为了发掘更多与玉米雄穗生长发育早期耐旱性相关的转录因子基因,选用耐旱型玉米自交系(DT)铁7922、X178,以及干旱敏感型自交系(DS)吉81162和丹340为试验材料。使用盆栽方法进行育苗,并在一致且适宜的肥水条件下培养至雄穗发育前期,通过人工模拟田间干旱胁迫及正常灌溉的方法对材料进行处理。采用RNA-Seq技术检测玉米雄穗发育早期在受到干旱胁迫后相对于正常灌溉处理而言,耐旱相关转录因子家族基因在转录水平上表达量的变化。结果共发现287个转录因子基因在受到干旱胁迫后相对于正常灌溉呈现差异表达。对差异表达基因进行功能富集和注释结果发现,差异表达基因中具有耐旱调控功能的转录因子基因34个。其中在2个耐旱型材料中共有且表达模式一致的基因6个;在2个干旱敏感型材料中共有且表达模式一致的基因3个;在4个材料中均呈显著差异表达的转录因子基因1个。研究结果为玉米雄穗发育早期耐旱功能转录因子基因发掘和耐旱分子育种提供了基因基础。

【目的】全球季节性高温、干旱已经成为影响作物生长发育和产量形成的主要限制性因素,本研究通过人工模拟阶段高温干旱气候特征,旨在探究夏玉米花期高温、干旱以及高温干旱复合胁迫对其雄穗发育、生理特征及产量形成的影响。【方法】连续2年利用人工智能温室,采用盆栽试验,以郑单958(ZD958)和华农138(HN138)为试验材料,设置对照(CK)、高温胁迫(T)、干旱胁迫(D)和高温干旱复合胁迫(TD)4个处理,研究了夏玉米雄穗形态、花药、花粉结构、花粉活力及雄穗抗氧化指标和产量对花期高温、干旱的响应特征。【结果】2年结果表明,高温、干旱及复合胁迫使玉米雄穗分枝数、主轴小花数和分枝小花密度显著减少,T处理3个参数分别平均比CK减少17.31%、15.70%、13.56%,D和TD处理分别比CK减少33.85%、24.87%、27.08%和45.59%、32.02%、26.00%,干旱及复合胁迫使玉米雄穗主轴比CK平均显著缩短23.64%和27.51%。花期高温、干旱胁迫均导致花药皱缩变形,绒毡层细胞结构松散,花粉粒表面凸起,复合胁迫加剧了花药皱缩变形,绒毡层细胞裂解,药隔维管束变细减少,花粉粒网纹状凸起更为明显,萌发孔内陷。高温、干旱及复合胁迫显著降低雄穗日散粉量,T、D和TD处理日散粉量分别比CK平均减少22.18%、54.75%和67.28%,且使最大散粉量日期提前;T、D和TD处理高活力花粉所占比例显著低于CK,且两两间差异达显著水平。T处理雄穗SOD、POD酶活性升高,较CK平均提高21.91%、32.50%,D和TD处理较CK平均增加24.95%(SOD)、53.37%(POD)和17.12%(SOD)、67.24%(POD),峰值均与CK有极显著差异;T、D和TD处理下雄穗MDA含量较CK平均增加44.18%、64.24%和79.12%,■含量较CK平均增加22.55%、51.65%和72.29%,处理间峰值差异达显著水平。高温、干旱及复合胁迫导致玉米产量和行粒数大幅度降低,T、D和TD产量比CK平均降低18.05%、34.58%、46.24%,行粒数比CK平均减少24.58%、41.80%和52.99%。胁迫处理下,2个品种以HN138雄穗分枝数、主轴小花数和分枝小花密度下降幅度大于ZD958,且HN138的高活力花粉占比和散粉量比ZD958分别减少27.00%和17.28%;HN138花药和花粉结构畸变程度超过ZD958,其抗氧化酶活性升高幅度小于ZD958,但MDA和■含量比ZD958高13.07%和20.29%,2个品种以HN138对高温、干旱及复合胁迫响应更为敏感。【结论】玉米花期高温、干旱及复合胁迫显著抑制雄穗生长发育,导致花药和花粉形态结构畸变,抗氧化酶活性降低,散粉量显著减少,导致穗粒数减少,最终导致产量下降;且高温干旱复合胁迫对玉米雄穗的影响大于干旱胁迫大于高温胁迫,不同类型品种对高温、干旱的响应程度不同。

发掘玉米耐旱基因及其连锁分子标记是构建耐旱分子育种技术的重要基础。通过生物信息学手段整理玉米基因组数据库中已有耐旱相关性状的QTL信息,借助高密度玉米分子标记连锁图谱IBM和临近分子标记,建立耐旱相关性状的QTL一致性图谱,进而发掘通用QTL。研究显示,在干旱条件下于10个定位群体中共发现与9个玉米农艺及生理性状有关的181个QTL,建立了全长3582.1cM的耐旱相关性状的QTL一致性图谱,发掘出15个“通用耐旱QTL”及其连锁标记。研究结果为确定玉米耐旱基因位点和建立分子标记辅助育种技术创造了条件。

以典型的果穗顶端籽粒败育类型杂交种为材料，在授粉后第2天对大田玉米雌穗用聚乙烯塑料袋进行覆膜处理，考察了处理后籽粒发育过程中内派激素（乙烯、细胞分裂素）、呼吸强度及粒重变化动态。结果表明：覆膜处理明显促进了果穗顶部籽粒的发育，使粒重增加、败育粒减少，但中下部籽粒粒重有不同程度的降低，从而导致穗粒数增加、平均粒重降低。覆膜处理后还表现出预部籽粒在籽粒形成期呼吸强度和细胞分裂素含量明显升高，而乙烯释放量则明显降低，营养物质在果穗上的分布趋于均一化等生理效应。

【目的】叶片宽度和长度等叶形特性是决定植株形态,进而影响种植密度的重要农艺性状,通过转录组测序技术筛选并挖掘玉米叶片形态建成相关的代谢路径及调控基因,为深入认识叶片发育的分子机理和鉴定叶宽、叶长候选基因奠定基础。【方法】以极端窄叶自交系NL409和宽叶自交系WB665为材料,利用RNA-Seq技术鉴定7叶期第七片叶近基部的差异表达基因(DEGs),通过生物信息学分析,筛选与叶片发育密切相关的代谢通路,利用qRT-PCR验证不同激素路径叶形相关基因的表达结果,并结合启动子区域的序列差异挖掘叶形功能基因。【结果】分析对照(WB665)和样品(NL409)高通量测序结果,在叶宽形成关键部位共筛选出5 199个DEGs,其中,2 264(43.55%)个基因表达上调,2 935(56.45%)个基因下调表达,下调基因明显多于上调基因;GO功能富集分析表明,差异基因主要富集在细胞膜相关的细胞组分中,涉及代谢过程和细胞响应刺激;KEGG富集分析表明,差异基因主要参与到核糖体、植物激素信号转导、苯丙烷类代谢、乙醛酸和二羧酸代谢等过程,其中核糖体、植物激素信号转导、鞘脂类代谢下调表达基因较多的路径与叶片发育密切相关。核糖体路径富集到多个PRS(PRESSED FLOWER)基因,分析发现PRS13(PFL2)可能在调控窄叶发育过程中发挥重要作用。鞘脂代谢路径富集的基因几乎全部下调表达,引起抑制叶片发育的AP1(APETALA1)类和MAPK(Mitogen-Activated Protein Kinase)类基因上调,以及促进叶片发育的LFY(LEAFY)下调,与窄叶发育受抑制的表型一致。植物激素信号转导路径富集到的油菜素内酯(BR)响应基因和赤霉素(GA)代谢基因下调,细胞分裂素(CTK)和大部分生长素(Auxin)响应基因上调,与窄叶中DELLA蛋白基因上调表达,抑制GA并促进CTK基因表达的作用模式一致。通过qRT-PCR对18个叶片发育相关基因进行分析,结果表明,其表达趋势与转录组结果一致,分析发现BR相关的ROT3、Auxin相关的NAL7-like、AGO7-like以及TCP类转录因子CYC/TB1等基因与窄叶的形成密切相关。【结论】明确了一些与玉米叶片发育密切相关的代谢路径,还发现植物激素间的动态平衡对叶片发育有着重要影响,尤其是生长素与油菜素内酯、细胞分裂素与赤霉素之间的相互作用对调控叶片形态可能发挥重要作用。

通过模型研究玉米出苗至抽雄叶片的增长规律,从而更精确地预测玉米发育进展情况。采用3种玉米出苗至抽雄的叶片发育速率模拟方法对玉米抽雄期进行模拟,将预测结果与各地田间玉米试验实测值相比较。结果表明:经验法和Logistic曲线法预测的抽雄期(7月27日、6月30日)与实测值(7月25日)之间的误差为2～25d。因此,这两种方法不能直接应用,需要对参数进行修正后才可使用,或对所得结果进行校正。贝塔分布函数法引用过程中误差比前两种明显偏小,误差在4d内(实测7月31日,模拟8月4日)。贝塔分布函数中3个基点温度的范围对预测结果影响小,误差小于4d(预测7月29日,实测7月25日);而参数c的取值对预测...

【目的】提高玉米产量,研究不同种植密度对玉米雌穗发育和产量的影响。【方法】田间统计雌穗的花粒数量和吐丝进度;常规石蜡制片观察雌穗的发育和结构。【结果】随着密度的增大,雌穗小花的分化相应推迟;在吐丝初期和吐丝中期,吐丝数量随密度的增加而减少,吐丝后期差异不显著;小花总数、吐丝小花数、受精小花数和饱满粒数随密度的增加而减少,未受精小花数和总退化率随密度的增加而增大;雌穗穗轴维管束数目、维管束总横截面积和韧皮部总横截面积随密度的增加而减少;种植密度在75 000株/hm2时产量最高。相关性分析显示,雌穗穗轴维管束数目、维管束总横截面积和韧皮部总横截面积与种植密度呈显著的负相关,与单穗籽干重、千粒重、...

为探明花期连阴雨造成的弱光胁迫持续时间对玉米产量的影响,以黄淮海平原主推夏玉米品种浚单29为材料,自抽雄期起设置弱光胁迫处理0 d(CK)、3 d(S3)、6 d(S6)、9 d(S9)、12 d(S12)、15 d(S15)6个处理,探讨了玉米花期弱光持续时间对玉米果穗发育及产量的影响。结果表明,自抽雄期起,随着弱光胁迫时间的延长,弱光处理315 d,吐丝期较CK推迟17 d,终散粉日较CK推迟12 d。在抽穗后第11天所有处理散粉全部结束。散粉100%结束日吐丝株率较CK减少3%43%,各处理结束日果

以半多育型杂交种农大高光效 1号和单育型杂交种农大 0 6 38为材料 ,研究了玉米不同穗库在穗分化进程、穗生长、内源激素等方面的差异。结果表明 ,2种育型玉米穗库间的生长发育均存在着不同步性 ,尤其在性器官分化起始时间和持续时间上优势穗库和弱势穗库存在着明显的差异 ,无论单育型或多育型玉米第 1果穗进入该期的时间早 ,且持续时间长 ;在穗长、穗鲜重、穗体积的增长上 ,单育型杂交种第 1果穗比第 2、第 3果穗也具有明显的优势 ,而半多育型品种各穗库间在穗分化阶段这 3个指标上虽有差异 ,但差异均小于单育型杂交种。研究还表明 IAA,GA3 和 ABA在库位优势和穗库发育的不同步性中起着重要的...

【目的】研究含热带种质玉米自交系胚乳发育分子机制及相关调控网络。【方法】通过高通量RNA-seq测序技术，对热带血缘玉米自交系ZOL-1在授粉后5 d、10 d、15 d、20 d、25 d、30 d的6个时期的胚乳转录组进行比较，得到的差异表达基因进行KEGG与GO功能注释，并对FPKM平均值大于1的基因进行时间序列分析。【结果】玉米自交系ZOL-1胚乳发育在授粉后25～30 d时籽粒长、宽、厚增长速率最快，增长率分别达到了15.9%、16.1%和10.2%。经过转录组测序和同参考基因组比对，过滤后reads占比至少为83.99%，测序质量和组装效果均较好。按照连续比较系统方法，在10 d＿VS＿5 d、15 d＿VS＿10 d、20 d＿VS＿15 d、25 d＿VS＿20 d和30 d＿VS＿25 d分别共检测到7129个、5252个、4254个、775个和312个差异表达基因。GO功能注释表明，差异表达基因主要分布于细胞分化过程、代谢过程、催化活性和细胞器等条目中。KEGG功能富集分析显示，这些差异表达基因主要富集在能量代谢、碳水化合物代谢、碳代谢、氨基酸代谢、信号转导等与胚乳发育相关的通路。通过对FPKM平均值大于1的基因进行时间序列分析，19554个基因共划分为10个Clusters，并在Cluster7鉴定出8个淀粉合成酶相关基因，它们的表达量在授粉后15 d时开始显著提升，此后保持较高表达水平。【结论】玉米自交系胚乳发育可能主要受下调基因表达调控，在授粉后15 d前后胚乳的发育模式发生变化，转录组有重新编程的迹象，同时挖掘到玉米淀粉生物合成相关基因8个，有利于研究胚乳发育的分子调控机理。

以东北黑土区主推玉米品种郑单958和农大364为研究材料,对大田条件下玉米雄穗形态变化、保护酶体系及细胞膜透性进行了比较分析。结果表明:在玉米整个生育期,雄穗形态指标均呈"S"型曲线变化,且其生长发育和播后天数之间符合二次多项式关系。随着玉米生育进程的推进,雄穗细胞膜透性和丙二醛(MDA)含量均呈现不断递增的趋势,在成熟期达最高值。过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性均在散粉期达到最高峰,随后不断下降,其中POD活性降幅不大,说明在散粉期后雄穗主要负责清除活性氧任务的是POD。

干旱是造成中国乃至世界各地玉米产量低而不稳的首要原因。本研究采用二因素裂区设计,主处理为水分处理,设水分充足和干旱胁迫2个水平;副处理为玉米组合,包括145个杂交玉米新组合,试验期间收集与产量和耐旱性相关的主要农艺和生理性状,通过两个水分处理下各性状的比较、方差分析、各性状与产量的相关分析,研究干旱对玉米各性状的影响以及各性状与产量和耐旱性的相关性,鉴定出与产量紧密相关且表达稳定、可可靠用于耐旱选择的鉴定指标,并筛选一批产量高、耐旱性强及其他农艺性状优良的玉米新品种。结果表明,组合B119、B148、B85、B143、B95在2个水分处理下产量都高,其它性状也表现优良,是优良的高产、耐旱玉米新...

【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／Ｈｍ～２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ＮＣＢ．．．

【目的】灌浆期高温会对玉米籽粒的生长和发育造成不利的影响,是影响玉米稳产和高产的重要因素之一。比较灌浆期高温对不同耐热型玉米品种籽粒形成和生长发育的影响,以期寻找相应的预防和应对措施,避免和缓解高温胁迫伤害。【方法】采用玉米籽粒离体培养技术,以耐热型品种郑单958和热敏感型品种德美亚1号为材料,研究了籽粒灌浆期(授粉后17—28 d)高温对玉米籽粒发育的影响机制。【结果】高温加快了两品种玉米强势粒前期的灌浆速率,但降低了强、弱势粒中后期灌浆速率,总体导致灌浆持续时间缩短,籽粒千粒重下降。在授粉后40 d,