玉米自交系响应花粒期高温胁迫差异表达基因的分析

为了探明玉米重要自交系花粒期高温胁迫下转录组基因的表达差异,发掘玉米响应高温胁迫的关键基因和蛋白质,明确高温胁迫引起玉米减产的机理,从而利用分子生物学技术手段提高玉米耐高温胁迫性。首先,利用Ampha~(TM)Z30花粉活性分析仪检测高温胁迫和正常生长条件下玉米自交系昌7-2、郑58的花粉活性。然后收集花粉提取总RNA,利用Illumina Hiseq2000~(TM)高通量测序技术分别对昌7-2、郑58花粒期高温胁迫材料和正常生长条件下的对照材料进行全转录组测序,序列结果分析后获得差异显著表达基因。通过差异基因维恩图(VENN图)重叠区域分析、GO功能分类和富集统计、KEGG pathway通路分类和富集分析以及转录因子分析,获得玉米花粒期高温胁迫相关的重要差异表达基因和蛋白质。花粉活性检测结果显示,高温胁迫后和正常生长条件下,昌7-2花粉活性分别为24. 37%,42. 89%,郑58花粉活性分别为35. 57%,64. 83%。高温胁迫后在昌7-2花粉转录组中共检测到4 176个显著差异表达基因,郑58花粉转录组中共检测到5 487个显著差异表达基因。KEGG pathway通路分类和富集分析结果显示,高温胁迫后郑58的花粉转录组中有2 062个差异表达基因富集到399个相关通路上,昌7-2的花粉转录组中有1 943个差异表达基因富集到352个相关通路上。转录因子分析结果表明,共获得55个转录因子家族,其中,有45个转录因子包含10个以上差异表达基因。研究表明,通过对玉米自交系花粒期高温胁迫后花粉转录组测序获得了大量的差异显著表达基因信息,昌7-2、郑58对高温胁迫响应机制存在明显差异,热激蛋白(Hsps)、热激转录因子(Hsfs)、生长素(IAA)基因和磷脂酰基醇-4,5-二磷酸基因家族(PIP2)在响应玉米花粒期高温胁迫过程中起着重要作用。     

不同管理模式对春玉米土壤硝态氮累积与氮素利用率的影响

在高肥力(文水)、中肥力(祁县)、低肥力(东阳)条件下,研究了不同管理模式(无氮肥对照、农户习惯、优化处理、高产高效处理)对春玉米土壤剖面硝态氮分布、累积与氮素平衡以及氮肥利用率的影响。通过3年定位试验,结果表明,春玉米收获后0~200 cm土壤剖面硝态氮累积量,在2011,2012年3个试验点都表现为:农户习惯高产高效优化处理无氮对照。文水试验点硝态氮累积量最高,三季平均为287.7 kg/hm2,比东阳和祁县土壤硝态氮累积量分别高18.4%和11.6%。氮素表观损失在3个肥力水平都均表现为农户习惯高产高效优化处理无氮对照。作物携出量在3个肥力水平均表现为:高产高效优化处理农户习惯无氮对照。在2011,2012年氮素农学利用率均表现为:高产高效处理优化处理农户习惯,2013年氮素回收率最高为祁县。高产高效处理达67.6%。通过合理的管理模式,可以在提高产量的同时显著提高氮素的利用率,并降低土壤中硝态氮的残留量。     

烟草叶片响应镉胁迫的差异表达基因鉴定及分析

烟草具有超富集镉的能力,严重降低烟叶品质,影响其经济价值。为了阐释烟草响应镉胁迫的分子机制,本研究采集了镉浓度为0和500μmol L^-1培养条件下的烟草叶片进行转录组测序。共获得76.94 Gb有效数据(Clean data),Q30碱基百分比均达到95.43%以上;在镉胁迫的烟草叶片中,共筛选出7735个差异表达基因,其中4833个基因表达上调,2902个基因表达下调,并通过qRT-PCR分析验证了转录组数据的可靠性。对差异转录本进行GO和KEGG富集分析,GO注释表明差异基因涉及代谢过程、应激反应、细胞结构体、催化活性和转录调节活性等;KEGG富集分析表明上调差异基因主要富集在氨基酸的生物合成、碳代谢、氧化磷酸化和柠檬酸循环等通路,下调差异基因则主要富集在光合作用、次生代谢产物的生物合成、代谢途径和植物激素信号转导途径。进一步分析植物激素信号转导通路发现,共有8条植物激素途径以不同的表达方式参与烟草对镉胁迫的响应。激素喷施烟草的实验结果表明,叶片通过调控赤霉素、油菜素内酯和茉莉酸途径以应对镉胁迫;拟南芥激素信号缺失突变体验证实验表明赤霉素、油菜素内酯、茉莉酸...     

陆地棉幼苗NaCl胁迫下转录因子表达的转录组学分析

以棉花耐盐种质早熟长绒7号和感盐种质南丹巴地大花为材料,利用转录组测序(RNA-Seq)技术分析2个种质在200 mmol L^–1 NaCl胁迫4和24 h后幼苗叶片的转录因子家族及转录因子的表达情况。结果表明,从样本中鉴定出54个转录因子家族的2815个转录因子。盐胁迫4 h后,长绒7号有249个转录因子基因表达发生变化;南丹巴地大花中有261个转录因子基因表达发生变化。在胁迫24 h后, 2个种质对盐响应的转录因子数量均剧增。只在耐盐种质长绒7号特异表达的有106个(4 h)和184个(24 h)转录因子基因,对于2个种质共同表达的转录因子有143个(4 h)和282个(24 h)。通过筛选,鉴定出26个与耐盐相关的转录因子家族124个转录因子基因,并采用荧光定量验证转录组数据的准确性。推测高表达的11个转录因子的基因CotAD_66280 (HD-ZIP)、CotAD_47058 (ERF)、CotAD_18472 (G2-like)、CotAD_04289 (C2H2)、CotAD_57763 (HSF)、CotAD_23656 (TCP)、CotAD_02221 (ERF)、CotAD_23975 (WRKY)、CotAD_54036 (MYB)、CotAD_27788 (NAC)和CotAD_23815 (HSF) 有可能与陆地棉抗盐性密切相关,可作为陆地棉耐盐育种的候选基因源。     

玉/豆和玉/薯模式下玉米氮素吸收利用差异及氮肥调控效应

研究西南地区玉米主要2种套作模式下氮素吸收利用差异及氮肥调控效应, 为氮素高效利用提供科学依据。在四川2个玉米主产区, 通过连续4年的大田试验, 对比研究了玉/豆和玉/薯模式下玉米氮素吸收利用差异和不同供氮水平对玉米氮素吸收的调控效应。结果表明, 玉/豆模式下玉米收获期植株中的氮素积累2个试验点平均较玉/薯模式增加7.11%, 氮收获指数增加2.00%左右, 氮素吸收效率增加7.83%, 成熟期籽粒中氮素的分配比例增加1.76%, 而叶、茎鞘中氮素的分配比例分别减少5.85%和2.75%。分带轮作后, 由于不同前茬对土壤养分影响不同, 再加上套作优势, 玉/豆模式下玉米在生长前期就表现出明显的优势, 到收获期植株氮素积累2个试验点平均较玉/薯增加11.85%, 氮素吸收效率增加11.84%。在玉米氮素积累关键时期, 玉/豆模式在低氮处理下玉米植株氮素的积累量显著高于玉/薯模式相同施氮处理, 而在高氮处理下2种模式间差异不大或者表现相反, 氮肥偏生产力、氮素农艺效率和氮肥利用率也有相似的结果; 玉/豆模式在180 kg hm^-2施氮量下较其他处理显著提高了玉米氮素农学利用率、氮素吸收利用率和籽粒中氮素的分配量, 玉/薯模式下玉米氮素农学利用率和氮肥利用效率, 在180~270 kg hm^-2施氮量处理下较高; 花后氮素同化量玉/豆模式显著高于玉/薯; 2种模式均以施纯氮180~270 kg hm^-2处理有利于氮素转运和花后氮素同化量积累。     

玉米氮素营养基因型差异的研究进展

玉米是我国主要的粮食和饲料作物,需肥量较大.随着品种改良,作物产量逐年增加,对土壤养分的耗竭也日益增加.传统观点认为,要保证玉米的高产和稳产,就必须施用足够的氮、磷、钾等矿质营养元素.我国化肥施用量居世界首位,每年达2900万t,其中氮素化肥占60％以上.     

不同氮效率玉米自交系对氮素供应的反应

以对氮反应有典型差异的玉米自交系自330和陈94—11为材料,研究了不同供氮水平对其生物量和氮素吸收、利用的基因型差异。结果表明,植株的株高、叶片数、氮浓度、含氮量以及地上部生物量随着供氮水平的降低而降低,但根系的生物量、根冠比和氮素的根冠比却呈上升趋势。自330在氮素胁迫的条件下,具有较高的耐低氮能力。两个基因型玉米自交系吸氮量表现出的差异不是由于其氮含量造成的,而是由于根系生物量的差异造成的。     

典型玉米自交系氮素吸收利用特点的研究

在大田条件下,对8个代表性的玉米自交系在不同施氮水平下的氮素吸收与利用特点及与氮效率相关的一些性状进行了研究。结果表明：玉米自交系在产量、生物量和氮累积量上存在显著的差异。通过玉米自交系各性状与氮效率的关系的分析表明,低氮胁迫下,应选择抽丝期穗位叶叶绿素含量高、穗位叶叶面积大、籽粒含氮量高和氮收获指数大的自交系,高氮处理条件下,应选择抽丝期生物量大和成熟期生物量大的自交系。通径分析表明,氮吸收和氮利用效率对氮效率的作用均是直接作用大于间接作用。3个施氮水平条件下,对氮效率的直接作用是氮吸收效率大于氮利用效率。在低氮条件下,氮吸收效率的直接作用更强,而氮利用效率对氮效率的直接作用是随着施氮量的增加逐渐增强。在氮2、氮3处理中,吸收效率和利用效率的共同影响导致了产量差异,并且是吸收效率的影响较大;高氮处理则主要是吸收效率的影响。     

不同氮肥基追比对玉米氮素吸收利用、土壤氮素供应及产量的影响

为了提高玉米全生育期氮素利用率和玉米产量,为黑龙江地区玉米高产氮肥运筹模式提供参考,以玉米品种先玉335和天农9为试材,研究了相同施氮量下不同氮肥基追比(CK:空白对照;T1:50%基肥+50%开花肥;T2:30%基肥+40%拔节肥+30%开花肥;T3:20%基肥+60%拔节肥+20%开花肥;T4:10%基肥+60%拔节肥+30%开花肥)对玉米土壤无机氮含量变化、氮素平衡、不同生育时期氮素积累、氮素利用效率和玉米产量影响。结果表明,与对照组相比,T2、T3、T4有效提高了灌浆期-成熟期土壤耕层无机氮含量;对于氮素平衡,T2、T3、T4较T1处理显著降低了氮素表观损失量,其中T4氮素表观损失量最低。与T1相比,氮肥基追比T2、T3、T4显著提高了玉米开花期-成熟期氮积累量,其中灌浆期-成熟期氮积累量以T4处理最高;与T1相比,T2、T3、T4显著提高了玉米氮素吸收利用率、农学利用率和偏生产力,提高幅度依次为16.66%～22.47%,17.80%～35.76%,4.93%～9.90%(先玉335)和6.55%～24.46%,8.23%～36.94%,2.02%～5.44%(天农9)。氮肥...     

氮素实时管理对夏玉米产量和氮素利用的影响

为实现氮素效率和玉米产量的协同提高,以山东省泰安市和兖州市为试验地点,连续3年在4个田块上进行了基于土壤硝态氮测试的氮素实时管理,结果表明,优化施氮处理产量比农民习惯施肥增加2.73%~14.22%,平均增产7.90%;氮肥用量比习惯施肥减少36.80%~53.85%,平均减少44.75%。与农民习惯施肥相比,优化施氮处理氮素吸收效率增加13.68%~115.91%,氮肥表观利用率增加44.26%~377.89%,氮肥农学效率增加54.31%~271.31%,氮肥偏生产力增加53.38%~141.23%,产/投比增加37.35%~93.18%。说明应用土壤硝态氮测试进行氮肥实时管理可以明显减少玉米氮肥用量,提高氮肥利用效率,增加产量和经济效益。     

18个玉米自交系氮效率性状的配合力分析

以不同类群的18个玉米自交系为母本,6个标准测验种为父本,利用NC-II设计,组配108个杂交组合,对亲本自交系氮效率相关性状进行统计分析,并对杂交组合的产量及氮效率相关性状进行配合力分析。结果表明,吐丝期叶绿素相对含量在2个施氮处理下均与氮效率呈极显著正相关(r = 0.553, 0.639),可作为评价亲本自交系氮效率高低的指标;从氮效率2个构成方面来看,不施氮处理下氮利用效率起主要作用,而施氮处理下氮吸收效率起主要作用。亲本氮效率配合力分析表明,在氮高效品种选育中,应保证亲本至少有一个是氮效率一般配合力(GCA)较高的自交系,并选择由其组配的氮效率特殊配合力(SCA)高的组合;双亲的配合力氮效率总体效应(TCA)决定着组合F₁代的产量及氮效率,TCA可作为选育氮高效杂交组合的理论依据。母本自交系BL12、BL48分别在施纯氮225 kg hm^-2 (N225)和450 kg hm^-2 (N450)处理下,具有较高的GCA效应,是较好的氮高效育种材料,其杂交组合BL12×178、BL48×掖478分别在N225,N450处理下表现较优,是优良的氮高效杂交组合。     

60个玉米自交系的SSR标记分析

利用SSR标记研究了60个山西省主要玉米(Zea maysL.)自交系的遗传变异。用23对扩增带型稳定的引物,从供试自交系中检测出91个等位基因变异,每对引物检测出等位基因2~7个,平均为3.96个,平均多态性信息含量为0.600。UPGMA聚类分析将60个自交系划分为唐四平头,旅大红骨,PN,BSSS,Lancaster,Suwan等6个类群,化群结果与其系谱关系和育种家经验基本一致。     

82份玉米自交系遗传多样性分析

对种质资源进行遗传关系的研究和遗传多样性评价是玉米育种研究的重要内容,采用形态标记和SSR分子标记2种方法对82份玉米自交系进行了遗传多样性分析。结果表明：用15个表型性状计算它们的欧式遗传距离,其平均遗传距离为50.57,变异范围为9.05~146.23,说明供试自交系遗传多样性丰富,以遗传距离38.06为界,将供试自交系分为6类,其聚类结果与其系谱来源的吻合程度较差;利用筛选出来的63对扩增条带清晰、多态性明显的SSR引物,在供试自交系中共检测出等位基因变异601个,每对引物检测到4~24个等位基因,平均为9.5个,每个位点多态性信息量(PIC值)变幅为0.4546~0.9169,平均为0.7529,遗传相似系数为0.5441~0.9334,平均为0.6673,以遗传相似系数0.6735为界,将82份自交系分为七大类,属于五大常见类群的自交系占84.1%,其中Reid群占32．9%,PB群占23.2%,Lancaster群占13.4%,塘四平头群占7.3%,旅大红骨群占7.3%,其他2个类群分别占11．0%和4.9%,其聚类结果与其系谱来源的吻合程度较高。     

我国玉米骨干自交系秸秆纤维品质分析

通过对我国20世纪60年代以来应用广泛的27份骨干亲本自交系的秸秆纤维成分研究,结果显示自交系秸秆纤维品质中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、纤维素(CELLU)、半纤维素(HCELLU)和木质素(ADL)平均含量分别为47.657%、24.551%、21.096%、20.906%和3.776%;不同自交系间秸秆NDF、ADF、CELLU和ADL含量呈显著或极显著差异,HCELLU无显著差异性;各纤维组分含量之间具有显著或极显著相关性;不同年代间自交系秸秆纤维品质NDF、ADF、CELLU、和HCELLU含量有相似的变化规律,即20世纪90年代初至今各组分含量较高;ADL含量在不同年代自交系秸秆中含量变化不大。     

玉米自交系主要数量性状配合力及利用潜力分析

采用NCⅡ遗传交配设计,对16个玉米自交系的单株粒重等15个性状的配合力进行了分析。结果表明：所测各性状配合力在P1、P2组内不同自交系间存在显著或极显著差异。P1组亲本配合力总效应大小顺序为：ZＫ01-1＞ZＫ01-2＞郑58＞9058＞248＞ZＫ01-3＞齐319;P2组亲本配合力总效应大小顺序为昌7-2＞ZＫ02-2＞ZＫ02-1＞LX9801＞永35-2＞H21＞ZＫ02-4＞ZＫ02-3＞黄早4。郑58改良系ZK01-1、ZK01-2在玉米育种中有较大利用价值;昌7-2改良系ZK02-2、ZK02-1在玉米育种中有较大利用价值。行粒数和粒长是决定玉米产量的主要因素,在玉米育种中应作为优先考虑的性状。     

不同籽粒颜色玉米自交系类胡萝卜素含量分析

采用高效液相色谱检测60个不同玉米籽粒颜色自交系中类胡萝卜素（叶黄素、玉米黄质、β-隐黄质和β-胡萝卜素）含量,结果显示,叶黄素、玉米黄质、β-隐黄质和β-胡萝卜素的平均含量分别为56.32、0.85、1.31和5.75mg/kg。按籽粒颜色由浅到深,将60个玉米自交系分为4个等级,颜色越深的品种类胡萝卜素含量越高。对R、G、B、Gray值与类胡萝卜素含量进行相关分析表明,R、G、B和Gray值之间存在极显著正相关（P<0.01）,相关系数分别为0.992（G与Gray）和0.939（R与Gray）,4种类胡萝卜素含量间呈极显著正相关,相关系数分别为0.830（β-隐黄质与β-胡萝卜素）和0.815（β-隐黄质与玉米黄质）。根据类胡萝卜素含量对60个玉米自交系进行聚类分析,60个自交系分为5类,其中第1类类胡萝卜素含量最低,第2类属于中富含类胡萝卜素的自交系,第5类属于高维生素A含量的自交系。综上可知,类胡萝卜素的种类及其含量是影响籽粒颜色的重要因素,可为培育高胡萝卜素含量的玉米品种提供依据。     

110份普通玉米自交系的SSR聚类分析

为了明确110份玉米自交系的亲缘关系,更好地利用和改良玉米自交系,以代表国内主要杂种优势群的4个标准测验种(丹340、黄早4、Mo17、K12)与106份普通玉米自交系为材料,利用SSR分子标记进行遗传多样性分析,选用28对SSR引物对供试材料进行了遗传多样性研究。结果表明,在供试材料中共检测到125个等位基因变异,平均每对引物检测到的等位基因变异为4.46个,变异为2~10个,平均多态性信息量PIC值为0.85,变化范围为0.75~0.94。利用UPGMA聚类分析方法可将110份普通玉米自交系划分为6个类群。     

我国常用玉米自交系光合特性的聚类分析

围绕着光合速率、呼吸速率、单株叶面积、叶片空间分布特征和生育期等光合特性,对我国目前常用玉米自交系进行了系统聚类分析。根据参与聚类的性状为单个、2个、3个和5个,分别将这些自交系分成若干组。依吐丝期前后玉米光合生产能力最大时期的单株叶面积和光合速率两个性状,将132个目前我国常用玉米自交系资源划分成十类,     

利用RFLP和SSR标记划分玉米自交系杂种优势群的研究

利用RFLP和SSR标记对29个玉米自交系进行杂种优势群划分,筛选出56个多态性RFLP探针酶组合,66对多态性SSR引物,分别在供试材料中检测到187个和232个等位基因变异。两种方法比较表明,SSR标记的平均多态性信息量(PIC,0.54)高于RFLP(0.42);但对供试材料的遗传多样性评价基本一致,平均遗传相似系数(GS)分别为0.64和0.62。综