基于宿主诱导的基因沉默技术创制抗拟轮枝镰孢玉米自交系

【目的】拟轮枝镰孢（Fusarium verticillioide）是一种主要的病原真菌,侵染玉米可以导致穗粒腐病、茎腐病、苗期根腐病及引起种子腐烂。由拟轮枝镰孢引起的病害不仅影响玉米的产量和品质,而且其病原菌代谢过程中产生的伏马菌素等多种真菌毒素严重威胁了人畜安全。通过宿主诱导的基因沉默（host-induced gene silencing,HIGS）技术创制抗拟轮枝镰孢的玉米种质,为玉米抗病育种提供新的优异抗源。【方法】通过同源克隆方法克隆可能与拟轮枝镰孢生长发育相关的关键基因,并通过体外转录获得相应的dsRNA片段;将不同基因的dsRNA与拟轮枝镰孢的分生孢子悬浮液预混后,用于后续的体外RNA沉默试验;对感病玉米自交系西502的种子进行消毒与接种,在培养皿中28℃避光培养48 h,调查种子的发病程度;在混有dsRNA的孢子悬浮液中加入葡萄糖,25℃培养24 h后,在显微镜下观察孢子萌发与菌丝生长情况;将三叶期的西502幼苗转移至预混dsRNA的孢子悬浮液中进行培养,7 d后观察苗期根腐病发病状况;通过种子鉴定与苗期鉴定体系,逐步筛选具有显著抑制效果的沉默靶标基因;合成筛选出的重点靶标基因片段,构建沉默载体并转化感病玉米自交系西502;对转基因株系的种子接种鉴定,验证转化玉米株系的抗性;提取接种后转基因种子的总RNA,对拟轮枝镰孢的靶标基因进行荧光定量分析,确定HIGS株系的沉默效果。【结果】从拟轮枝镰孢中克隆出18个与其生长发育相关的候选基因;通过种子接种鉴定,发现11个候选基因被沉默后,种子的发病等级极显著降低;进一步筛选出6个沉默后影响拟轮枝镰孢的孢子萌发和菌丝生长的候选靶标基因deo、Ras2、Dpdc、Hsp90、Frp1和Atg15;通过苗期接种鉴定,最后筛选出3个在体外具有显著抑制效果的沉默靶标基因deo、Atg15和Frp1;进而将3个靶标基因的特异区段人工融合成一段序列并构建沉默载体,获得转基因植株;鉴定发现转基因植株的T₂代种子对拟轮枝镰孢的抗性显著增强,且3个靶标基因的表达量均显著下降。【结论】拟轮枝镰孢基因deo、Atg15、Frp1与其生长发育密切相关,且沉默后能够显著提升玉米对拟轮枝镰孢的抗性。     

全球气候变暖对中国种植制度可能影响ⅩⅢ. 东北三省春玉米熟型调整的降水限制及其对产量的可能影响

【目的】研究气候变化背景下东北三省春玉米品种熟型调整敏感区域内的降水条件变化及其对产量的可能影响,为当地春玉米种植品种熟型的调整提供科学参考。【方法】以1985年为时间节点,将1961—2017年分为2个时间段（1961—1985年和1986—2017年）。基于东北三省春玉米品种熟型调整敏感区域内的24个地面气象观测站点1961—2017年地面气象观测资料和16个农业气象试验站点1981—2007年玉米生育期的观测资料,分析春玉米不同生育阶段水分条件的变化特征,并运用作物生产潜力逐级订正法计算降水条件变化对生产潜力的影响。【结果】（1）1961—2017年,东北三省春玉米品种熟型调整的敏感地带内实际播种期呈提前趋势,成熟期呈推迟趋势,实际生产中品种熟型的调整导致实际生育期延长。（2）敏感区域内春玉米品种熟型的调整,使生育前期（播种—拔节）和后期（开花—成熟）需水量增加,生育中期（拔节—开花）需水量减少;同时,生育前期有效降水量呈现增加趋势,生育中期和后期有效降水量呈现减少趋势。（3）品种熟型调整后,春玉米生育中期有效降水量满足率最低。（4）品种熟型调整后,气候生产潜力在中晚熟品种调整为晚熟的区域5南部和西部的宽甸和通榆站点呈减小趋势,波动性增加,在特早熟品种调整为早熟的区域1和早熟品种调整为中熟的区域3北部气候生产潜力呈增加趋势且波动性降低。【结论】全球气候变化的背景下,东北地区敏感区域内有效降水量满足率在生育中期和后期降低,气候生产潜力在研究区域的西部和南部减小、东部增大且不稳定性高。因此,在敏感区域的东部、西部和南部仍要进一步关注品种熟型的选取,同时在春玉米生育中期和后期,及时进行灌溉补充水分,确保春玉米产量。     

Dynamics of maize grain drying in the high latitude region of Northeast China

A high grain moisture content at harvest has been an important problem in the high latitude region of Northeast China, and it is closely related to the genotypes of varieties, local meteorological factors and planting management. However, delayed harvest at a low temperature could not effectively reduce the grain moisture content. In this study, we continuously observed the grain drying during the late stage of different maturing types of maize varieties in Daqing, Heilongjiang Province, China in 2016 and 2017. A two-segment linear model was used to analyze the different stages of the drying processes: 1) Two-segment linear model fitting can divide the grain drying process of all varieties into two separate linear drying processes with different slopes. 2) During the rapid drying stage, the drying was faster at a higher temperature. The rate of slow drying was influenced by air vapor pressure. 3) The moisture content and meteorological factors when the drying rate turns from one stage into the other were not consistent between varieties and years. After entering the frost period, temperatures below 0°C will significantly reduce the rate of grain drying. 4) Due to the short growth period of early-maturing varieties, the drying time was prolonged, and the grain moisture content was lower than that of the mid-late maturing varieties. Local meteorological conditions do not allow the drying of mid-late maturing varieties to achieve a lower moisture content. When the temperature falls below 0°C, the drying rate of grain decreases markedly. Therefore, one feasible way to solve the problem of high moisture content is to replace the early-maturing varieties and implement the corresponding cultivation techniques.     

Heterosis and heterotic patterns of maize germplasm revealed by a multiple-hybrid population under well-watered and drought-stressed conditions

Understanding the heterosis in multiple environments between different heterotic groups is of fundamental importance in successful maize breeding. A total of 737 hybrids derived from 41 maize inbreds were evaluated over two years, with the aim of assessing the genetic diversity and their performance between heterotic groups under drought-stressed (DS) and well-watered (WW) treatments. A total of 38 737 SNPs were employed to assess the genetic diversity. The genetic distance (GD) between the parents ranged from 0.05 to 0.74, and the 41 inbreds were classified into five heterotic groups. According to the hybrid performance (high yield and early maturity between heterotic groups), the heterosis and heterotic patterns of Iowa Stiff Stalk Synthetic (BSSS)×Non-Stiff Stalk (NSS), NSS×Sipingtou (SPT) and BSSS×SPT were identified to be useful options in China's maize breeding. The relative importance of general and specific combining abilities (GCA and SCA) suggests the importance of the additive genetic effects for grain yield traits under the WW treatment, but the non-additive effects under the DS treatment. At least one of the parental lines with drought tolerance and a high GCA effect would be required to achieve the ideal hybrid performance under drought conditions. GD showed a positive correlation with yield and yield heterosis in within-group hybrids over a certain range of GD. The present investigation suggests that the heterosis is due to the combined accumulation of superior genes/alleles in parents and the optimal genetic distance between parents, and that yield heterosis under DS treatment was mainly determined by the non-additive effects.     

养分专家系统推荐施肥对夏玉米生理特性及产量的影响

为探究养分专家系统推荐施肥对夏玉米生理特性的影响,于2019年6月—10月在河南省鹤壁市、新乡市两地同步开展肥效田间试验,设置农户施肥(FP)、经验施肥(ST)、养分专家推荐施肥(NE)、在NE基础上施用缓控释肥(RNE,50％包膜氮肥,施肥量同NE)、在NE基础上不施氮肥(NE-N)、在NE基础上不施磷肥(NE-P)、在NE基础上不施钾肥(NE-K)共7个处理.以夏玉米浚单22为试验品种,于关键生育时期测试叶片叶绿素、冠层光合有效辐射、光合速率和叶片解剖结构,并于成熟期测定产量,分析计算肥料利用特征,研究不同施肥措施对夏玉米产量和光合生理特性的影响.结果 表明:基于养分专家系统的推荐施肥(NE、RNE)处理较肥料减施状态下(NE-N、NE-P、NE-K)处理分别增产28.69％、23.23％、22.89％,较FP平均增产16.62％、11.40％.氮、磷、钾合理施用有效降低叶片胞间CO2浓度、提高净光合速率,并且对叶片解剖结构和叶绿素含量具有积极影响,光合有效辐射分量在夏玉米整个生育期内对产量的影响较大.进一步研究表明,NE处理氮、磷、钾肥料利用率平均为29.63％、15.23％、40.55％,肥料农学效率分别是11.95、22.59、24.49 kg?kg-1.综上可知,氮磷钾合理施肥显著改善夏玉米生育期叶片的光合性能,提升肥料利用率,促进干物质的合成,提高了夏玉米产量.     

青海东部农区6个 饲用玉米品种生产性能的比较

摘要：为了筛选适合青海东部干旱地区高产饲用玉米品种,选用6个饲用玉米品种采用单因素随机排列,3次重复,进行了各品种间生产性能和种植效益比较研究。试验结果表明：豫青贮23株高达到288.62cm,显著高于其他试验品种（P＜0. 05);豫玉22号饲草平均产量达到13.57万kg/hm2,与豫青贮23和甘玉23饲草平均产量间差异不显著( P＞0. 05),与铁研53号、陇单6号和中原单32号差异显著（P＜0. 05);豫玉22号盈利达到1.6万元/hm2,较豫青贮23和甘玉23分别高16.79%和18.52%,较铁研53和中原单32号分别高33.33%和52.38%,较陇单6号高出105.13%。从综合表现来看豫玉22号、豫青贮23和甘玉23号三个饲用玉米品种在青海东部干旱地区具有高产性能和较高的经济效益,值得大力推广种植。     

11个玉米bZIP基因应答逆境胁迫的表达分析

bZIP基因家族是一类广泛存在于植物中的重要转录因子,在植物生长发育及应答逆境胁迫响应途径中发挥重要作用。选取11个玉米bZIP基因作为研究对象,系统地研究了ZmbZIP基因应答各类逆境胁迫时的表达模式。进化树分析结果显示11个ZmbZIP基因聚合为一个大家族,并可以进一步细分为3个亚组。qPCR分析结果显示8个ZmbZIP基因表达模式在玉米不同组织中呈现明显差异,预示着在玉米生长发育进程中功能多样化。 人为模拟盐、干旱、低温和硝态氮或铵态氮缺乏胁迫等研究结果表明,8个ZmbZIP呈现不同的表达模式,ZmbZIP71和ZmbZIP129同时受200 mmol·L^-1 NaCl溶液、20% PEG6000和4 ℃低温胁迫的诱导（>2倍）,而其他ZmbZIP在应答3种非生物胁迫时呈现不同的表达模式。叶片和根系中ZmbZIP基因受不同氮形态缺乏胁迫的调控,叶片中有6个ZmbZIP基因受铵态氮缺乏胁迫的诱导,有2个ZmbZIP受硝态氮缺乏胁迫明显抑制,根系中ZmbZIP9、ZmbZIP69和ZmbZIP71同时受2种胁迫因子的影响,而有5个ZmbZIP基因受2种不同胁迫处理的影响不同,显示叶片或根系ZmbZIP基因在调控氮缺乏胁迫响应机制中具有不同的生物学功能。结果可为将来深入研究这些基因的生物学功能提供科学数据。     

氮素调控对玉米氮素同化过程及产量的影响

氮素调控措施与作物氮素吸收利用和产量密切相关,但目前关于不同氮素调控措施对玉米主要生育期氮素同化过程的影响仍不清楚。以郑单958为试验材料,设置不施氮肥（CK）、传统施肥（CN）、氮肥+生物炭（SN）和氮肥+硝化抑制剂DMPP（DN）4个处理,分析不同氮素调控对玉米氮素同化过程中铵态氮和硝态氮含量、硝酸还原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性、游离氨基酸和可溶性蛋白含量以及氮素利用率和产量的影响。结果表明：DN和SN处理较传统施肥处理均可以提高玉米植株体内硝态氮和铵态氮含量、NR和GS活性;DN和SN处理显著提高灌浆期谷氨酸、游离氨基酸和可溶性蛋白含量;DN处理成熟期籽粒的氮素积累量显著高于SN和CN处理,分别显著增加18.4%和30.0%;DN处理产量最高,SN次之,二者并无显著差异,但相较CN处理分别显著增产1 483.0和1 154.2 kg·hm^-2。两种氮素调控均促进了玉米对氮素的吸收,显著提高氮肥吸收利用率,其中硝化抑制剂处理氮肥吸收利用率最高且显著高于其他处理。综上,生物炭或硝化抑制剂配施氮肥,可以促进玉米氮素同化和转运过程,显著提高玉米产量和氮肥利用效率,综合产量、籽粒氮素积累量和氮肥吸收利用率,硝化抑制剂配施氮肥可作为淮河流域玉米高产高效的栽培措施。     

42份鲜食玉米品种对丝黑穗病和瘤黑粉病的抗性

为明确鲜食玉米品种对由丝孢堆黑粉菌(Sporisorium reilianum)引起的玉米丝黑穗病和玉蜀黍黑粉菌(Ustilago maydis)引起的玉米瘤黑粉病的抗性差异,于2019年通过人工接种对42份鲜食玉米进行田间抗性鉴定。对丝黑穗病的鉴定结果表明,在42份鲜食玉米品种中,未发现高抗材料;‘盛甜糯9号’和‘三禾甜加糯6号’表现抗病;‘盛彩甜3号’‘福王9号’和‘脆甜1号’3份材料表现中抗;16份材料表现感病;21份材料表现高感。对瘤黑粉病的鉴定结果表明,3份材料表现高抗,分别为‘脆甜168’‘金陇12’和‘原玉黄糯1168’;‘盛甜糯10号’和‘陇糯2号’表现中抗;9份材料表现感病;28份材料表现高感。参试材料中未发现同时兼抗丝黑穗病和瘤黑粉病的品种,由此说明,在鲜食玉米上,对黑粉类病害的抗性品种较为匮乏,需进一步加强抗性材料的筛选利用,并加快多抗组合的选育。     

不同玉米品种籽粒耐破碎性差异及影响因素

为明确不同玉米品种机械收获时籽粒的耐破碎性差异和影响籽粒耐破碎性的因素,以13个玉米品种为材料,设置不同收获时间,对不同玉米品种籽粒的破碎率、含水率和硬度等指标的动态变化特征进行研究,分析籽粒破碎率与含水率和硬度的关系,采用积分法评价不同玉米品种籽粒的耐破碎性。结果表明:随收获时间的推迟,籽粒破碎率先快速降低后稍有升高,籽粒含水率逐渐降低,籽粒硬度逐渐增大,且玉米品种间差异显著。破碎率与籽粒含水率符合二次曲线关系,当籽粒含水率为19.70%时破碎率最低;破碎率与籽粒硬度极显著负相关,其中胚乳穿刺强度与破碎率的相关性最高,当籽粒胚乳穿刺强度为88.35 N时破碎率最低;籽粒硬度与含水率呈极显著的负相关关系。降低籽粒含水率进而提高其硬度是增强玉米籽粒的耐破碎能力和降低籽粒破碎率的关键。不同玉米品种籽粒的硬度和耐破碎能力存在显著差异,在含水率相近的条件下,耐破碎能力强的玉米品种均具有较高的籽粒硬度。籽粒硬度指标中的胚乳穿刺强度可作为鉴选宜机械粒收玉米品种的重要指标;参试的所有硬粒型玉米品种、半马齿型‘仲玉3号’、半硬粒型 ‘辽禾308’、‘先玉1171’和马齿型‘正红6号’的籽粒耐破碎能力强,可作为适宜机械粒收的品种。