基于远红外热成像的叶温变化与玉米苗期耐旱性的研究

 【目的】植物可以通过降低叶片气孔蒸腾来达到控制失水和增强抗旱的目的。蒸腾强度的变化会引起植物叶片温度的变化,利用远红外热成像仪研究遭受干旱胁迫时玉米自交系苗期叶温的变化与生物量耐旱系数间的关系,为筛选鉴定玉米耐旱自交系提供依据。【方法】以83个优良玉米自交系为材料,利用远红外热成像仪检测干旱胁迫条件下苗期叶片温度的变化,叶片的气孔导度、蒸腾强度采用气孔计Li-1600测定,同时测定植株的生物量。【结果】遭受干旱胁迫时,玉米苗期叶片的相对生物量变异幅度为0.271～0.997（生物鲜重）、0.338～0.969（生物干重）,叶温变异幅度为 -0.1～+0.5℃,均存在显著变异。耐旱玉米自交系的叶片温度显著上升,而敏感玉米自交系的叶片温度变化不明显。干旱胁迫与正常灌水条件下叶温的差值即叶温差与相对生物鲜重（0.283*,0.288**,n=83）及相对生物干重（0.239*,0.273**,n=83）间存在极显著的相关性。此外,叶温差与叶片气孔导度、蒸腾强度间也存在着显著的相关性。【结论】遭受干旱胁迫时,玉米苗期叶片温度变化可以显著反映玉米苗期的耐旱性,叶温差可以作为玉米苗期耐旱性初步筛选的一个指标,将远红外热成像技术运用于玉米耐旱育种存在可行性。     

不同玉米自交系干旱胁迫条件下的生理变化

通过研究8个玉米自交系在干旱胁迫条件下的生理变化,认为干旱胁迫能够增加玉米自交系的脯氨酸含量,提高电导率,不同自交系之间的脯氨酸含量、电导率差异较大.SOD酶和POD酶活性在干旱胁迫条件下也增强,但是自交系之间变化不大.     

不同玉米自交系干旱胁迫条件下的生理变化

通过研究8个玉米自交系在干旱胁迫条件下的生理变化．认为干旱胁迫能够增加玉米自交系的脯氨酸含量，提高电导率，不同自交系之间的脯氨酸含量、电导率差异较大。SOD酶和POD酶活性在干旱胁迫条件下也增强．但是自交系之间变化不大。     

干旱胁迫对不同玉米品种幼苗生理特性的影响

以玉米品种天紫23号、黄天脆1号、白甜糯1号、早鲜黄甜脆1号幼苗为材料,研究干旱胁迫(停止浇水)、干旱胁迫时间(1、2、3、4、5 d)、干旱胁迫5 d后恢复7 d正常灌溉3个处理下叶片中脯氨酸含量、丙二醛含量的变化。结果表明:干旱胁迫下,与常规水分管理对照相比,4个玉米品种幼苗叶片中脯氨酸含量均随着胁迫时间的延长而增加;干旱胁迫解除后,恢复7 d正常灌溉,4个玉米品种幼苗叶片脯氨酸含量均降低,但还是略高于对照。干旱胁迫下,与对照相比,4个玉米品种幼苗叶片中MDA含量均随着胁迫时间的延长而增加;干旱胁迫解除后,恢复7 d正常灌溉,4个玉米品种幼苗叶片中MDA含量均降低,但还是略高于对照。     

玉米自交系响应高温、干旱胁迫的关键基因及通路

以4个不同的玉米自交系为材料,对高温、干旱处理后的苗期植株进行转录组测序.玉米自交系响应高温和干旱胁迫的差异表达基因(DEGs)分别为6966和6272个,在高温和干旱胁迫下4个玉米自交系相同的DEGs分别是705和871个.同时响应高温和干旱的DEGs有100个.在耐旱、耐热性强的玉米自交系中鉴定出18个特异的DEG...     

花期干旱胁迫对玉米农艺性状的影响

[目的]探讨不同玉米自交系的抗旱能力,研究花期干旱胁迫对不同玉米自交系生长差异的影响,为选育抗旱玉米品种提供参考依据.[方法]利用40个玉米自交系,在正常灌水和干旱胁迫2种水分处理下,对花期不同玉米材料进行耐旱性鉴定,分析花期干旱对玉米株高、穗位高和第3、4节间长度的影响,探讨农艺性状与玉米耐旱性之间的关系.[结果]花期干旱胁迫对玉米自交系影响较大,不同玉米自交系在2种水分处理下的农艺性状表现差异显著,旱区大于正常对照,表明苗期和拔节期供水充足对玉米株高、穗位高和节间生长影响不大.[结论]以综合耐旱系数为指标对玉米自交系的耐旱性进行评定,农系3386、农系3435、农系3471和S121的综合耐旱性较强,可在抗旱育种中加以利用.     

53份玉米自交系的苗期耐旱性分析

【目的】了解53份玉米自交系的苗期耐旱性，挖掘耐旱玉米种质。【方法】采用幼苗叶片相对含水量、叶片保水力和叶片丙二醛含量，结合水分胁迫下的幼苗存活率，评价了53份玉米自交系的苗期耐旱性，筛选出耐旱系13份、中等耐旱系16份和旱敏感系24份。【结果】在水分胁迫下，耐旱系的叶片相对含水量较高、叶片保水力强、丙二醛含量低，胁迫解除后，植株能恢复生长。随着胁迫强度增大，旱敏感系的叶片保水力下降、叶片相对含水量和丙二醛含量迅速降低，复水后植株不能恢复生长。叶片相对含水量和保水力是玉米耐旱性的重要指标，可用于评价玉米自交系的苗期耐旱性。利用63对SSR引物分析了53份自交系的遗传多样性，共检测出245个等位基因变异，平均多态性信息量为0.596。结合系谱资料和育种实践将53份自交系划分为Lancaster、BSSS、旅大红骨、PA、四平头和PB共6个亚群。除Lancaster外，其余5个亚群均含有耐旱系。根据自交系的耐旱性反应，发现BSSS、PB和四平头亚群的幼苗存活率、叶片相对含水量和保水力较高，为重要的耐旱种质类群。采用t测验，在8份耐旱系和10份旱敏感系间检测出21个具有显著频率差异的等位基因，可用于玉米自交系苗期耐旱性评价。【结论】BSSS、PB和四平头亚群为重要的耐旱种质类群。检测出的21个具有显著频率差异的等位基因，可用于玉米自交系苗期耐旱性评价。     

拔节期干旱对不同玉米品种叶片生理特性的影响及抗旱性分析

以选育的和目前主推广的6个玉米品种为试验材料,利用人工可控移动抗旱棚进行拔节期水分中度胁迫试验,研究干旱胁迫对玉米生理特性的影响。分析旱胁迫下6个玉米品种的丙二醛含量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性,结果表明：6个玉米品种在干旱胁迫下表现出了不同的生理响应机制,6个玉米品种叶片的丙二醛含量、叶绿素含量均不同幅度的显著下降,脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性均不同程度的显著升高。旱胁迫下,尤其郑单988和郑单6386的MDA含量升高幅度较低,叶绿素含量下降幅度较小,抗氧化酶活性升高幅度较大,可溶性蛋白和脯氨酸含量较高,反应出其耐旱性较强;相反郑单958相对于郑单6386和郑单988,生理生化层面表现出较弱的抗旱性。本研究结果对揭示玉米耐旱机理有一定的重要意义,并可以为玉米耐旱种质筛选、改良和分子育种提供有效的指导和参考。     

48份玉米种质的耐旱性鉴定与评价

[目的]鉴定48玉米种质资源耐旱性,为玉米耐旱品种选育及种质材料创新提供参考.[方法]在防雨大棚条件下于玉米喇叭期进行35d的自然干旱处理,调查48份玉米自交系在正常供水和干旱胁迫下的果穗性状、植株性状及产量;以产量抗旱系数(DC)、产量抗旱指数(DI)、产量抗旱隶属度(SV)为评价指标,结合主成分分析对玉米种质耐旱性进行综合评价和聚类分析.[结果]在干旱胁迫下,48份玉米自交系的平均株高、穗位高、叶面积、茎粗、穗长、穗粗、穗行数和行粒数分别比正常供水条件下降低14.8%、11.7%、6.4%、9.0%、12.0%、2.5%、4.6%和16.6%,产量降幅为11.0%~59.8%.运用DC、DI和SV进行综合评价,筛选获得较耐旱自交系15个,不耐旱自交系11个.各抗旱性评价参数与玉米种质的产量、行粒数、穗长和穗粗等性状的相关性较明显,与株高、穗位高、叶绿素SPAD值、叶面积、茎粗和百粒重等相关性较低.主成分分析结果表明,DI、SV、产量、行粒数、DC和穗长等是玉米自交系抗旱性评价的重要指标;以上述参数进行聚类分析,结果表明,可将48份玉米种质聚为四大类:第Ⅰ类有10份材料,表现较耐旱;第Ⅱ类可细分为两个亚类,第Ⅱ-1亚类包含11份材料,第Ⅱ-2亚类包含14份材料,其中第Ⅱ-2亚类中有5份自交系也较耐旱;第Ⅲ类包含1份材料,不抗旱;第Ⅳ类包含12份材料,较不耐旱.[结论]综合运用DC、DI和SV等评价参数并结合主成分分析和聚类分析对玉米自交系的耐旱性进行评价,结果较可靠;玉米产量、行粒数、穗长和穗粗等性状是生产中筛选耐旱种质的重要指标.     

玉米回交导入后代群体中耐旱种质的鉴定研究

发掘玉米种质资源中的有利基因可以对现有玉米自交系进行快速有效的改良和创新,本研究以优良玉米自交系丹340、掖478和齐319为受体与34个供体自交系构建的回交导入后代群体为材料,在干旱胁迫条件下,通过测定单株雌雄开花间隔(ASI)天数和群体结实株数百分率进行耐旱鉴定和筛选。结果表明:1)在干旱胁迫下的BC2F2群体内,有50%以上的单株不能正常散粉吐丝,绝大多数结实较好的单株的ASI小于或等于6 d;2)有些供体自交系对缺水环境敏感,但在其回交后代群体中出现了耐旱植株,表明这些供体带有耐旱有利基因;这种潜在耐旱基因的表达受遗传背景影响较大,同时与特定组合有关;3)对不耐旱受体自交系进行耐旱性改良的效果较好,对耐旱的受体自交系继续进行耐旱性改良则比较困难,但仍可以筛选到耐旱性更强的后代材料。研究表明,通过大规模回交导入并对后代进行严格的表型鉴定和筛选,是发掘种质中耐旱基因的有效途径,可以明显地提高玉米回交导入后代群体的耐旱性。     

干旱对不同耐旱性玉米品种干物质及氮素积累分配的影响

通过盆栽人工模拟干旱试验,研究了全生育期中度干旱胁迫对不同耐旱玉米品种干物质及氮素积累分配的影响。结果表明：干旱胁迫下,耐旱玉米杂交种比对照减产33．7％,不耐旱玉米杂交种则比对照减产62．3％。干旱胁迫导致玉米干物质积累量降低、各器官干物质向籽粒转移率降低;氮收获指数（NHI）、氮肥效率（NFE）显著降低,氮生理效率（NPE）升高。干旱胁迫下耐旱玉米品种干物质及各器官干物质向籽粒转移率下降幅度低于不耐旱玉米品种,耐旱玉米品种NHI、NPE降低程度低,这可能是耐旱玉米品种在干旱胁迫下取得较高产量的重要原因之一。     

开花期干旱胁迫对不同基因型玉米生理特性和产量的影响

以耐旱性不同的3份玉米自交系为材料,在花期进行干旱胁迫处理,研究了耐旱系廊黄和昌7-2与旱敏感系TS141的花期耐旱性差异。结果表明,花期干旱胁迫后,3份玉米自交系的生长受到抑制,地上部和地下部鲜重以及株高下降,枯叶率升高,相对含水量下降,相对电导率升高,渗透调节剂脯氨酸、可溶性糖含量、保护酶SOD和POD活性增加。但是各个指标在不同自交系内变化的幅度不同。与旱敏感系TS141相比,耐旱系廊黄和昌7-2的生长受抑制程度较小;叶片相对含水量下降、相对电导率升高幅度较小;脯氨酸和可溶性糖含量、保护酶SOD和POD活性升高的幅度较大。干旱胁迫后,3份玉米自交系的开花时间间隔（ASI）延长,雄穗一级分枝数减少,产量降低。与旱敏感系TS141相比 ,耐旱系廊黄和昌7-2的ASI延长时间较短,雄穗一级分枝数减少的幅度较小,产量下降幅度较小,特别是单穗重和穗粒数表现更为明显。     

干旱胁迫下不同耐旱性玉米自交系根形态特性差异

利用课题组筛选出的典型的耐旱型玉米自交系90-21-3、8701和敏感型玉米基因型丹937、综-3,采用单株室外盆栽,从根系生长发育、根系生理特性方向进行研究。结果表明:干旱胁迫下,玉米的根系总根数、根长、根系表面积、根冠比增加,而根体积、根干重、根系吸水能力下降;耐旱型玉米基因型的植株水分利用效率上升,敏感型玉米基因型水分利用率则下降。耐旱型玉米基因型根系受干旱影响较小。     

玉米不同自交系抗旱性综合评价研究

对玉米不同自交系在干旱胁迫下生理、生化指标以及存活率测定,并结合田间鉴定,对各指标进行综合分析评估.研究结果表明,玉米自交系新自523在综合表现中具有较高的抗旱优势,可以作为玉米抗旱性研究的代表材料,同时指出玉米抗旱系数、抗旱指数、耐旱指数和干旱胁迫后存活率作为初级指标,再结合生理生化的变化等次要鉴定指标,筛选耐旱玉米种质是一套有效、可靠的鉴定体系.     

玉米芽苗期抗旱性鉴定指标的选取

利用10个玉米自交系及其组配的24个杂交种为试验材料,通过测定芽苗期干旱胁迫处理下的相对发芽率、根相对生长量、种子萌发抗旱指数、叶片相对含水量、幼苗干旱存活率,苗期株高等12项指标,并运用灰色关联度、杂种优势及亲子相关分析方法对玉米芽苗期抗旱性鉴定指标进行评价和筛选。结果表明:种子萌发耐旱指数、幼苗干旱存活率可定义为玉米芽苗期抗旱性鉴定的初级指标;根相对生长量、相对含水量、苗期株高和相对发芽率可作为玉米芽苗期抗旱性鉴定的次级指标。     

PEG胁迫下玉米自交系苗期抗旱性鉴定及评价

在人工气候室利用水培试验,对17个玉米自交系进行苗期PEG胁迫,测定对照(正常水分)与PEG胁迫处理的叶片相对含水量、叶绿素荧光参数、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、脯氨酸(Pro)含量及单株干质量,并采用模糊隶属函数和聚类分析方法对17个玉米自交系进行抗旱性评价和分类,以期筛选出苗期抗旱的玉米种质,建立抗旱性评价体系。结果表明,与对照相比,PEG胁迫下,除PSⅡ最大光化学量子产量Fv/Fm外,其他指标均发生显著变化,表现为叶片相对含水量下降,SOD和POD活性、Pro含量增加,单株干质量增加,说明玉米通过增加Pro含量、提高SOD和POD活性来应对干旱胁迫;同时,PEG胁迫下玉米自交系间的所有指标差异总体均达到了显著水平。隶属函数抗旱性评价与聚类分析将郑7024、郑588、L269、吉853归为中抗旱型玉米自交系,其他自交系均归为弱抗旱型玉米自交系。     

干旱胁迫对4个玉米品种幼苗叶片总黄酮含量和其他生理指标的影响

以玉米品种天紫23号、黄甜脆1号、白甜糯1号、早鲜黄甜脆幼苗为试验材料,研究干旱胁迫(停止浇水)、干旱胁迫时间(1、2、3、4、5 d)和解除干旱胁迫恢复生长后幼苗根系活力、叶片中总黄酮含量及自由水/束缚水比值的变化。结果表明,利用干旱胁迫处理4个品种玉米幼苗,根系活力、叶片中自由水/束缚水比值均随胁迫时间的延长而降低,叶片中的总黄酮含量均随胁迫时间的延长而上升;解除干旱胁迫恢复正常灌溉7 d后,根系活力、叶片中自由水/束缚水比值均上升,叶片中的总黄酮含量均下降,但这3个生理指标依然没恢复到正常灌溉水平。不同玉米品种在干旱胁迫和解除干旱胁迫复水时这3个生理指标的变化有一定的差异,对这3个生理指标进行综合分析,初步得出黄甜脆1号的抗旱性最强,其次是天紫23号,再次是早鲜黄甜脆,最差的是白甜糯1号。     

干旱胁迫下两个玉米自交系雄穗花器官分化期的转录组分析

【目的】 运用现代分子生物学及高通量测序技术,在全基因组水平鉴定耐旱相关的基因,研究玉米雄穗花器官分化期对干旱胁迫的响应机理, 为抗旱育种将提供新的理论基础。【方法】 以干旱胁迫15 d和正常浇水的耐旱自交系“PHBA6”和干旱敏感自交系“吉63” 花器官分化期的雄穗进行Illumina HiSeq 2000高通量测序分析,将测序得到的Unigene与玉米参考基因组进行比对,利用 RPKM 来衡量样本间的基因表达丰度, 以|log₂foldchange|≥1,P<0.05,FDR≤0.001筛选出样本间的差异表达基因, 并通过 Gene Onto 1ogy (GO ) 数据库、 KEGG pathway 数据库对筛选出的差异表达基因的功能和参与的调控路径进行分析。【结果】 与正常水分处理相比,耐旱自交“PHBA6”和干旱敏感自交系“吉63”在干旱胁迫下分别有1 394个和1 300个显著差异表达基因,其中共有差异表达基因831个,包括上下调表达趋势是一致的822个基因和9个具有相反的表达模式基因。除这些基因外,各自分别还有563个和469个基因型特异的干旱响应基因,这些特异的干旱响应基因的G0 富集分析的条目并不完全相同,除共同富集在刺激响应,细胞壁改变外,耐旱自交“PHBA6”还富集在激素合成调控,机氮化合物代谢、蛋白结合上,特异的干旱响应基因的KEGG 显著性富集分析在2个自交系中也不完全相同,耐旱自交“PHBA6”还有部分差异基因富集在生物素代谢通路上,另外,筛选出耐旱自交“PHBA6”中在干旱胁迫下差异表达的3个脱水素基因和3个特有差异表达的bZIP、MYB和ERF转录因子。【结论】 胁迫相关基因的特异性响应可能是材料间耐旱性存在差异的主要原因,耐旱自交“PHBA6”中的3个脱水素基因和3个特有差异表达的bZIP、MYB和ERF转录因子基因在玉米耐旱育种中可能有重要的利用价值。     

水分胁迫对玉米萌芽期和苗期生长的影响

[目的]为了研究水分胁迫对玉米萌芽期和苗期生长的影响。[方法]用PEG高渗溶液模拟干旱条件,以抗旱性不同的玉米自交系为材料,研究了玉米萌芽期和苗期水分胁迫对其生长的影响及生理指标的变化与抗旱性的关系。[结果]各玉米自交系发芽率、叶片鲜干比明显下降,抗旱性强的自交系下降的幅度较小;根冠比、MDA含量和CAT、SOD酶活性均有一定程度升高,抗旱性强的自交系升高的幅度较大。萌芽期发芽率、苗期叶片鲜干比、根冠比、失水率、MDA含量及SOD和CAT酶活性与玉米抗旱性都有明显的相关性,可作为玉米抗旱性的鉴定指标。[结论]该研究为玉米早期抗旱育种提供了参考。     

玉米自交系主要农艺性状与产量和抗旱性的关系研究

对288份玉米自交系进行大田开花期干旱胁迫处理,研究了玉米自交系的产量和抗旱性与水旱两种不同条件下的农艺性状之间的关系.结果表明,干旱胁迫条件下玉米自交系的产量与其在正常灌水条件下的产量性状高度正相关,而与正常灌水条件下的株高和穗位高等性状呈高度负相关;穗粒数多的自交系比穗粒数少的自交系在干旱条件下更高产也更抗旱;穗粒数、株穗数和株高这3个性状与旱地玉米高产抗旱的关系最为密切.