ACC处理对不同基因型玉米幼苗响应氮素供给的调控效应

乙烯对玉米生长发育与形态建成具有重要调控作用,但乙烯对玉米氮素吸收与积累调控效应缺乏深入研究,局限了乙烯在玉米丰产高效栽培中的应用。本研究以郑单958、瑞福尔1号和德美亚3号3个玉米品种为试验材料,比较研究不同基因型玉米植株对氮素供给的响应差异,结合外源添加乙烯合成前体1-氨基环丙烷-1-羧酸(1-aminocyclopropane-1-carboxylicacid,ACC),分析乙烯对不同基因型玉米氮素吸收的调控效应。研究结果表明,在低氮条件下,氮素敏感型品种(德美亚3号和瑞福尔1号)比郑单958叶片缺氮表型明显,对ACC处理敏感,而且ACC处理抑制玉米植株地上和地下部的生长和干物质积累;ACC处理抑制了低氮下叶片叶绿素合成,降低叶片可溶性蛋白积累,促进玉米叶片早衰,其中ACC处理郑单958叶片叶绿素和可溶性蛋白含量均显著高于德美亚3号和瑞福尔1号;进一步研究发现,低氮处理抑制乙烯合成关键酶基因ZmACS7和ZmACO15的表达,降低乙烯含量,ACC处理促进低氮条件下ZmACS7和ZmACO15基因的表达,提高乙烯含量;低氮处理抑制玉米根系中ZmNRT2.1表达,但ACC处理促进低氮下玉米根系中ZmNRT2.1表达,其中郑单958根中ZmNRT2.1表达在低氮条件下显著高于德美亚3号和瑞福尔1号。研究结果表明乙烯通过调控玉米植株乙烯合成关键酶基因和ZmNRT2.1表达,调节了氮素吸收与分配,影响了植株生长,其中氮素敏感性品种比持绿型品种对乙烯更为敏感。     

玉米氮素敏感性差异自交系的表达谱分析

玉米材料的氮肥敏感性存在显著差异,但基因表达模式尚不清楚。基于此,本研究以玉米氮敏感型自交系 B73和钝感型自交系Mo17为材料,对足氮(sufficient nitrogen,简称SN)和低氮(limiting nitrogen,简称LN)条件下苗期叶片组织的转录组进行分析。对于叶片总氮含量,敏感型B73在足氮和低氮条件下存在显著差异,而钝感型Mo17的差异小且不显著。基因表达差异分析显示Mo17在两种氮环境下差异基因的数目达13 867个,在低氮环境下基因上调比例高于下调比例1.9倍;B73差异基因的数目为10 028个,低氮环境基因上调比例低于下调比例。基因聚类分析也显示低氮环境下,钝感型Mo17基因表达上调或下调的幅度高于敏感型B73。差异基因双尾方差分析表明受氮环境和基因型共同影响的差异基因为342个,功能主要集中在与氨基酸代谢、光合作用、次级代谢及基因复制表达等相关途径。综上所述,在低氮条件下氮钝感型Mo17较敏感型B73激活更多的基因来提高植株对氮的吸收和同化能力,被激活的基因可能与玉米氮肥转运和利用有关。     

玉米自交系幼苗生物量积累及根系形态对两种氮素水平的反应及聚类分析

为探讨低氮胁迫对玉米自交系幼苗生物量和根系形态的影响,以35份玉米自交系为材料,测定了两个氮素水平处理后14d玉米幼苗的单株干重、地上部干重、根干重、根冠比、总根长、根表面积、根体积、根平均直径、侧根数和初生根长。结果表明,低氮胁迫下玉米幼苗根干重、根冠比、根总表面积、根体积、侧根数、根平均直径和初生根长显著增加,地上部干重和单株干重显著减小,而总根长没有明显变化。通过主成分分析和聚类分析发现,同一氮素水平下,玉米幼苗各性状的综合表现存在基因型差异,且在正常氮素和低氮条件下均可以分为6组。低氮处理后,选取的9个自交系地上部氮素积累量均显著降低,PH4CV、B73和XY4的根系氮素积累量显著增加,其余6个自交系显著降低。此外,只有XY4的氮素吸收和利用效率均较高。综合分析表明,XY4是低氮高效型玉米自交系。     

茄子氮高效基因型苗期筛选指标的研究

为明确茄子氮高效基因型苗期筛选指标,以茄子高氮高效低氮高效型基因型06-991和高氮高效低氮低效型基因型06-867为材料,采用溶液培养方法在高氮(11 mmo L/L)和低氮(2 mmo L/L)处理下,研究茄子苗期植株形态、根系特征和氮素在各个器官中的累积与分配的特性。结果表明,高氮处理下06-991和06-867茄子的植株形态、根系形态差异不显著;低氮处理下06-991的株高、叶片总叶绿素含量、植株干质量、平均根长、根体积、根干质量和植株氮累积量显著高于06-867,分别达到06-867的1.40,1.78,1.29,1.30,1.67,2.00倍。06-991的根冠比和植株向根部分配的氮素显著高于06-867。茄子各性状与氮素累积量相关性分析表明,2个氮水平下植株干质量和根干质量与植株氮素累积量呈极显著正相关,适合作为茄子苗期氮高效基因型筛选指标。     

高表达转C_4型PEPC基因水稻在低氮下诱导碳氮酶稳定光合作用

为揭示高表达转玉米C4-PEPC基因水稻在低氮条件下的光合表现,采用高表达转玉米C4-PEPC基因水稻(PC)与原种Kitaake(WT)为试验材料,通过盆栽试验,分别测定不同的氮素条件下(中氮300 kg/hm2,低氮65 kg/hm2),开花后不同天数的SPAD值,光合参数以及碳氮关键酶活性。并在开花后50 d收获植株,记录产量因子。结果表明:低氮处理下的PC相对于WT来说,在开花后14,28 d,其净光合速率分别提高了13.10%(P0.05)和29.29%(P0.05)。同时,Rubisco羧化酶在开花后14,28 d时活性分别提高了67.86%和52.63%(P0.05);硝酸还原酶在14,28 d时的活性分别提高79.49%(P0.05)和17.96%;谷氨酰胺合成酶仅在开花后28 d时活性提高28.48%(P0.05)。但是通过对产量进行分析,在低氮条件下,并未发现PC的产量与WT有明显差异。可见,PC通过诱导碳氮的关键酶活性的提高维持低氮条件下高净光合速率。     

土壤速效氮水平对大豆氮素积累和产量的影响

土壤速效氮水平是土壤供氮能力的重要指标,直接影响大豆植株的氮素积累和产量形成。以黑农40大豆品种为材料,采用框栽和分期追氮的方法,研究了土壤速效氮水平对大豆氮素积累、分配及产量的影响。结果表明:随着土壤速效氮水平的提高,可以显著增加大豆植株叶、茎部氮素含量,以苗期最为显著;而且明显促进大豆植株前期的氮素积累,对后期影响不明显;完熟期(R8)随着土壤速效氮水平的增加,叶、茎部氮素分配比例提高,芙果的氮素分配比例下降,根部变化不明显;供试的四个土壤速效氮水平,其大豆产量顺序是:N15(125.65±7.67mg/kg)>N5(39.03±2.64mg/kg)>Nl0(75.08±5.14mg/kg)>N0(16.89±2.22mg/kg),N,S,N,o,N、处理之间差异不显著,显著高于N0处理,说明土壤速效氮在较低水平(16.89±2.22mg/kg)时,提高土壤速效氮水平具有增产作用。     

夏玉米不同部位干物质临界氮浓度稀释曲线的构建及对产量的估计

准确和动态地诊断营养生长阶段植株氮状况,对于评估植物氮需求、预测玉米产量以及优化氮素管理至关重要。基于植物的氮诊断工具可优化夏玉米生产中氮素的管理,本研究旨在开发和验证基于玉米地上部不同部位干物质的临界氮浓度稀释曲线,并建立玉米相对产量(relative yield,RY)与不同生长阶段氮素营养指数(nitrogen nutrition index,NNI)和累积氮素亏缺(accumulated nitrogen deficit,AND)的关系。本文以2个不同氮效率的品种为试验材料进行连续4年的田间定位试验,设置4个氮素水平(0、150、225和300 kg hm^?2),分析不同施氮量对2个玉米品种营养生长阶段干物质的影响,基于叶干物质(leaf dry matter,LDM)、茎干物质(stem dry matter,SDM)和植物干物质(plant dry matter,PDM),构建不同的临界氮浓度稀释曲线。结果表明,基于LDM、SDM和PDM建立的临界氮浓度稀释曲线,均能很好地诊断玉米氮营养状况;3条临界氮浓度稀释曲线对产量进行预测比较发现,RY与NNI和AND在不同生长阶段之间的相关性均达到显著水平,相关系数R2值均大于0.65,其中R2值在V12?VT时期最大,同时回归模型的验证结果表明,在V12?VT时期模型显示出可靠性。R2值大于0.92,RMSE值小于10%,证实了模型在V12和VT两个时期关系的稳定性。总的来说,一定的条件下,基于LDM和SDM建立的临界氮浓度稀释曲线可以对基于PDM建立的临界氮浓度稀释曲线进行代替。在V12?VT阶段,RY与NNI和AND的稳定关系很好地说明了在受氮素限制和非氮素限制下RY的变化,并对夏玉米产量进行准确的估计。本研究为花前玉米的氮肥管理提高粮食产量提供理论依据。     

氮高效玉米毛状根再生植株的光合特性分析

玉米(Zea mays L.)是世界第三大粮食作物,也是重要的能源、饲料植物。本研究以玉米毛状根再生植株为材料,吉单35自交系为对照,设置三种氮供应条件,探究氮高效利用的玉米毛状根再生植株光合作用特性。结果显示,玉米毛状根再生植株的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(E)均高于对照组玉米,胞间CO2浓度(Ci)低于对照。此外,在低氮供应下,毛状根再生植株的净光合速率显著高于对照,说明玉米毛状根再生植株能在养分供应不足的情况下高效地利用氮素。本研究为培育氮高效利用的玉米新品种奠定基础。     

不同耕作方式下黑土物理性状及其对玉米苗期生长的影响

为解决东北黑土耕作深度不够,造成耕层土壤物理性状破坏的问题,以深翻(DN)为对照,研究免耕(NN)、旋耕(RN)、深松(SN)处理下土壤水分、温度、紧实度变化及其对玉米苗期生长的影响。结果表明,0~22. 5 cm土壤紧实度急剧增加,2016年NN土壤紧实度最大增幅为314. 6 k Pa,SN最大降幅为220. 8 k Pa; 2017年NN最大增幅为489. 3 k Pa,SN最大降幅为197. 3 k Pa。在2016年,耕层(0~20 cm)储水量为DN RN NN SN,SN比DN降低0. 085个百分点;在2017年,NN处理耕层(0~20 cm)储水量比DN增加0. 036个百分点,SN与DN相比降低0. 066个百分点。与DN相比,NN降低表层土温,2016年降幅为0. 7℃,2017年降幅为1. 5℃。SN促进玉米根系生长发育,2016年SN处理根长度、根体积、根表面积、根干质量均呈现增加趋势,与DN相比分别增加4. 54%,19. 21%,18. 57%,14. 12%,2017年SN与DN相比根长和根干质量增加量为0. 58 cm和0. 40 g。2016年数据线性分析表明,玉米苗期根长与水分呈负线性关系,玉米苗期干物质重与紧实度呈负线性关系,与土温呈正线性关系,紧实度对玉米苗期干物质形成线性相关性强,且影响较大。综上所述,SN降低土壤紧实度,促进玉米苗期干物质积累,有利于保持产量; NN提高紧实度,降低温度,不利于玉米苗期干物质积累和产量形成。     

不同硝态氮供应水平对平邑甜茶生长及氮素吸收利用和分配特性的影响

氮的吸收和合理分配对果树生长发育和产量及品质的形成具有重要作用,适宜供氮可实现植物的最适生长,充分挖掘植物的生长潜力。以平邑甜茶幼苗为试材,利用~(15)N同位素示踪技术,在砂培盆栽条件下研究不同硝态氮供应水平(0.00、4.00、8.00、12.00、16.00、20.00、24.00 mmol/LNO_3~-,分别用N_0、N_1、N_2、N_3、N_4、N_5、N_6表示)对植株生长及植株氮素吸收、利用和分配特性的影响。结果表明:随着供氮水平的提高,平邑甜茶幼苗的生物量、叶绿素(SPAD)、叶面积、根系长度、根表总面积、根尖数、根系活力、植株全氮均是先升高后降低,分别在N_3处理达到最高水平;Ndff值、~(15)N吸收量、氮肥利用率随着供氮水平提高均是一直降低。在低氮(N_1~N_2)条件下,~(15)N主要分布在叶片,N_1、N_2处理分别51.39%、45.90%,其次是根、茎。高氮(N4~N6)条件下,~(15)N开始向根部转移,N_4、N_5、N_6处理分别占43.80%、45.40%、51.46%。综合考虑在保证氮肥利用率较高的同时,Hoagland营养液硝态氮浓度在12.00 mmol/L水平时,显著促进了平邑甜茶幼苗的生长、根系的发生和氮素的吸收,各器官氮素分配比较均匀,平邑甜茶幼苗生长最适。     

玉米杂交种及其亲本苗期性状对低氮胁迫的动态响应

以玉米杂交种先玉335及其亲本（PH6WC、PH4CV）和豫玉22及其亲本（综3、87-1）为试验材料,通过水培方法,设置低氮（0.04mmol/L,LN）和正常氮素（2mmol/L,CK）水平2个处理,分别在培养3、7和14d后,对其幼苗生物量积累、叶片和根系表型、叶绿素及氮素含量等进行分析,探究低氮胁迫下玉米杂交种及其亲本幼苗性状的动态变化。结果表明,玉米苗期根系对低氮的响应要早于地上部,且杂交种对低氮的响应比亲本更为迅速。在CK和LN处理下,杂交种幼苗的多个性状均存在中亲和超亲优势,豫玉22的根尖数、根系氮积累量占比和先玉335的总根长、根表面积及根尖数的杂种优势在3个时间点与CK处理相比均有较大幅度提高。通过耐低氮指数分析发现,杂交种的耐低氮能力介于2个亲本之间或与其中1个亲本接近。     

基于磷肥施用深度的夏玉米根层调控提高土壤氮素吸收利用

良好的根系构型能够促进作物高效获取土壤养分。基于磷肥施用深度的根层调控技术可以优化夏玉米根系的时空分布并促进其与土壤水分、养分供应的空间匹配性,为通过玉米根系挖潜实现节肥增效提供理论与技术支撑。本试验以不施磷肥处理为对照(CK),设置距离地表-5 cm (P5)、-10 cm (P10)、-15 cm (P15)和-20 cm (P20)深度施用磷肥处理,分析各处理对夏玉米根系分布、植株生长及产量形成、氮素吸收、积累与转运的影响。结果表明,磷肥适当深施显著促进夏玉米根系生长,根干重、根长密度、根系表面积和根体积均显著增加,整体表现为P15P10P20P5CK。随着磷肥施用深度的增加,深层玉米根系显著增加。P15和P20处理根干重所占比重,在20～40cm土层分别为12.3%和12.1%;在40～60 cm土层分别为6.7%和6.9%。根系分布深度的增加促进了对土壤氮素的吸收,深施磷肥处理各土层中尤其是20cm以下土层土壤氮素含量显著降低。根系分布的优化同时促进了植株氮素积累与转运, P15处理较P5处理氮素吸收效率、氮积累量、转运量及氮肥偏生产力2年平均分别提高14.5 kg kg–1、19.2%、48.9%和6.4kgkg–1,籽粒产量2年平均增产16.4%。在本试验条件下,磷肥集中施用在-15cm处理,能显著促进夏玉米深层土壤根系的生长,扩大根系养分利用空间,增加根系对深层土壤氮素的吸收,促进植株氮素积累及转运,提高其生产力,最终提高产量。     

玉米耐低氮基因型筛选压力的选择

收集了贵州省喀斯特高原生态型玉米自交系、杂交种及农家品种，采用溶液培养的方法，对玉米耐低氮基因型的筛选压力展开了较为系统的研究，初步获得以下研究结果：（1）在极低N胁迫（O．05mmol／L）条件下，不同玉米基因型的缺素症状、地上部干重、根干重、根冠比及植株总吸氮量的基因型差异显著，更易评价和鉴定玉米基因型的耐低氮营养特性。因而，氮素胁迫压力为0．05mmol／L时，较适于对耐低氮基因型材料的筛选。（2）在极低供N条件下，贵毕303基因型具有较高的氮效率，这主要来源于吸收效率的差异，该基因型在低N下总吸氮量最高；而绵单1号、安单136和兴黄单89—2表现出较强的耐低氮特性。     

玉米根系分泌碳、氮动态及与根系特征的关系

为深入认识玉米根系分泌碳、氮规律及其与根系特征的关系,以玉米品种‘迪卡653’为材料,采用土培-水培相结合的方法,测定了玉米根系形态指标和根系分泌物中碳、氮的含量。结果表明,玉米根系碳、氮分泌比强度(EI_root-C、EI_root-N)在生育前期高于生育后期,与比根长、比根表面积、比根体积呈显著正线性相关,而与根系C/N比呈显著负线性相关;玉米单株碳、氮分泌强度(EI_plant-C、EI_plant-N)在生育期内呈先升高后降低的趋势,累积分泌碳15.71 g/plant,累积分泌氮0.75 g/plant;EI_plant-C与根长、根表面积、根体积、根干重、根冠比、叶面积之间均存在极显著二次曲线关系,而EI_plant-N仅与根冠比之间有显著二次曲线关系。依据玉米根系特征与根系分泌碳、氮的定量关系,可为估算大田种植下玉米根系分泌碳、氮量提供参考。     

甜菜M14品系咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶提高植物抗逆性功能分析

为研究甜菜M14品系咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶基因(BvM14-CCoAOMT)的功能,本研究采用叶盘法将M14品系咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶基因转化烟草,获得T1代转基因植株,而后以野生型及转空载体植株为对照,分别在对照、100 mmol/L NaCl、200 mmol/L NaCl、100 mmol/L甘露醇及200 mmol/L甘露醇的培养条件下进行植株生理指标的抗逆性分析。研究发现在100 mmol/L NaCl、200 mmol/L NaCl盐胁迫条件下,转基因植株的鲜重、木质素含量以及叶绿素含量均显著高于对照植株。此外,研究结果表明转基因植株在100 mmol/L甘露醇胁迫条件下根长和叶绿素含量显著高于对照植株,如转基因植株的根长和叶绿素含量分别为0.68 cm和 0.31 mg,而野生型植株的根长和叶绿素含量分别为0.51 cm 和0.18 mg。研究结果表明转M14品系咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶基因烟草植株对盐和干旱胁迫具有较强抗性,这为进一步深入研究M14品系咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶基因功能奠定重要基础。     

不同氮效率玉米基因型苗期对光和氮响应的研究

对氮效率表现差异显著的三个玉米自交系幼苗采用不同光强和氮浓度处理,比较根冠比、生物产量、硝酸还原酶和谷氨酰胺合成酶的响应差异。结果表明：不同氮效率自交系对不同氮浓度与光照强度处理的响应存在显著差异;氮低效材料在低光低氮条件下的生物产量表现比氮高效材料好,在高光高氮条件下时生物产量表现比氮高效差;氮高效材料随着氮浓度增加比氮低效材料更能保持根的发达性,表明根系是氮高效的保证。不同氮效率自交系生物产量和硝酸还原酶光氮最佳耦合点值不同,氮低效自交系出现光氮最佳耦合点时所需要的氮浓度（或光强）要比氮高效自交系低。因此,玉米基因型氮效率的发挥不但需要适宜的供氮水平,还需要合适的光照强度。     

不同种植模式下根分泌物对玉米生物量及氮素吸收的影响

为了探究不同种植模式下根分泌物对玉米氮素吸收的影响,在不同活性炭处理下,通过石英砂培试验,研究大喇叭口期和成熟期玉米生物量及吸氮量在不同种植模式下的变化规律。结果表明：加活性炭处理玉米生物量和吸氮量较未加活性炭处理降低,大喇叭口期总生物量和总吸氮量分别降低16.12%和34.96%,但是成熟期降低不显著。加活性炭下,随着根分泌物被吸附,导致2个时期玉米生物量和吸氮量在2种套作模式之间无显著差异。未加活性炭下,大豆根分泌物提高了玉米的生物量和吸氮量,成熟期玉米/大豆套作处理的玉米总生物量和总吸氮量比玉米净作处理分别高30.58%和71.24%;甘薯根分泌物降低了玉米的生物量和吸氮量,成熟期玉米/甘薯套作处理的玉米总生物量和总吸氮量比玉米净作处理分别低17.14%和8.30%。