氮素对灌浆期夏玉米叶片蛋白质表达的调控

【目的】在大田生产条件下研究氮素对灌浆期玉米叶片蛋白质表达的调控。【方法】在大田生产条件下,以紧凑耐密型玉米杂交种登海618为试验材料,研究施氮对玉米穗位叶花后净光合速率、硝酸还原酶（NR）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）含量和可溶性蛋白含量的影响。采用TCA-丙酮沉淀法提取灌浆期（花后20 d）两个施氮处理下玉米穗位叶总蛋白质,并用双向凝胶电泳技术（2-DE）分离获得蛋白质图谱。采用ImageMaster-2D Elite 7.0图像分析软件对蛋白质图谱进行比较,确定玉米叶片应答灌浆期施氮处理的差异蛋白点。通过MALDI-TOF/TOF MS质谱分析及NCBInr数据库搜索,对差异表达蛋白质进行鉴定并分析其涉及的生物学功能。【结果】开花后,随生育进程的推进,玉米穗位叶净光合速率、叶绿素含量、NR、SOD和POD活性及可溶性蛋白含量均呈下降趋势,而MDA含量则呈上升趋势。相对于不施氮处理,施氮处理下叶片叶绿素含量、NR、SOD和POD活性及可溶性蛋白含量均显著提高,而MDA含量则显著下降。对灌浆期玉米叶片进行双向电泳及图谱分析,分别在施氮和不施氮条件下检测出1 086和1 170个蛋白点。通过图像分析软件进行成对匹配分析,共得到29个显著差异蛋白点。经质谱鉴定分析,29个显著差异蛋白点中有25个被成功鉴定,鉴定成功的蛋白中除未知蛋白（蛋白点55）和30s核糖体蛋白（蛋白点1089）外,其余蛋白表达量均在施氮条件下上调。通过搜索NCBInr数据库,差异表达的蛋白主要分为8类,包括13个能量相关蛋白,2个防御相关蛋白,2个蛋白合成相关蛋白,2个蛋白目的和储存相关蛋白,1个细胞生长相关蛋白,1个次级代谢相关蛋白,1个转运相关蛋白和3个未知蛋白。【结论】施氮对灌浆期玉米叶片光合能力、碳代谢能力、防御能力、蛋白合成能力、蛋白目的和储存能力、以及次级代谢能力等均有显著提升作用。     

玉米早期发育阶段粒位效应的蛋白质组学分析

【目的】从蛋白质组学的角度研究早期发育阶段玉米上、中部籽粒差异表达的蛋白质,分析其功能,探明玉米粒位发育差异的分子机理。【方法】在大田条件下,以粒位效应显著的玉米品种登海661（DH661）为供试材料,90 000株/hm²密度下种植,在开花期人工饱和授粉后0、3、6、12 d取果穗上部与中部籽粒。采用TCA-丙酮沉淀法提取籽粒总蛋白,双向电泳分离后获得蛋白质图谱。分别以0、3、6、12 d中部籽粒的凝胶作为参考胶,将上部籽粒凝胶与其进行比对,利用Image master 2D 7.0软件分析籽粒早期发育不同阶段上、中粒位蛋白质表达的差异。通过 MALDI-TOF/TOF MS 质谱分析及 NCBI数据库搜索,对差异表达蛋白质进行鉴定并分析其涉及的生物学功能。【结果】较高密度种植后,果穗籽粒早期发育阶段共检测到超过1000个清晰蛋白质点。通过图像处理软件成对匹配分析,果穗上、中部籽粒早期发育阶段差异蛋白质点为66个,其中52个蛋白质点与NCBI数据库匹配,鉴定率为78.8%。差异蛋白质涉及籽粒呼吸与能量代谢（10个蛋白质点,19%）、胁迫与防御（9个蛋白质点,17%）、蛋白质代谢（9个蛋白质点,17%）、氮代谢（6个蛋白质点,11%）、细胞分化与增殖（5个蛋白质点,10%）、转录与翻译（5个蛋白质点,10%）、次生物质代谢（3个蛋白质点,6%）等功能范畴。对相关的差异蛋白质表达丰度分析,与中部籽粒相比,上部籽粒涉及细胞分化与增殖、呼吸与能量代谢的大部分蛋白质在一个或多个时间段内均显著下调,说明上部籽粒胚乳细胞增殖及呼吸能量代谢能力显著降低。同时,上部籽粒涉及胁迫与防御的多种抗氧化酶系、乙二醛酶1以及涉及蛋白质代谢的4个分子伴侣蛋白质在发育早期也处于低水平表达,说明上部籽粒应对逆境条件防御能力较弱且蛋白质结构不稳定。另外,与中部籽粒相比,上部籽粒氮代谢中丙氨酸转氨酶以及S-腺苷甲硫氨酸合成酶1在授粉后6-12 d内均下调表达,说明上部籽粒氮同化能力较弱,影响后续的氨基酸合成与蛋白质代谢过程。【结论】与果穗中部籽粒相比,上部籽粒细胞分化与增殖相关蛋白质的表达水平较低,呼吸与能量代谢能力较弱,导致上部籽粒库容与库活性降低。另外,面对氧化应激等逆境时,上部籽粒相关的抗氧化酶以及分子伴侣蛋白表达水平较低,致使其防御能力低于中部籽粒。丙氨酸转氨酶、S-腺苷甲硫氨酸合成酶1（SAMS）的差异表达也可能是导致粒位效应的重要原因。     

土壤深松下磷肥施用深度对夏玉米根系分布及磷素吸收利用效率的影响

采用大田试验与土柱试验相结合的方式,设置距离地表-5 cm (P5)、-10 cm (P10)、-15 cm (P15)和-20 cm(P20)施用磷肥处理,以不施磷肥为对照(CK),研究磷肥施用深度对夏玉米根系分布、干物质积累与产量形成及磷肥吸收和利用效率的影响。结果表明,磷肥施用深度显著影响夏玉米根系干重及根长,表现为P15P10P20P5CK。与常规磷肥施用深度(P5)处理相比,P15处理玉米籽粒产量两年平均提高23.1%,根干重及总根长两年平均提高13.1%、22.9%; P15、P20处理均增加了-20 cm以下土层的根干重比例及根长比例,土柱试验分别达到35.4%和36.4%、58.7%和59.3%,大田试验根干重两年均达到19.0%,根长比重分别达到39.8%和39.9%。根系分布的优化促进了植株磷素积累与转运, P10、P15、P20处理较P5处理磷积累量2年平均提高10.6%、25.2%和14.7%,磷转运量平均提高46.9%、76.6%和57.6%,籽粒产量相应增加12.9%、23.1%和10.6%。P15比P5处理的磷肥偏生产力、农学利用效率和表观利用效率两年平均值分别提高19.1 kg kg~(–1)、19.1 kg kg~(–1)和25.2%。磷肥深施能够增加深层土壤根系的分布比例,提高植株对磷肥的吸收、利用效率,显著提高夏玉米产量,在本试验条件下以磷肥集中施用在-15 cm处效果最好。     

收获期对不同饲用玉米产量及饲用营养品质的影响

对饲用玉米品种农大108(ND108)和山农饲玉7号(SY7)不同收获时间处理下的玉米全株产量及饲用营养品质进行了研究。结果表明:收获期是影响玉米全株饲用品质的一个关键因素,随着生育期的推进,两个品种全株的干物质含量、脂肪含量逐渐增加,粗蛋白含量逐渐降低,中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量先下降而后略上升,生物学产量、各营养成分产量及饲料总能量均明显增加。综合玉米全株的生物学产量和营养品质,SY7在生长期第85～90 d、ND108在第90～95 d收获可以获得较高的全株生物学产量和优良的饲用价值。两个品种相比,SY7全株生物学产量明显高于ND108,粗蛋白含量、粗纤维含量、总能量储备高于ND108,粗脂肪含量低于ND108。综合衡量,SY7要优于ND108。     

不同肥料运筹对夏玉米田间土壤氮素淋溶与挥发影响的原位研究

运用排水采集器法和通气法结合田间原位试验,研究了不同肥料运筹对夏玉米田间土壤氮素淋溶与挥发的影响。结果表明,在夏玉米生长季节,田间土壤水分淋溶体积达63.49～7.L/hm2,且表现与灌溉水量和降雨量正相关。与单施氮肥相比,有机肥配施氮肥在夏玉米生长发育前期易加剧水分的淋溶;氮素淋溶损失量明显高于氨挥发损失量,且二者均随施氮量的增加而升高;与单施氮肥相比,有机肥配施氮肥极显著地增大了氮素淋失量,减少氮素的氨挥发损失量,总体分析显示,有机肥配施氮肥极显著增大了氮素净损失量和氮素损失率;在夏玉米生长期内,施肥运筹的田间土壤淋溶水硝态氮浓度均呈现双峰趋势,以硝态氮形式淋失是田间土壤氮素淋失的主要形式,铵态氮浓度则呈现先升后降的趋势,铵态氮的累计淋失量很少。同时发现,大口期夏玉米生长旺盛,对氮素的需求强烈可以减少氮素的淋失和氨挥发损失,适量增加夏玉米大口期的追肥量,是提高氮肥利用效率的有效途径。     

不同株高夏玉米品种的氮素吸收与利用特性

选用鲁单981 (LD981)、郑单958 (ZD958)和登海661 (DH661) 3个不同株高玉米品种, 在大田和栽培池条件下分别设67 500株 hm^-2和82 500株 hm^-2 2个种植密度, 0和180 kg hm^-2 2个施氮量。大田试验的氮肥以开沟方式施入, 栽培池试验氮肥分别以5、20和40 cm深度分层施入, 利用¹⁵N同位素示踪技术研究不同株高夏玉米对氮素的吸收与利用特性。结果表明, 与67 500株 hm^-2种植密度比较, 82 500株 hm^-2种植密度夏玉米籽粒产量及氮素偏生产力显著提高。夏玉米吸收的氮素69.3%~77.3%来自土壤, 22.7%~30.7%来自肥料, 土壤氮和肥料氮收获指数分别为54.6%和57.5%。与67 500株 hm^-2种植密度比较, 82 500株 hm^-2种植密度矮秆品种DH661氮素积累来自肥料的比例显著降低, 中品种ZD958和高秆品种LD981没有显著变化; 中、高秆品种肥料氮收获指数显著降低, 矮秆品种增加。5 cm土层施氮对植株肥料氮积累量贡献率最大, 40 cm土层施氮对植株肥料氮的贡献率最小, 随着株高增加, 深层(40 cm)氮对植株肥料氮积累量的贡献率逐渐增加, 浅层(5 cm)氮对植株肥料氮积累量的贡献率逐渐降低。中、高秆品种对土壤深层40 cm施氮的氮肥回收率较高, 而矮秆品种对土壤浅层20 cm施氮的氮肥回收率较高; 20 cm和40 cm ¹⁵N在20~40 cm和40~60 cm土层残留量分别达到60%, 说明矮秆品种对20~40 cm土层氮素回收率较高, 中、高秆品种对40~60 cm土层氮素回收率较高。     

有机无机肥长期定位配施对冬小麦~(13)C同化物分配及产量的影响

为研究有机无机配施对冬小麦不同时期光合同化物转运分配及产量的影响,以石麦15(SM15)为供试品种,牛粪为有机肥,采用~(13)CO_2标记的方法,设置不施氮肥(CK)、单施尿素(U)、单施牛粪(M)和有机无机配施(U+M)4种施肥方式进行试验。结果表明,~(13)C同化物在挑旗期、开花期主要向茎秆和叶鞘分配,灌浆期则主要向籽粒分配;成熟期约有87.5%的灌浆期同化产物分配到籽粒中,约75.4%的开花期同化产物分配到籽粒中,而仅15.2%的挑旗期同化产物分配向籽粒,灌浆期同化产物对籽粒重的贡献最大。成熟期不同施肥处理间相比,挑旗期及开花期的~(13)C同化物均是不施氮与配施处理向籽粒的分配较多,单施尿素处理滞留于茎鞘中较多;灌浆期13C同化物以单施有机肥与配施处理向籽粒的分配较多,最终配施处理向籽粒分配的挑旗期、开花期、灌浆期的同化产物均较多。单施有机肥处理千粒重较高,单施尿素处理穗数较高,配施处理产量结构更平衡且产量最高。由此可知,有机无机肥配施能促进各时期同化产物向籽粒的分配并有利于产量的提高。本研究结果为有机肥的合理施用及籽粒产量的提高提供了理论依据。     

植酶Q9对大田遮阴夏玉米产量形成的影响

【目的】 黄淮海地区夏玉米生长季多雨寡照频发,同时生产上种植密度的增加影响了群体光照,研究植酶Q9对大田遮阴夏玉米生长发育和产量的调控作用具有重要意义。【方法】 2013—2018年,在大田条件下选用夏玉米品种登海605为试验材料,种植密度67 500株/hm ²。试验设置3个遮阴处理,分别为开花至收获期遮阴（S1）、拔节至开花期遮阴（S2）和出苗至收获期遮阴（S3）,以自然光照为对照（CK）,大田遮光率为60%;另外,选用化控试剂植酶Q9对遮阴和正常光照处理进行外源调控,即开花至收获期遮阴-植酶Q9（Z-S1）、拔节至开花期遮阴-植酶Q9（Z-S2）、出苗至收获期遮阴-植酶Q9（Z-S3）和正常光照-植酶Q9（Z-CK）,以同时期喷施清水为对照,探讨植酶Q9对大田遮阴夏玉米产量形成的影响【结果】 遮阴延缓夏玉米的生长发育进程,雌雄间隔延长,抽雄和吐丝期较对照延迟6 d左右,叶面积指数、功能叶片SPAD值、干物质积累量显著降低,穗长、穗粗减小,秃顶变长,株高、穗位高降低,倒伏率和空秆率增加,进而产量显著降低。喷施植酶Q9后,S3和S2的生育进程较其对照提前1—2 d,雌雄间隔缩短1 d,叶面积指数、SPAD值、穗位高、株高显著增加;干物质积累及其向籽粒的分配比例增加,倒伏率和空秆率降低;S3穗部性状得到改善。喷施植酶Q9增加了夏玉米的公顷穗数、穗粒数、千粒重,进而显著提高产量,S3、S2、S1喷施植酶Q9后分别平均增产21%、9%、14%。【结论】 喷施植酶Q9可以有效缓解夏玉米弱光胁迫导致的危害。     

植物生产类专业数字化植物教学标本园建设与实践

植物教学标本园是进行实验实践教学的重要场所,本文从建设数字化植物教学标本园的必要性、建设内容、建设所需条件及实施效果等方面进行了探讨,为实验室信息化建设提供了素材。     

氮肥调控对不同保绿性超高产夏玉米产量及光合特性的影响

以保绿性品种金海5号和非保绿性品种浚单20为试验材料,研究氮肥调控对不同保绿性超高产夏玉米产量及光合特性的影响。结果表明：（1）保绿性玉米较非保绿性玉米花后叶面积指数大,叶面积持续期长,群体光合势大,是增产的主要因素;（2）整个籽粒灌浆期间,氮肥调控对不同保绿性玉米均正向增加灌浆速率最大时的生长量和最大灌浆速率,有效增加籽粒灌浆积累量（籽粒干重）;（3）非保绿性玉米干物质积累特性变化、叶面积指数变化、穗位叶净光合速率变化、籽粒灌浆积累量变化受氮肥调控作用比保绿性玉米显著;（4）通过大田试验并结合数学计算,建议推广种植保绿性玉米,达到13382．11kg／hm2超高产量,应施纯N271．56kg／hm2。