Impact of climate change on maize yield in China from 1979 to 2016

Climate change severely impacts agricultural production, which jeopardizes food security. China is the second largest maize producer in the world and also the largest consumer of maize. Analyzing the impact of climate change on maize yields can provide effective guidance to national and international economics and politics. Panel models are unable to determine the group-wise heteroscedasticity, cross-sectional correlation and autocorrelation of datasets, therefore we adopted the feasible generalized least square(FGLS) model to evaluate the impact of climate change on maize yields in China from 1979–2016 and got the following results:(1) During the 1979–2016 period, increases in temperature negatively impacted the maize yield of China. For every 1°C increase in temperature, the maize yield was reduced by 5.19 kg 667 m–2(1.7%). Precipitation increased only marginally during this time, and therefore its impact on the maize yield was negligible. For every 1 mm increase in precipitation, the maize yield increased by an insignificant amount of 0.043 kg 667 m–2(0.014%).(2) The impacts of climate change on maize yield differ spatially, with more significant impacts experienced in southern China. In this region, a 1°C increase in temperature resulted in a 7.49 kg 667 m–2 decrease in the maize yield, while the impact of temperature on the maize yield in northern China was insignificant. For every 1 mm increase in precipitation, the maize yield increased by 0.013 kg 667 m–2 in southern China and 0.066 kg 667 m–2 in northern China.(3) The resilience of the maize crop to climate change is strong. The marginal effect of temperature in both southern and northern China during the 1990–2016 period was smaller than that for the 1979–2016 period.     

耐低温耐低氧萌发野败不育系赣野A的选育

赣野A是江西省农科院水稻研究所将东乡野生稻的耐冷性和耐低氧萌发能力导入抗稻瘟病保持系赣香B后再与赣香A测交和回交育成的野败型三系籼稻不育系。该不育系败育彻底,异交结实率高,配合力较强,具有较强的耐冷性和耐低氧萌发能力,在直播杂交稻育种中应用前景广阔。2019年通过了江西省品种审定。     

农村互联网发展对中国玉米全要素生产率的影响

采用DEA-mamlquist指数测算2004—2019年中国17个玉米主产省(区)的全要素生产率,运用联立方程组模型实证检验农村互联网发展对玉米全要素生产率的影响及其作用机理,并分区域探讨其差异性。结果显示:2004—2019年中国玉米全要素生产率年均增长0.2%,主要依靠技术进步的单轨模式驱动。农村互联网的发展显著(P<0.01)提升玉米全要素生产率,主要依靠技术进步和技术效率的协同作用驱动。分区域来看,农村互联网发展对玉米全要素生产率均具有显著(P<0.01)的促进作用,其影响程度由高到低依次为北方春播玉米区>黄淮海平原夏播玉米区>西北灌溉玉米区>西南山地玉米区。建议进一步提高农村互联网的配套设施建设,发挥互联网“连接经济”的优势,应用多元化互联网技术,促进不同生态类型区玉米生产效率的提升。     

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。     

过表达ZmIBH1-1提高玉米苗期抗旱性

【目的】干旱是严重影响玉米生长发育进程的一个重要因素。挖掘玉米抗旱相关基因,通过转基因功能验证和转录组分析,解析关键基因在响应干旱胁迫过程中的分子调控机制,为抗旱分子育种和遗传改良提供理论依据。【方法】以玉米自交系B104（WT）为背景材料,利用农杆菌介导方法构建过表达ZmIBH1-1转基因株系（ZmIBH1-1-OE）;通过对转基因植株进行草铵膦抗性筛选、标记基因和目的基因PCR检测,以及运用实时荧光定量PCR检测目的基因的表达情况,鉴定阳性植株和株系;以WT和ZmIBH1-1-OE转基因株系为材料,通过干旱处理（20% PEG6000）,进行表型鉴定和耐旱生理生化指标测定,验证ZmIBH1-1的抗旱功能;通过对干旱胁迫下玉米4叶期转录组的比较分析,鉴定出差异表达的基因（differentially expressed genes,DEGs）;结合DAP-seq（DNA affinity purification sequencing）分析,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的下游靶基因,利用基因组可视化软件IGV（integrative genomics viewer）分析ZmIBH1-1蛋白结合候选靶基因的位置,然后通过Dual-Luciferase试验验证ZmIBH1-1蛋白与靶基因的调控关系。【结果】通过玉米遗传转化获得12个转化事件;T₃代中,能同时检测到标记基因Bar和目的基因ZmIBH1-1的植株有458个,实时荧光定量PCR检测结果表明,ZmIBH1-1-OE中ZmIBH1-1的表达量显著高于WT,株系3和株系8表达量最高,将其自交获得T₄代转基因株系用于后续试验。在干旱胁迫条件下,ZmIBH1-1-OE株系存活率、叶片相对含水量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量及其生理生化指标（超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性）均显著高于WT,说明玉米中过量表达ZmIBH1-1赋予玉米更高的耐旱性。转录组分析结果表明,WT与ZmIBH1-1-OE株系在干旱胁迫下有1 214个差异表达基因;Gene Ontology（GO）功能富集分析结果表明,差异表达基因主要涉及生物过程、细胞组分和分子功能,如在生物过程中主要涉及到光合作用、应激响应、脱水响应等;KEGG富集分析表明,差异表达基因主要参与植物激素信号传导、新陈代谢等过程。结合转录组显著差异表达基因和DAP-Seq分析所得到ZmIBH1-1蛋白的靶基因,初步确定ZmIBH1-1蛋白直接调控与抗旱相关的11个候选靶基因,包括2个钙信号相关基因、3个半胱氨酸代谢相关基因、1个bHLH转录因子、1个应激响应蛋白、1个谷胱甘肽转移酶、1个氧化还原过程蛋白和2个乙烯响应因子;基因组可视化结果显示ZmIBH1-1蛋白可以结合靶基因启动子区;随后通过Dual-Luciferase试验进一步表明,ZmIBH1-1蛋白可以直接作用于11个候选靶基因,其中,ZmIBH1-1蛋白可以促进ZmCa-M、ZmSYCO、ZmbHLH54、ZmGlu-r1、ZmCLPB3和ZmP450-99A2的表达,抑制ZmAGD12、ZmCYS、ZmCYSB、ZmERF-107和ZmEIN3的表达。此外,在干旱胁迫下NAC、WRKY、MYB等转录因子在ZmIBH1-1-OE和WT株系中也存在差异表达。【结论】ZmIBH1-1的过表达可以增强玉米苗期的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控乙烯信号通路中的ZmERF-107和ZmEIN3的表达提高玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白通过直接调控钙信号相关基因ZmCa-M和ZmAGD12增强玉米的耐旱性;ZmIBH1-1蛋白可能通过间接调控NAC、WRKY、MYB等转录因子响应干旱胁迫。     

延迟收获对长江中游春玉米农艺性状及机收质量的影响

为探明长江中游玉米籽粒机械直收适宜品种与配套农艺措施，2018—2019年选用不同玉米品种，测定不同机收时间下玉米关键农艺性状、产量及机收质量指标。结果表明，收获时间对春玉米机收产量与机收质量均有显著影响。延迟1周收获后籽粒容重显著增加，机收产量显著提高，2年平均提高9.72%；而延迟2周收获则有降低机收产量的趋势。2年收获时杂质率总体≤3%，而机收籽粒破碎率与损失率均>5%，是该区域春玉米籽粒机收面临的主要问题。籽粒厚度、籽粒含水率和百粒重是影响机收籽粒破碎率的关键性状，三者与机收籽粒破碎率均呈显著的倒二次曲线关系；玉米的倒伏率、穗位高和重心高度是影响机收损失率的关键性状，倒伏率与机收损失率呈显著正相关，而穗位高和重心高度与机收损失率均呈显著的二次曲线关系。延迟收获能显著降低籽粒含水量，从而降低籽粒破碎率，但继续延迟收获有增加倒伏的风险。综上，长江中游春玉米成熟后适时延迟7~10 d收获，可有效降低籽粒含水量与机收籽粒破碎率，提高玉米籽粒机收产量。     

草地贪夜蛾对小麦和玉米的产卵选择性及其种群生命表

为明确草地贪夜蛾对小麦的产卵选择性及其是否对小麦安全生产构成威胁,本研究以玉米和小麦作为测试寄主,比较分析了草地贪夜蛾对两种作物不同部位的产卵选择性,并利用两性生命表方法研究了取食小麦、玉米对其生命参数的影响。结果表明:草地贪夜蛾更喜欢在玉米上产卵,其在玉米、小麦叶片、玉米和小麦茎秆上的产卵量存在显著差异(df=102,F=15.593,P<0.05),以玉米叶片背面卵块数量(7.11±1.55)块/笼最高;草地贪夜蛾取食小麦可以完成生活史,但幼虫存活率、化蛹率、羽化率和世代存活率低于取食玉米。取食玉米的幼虫发育历期为(16.31±0.15)d,显著高于取食小麦的(14.66±0.12)d,蛹期、蛹重、产卵前期、成虫寿命和世代周期无显著差异。取食小麦羽化出的雌虫寿命、平均单雌产卵量显著高于取食玉米,分别为(16.39±0.40)d、(976.31±57.21)粒和(14.64±0.32)d、(831.57±30.55)粒。生命表参数显示取食玉米的净增殖率为363.14,显著高于小麦的258.63,但内禀增长率、周限增长率和平均世代周期无显著差异。研究结果为草地贪夜蛾在小麦上的预测预报和有效防控提供了基础数据。     

异源表达玉米ZmC3H54基因增强水稻的耐旱性

CCCH锌指蛋白是一类重要的转录调控因子。从玉米中分离得到一个受干旱和ABA诱导表达的CCCH型锌指蛋白基因ZmC3H54，通过构建过量表达载体并转化水稻来进一步研究其功能。 与对照组相比，转基因植株在干旱胁迫处理下具有更高的相对含水量与存活率以及较低的相对电导率，表明过量表达ZmC3H54基因可以提高转基因水稻的耐旱性。此外，转基因水稻幼苗对外源ABA敏感性更高。以上结果表明玉米ZmC3H54基因可能是通过ABA信号通路调控植物对干旱的耐受性。     

播期对河套地区玉米灌浆进度的影响

旨在为玉米的高产栽培提供理论支撑。采用分期播种法,利用试验数据,建立28个生长模型（方程均通过0.01的极显著检验）,将玉米灌浆期百粒干重、百粒体积随灌浆日数增加的时段分为三阶段,即渐增期、快增期和缓增期。适时播种的玉米吐丝后百粒体积、百粒干重增加进入渐增期,终止日分别为吐丝后的6天和20天,此后进入快速增长期,时间分别为22天和18天;其后到籽粒体积和干重增加进入缓慢增长期。适时播种的玉米百粒干重增加逐渐增长期为吐丝后活动积温区间0~502.4℃·d,增幅0.014 g/℃·d;快速增长期为吐丝后活动积温区间502.4~938.4℃·d,增幅0.049 g/℃·d;缓慢增长期为吐丝后活动积温区间938.4~1355.1℃·d,增幅0.018 g/℃·d。     

冬小麦–夏玉米高产模式周年气候资源分配与利用特征研究

探明周年产量20,000kghm–2以上冬小麦–夏玉米种植模式周年气候资源分配与利用特征,并建立资源优化配置定量指标,为进一步提升黄淮海该模式周年产量潜力和气候资源利用效率提供理论依据,具有重要意义。本研究利用2006—2010年黄淮海区9个高产点共45个田间试验的数据,定量分析了冬小麦–夏玉米模式高产形成与季节间光温水资源分配的关系。结果表明,三省9个试验点冬小麦–夏玉米均实现了周年20,000kghm–2以上高产,但区域间差异较大,河南和山东小麦产量最高,山东夏玉米产量最高,河南和山东周年产量分别高于河北16.9%和21.5%。产量的变化主要由光温水分配差异造成,河南和山东小麦季积温量在1924.2～2608.0°C和降雨量小于201.1mm范围时产量均高于河北,山东玉米季辐射量在2168.5～2953.8 MJ m–2、积温量小于2990.7°C和降水量小于591.3 mm范围时产量均高于河南和河北。然而省份间冬小麦–夏玉米模式季节间热量资源分配率和分配比值相对固定,即小麦季和玉米季积温分配率分别为43%和57%,两季间积温比值为0.7,这是该区当前生产和生态条件下冬小麦–夏玉米模式季节间资源合理配置的定量标准。在不增加任何投入的前提下依据该定量指标来指导黄淮海不同生态区冬小麦–夏玉米种植模式的资源优化配置,对促进黄淮海该种植模式可持续发展具有重要意义。