Identification of a maize kernel stress-related protein and its effect on aflatoxin accumulation

ABSTRACT Aflatoxins are carcinogens produced mainly by Aspergillus flavus during infection of susceptible crops such as maize. Through proteomic comparisons of maize kernel embryo proteins of resistant and susceptible genotypes, several protein spots previously were found to be unique or upregulated in resistant embryos. In the present study, one of these protein spots was sequenced and identified as glyoxalase I (GLX-I; EC 4.4.1.5). The full-length cDNA of the glyoxalase I gene (glx-I) was cloned. GLX-I constitutive activity was found to be significantly higher in the resistant maize lines compared with susceptible ones. After kernel infection by A. flavus, GLX-I activity remained lower in susceptible genotypes than in resistant genotypes. However, fungal infection significantly increased methylglyoxal (MG) levels in two of three susceptible genotypes. Further, MG was found to induce aflatoxin production in A. flavus culture at a concentration as low as 5.0 muM. The mode of action of MG may be to stimulate the expression of aflR, an aflatoxin biosynthesis regulatory gene, which was found to be significantly upregulated in the presence of 5 to 20 muM MG. These data suggest that GLX-I may play an important role in controlling MG levels inside kernels, thereby contributing to the lower levels of aflatoxins found in resistant maize genotypes.     

玉米SPXs家族基因的鉴定与表达规律分析

SPXs(SPX-domain-containing proteins)家族基因在真核生物无机磷酸盐(Pi)的传感、信号转导和转运中发挥着重要作用,但玉米SPXs家族基因的相关研究未见报道.本研究利用生物信息学手段鉴定了15个玉米SPXs家族基因,通过系统进化和保守结构域分析将其分为SPX-EXS、SPX、SPX-Zi...     

2009年甘肃省玉米穗腐病、茎基腐病的发生危害

2009年对甘肃省9个市的21个县、区玉米穗腐病、茎基腐病的发生危害情况进行了全面调查,并采集病害标样,进行病原分离。调查结果表明,玉米穗腐病、茎基腐病在全省各玉米种植区均普遍严重发生,病田率100%,病穗率和病株率平均为63.57%和34.47%。初步分离结果表明,全省玉米穗腐病、茎基腐病的主要致病菌为禾谷镰刀菌、黄色镰刀菌和轮枝镰孢菌,但在地区间的分布有明显差异。     

72份西北春玉米品种对丝黑穗病的抗性鉴定与评价

为明确72份西北春玉米品种对丝黑穗病的抗性差异,本研究于2015年-2017年间采用人工接种法对供试品种进行了田间抗性鉴定,结果表明‘军育179’‘创玉102’‘金园007’‘中博510’和‘九圣禾680’共5份表现高抗,占供试品种的6.94%;‘先玉1321’‘承试288’‘兴玉018’‘金育350’‘五谷558’‘Km15’‘JXQ126’‘M420’‘HN887’‘登海720’等30份品种表现抗病,占供试品种的41.67%;‘MC703’‘YF3240’‘武科609’‘宇翔188’‘军育189’‘金科玉3306’‘经禾168’‘GXY1204’‘豪威168’‘真金323’等共16份品种表现中抗,占供试品种的22.22%;其余18份和3份分别表现感病和高感,分别占供试品种的25.00%和4.17%。以DPS 2016.1.1数据处理系统对其中32份品种的病株率进行系统聚类分析,探讨其抗病性,结果表明,以欧式距离1.0作为最佳聚类距离分割点,将供试品种划分为5类,但其聚类效果与依据玉米抗丝黑穗病鉴定技术规范划分的抗性类型结果存在一定的偏差。     

乙烯利对不同基因型玉米节间伸长和内源激素的影响

在玉米拔节期对12个常用玉米自交系喷施200 mg/L的乙烯利,探讨了乙烯利对不同基因型玉米节间伸长和内源激素的影响。结果表明,乙烯利处理后,除郑58、L6M、K12、豫自87-1和8085泰5个自交系各性状与对照相比无显著差异外,其余自交系表现为株高和穗位高降低,基部第3、4、5节间长度缩短,内源激素生长素(IAA)含量、赤霉素(GA4)与脱落酸(ABA)的比值降低,ABA含量升高,且差异均达显著或极显著水平,而GA4含量无明显变化规律。不同玉米自交系的形态指标(株高、穗位高和第3、4、5节间长度)和内源激素(IAA含量、ABA含量及GA4/ABA比值)均存在很大差异,相对变化百分数从6.41%到102.64%不等。各指标均能反映出不同基因型玉米植株对乙烯利的敏感性,其中,敏感性相对较强的有昌7-2、浚928、Mo17和丹340;相对较弱的有郑58、L6M、K12、豫自87-1和8085泰。     

玉米弯孢叶斑病菌生理分化及鉴定技术

 从我国20余个主栽玉米品种和20个骨干自交系中筛选出沈135、78599-1、Mo17、477、C8605、E28、7922和黄早4等8个自交系,作为鉴别寄主来研究弯孢叶斑病菌的生理分化。研究表明,弯孢叶斑病菌[Curvularia lunata(Wakker) Boed.]在温室进行的苗期鉴定与田间成株期鉴定的生理分化结果一致。苗期鉴定具有操作简单、鉴定环境条件易控制等特点。通过8个鉴别寄主将采自我国玉米产区的20株弯孢叶斑病菌分为6个致病类型,其中类型A致病性强、分布广,为优势致病类群;类型D主要分布在我国零星发生的地区,为弱致病类群。同时研究了影响病菌生理分化鉴定的主要环境因子,其中湿度、温度和植株营养状况对病菌生理分化鉴定结果有明显影响。本研究结果为我国玉米品种抗性鉴定、弯孢菌叶斑病流行监测和品种合理布局提供了理论依据。     

河北省玉米穗腐病病原菌鉴定及潜在产伏马毒素镰孢菌系统发育分析

 为明确河北省夏玉米区玉米穗腐病的发生情况、病原菌组成及地区对病原菌种类的影响,本团队于2016年和2017年在玉米收获前期对玉米穗腐病的发生情况进行调查,并通过生物学方法对随机采回的样本进行分离鉴定。田间调查结果表明,与2016年相比,2017年河北省玉米种植面积有所减少,玉米穗腐病的发病率有所下降。分离鉴定结果表明,引起河北省夏玉米区穗腐病的优势病原菌为拟轮枝镰孢菌(Fusarium verticillioides),分离频率为63.49%,其他病原菌如层出镰孢菌(F. proliferatum)、禾谷镰孢菌(F. graminearum)、变红镰孢菌(F. incarnatum)、黑曲霉(Aspergillus niger)、黄曲霉(A. flavus)、草酸青霉(Penicillium oxalicum)和哈茨木霉(Trichoderma harzianum)的分离频率分别为19.05%、6.35%、1.59%、14.29%、3.17%、9.52%和1.59%。为明确伏马毒素基因在潜在产伏马毒素镰孢菌鉴定中的作用,拟轮枝镰孢菌、层出镰孢菌和藤仓镰孢菌(F. fujikuroi)分别以EF-1α和FUM1基因序列为基础构建系统发育树。结果表明,两个系统发育树拓扑结构相似,伏马毒素基因可用于潜在产伏马毒素镰孢菌种的鉴定,基于FUM1基因的种间遗传距离大于基于EF-1α基因的种间遗传距离,而种内遗传距离的结论则与之相反。     

不同耐旱基因型玉米根系大量元素含量分析

以生长于田间的玉米掖单13(耐旱基因型玉米)和丹玉13(不耐旱基因型玉米)为试验材料,应用ICP对供试玉米的初生根和第一、二、三、四、五、六、七、八和第九层次生根的大量元素氮、磷、钾、钙和镁等项指标进行了测定和比较分析.结果表明:除个别根外,耐旱基因型玉米不同类型根中的全氮含量和速效氮含量极显著低于不耐旱基因型玉米根系(P<0.01);根中的钙元素含量和镁元素含量极显著高于不耐旱基因型玉米根系(P<0.01);根系中磷元素含量和根系中的钾元素含量在两基因型玉米根系之间差异不显著(P＞0.05).     

大气CO2浓度升高对转基因玉米Bt毒素表达量的影响

大气CO_2浓度升高不仅影响植物营养化学成分的变化,还能够引起植物次生抗虫物质表达量的改变,进而影响作物-害虫的互作关系。本试验利用开顶式气室(OTC)和室内动态气室模拟当前和未来大气CO_2浓度(约390、550、750μL/L)环境,测定了不同大气CO_2浓度下普通玉米‘郑58’和转cry1Ac-m基因玉米的营养物质成分、转cry1Ac-m基因玉米Cry1Ac杀虫蛋白的含量,以及取食不同大气CO_2浓度环境下生长的‘郑58’或转cry1Ac-m基因玉米叶片的亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis(Guenée)初孵幼虫死亡率。结果表明,与对照相比,高大气CO_2浓度(750μL/L)环境下生长的转基因和对照玉米叶片中淀粉、可溶性糖、非结构性碳(TNC)含量及TNC∶N都明显增加,而N含量差异不显著。对照玉米叶片的N含量显著高于转基因玉米,其他营养成分没有显著变化。随着大气CO_2浓度的升高,转基因玉米的Cry1Ac蛋白表达量有下降的趋势,但各处理间差异不显著。亚洲玉米螟取食生长在不同大气CO_2浓度环境下的‘郑58’或转cry1Ac-m基因玉米叶片48h后,死亡率没有显著差异;转cry1Ac-m基因玉米具有显著的杀虫效果。     

应用PCR技术检测玉米中的禾谷镰刀菌

本实验通过用PCR方法来实现对禾谷镰刀菌的快速检测,经对霉变玉米样品、玉米茎腐病组织及玉米穗腐病标本的检测,证明该方法是一种高效、灵敏的方法,具有重要的实际应用价值.     

马铃薯通用应激蛋白StUSP基因家族的鉴定及逆境表达模式分析

在全基因组和转录组水平系统鉴定马铃薯USP通用应激蛋白基因家族,并对该家族成员的基本特征及其在不同逆境胁迫下的表达模式进行分析。同时以马铃薯干旱耐受型品种‘陇薯10号’（L）和干旱敏感型品种‘大西洋’（D）为试验材料,利用高通量测序全面分析StUSP家族成员在干旱胁迫下的表达特性,筛选干旱胁迫关键差异表达基因。结果表明：马铃薯基因组中共有42个基因编码含有USP结构域的蛋白质,在11条染色体上不对称分布,且主要分布在1~6号染色体上。绝大多数StUSPs含有多个内含子。胁迫表达分析显示StUSPs能够响应多种非生物胁迫,且在干旱耐受性不同的马铃薯品种中差异表达。同时,利用qRT-PCR分析了12个成员干旱胁迫下表达模式,除StUSP12、StUSP22下调表达外,其余10个基因均正响应干旱胁迫。     

东北地区玉米气候适宜评价指标的确定与验证

为科学、定量地评价气象条件对玉米生长发育及产量形成的影响,以东北地区为例,利用模糊数学原理,在考虑了玉米生物学特性的基础上,结合农业气象业务服务指标,构建了东北区温度、水分、日照适宜度模型,采用几何平均法计算了玉米气候适宜度。考虑到不同发育期气候条件对玉米产量形成影响程度的客观差异,运用相关系数法设定玉米生育期内各旬对产量的权重,采用加权平均法构建了玉米播种至任意时段的气候适宜指数。利用各时段历史气候适宜指数最大值、平均值、最小值,确定了不同等级的气候适宜评价指标。基于该指标将1993—2011年玉米全生育期气候适宜指数划分为气候适宜、较适宜、较不适宜和不适宜4个等级,并将该指标进行验证。检验结果表明:东北地区玉米气候适宜等级与生育期内气象条件的优劣具有很好的一致性,播种~拔节、播种~乳熟、播种~成熟3个阶段的气候适宜等级与产量增减幅度的相关性十分显著(P≤0.05),且越接近成熟期,相关性越明显;气候适宜等级能够较准确地反映出玉米生育期内气象条件的优劣变化及逐年、典型灾害年产量的实际情况。     

山东省玉米生产品种和部分自交系对纹枯病抗性鉴定

连续两年对山东省72份玉米生产品种和30份自交系材料在田间进行纹枯病抗性鉴定,采用被病原菌侵染的高粱粒作为接种物,在玉米拔节中后期接种,按照国家玉米区域试验抗性鉴定标准进行病害分级评定和抗性评价。在102份材料中抗性级别为高抗、抗、中抗、感、高感的比例分别为1.96%、20.59%、24.51%、33.33%、19.61%,生产品种‘登海3号’和‘聊玉22号’对纹枯病表现高抗。     

Ecological adaptation of weed biodiversity to the allelopathic rank of the stubble of different wheat genotypes in a maize field

The objective of this study was to integrate allelopathic bioassay and point sampling methods to investigate the allelopathic rank of the stubble of different wheat genotypes and its effect on weed biodiversity in a maize field. The study consisted of 17 wheat stubble treatments derived from ten wheat genotypes planted individually (monoculture) or in pairs (mixed culture). The maize was planted in the plots immediately following the wheat harvest and the number of weed species, total weed number, weed density, weed height, and weed cover were determined 50 days later. The results indicate a significant rank effect of allelopathic potential in the stubble of the different wheat genotypes. There was a stronger allelopathic effect from the straw in the mixed-culture treatments compared to the monoculture treatments. Acalypha australis and Setaria viridis were the dominant weed species in the maize fields. The regression analysis shows that the weed biodiversity indices were significantly related to the allelopathic rank. The allelopathic potential exhibited spatial heterogeneity in all the scales, which would trigger resource heterogeneity and change the microhabitat conditions. Therefore, weed biodiversity would respond spatially and biologically to the heterogeneous distribution of allelochemicals from the wheat stubble. The allelopathic rank of the wheat stubble would lead to changes in weed biodiversity by regulating the ecological niche of the weed population. The weeds showed resistance or an adaptive response to exterior pressure, including allelopathic pressure. This study on the effect of allelopathic potential on weed biodiversity provides a solid theoretical basis for sustainable weed management of agro-ecosystems.     

云南主栽玉米品种抗旱性鉴定与评价

以云南8个主栽玉米品种(甜糯888、云糯6号、云瑞999、云瑞6号、云瑞47、云瑞88、云优105、云甜玉2号)为试验材料,人工控水条件下,通过盆栽试验,在玉米植株的苗期、开花期和灌浆期,测定8个品种的株高、叶面积、根冠比、SOD、POD和MDA等与抗旱性有关的14个表型性状和生理生化指标,采用抗旱系数法和隶属函数值法,对各指标性状进行了干旱胁迫下的抗性评价和鉴定。结果表明,不同生育期相同指标性状评价不同玉米品种抗旱性存在明显差异,可将供试品种划分为抗旱性强、中和不抗旱3类,其中云瑞47、云优105、云甜玉2号3个品种具有较强抗旱能力,云瑞6号、云瑞88和云瑞999具有中等抗旱能力,而甜糯888、云糯6号抗旱性差;干旱胁迫下,玉米苗期各形态性状和生理生化指标及其综合D值均可作为鉴定品种抗旱性的依据;干旱胁迫至开花期,只有株高、叶面积、SOD和Pro与抗旱系数间为极显著相关;干旱胁迫至灌浆期,只有地上部鲜重、株高和MDA与抗旱系数间为极显著相关。无论在苗期、开花期或灌浆期,综合D值可作为鉴定品种抗旱性的指标,单一指标均不能准确判定某品种的抗旱性。     

旱地玉米保护性耕作经济效益分析

在７ａ旱地玉米保护性耕作试验研究基础上,根据山西省寿阳县农业生产的各种投入和农产品价格,对比分析了保护性耕作技术和传统耕作的经济效益。结果表明,保护性耕作不但能够增产、增收、减轻劳动强度,而且机械投资回收期为２ａ～３ａ低于机械化传统耕作的投资回收期。经济效益的分析将有利于保护性耕作的推广应用。     

Differential phytotoxicity of glyphosate in maize seedlings following applications to roots or shoot

The transport and differential phytotoxicity of glyphosate was investigated in maize seedlings following application of the herbicide to either roots or shoots. One-leaf maize seedlings (Zea mays L.) were maintained in graduated cylinders (250 mL) containing nutrient solution. Half of the test plants were placed in cylinders (100 mL) containing different ¹⁴C-glyphosate concentrations; the remainder received foliar appliation of ¹⁴C-glyphosate. After 26 h, the roots and the treated leaves were washed with distilled water, and the plants placed again in cylinders (250 mL) containing fresh nutrient solution for 5 days. Plants were weighed, and split into root, seed, cotyledon, coleoptile, mesocotyl, first leaf and apex. The recovery of ¹⁴C-glyphosate was over 86%. For both application treatments, the shoot apex was the major sink of the mobilized glyphosate (47.9 ± 2.93% for root absorption and 45.8 ± 2.91% for foliar absorption). Expressed on a tissue fresh weight basis, approximately 0.26 μg a.e. g⁻¹ of glyphosate in the apex produced a 50% reduction of plant fresh weight (ED₅₀) when the herbicide was applied to the root. However, the ED₅₀ following foliar absorption was only 0.042 μg a.e. g⁻¹ in the apex, thus maize seedlings were much more sensitive to foliar application of the herbicide.     

河北省夏玉米田杂草群落数量分析

采用改良的倒“W”9点取样法对河北省夏玉米田的杂草群落进行调查,比较了杂草的相对优势度和杂草群落物种多样性指数,通过系统聚类分析对杂草群落进行相似性测度,采用主成分分析对杂草间相关性和分化方向进行分析。结果表明,夏玉米田的优势杂草主要是马唐等禾本科杂草,杂草群落可分为马唐+狗尾草+牛筋草+反枝苋+铁苋菜+打碗花和马唐+狗尾草+牛筋草+铁苋菜+马齿苋两类,分别属于冀中南山前平原和黑龙港地区两个地理区域。对杂草群落的生物多样性进行分析,黑龙港地区杂草群落中优势杂草的相对优势度高于冀中南山前平原,杂草群落结构的复杂程度和物种分布的均匀度低于冀中南山前平原。主成分分析表明,冀中南山前平原的各杂草种在群落中的分布比较均匀,黑龙港地区的各草种在群落中的分布则比较集中,且优势杂草间的相关性较高。     

科尔沁沙地青贮玉米蒸散量的估算与分析

为准确估算科尔沁沙地青贮玉米实际蒸散量的变化规律,选用ASCE Penman-Monteith(ASCE-PM)模型计算参考作物蒸散发(ET0);利用双作物系数模型模拟土壤含水率与对应实测值进行统计分析,根据均方根误差、一致性指数、平均绝对误差和Nash-Sutcliffe效率指数4个指标以及回归系数和决定性系数对双作物系数模型进行率定和验证,然后模拟青贮玉米的作物系数,与ASCE-PM模型结合后模拟青贮玉米的蒸散发、棵间土壤蒸发和作物蒸腾规律,并分析其影响因素。结果表明:双作物系数模型准确地模拟土壤含水率和棵间土壤蒸发的变化过程,率定各阶段基础作物系数为0.25、0.9和0.5。棵间土壤蒸发先由播种时峰值下降到较低水平,于收割前有所回升;蒸腾速率除刚出苗和收割前呈单峰变化外大部分时段呈双峰变化,日内变化规律大体为中午高,早晚低,自出苗之日起生长中期后半段处于较高水平,之后逐渐减弱。青贮玉米蒸散量与太阳辐射线性关系最为显著(R=0.643),与气温、空气湿度和风速的相关性依次次之。ASCE-PM模型空气动力项5 d尺度贡献率为27.94%~77.66%,且随风速同增减。综上所述,ASCE-PM模型结合双作物系数可较好估算科尔沁沙地青贮玉米的实际蒸散量,以及棵间土壤蒸发和作物蒸腾量。