玉米茎秆抗倒伏遗传的研究进展

茎秆倒伏严重影响玉米产量、品质和机械化收获,是当前玉米生产和育种亟待解决的主要问题之一。加强对玉米茎秆抗倒伏性的研究,对提高品种抗倒伏能力具有重要意义。本文综述了玉米茎秆倒伏的主要影响因素及其遗传特征。茎秆倒伏与茎秆自身的强度密切相关。茎秆强度越高,抗倒伏性越强。茎秆强度受茎秆所处的发育阶段、茎秆内部结构和外部形态,及其细胞壁成分等影响。处于分生组织的茎秆细胞分裂旺盛,较易折断,而进入生殖生长后,茎秆表皮、厚壁组织增厚,维管束发育成熟,对茎秆的支撑作用增强。茎秆细胞壁的主要成分——纤维素、半纤维素、木质素、可溶性糖、无机物等均可提升茎秆强度。目前,研究者借助高通量表型平台,利用玉米连锁群体和自交系群体,采用各种定位方法,鉴定到一系列影响茎秆形态、强度、细胞壁成分的相关QTL和候选基因。研究表明,基于单倍型的QTL定位方法比基于单个SNP的定位效果好。一致性QTL分析将不同遗传群体的研究整合到一起,能够提高QTL结果的通用性。茎秆强度的遗传基础复杂,受微效多基因控制,位点间具有加性效应。茎秆成分QTL中的候选基因涉及细胞壁代谢、转录因子、蛋白激酶等。MAIZEWALL是玉米细胞壁相关基因的重要数据库。目前该数据库包含1 156个玉米细胞壁生物学相关的候选基因,为该领域的深入研究提供强大的资源。已鉴定到一系列影响玉米茎秆细胞壁成分、茎秆形态和强度的基因,其功能涉及纤维素合成路径,如纤维素合成酶类、Cobra类、糖基转移酶和核糖转运蛋白类;苯丙烷路径基因,如控制bm1—bm5的相关基因;植物激素类,如赤霉素、生长素、油菜素甾醇相关基因;转录因子如NAC、MYB;miRNA（ZmmiR528）以及F-box基因（stiff1）等。今后应积极探索不同发育时期玉米茎秆倒伏的力学机制;广泛发展自然群体或育种群体进行遗传分析;采取多种定位策略,提高抗倒伏相关基因鉴定的功效;针对优良等位基因,开发各类分子标记,加强抗倒伏分子标记辅助选择。本文将为玉米茎秆抗倒伏遗传机制解析及抗倒伏玉米品种的分子育种提供参考。     

农艺措施对谷子产量及抗倒伏力学性能的影响

【目的】明晰栽培条件互作对谷子叶片光合特性、茎秆生物力学性质指标的耦合影响,为运用谷子茎秆生物力学性质进行抗倒伏特性评价,为优化谷子种植栽培条件及抗倒伏优种筛选提供合理农艺措施和理论支持。【方法】采用裂区试验设计方法,主区选取4个在生产中具有代表性的谷子品种,副区为基于不同的播种密度与施肥量、播种密度与水分、水分与施肥量互作处理栽培条件,系统研究了栽培措施对谷子生长发育以及茎秆抗倒伏生物力学性质的影响。【结果】（1）除水分对谷子茎秆节平均直径影响不显著外,谷子品种、施肥量、播种密度及水分4个因素对谷子的产量、光合生理特性及茎秆形态特性均有极显著影响（P＜0.001）;（2）谷子的千粒重、产量均随施肥量和水分的增加而增加;随播种密度的增加,千粒重呈下降趋势,产量呈现先上升后下降趋势;谷子旗叶SPAD值及最大荧光值（Fm）开花期显著高于灌浆期,开花期旗叶SPAD值、灌浆期旗叶Fm可作为谷子育种的目标性状;（3）播种密度对谷子田间倒伏率的影响最大,其次是水分、品种,施肥量的影响最小;（4）谷子茎秆倒数第二节的抗拉倒力与株高、节平均长度及茎秆节含水率显著负相关,与节平均直径显著正相关。【结论】不同农艺措施互作栽培条件下,单因子对谷子的产量、植株光合生理特性及茎秆力学性能影响最大;选择优良品种、合理密植（≤70万株/hm²）、适当水肥是提升谷子籽粒品质、增加产量、减少田间倒伏率的有效措施。     

不同行距配比对玉米光合生理指标及茎秆特性的影响

以‘大丰30’为试验材料,在同一密度下（75000株/hm²）设置5种不同行距配比,研究不同行距配比对玉米光合生理指标及茎秆力学特性的影响。结果表明：行距配比为40 cm×80 cm时,棒三叶的叶绿素含量(SPAD)在灌浆期达到峰值;行距配比为30 cm×90 cm时,棒三叶净光合速率在灌浆期最高。大口期开始,行距配比为40 cm×80 cm时,叶面积指数(LAI)最高。单株干物质积累量以40 cm×80 cm最高。各行距配比的茎秆硬皮穿刺强度与茎秆弯曲性能随着节位的下降均呈逐渐增强的趋势,从大到小为 40 cm×80 cm>50 cm×70 cm>30 cm×90 cm>60 cm×60 cm>20 cm×100 cm。穗长、穗粗、千粒重和穗粒数各处理间均有不同变化,行距配比为40 cm×80 cm时产量最高,比等行距60 cm×60 cm增产7.96%。由此可见,行距配比为40 cm×80 cm,有利于大穗型品种‘大丰30’的光合性能和茎秆强度的提高,从而达到抗倒伏增产的目的。     

不同春玉米品种茎秆显微结构对抗折强度的响应

以冀西北寒旱区9个春玉米品种为研究对象,通过测定玉米基部第3节抗折强度,利用光学显微镜观察其茎节显微结构,对维管束各项显微指标与节折强度进行相关分析,研究春玉米节折强度与茎秆显微结构之间的关系。结果表明,不同春玉米品种间节折强度达显著水平。对各品种维管束显微指标进行统计分析表明,维管束鞘厚度和表皮细胞厚度变异系数最大,分别达到34.8%和23.2%;茎节维管束数目增多不利于节折强度的提高(r=-0.945**,r=-0.927**),维管束平均面积、韧皮部面积增大有利于节折强度的增加(r=0.831*,r=0.799*;r=0.733*,r=0.786*)。通径分析表明,维管束数目对节折强度的直接效应最大,表皮细胞厚度次之,维管束最大面积、维管束鞘厚度、韧皮部面积等指标也通过维管束数目对茎折强度起间接作用。参试品种中,京农科728、纪元108维管束数目较少,维管束平均面积、韧皮部面积较大,茎折强度较高,抗倒伏性优于其他品种。     

春播谷子成熟期抗倒伏性研究

试验以长谷4号、长生13和晋谷21为材料,在成熟期（乳熟期、蜡熟期和完熟期）测定7个性状指标,分析其与倒伏性的关系。结果表明,3个品种的倒伏指数均以黄熟期最大,乳熟期最小;从基部第2节间~第6节间,倒伏指数依次增加,抗倒伏性依次降低。相关性分析表明,基部第2节间倒伏指数与重心高度和单株穗鲜重呈显著正相关,与株高、单株鲜重和基部第2节间长度呈正相关,与基部第2节间直径和基部第2节间机械强度呈负相关,但都未达到显著水平。通径分析结果表明,各性状对倒伏指数的直接影响从大到小排序为：基部第2节间机械强度、单株鲜重、重心高度、株高、基部第2节间直径、基部第2节间长度和单株穗鲜重。由研究结果可见,基部第2节间机械强度和重心高度可作为评价谷子成熟期抗倒伏性的通用指标,对选育抗倒伏谷子新品种具有重要指导意义。     

天麻茎秆水提物的抗惊厥作用

【目的】研究天麻茎秆(Gastrodia elata stalk)水提物的抗惊厥作用及其可能的作用机制。【方法】以SPF级ICR小鼠为研究对象，采用戊四氮(PTZ)和N-甲基-D -冬氨酸(NMDA)构建2种小鼠癫痫模型，以卡马西平(80 mg/kg)为阳性对照，以相同体积的蒸馏水为空白对照，通过检测小鼠脑中γ-氨基丁酸(GABA)、谷氨酸(Glu)、一氧化氮(NO)、五羟色胺(5-HT)、Na⁺-K⁺-ATP酶(Na⁺-K⁺-ATP)、天冬氨酸(Asp)、总抗氧化能力(AOC)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽(GSH)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽还原酶(GSR)、丙二醛 (MDA)、白细胞介素1β(IL-1β)、白细胞介素10(IL-10)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)水平的变化，分析天麻茎秆水提物高、中、低(2 000，1 000，500 mg/kg) 3个剂量对模型小鼠惊厥发作的行为学影响，观察各组小鼠脑皮层及海马组织的病理学变化，免疫组织化学方法测定脑皮层、海马组织中c-Fos、TLR4蛋白的表达水平。【结果】与空白对照组相比，2种模型组小鼠发生惊厥数及死亡率极高，其脑组织中GABA、5-HT、Na⁺-K⁺-ATP、AOC、CAT、GSH、SOD、GSR、IL-10的含量降低，Glu、Asp、NO、MDA、IL-1β、TNF-α的含量升高，脑皮层和海马组织中c-Fos、TLR4蛋白表达水平升高，海马神经元受损。天麻茎秆高、中、低剂量组和卡马西平组均可改善由PTZ、NMDA所致上述指标的变化，延长小鼠的惊厥潜伏期，缩短惊厥持续时间，减少惊厥次数，降低惊厥强度及死亡率。【结论】天麻茎秆具有良好的抗惊厥作用，能缓解由PTZ和NMDA诱发的小鼠惊厥。     

华中农大在番茄茎秆发育调控机制研究中取得新进展

2020年3月,《Journal of Experimental Botany》在线发表了华中农大园艺植物生物学教育部重点实验室叶志彪教授领衔的番茄团队题为"Tomato SD1, encoding a kinase interacting protein, is a major locus controlling stem development"的研究论文,该研究鉴定了调控番茄茎秆发育的关键基因SD1,并从遗传和进化角度解析了番茄茎秆发育的遗传基础及调控机制。     

王草茎秆弯曲与压缩的强度特性

为研发优质高效的王草收获机械和加工机械,使用响应面试验设计和统计分析,从根径、取样高度2个维度上研究收获期王草茎秆的强度特性,同时考察含水率、观测截面的面积以及长径与短径对强度的影响。结果表明,抗弯强度达8.84～29.88 MPa,轴向和径向的抗压强度达0.40～10.94 MPa,径向抗压强度远小于轴向抗压强度。根径、取样高度、观测截面的面积等对抗弯强度和轴向抗压强度的影响在0.1水平上不显著,观测截面的长径、短径等对径向抗压强度的影响多在0.05范围内的水平上显著,只有茎节的长径影响在0.05水平上不显著。含水率对抗弯强度的影响在0.05水平上显著,对轴向抗压强度和径向抗压强度的影响在0.1水平上不显著。茎秆节间及茎节5个强度模型的相关指数达0.794 2～0.867 0。综上可知,相近生长期、不同根径、不同观测截面面积、不同取样高度茎秆的节间和茎节多具有差异不显著、分布均衡的强度特性,仅径向抗压强度对观测截面的长径和短径敏感。尚需在王草的品种、种植条件、解剖结构和生长性状上挖掘更多的影响因子,进而实施较完善的试验,以更好地探明王草茎秆的强度特性。     

钾肥和硅肥对油用亚麻茎秆抗倒伏特性的影响

为了优化油用亚麻抗倒伏的肥料运筹措施,以‘陇亚11号’和‘定亚23号’为试验材料,通过裂区设计,研究了钾肥（不施钾、52.5 kg K₂O/hm²和105 kg K₂O /hm² 3个水平）和硅肥（不施硅和90 kg SiO₂/hm² 2个水平）用量对油用亚麻茎秆形态学、力学抗倒伏特性及产量的影响。结果表明：‘陇亚11号’的株高、重心高度及茎粗、壁厚、抗折力均显著大于‘定亚23号’,茎秆形态学及力学抗倒伏特性的综合影响下,‘陇亚11号’较‘定亚23号’倒伏率提高21.24%而产量降低9.43%。钾肥显著改善了抗倒的茎秆表观形态学特性,施钾后茎粗、壁厚、茎秆抗折力、抗倒伏指数提高而株高和重心高度降低,千粒重和籽粒产量分别提高7.35%和9.34%。硅肥对茎秆形态学、力学特性及籽粒产量均无主效应,但硅肥与钾肥的互作使茎粗显著增加。抗倒伏指数与茎粗、壁厚呈显著正相关,与株高、重心高度呈显著负相关。品种间的茎秆抗倒伏特性差异较大,施用钾肥显著改善了抗倒的茎秆表观形态学特性,优化了茎秆机械性能,增强了油用亚麻的抗倒伏能力;供钾量较低时,硅肥与钾肥对茎粗的互作正效应明显。     

玉米秆、穗、粒力学特性的品种与密度效应研究

为明确玉米"秆-穗-粒"力学特性的品种与密度效应,于2016年和2017年分别设置20个品种、7个品种×3个密度组合的田间试验,测定玉米茎秆-雌穗和穗轴-籽粒的连接力学特性,以及穗轴、籽粒的力学特性。通过方差分析、效应估算、多重比较、遗传相关等方法分析数据,结果表明,供试玉米品种的茎秆-雌穗连接力、穗轴-籽粒纵向和横向连接力、穗轴抗压碎力和抗弯折力的取值范围分别为291～579、5.57～13.69、5.10～9.66、1 070～3 849、140～355 N,籽粒抗压碎力、抗剪切力、穿刺强度的变化范围分别是89～157 N、42.7～105.0 N及48.1～77.0 MPa。品种、品种×密度互作对茎秆-雌穗连接力和穗轴-籽粒纵向、横向连接力影响显著,品种、密度对穗轴抗压碎力和抗弯折力影响显著,穗轴抗压碎力和抗弯折力随种植密度的增加呈下降趋势。品种对茎秆-雌穗连接力、穗轴-籽粒纵向和横向连接力、穗轴抗压碎力和抗弯折力的总贡献率分别为52.08%、40.55%、18.71%、89.71%、56.92%,均高于其他效应因子的总贡献率。品种对籽粒抗压碎力、抗剪切力、穿刺强度影响显著。籽粒抗压碎力分别与长度、周长、面积、表面积、体积、矩形度呈显著正相关,穿刺强度分别与厚度、面积、表面积、体积、矩形度呈显著正相关,抗压碎力、抗剪切力、穿刺强度分别与比表面积呈显著负相关。综之,品种是影响玉米"秆-穗-粒"连接特性和穗轴、籽粒力学特性的主要因素,籽粒比表面积分别与其抗压碎力、抗剪切力、穿刺强度相关性显著。这些结果可为玉米宜机收品种选育和栽培、收获机具设计提供参考依据。