Quantitative trait loci mapping for yield-related traits under low and high planting densities in maize (Zea mays)

Average maize yield per hectare has increased significantly because of the improvement in high-density tolerance, but little attention has been paid to the genetic mechanism of grain yield response to high planting density. Here, we used a population of 301 recombinant inbred lines (RILs) derived from the cross YE478 × 08–641 to detect quantitative trait loci (QTLs) for 16 yield-related traits under two planting densities (57,000 and 114,000 plants per ha) across four environments. These yield-related traits responded differently to high-density stress. A total of 110 QTLs were observed for these traits: 33 QTLs only under low planting density, 50 QTLs under high planting density and 27 QTLs across both densities. Only two major QTLs, qCD6 and qWKEL2-2, were identified across low- and high-density treatments. Seven environmentally stable QTLs were also observed containing qED6, qWKEL3, qRN3-3, qRN7-2, qRN9-2 and qRN10 across both densities, as well as qRN9-1 under low density. In addition, 16 and eight pairs of loci with epistasis interaction (EPI) were detected under low and high planting densities, respectively. Additionally, nine and 17 loci showed QTL × environment interaction (QEI) under low- and high-density conditions, respectively. These interactions are of lesser importance than the main QTL effects. We also observed 26 pleiotropic QTL clusters, and the hotspot region 3.08 concentrated nine QTLs, suggesting its great importance for maize yield. These findings suggested that multiple minor QTLs, loci with EPI and QEI, pleiotropy and the complex network of “crosstalk” among them for yield-related traits were greatly influenced by plant density, which increases our understanding of the genetic mechanism of yield-related traits for high-density tolerance.     

不同降雨状况下渭北旱地春玉米临界氮稀释曲线与氮素营养诊断

过量施氮、降雨变率大和水氮耦合差是渭北旱地春玉米生产中氮肥高效利用的主要难题。构建渭北旱地不同降雨状况下春玉米临界氮稀释曲线,分析采用氮营养指数NNI诊断和评价旱地玉米氮素营养状况的可行性,为实现旱地玉米因雨合理施氮提供理论依据。以郑单958和陕单8806为试验材料,设置5个施氮量处理, 2016—2017年5个施氮量处理分别为0、75、150、270和360 kg hm-2, 2018—2019年施氮量调整为0、90、180、270和360 kg hm–2,文中依次用N0、N1、N2、N3、N4表示。其中2016年和2018年降水状况表现为穗期多雨,花粒期干旱; 2017年和2019年降水状况表现为穗期干旱,花粒期多雨,利用4年田间定位施氮试验数据构建并验证2种降雨状况下旱地春玉米临界氮稀释曲线模型。结果表明:(1)增施氮肥显著提高了旱地春玉米地上部生物量和植株含氮量,不同施氮量处理间差异显著。2种降雨状况下春玉米临界氮浓度和地上部生物量均符合幂指数关系,但模型参数之间存在差异(a.穗期多雨:Nc=35.98DM–0.35;b.穗期干旱:Nc=35.04DM–0.23)。模型拟合的植株氮浓度和实际氮浓度线性相关,穗期多雨年RMSE和n–RMSE分别为1.03、5.75%,穗期干旱年分别为1.53、6.78%,模型均具有较好稳定性。(2)在试验施氮量范围内,不同生育时期NNI随氮肥用量增加而增大,不同降雨状况下最佳施氮量存在差异。渭北旱地玉米最适施氮方案为基施氮肥150～180kghm–2,穗期多雨年追施氮肥45～75kghm–2。(3)氮营养指数NNI与相对吸氮量(RNupt)、相对地上部生物量(RDW)和相对产量(RY)均极显著相关,穗期多雨年NNI为1.02时, RY获得最大值,为0.95;穗期干旱年NNI为1.08时, RY获得最大值,为0.92。本研究建立的旱地玉米临界氮稀释曲线和氮营养指数,能够精准预测2种降雨状况下旱地春玉米拔节期至完熟期的氮素营养状况,对玉米生育季氮诊断及指导精确施氮具有重要意义。     

Genetic variation of seedling traits responded to brassinosteroid and gibberellin inhibitors in maize (Zea mays) doubled haploid lines

The purpose of this study was to examine the genotypic variation in maize doubled haploid (DH) lines response to brassinosteroid and gibberellin inhibitors. Plant responses to hormone inhibitors were determined in growth chamber experiments using germination paper for three different seedling treatments: application of propiconazole (Pcz), uniconazole (Ucz) or water (control). Mesocotyl length (ML) was more sensitive to hormone inhibitors, especially to the Ucz treatment, than other seedling traits. ML was significantly correlated with other traits in the Ucz treatment. All the seedling traits showed moderate-to-high broad sense heritability values, ranging from 0.39 to 0.82. The Euclidian genetic distances of inbred line pairs ranged from 1.27 to 19.94, indicating there was a high level of variability across the maize DH lines used in this study. DH lines with extreme MLs were identified, which can provide valuable breeding resources for improving abiotic stress tolerance, and for further genetic studies.     

尿素类型与灌溉管理对玉米节水保肥的影响

水分和氮素管理对提高作物产量具有重要作用。笔者研究尿素类型与灌溉管理对玉米节水保肥的影响以达到玉米高氮肥利用效率和高产田的生产目标。本研究在2016—2017年开展2年完全随机区组设计试验,讨论了尿素类型（普通尿素和控释尿素）及灌溉对玉米土壤和氮素利用的影响。每种尿素类型设置2种氮素水平,分别为75、150 kg N/hm ²,以不施氮肥为对照。水分设置2种灌溉水平,分别为全生育期不灌水和灌浆阶段灌水85 mm。结果表明：在灌溉与施氮水平相同下,0~40 cm土层应用控释尿素处理氮含量较高,但在更深的土壤层低于普通尿素处理;相对于不灌溉,灌溉增加了硝态氮的损失,但施用控释尿素的处理硝态氮损失低于施用普通尿素处理;灌溉条件下施用控释尿素可以提高玉米氮素吸收,并使更多的氮向籽粒中转移;与普通尿素相比,控释尿素提高了氮肥利用率,降低土壤对氮需求的依赖。控释尿素低氮的释放可以减少硝态氮在土壤中的存留时间而迅速被玉米吸收,从而降低硝态氮的损失风险,提高了土壤氮肥利用效率。综上,控释尿素与少量灌溉相结合适用于华北半湿润地区达到玉米高氮肥利用效率和高产田的生产目标。     

11份玉米自交系单株产量等性状的配合力与遗传参数研究

旨在研究玉米自交系单株产量等性状的配合力、遗传力及反交效应,为玉米自交系的选育和杂交种的组配提供依据。以11份玉米自交系为试材,按Griffing Ⅲ完全双列杂交法组配110个组合,观测杂交种的单株产量、株高、穗位高、雄穗分支数、雄穗主轴长、抽丝期和开花期等7个性状的表型数据,并对上述性状的一般配合力、特殊配合力、广义遗传力、狭义遗传力和反交效应进行估算。供试材料除雄穗主轴长的特殊配合力差异不显著外,其余性状的一般配合力和特殊配合力差异均达到极显著水平。JZ3和JZ6两个自交系单株产量的一般配合力为极显著正值,两对组合JZ9×JZ2和JZ2×JZ9、JZ6×JZ3和JZ3×JZ6的单株产量具有最大的正向SCA效应值,分别为40.68 g和35.24 g。单株产量的反交效应差异极显著,部分自交系的反交效应方差较大。7个性状的广义遗传力从大到小依次为,雄穗分支数、株高、开花期、穗位高、抽丝期、单株产量和雄穗主轴长;狭义遗传力从大到小依次为,雄穗分支数、株高、穗位高、开花期、雄穗主轴长、抽丝期和单株产量。试验结果表明单株产量性状的显性遗传方差占比最大,狭义遗传力最小,易受环境条件的影响,对该性状的选择适宜在晚代进行;单株产量性状具有显著的反交效应,故部分自交系需严格控制正反交方式。     

播期对河套地区玉米灌浆进度的影响

旨在为玉米的高产栽培提供理论支撑。采用分期播种法,利用试验数据,建立28个生长模型（方程均通过0.01的极显著检验）,将玉米灌浆期百粒干重、百粒体积随灌浆日数增加的时段分为三阶段,即渐增期、快增期和缓增期。适时播种的玉米吐丝后百粒体积、百粒干重增加进入渐增期,终止日分别为吐丝后的6天和20天,此后进入快速增长期,时间分别为22天和18天;其后到籽粒体积和干重增加进入缓慢增长期。适时播种的玉米百粒干重增加逐渐增长期为吐丝后活动积温区间0~502.4℃·d,增幅0.014 g/℃·d;快速增长期为吐丝后活动积温区间502.4~938.4℃·d,增幅0.049 g/℃·d;缓慢增长期为吐丝后活动积温区间938.4~1355.1℃·d,增幅0.018 g/℃·d。     

红壤旱地一株自生固氮菌的筛选鉴定及其固氮能力评估

为了鉴定从红壤中分离得到的一株自生固氮菌,并探讨其固氮能力。采用形态观察、生理生化测定和16S rDNA基因序列分析的方法研究了菌株的分类地位,采用乙炔还原法测定其固氮酶活性,并在室内培养条件下,通过花生、玉米的幼苗盆栽试验研究菌株对土壤MBN、矿化氮和植株氮素积累量的影响。结果表明：从种植于红壤的玉米根际,筛选出15株自生固氮菌,以菌株CM12固氮能力最强,初步鉴定CM12为伯霍尔德杆菌属(Burkholderia sp.),固氮酶活性达C₂H₄ 39.1 nmol/(h·mL)。室内培养试验结果表明,接种CM12菌株的处理,花生和玉米土壤MBN含量较CK处理分别提高了2.38和2.37倍,其中种植花生体系中,接菌处理与施用化学氮肥处理土壤MBN含量无显著差异。接种固氮菌影响了旱地红壤NO₃^--N和NH₄⁺-N比例,降低了土壤中NO₃^--N含量,且种植玉米体系中土壤NO₃^--N含量降低较明显。固氮菌短期接种增加了花生根系和玉米地上植株的氮素积累量。研究结果为该菌株在红壤旱地实际生产中的应用提供了理论基础。     

不同行距配比对玉米光合生理指标及茎秆特性的影响

以‘大丰30’为试验材料,在同一密度下（75000株/hm²）设置5种不同行距配比,研究不同行距配比对玉米光合生理指标及茎秆力学特性的影响。结果表明：行距配比为40 cm×80 cm时,棒三叶的叶绿素含量(SPAD)在灌浆期达到峰值;行距配比为30 cm×90 cm时,棒三叶净光合速率在灌浆期最高。大口期开始,行距配比为40 cm×80 cm时,叶面积指数(LAI)最高。单株干物质积累量以40 cm×80 cm最高。各行距配比的茎秆硬皮穿刺强度与茎秆弯曲性能随着节位的下降均呈逐渐增强的趋势,从大到小为 40 cm×80 cm>50 cm×70 cm>30 cm×90 cm>60 cm×60 cm>20 cm×100 cm。穗长、穗粗、千粒重和穗粒数各处理间均有不同变化,行距配比为40 cm×80 cm时产量最高,比等行距60 cm×60 cm增产7.96%。由此可见,行距配比为40 cm×80 cm,有利于大穗型品种‘大丰30’的光合性能和茎秆强度的提高,从而达到抗倒伏增产的目的。     

山地电力架空线路运维质量的智能评估

山地电力架空线路大多沿山架设,穿越树竹林,周边的树竹生长缺陷引发短路故障频繁发生,造成用电客户的大量投诉,用户体验满意度下降,抢修抢险费用大幅度攀升,严重影响供电公司的信誉和售电收益.为了提升用电客户的满意度和供电公司的售电受益,采用主成分分析方法提取了山地电力架空线路通道运维质量的3个主要影响因素,它们分别是树竹生长缺陷数、缺陷的消除数和通道运维资金使用合理度.对树竹的生长规律建立一个预测模型,从而得到树竹生长缺陷数的一个预测,根据预测结果划拨架空线路所在供电所的运维资金,消除树竹生长的缺陷数,再用Logistic回归模型,构建架空线路通道运维质量智能评估模型,使供电公司对架空线路运维实现基于数据决策的模式,尽可能保证供电线路零故障运行.     

成品油管道水击超前保护优化方案

成品油管道发生泵站意外停电事故后通常执行水击超前保护程序,该保护方案对管道的安全性有决定性影响。为了确保管道从事故前稳态安全平稳过渡到事故后较优的运行状态,需要制定最佳的水击超前保护方案。对成品油管道泵站意外停电水击工况进行分析,以水击事故发生后下一稳态时输量最大且各调节阀节流压力之和最小为目标,建立优化模型,相应的约束条件为全线不超压、不汽化。模型求解采取两种不同策略:事故站下游以各站出站压力最低为目标分别寻优,采用水力坡降线平移法求解;事故站上游以整体总节流最小寻优,为了提高求解速度,采用深度优先搜索法求解。以某成品油管道泵站意外停电事故工况为例,对该优化模型进行实例应用,并根据优化结果制定水击事故过渡过程的控制逻辑,并使用仿真软件SPS验证了控制逻辑的合理性,表明该优化模型合理可靠。