尔德杆菌属(Burkholderia sp.),固氮酶活性达C₂H₄ 39.1 nmol/(h·mL)。室内培养试验结果表明,接种CM12菌株的处理,花生和玉米土壤MBN含量较CK处理分别提高了2.38和2.37倍,其中种植花生体系中,接菌处理与施用化学氮肥处理土壤MBN含量无显著差异。接种固氮菌影响了旱地红壤NO₃^--N和NH₄⁺-N比例,降低了土壤中NO₃^--N含量,且种植玉米体系中土壤NO₃^--N含量降低较明显。固氮菌短期接种增加了花生根系和玉米地上植株的氮素积累量。研究结果为该菌株在红壤旱地实际生产中的应用提供了理论基础。     

不同玉米品种与大豆带状复种模式氮素吸收利用分析

为科学利用大豆的生物固氮作用,筛选玉米大豆带状复种模式下最佳组合,本试验以‘大丰26’(IC1)、‘大丰30’(IC2)、‘强盛51’(IC3)及‘强盛388’(IC4)为实验材料,采用单因素随机区组长期定位试验测得各玉米品种氮素利用及产量数据。结果表明：玉米大豆带状复种模式下玉米产量及地上部生物量均表现为IC2>IC3>IC4>IC1 (P<0.05)。相比IC1、IC3及IC4处理,IC2处理下年平均氮素积累量、氮素农学利用率、氮素生理利用率及氮素偏生产率分别显著增加了10.8%、11.0%、15.3%;17.3%、32.3%、26.2%;36.8%、34.9%、30.1%;18.8%、20.6%、12.5%,而IC2处理年平均氮素收获指数较IC4处理显著降低4.6个百分点(P<0.05);此外,氮素农学利用率、氮素生理利用率、氮素收获指数与产量呈极显著正相关(P<0.05)。综合表明,‘大丰30’与大豆带状复种能够显著提高作物产量及氮素利用率,可作为山西省最优组合推广。     

不同施氮量下覆膜滴灌玉米相对根长密度模型研究

为探明施氮量对宁夏引黄灌区覆膜滴灌玉米根长密度(RLD)的影响,设置5个施氮水平和1个对照(CK,不施氮与不覆膜)进行试验,测定玉米RLD,建立不同施氮量下相对根长密度(NRLD)模型,并加以检验。结果表明:不同施氮处理的玉米RLD分布区域均随土层深度的增加而减小,且大部分集中在0～20 cm土层;随着施氮量的增加,RLD分布区域明显扩大; NRLD分布满足三阶多项式函数模型,模拟曲线的决定系数R2为0.951,模型检验结果R2为0.845,均方根误差(RMSE)为0.248,拟合效果好,但该多项式模型不能保证NRLD在相对取样深度Zr为1时达到0,故对玉米NRLD分布多项式模型进行优化。优化模型验证结果显示,各施氮处理RMSE不大于0.308,CK、N0、N1、N2、N3和N4处理的标准化均方根误差分别为0.242、0.193、0.184、0.226、0.208和0.273,R2分别为0.903、0.953、0.920、0.944、0.962和0.898,具有较高的拟合度,解决了NRLD在Zr=1时达到0的问题。本研究可为宁夏引黄灌区膜下滴灌玉米NRLD分布拟合、根系养分吸收和施肥管理提供理论参考。     

氮肥减量后移对喷灌玉米产量和水氮利用效率的影响

【目的】优化井灌区田间水肥管理。【方法】试验于2018年6—9月在河南省许昌灌溉试验站进行,以当地主栽玉米品种登海3737(P1)和豫单9953(P2)为试验材料,设置3种施肥调控方式,分别为当地传统施肥模式CK(N、P2O5、K2O施量分别为315、75、75 kg/hm^2,全部基施),优化模式F1(N、P2O5、K2O施量分别为225、75、75kg/hm^2,40%三叶期和60%拔节期追肥),优化模式F2(N、P2O5、K2O施量分别为225、75、75kg/hm^2,30%三叶期、30%拔节期和40%大喇叭口期追肥),研究了喷灌水肥一体化下氮肥减量后移对不同品种夏玉米生长发育、产量和水分利用效率的影响。【结果】增加施肥频次和施肥时间后移可提高玉米叶面积系数(LAI)和延缓叶片衰老,增加玉米干物质累积量以及最大生长速率。喷灌水肥一体化(F1、F2处理均值)较传统施肥籽粒产量提高7.8%,耗水量降低11.9%,水分利用效率(WUE)提高22.2%,籽粒氮肥偏生产力(PFPY)提高51.1%,生物量氮肥偏生产力提高49.2%。登海3737干物质累积、最大生长速率、WUE和PFPY的均值较豫单9953分别增加2.8%、7.7%、8.5%和8.6%,最大生长速率出现的时间没有差异。豫单9953干物质积累快增期持续时间比登海3737增加5.3 d。不同品种之间产量和构成要素差异极显著。登海3737平均产量为11 319 kg/hm^2,较豫单9953增产8.4%,其中穗长、百粒质量对产量贡献较大,分别提高22.5%和18.2%。【结论】本研究中,F2处理为最佳施肥模式,即N、P2O5、K2O施量分别为225、75、75 kg/hm^2,施肥配比为30%三叶期、30%拔节期、40%大喇叭口期。     

Genetic variation of seedling traits responded to brassinosteroid and gibberellin inhibitors in maize (Zea mays) doubled haploid lines

The purpose of this study was to examine the genotypic variation in maize doubled haploid (DH) lines response to brassinosteroid and gibberellin inhibitors. Plant responses to hormone inhibitors were determined in growth chamber experiments using germination paper for three different seedling treatments: application of propiconazole (Pcz), uniconazole (Ucz) or water (control). Mesocotyl length (ML) was more sensitive to hormone inhibitors, especially to the Ucz treatment, than other seedling traits. ML was significantly correlated with other traits in the Ucz treatment. All the seedling traits showed moderate-to-high broad sense heritability values, ranging from 0.39 to 0.82. The Euclidian genetic distances of inbred line pairs ranged from 1.27 to 19.94, indicating there was a high level of variability across the maize DH lines used in this study. DH lines with extreme MLs were identified, which can provide valuable breeding resources for improving abiotic stress tolerance, and for further genetic studies.     

玉米HD-ZIP I亚家族基因鉴定及表达分析

转录因子是植物响应逆境胁迫的重要调节因子,在其整个生长发育过程中发挥着重要的作用。HD-ZIP家族蛋白是植物中特有的一大类转录因子,包含4个亚家族(HD-ZIP I^IV),其中HD-ZIP I亚家族成员主要参与干旱、渗透压等极端环境和ABA及乙烯等激素处理的响应过程。本文采用隐马可夫模型(HMM)在玉米参考基因组中鉴定到17个HD-ZIP I亚家族成员,这些基因不均匀分布于玉米6条染色体上,与水稻的亲缘关系要近于拟南芥。玉米HDZIP I亚家族基因在玉米7种组织中表现出多种表达模式,具有明显的组织表达特异性。另外, HD-ZIP I亚家族基因对高盐、淹水及冷害等不同的逆境胁迫处理呈现出不同的响应模式及响应程度差异。5种不同激素处理后,玉米HD-ZIP I亚家族基因也表现出复杂的响应模式。这些结果为进一步解析玉米HD-ZIP I亚家族基因的生物学功能和作用机理提供了一定的参考价值。     

Quantitative trait loci mapping for yield-related traits under low and high planting densities in maize (Zea mays)

Average maize yield per hectare has increased significantly because of the improvement in high-density tolerance, but little attention has been paid to the genetic mechanism of grain yield response to high planting density. Here, we used a population of 301 recombinant inbred lines (RILs) derived from the cross YE478 × 08–641 to detect quantitative trait loci (QTLs) for 16 yield-related traits under two planting densities (57,000 and 114,000 plants per ha) across four environments. These yield-related traits responded differently to high-density stress. A total of 110 QTLs were observed for these traits: 33 QTLs only under low planting density, 50 QTLs under high planting density and 27 QTLs across both densities. Only two major QTLs, qCD6 and qWKEL2-2, were identified across low- and high-density treatments. Seven environmentally stable QTLs were also observed containing qED6, qWKEL3, qRN3-3, qRN7-2, qRN9-2 and qRN10 across both densities, as well as qRN9-1 under low density. In addition, 16 and eight pairs of loci with epistasis interaction (EPI) were detected under low and high planting densities, respectively. Additionally, nine and 17 loci showed QTL × environment interaction (QEI) under low- and high-density conditions, respectively. These interactions are of lesser importance than the main QTL effects. We also observed 26 pleiotropic QTL clusters, and the hotspot region 3.08 concentrated nine QTLs, suggesting its great importance for maize yield. These findings suggested that multiple minor QTLs, loci with EPI and QEI, pleiotropy and the complex network of “crosstalk” among them for yield-related traits were greatly influenced by plant density, which increases our understanding of the genetic mechanism of yield-related traits for high-density tolerance.     

1957-2017年京津冀主要作物水分利用效率及节水潜力分析

水资源短缺以及农业用水效率不高制约着京津冀一体化国家战略的实施。【目的】提高主要作物水分利用效率,缓解京津冀地区农业水资源矛盾。【方法】基于FAO推荐的Penman-Monteith公式及有效降水计算公式估算了1957-2017年京津冀地区冬小麦、夏玉米的耗水量及水分利用效率以及冬小麦、夏玉米的节水潜力。【结果】冬小麦、夏玉米水分利用效率呈逐年线性增长趋势。冬小麦、夏玉米水分利用效率仍有20%~30%的提升空间,在产量不变的前提下,京津冀地区可节约水量43.6亿~60.4亿m^3。冬小麦节水潜力高于夏玉米。【结论】可通过改善土壤条件,优化灌溉管理以及秸秆覆盖等措施提高冬小麦及夏玉米的水分利用效率。     

球孢白僵菌不同施用方式对玉米促生作用的研究

采用土壤施用和叶面喷施2种方式将球孢白僵菌(Beauveria bassiana)菌株Bb202接种至玉米,研究不同接种方式及处理浓度对玉米生长的影响。结果表明,2种喷施方式对玉米苗均存在促生作用,且这种促生作用与孢子接种浓度密切相关。在叶面喷施处理中,白僵菌仅对玉米地上部分生长指标有促进作用,而对玉米苗的根长无显著影响;其中1.0×10~4孢子/m L处理组对玉米苗的促生效果最佳,其株高、叶长、叶宽、鲜重指标比蒸馏水对照组分别高出7.47%、15.42%、25.70%和16.85%。在土壤喷施处理中,白僵菌对玉米苗地上与地下部分均有显著促生作用;其中1.0×106孢子/m L和1.0×10~8孢子/m L处理组,玉米株高、叶长、根长、生物量指标较蒸馏水对照组分别提高了28.66%和29.59%、30.66%和37.85%、43.08%和33.60%、28.35%和32.55%。从对玉米苗的促生作用来看,用1.0×106孢子/m L的白僵菌悬浮液处理土壤,可以取得最经济、最显著的促生效果。