【目的】叶绿素是参与光合途径最为重要的光合色素。叶绿体的发育及叶绿素的合成在很大程度上依赖于质体基因组与核基因组之间的双向信号传导来精确协调基因表达。通过对白化表型的CRISPR/Cas9-ZmpTAC2转基因阳性纯合突变材料进行RNA-seq研究,筛选和鉴定参与叶绿素合成的相关基因,为明确叶绿素的合成途径奠定基础。【方法】以CRISPR/Cas9-ZmpTAC2玉米转基因编辑纯合突变株系为研究材料,使用透射电镜观察叶绿体超微结构和分光光度法测定叶片叶绿素含量,确定叶绿体发育状态及叶绿素合成情况。对转基因阴性材料(CK)和CRISPR/Cas9-ZmpTAC2转基因纯合编辑材料(zmptac2)苗期叶片取样进行转录组测序。通过生物信息学分析,寻找CK与zmptac2间差异表达的基因;qRT-PCR对差异表达基因进行验证。通过酵母双杂交筛选与玉米pTAC2互作的蛋白质。【结果】共获得15株T0转基因植株,包括绿色植株(7株)和白色植株(8株)。绿色幼苗中3株为转基因阴性材料,4株为转基因阳性(2株为未编辑,2株为杂合编辑突变),白色植株(8株)均为转基因阳性纯合编辑。与CK相比,突变体(zmptac2)叶绿体发异常,叶绿素含量显著降低。RNA-seq的结果显示,CK与zmptac2之间共检测到1 367个基因差异表达,其中618个基因上调表达(zmptac2/CK),749个基因下调表达(zmptac2/CK)。GO富集分析显示,下调基因显著富集到叶绿体和质体中。KEGG分析表明下调表达基因显著富集在苯丙氨酸代谢、酪氨酸代谢和异喹啉生物碱生物合成等途径。选取的15个差异基因表达模式均与测序数据相一致,表明测序结果是可靠的。与CK相比,zmptac2中依赖PEP(plastid-encoded RNA polymerase)转录的基因表达量显著降低,而依赖NEP(nuclear gene-encoded RNA polymerase)转录的基因表达量则显著上升。通过对玉米cDNA文库筛选和互作验证,鉴定出ZmpTAC3与ZmpTAC2存在互作。【结论】ZmpTAC2突变会导致叶绿体早期生物合成受阻,该基因参与叶绿体发育及叶绿素合成,且该种作用是由ZmpTAC2调控PEP相关基因表达而实现的。

以玉米叶片为材料,研究了体积分数80%丙酮、体积分数95%乙醇、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙醇-丙酮(体积比1∶1)混合液4种浸提液,不同光温条件和不同样品预处理方式对叶绿素浸提的影响。结果表明,浸提液以乙醇-丙酮混合液效果最好,避光和50℃的提取温度有利于叶绿素提取;样品冷冻处理不利于叶绿素a的提取,而有利于叶绿素b的提取,总叶绿素以鲜样提取为宜。在大样本试验中浸提叶片叶绿素较适宜的方法是:将新鲜(或冷冻)玉米叶片放入50℃丙酮-乙醇混合液(体积比1∶1)中避光提取1.5h。

以玉米幼苗刚好完全展开的1～5叶位叶片为材料,通过检测叶绿素含量和荧光参数特性,研究玉米不同叶位叶片的光化学活性。结果表明:随着叶位的上升,叶绿素含量逐渐增加;与第1,2位叶比,第4,5位叶具有更高的Fv/Fm和ETo/RC,即第4,5位叶具有更强的光化学活性。

采用朱军包括基因型×环境互作效应的加性-显性-母体效应遗传模型(ADM模型)分析方法,研究了不同环境条件下玉米吐丝期叶片叶绿素含量性状的遗传主效应及其与环境互作效应。结果表明,玉米叶片叶绿素含量的遗传表现除了受制于基因的加性效应、显性效应及母体效应等遗传主效应外,还会明显受到遗传主效应与环境互作效应的影响。遗传主效应中以显性效应(VD)为主,加性效应(VA)次之。互作效应中以显性效应×环境互作效应(VDE)为主,其次为母体效应×环境互作效应(VME)。叶片叶绿素含量性状在早代不同环境中选择均具有一定的成效。在遗传育种中需要注意各种基因效应在不同环境中的差异,根据各亲本的遗传效应预测值,选用遗传...

【目的】建立玉米杂交种与亲本苗期叶片差异表达蛋白谱,探讨叶片大小杂种优势形成的分子机理。【方法】以玉米强优势杂交种Mo17/B73及其亲本发芽后第5天的第3片叶为材料,采用双向电泳技术(2-DE),结合MALDI TOF MS质谱技术,建立叶片细胞分裂和生长关键区域的差异表达蛋白质谱,并对差异表达蛋白进行质谱鉴定。【结果】在检测到的630个蛋白质点中,有52个蛋白质点在杂交种与亲本之间的表达差异达到显著水平,表现为单亲沉默(15个)、偏高亲(13个)、偏低亲(8个)、杂种上调(6个)、杂种下调(7个)和杂种特异表达模式(3个)。另外,还成功鉴定出了其中的28个差异表达蛋白质点,涉及到代谢、胁迫...

通过研究不同浓度铅胁迫对糯玉米叶片叶绿素含量和抗氧化酶活性的影响,结果表明:糯玉米幼苗叶片中叶绿素a、叶绿素b及叶绿素(a+b)含量随铅胁迫浓度升高而逐渐降低;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性随铅胁迫浓度的升高呈现先升高后降低的趋势;低浓度铅处理对糯玉米幼苗生长具有一定的刺激作用,而高浓度铅处理对糯玉米幼苗生长则表现为抑制作用。

玉米瘤黑粉病是我国玉米产区的主要病害之一,明确抗、感瘤黑粉病玉米自交系苗期感染瘤黑粉菌后的组织细胞、可溶性糖及保护性酶差异,是深入解析瘤黑粉病发生规律的基础和前提。以感病玉米自交系掖478和抗病自交系齐319为材料,播种后25d对幼苗进行人工接种瘤黑粉菌FB1×FB2,利用激光共聚焦显微镜、体视显微镜、扫描电镜和透射电镜观察接菌0,2,4,8,12d的叶片组织细胞结构差异。结果表明:掖478接菌后,菌丝快速增殖,通过叶肉细胞逐渐向维管束鞘细胞侵染,致使维管束鞘细胞叶绿体肿胀,淀粉粒增多,花环结构被破坏,最终形成瘤状物;齐319接菌后,菌丝增殖受抑制,组织细胞结构完整清晰,线粒体数量显著增加。通过分析接菌后不同时间节点抗、感玉米自交系叶片的可溶性糖含量和保护性酶活性差异,发现掖478可溶性糖含量逐渐上升,接菌后12d含量最高,齐319可溶性糖含量先升高后降低;抗、感玉米自交系的超氧化物歧化酶(SOD)活性均呈先升高后降低趋势,过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均持续上升;且不同时间节点齐319保护性酶活性显著高于掖478。研究结果可为进一步揭示瘤黑粉病的侵染机制提供理论参考。

叶绿素是评价玉米健康状况的重要生理生化参数,而快速、准确检测玉米叶片叶绿素含量,是实现玉米长势及健康状况精准诊断的关键。为提高玉米叶片叶绿素含量的高光谱反演精度,以玉米试验小区为基础,测定了东北地区玉米不同生长期的叶片光谱反射率及其对应的叶绿素含量。首先采用一阶微分方法提取光谱特征,构建9种高光谱特征参数(Db、Dy、Dr、λb、λy、λr、SDb、SDy和SDr),并分析一阶微分光谱、高光谱特征参数与叶绿素含量间的相关关系,优选出与叶绿素含量相关性较高的3种特征参数作为自变量,分别为535nm处的一阶微分值、蓝边内最大一阶微分值Db、蓝边面积SDb,叶绿素含量实测值作为因变量,随后采用遗传算法对BP神经网络进行优化,建立BP神经网络(BPNN)和遗传算法优化的BP神经网络(GA-BPNN)反演模型,并对模型进行验证;再结合主成分回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLSR)模型进行比较。结果表明:叶绿素含量与一阶微分光谱在535nm处具有最大相关系数(R=-0.738),并且与特征参数Db、SDb呈显著相关,相关系数R分别为-0.732和-0.728;遗传算法可以有效地对BPNN初始权值随机化、易陷入局部极值等不足实现优化,并为其定位出理想的搜索空间;GA-BPNN模型的建模集与验证集R2分别为0.878和0.898,RMSE为0.731,与其他反演模型相比,GA-BPNN模型的稳定性和预测能力均表现最好,可为定量预测玉米叶片叶绿素含量提供一定的理论和技术依据。

以玉米农大108为试验材料,在温室和盆栽条件下,研究叶面喷施叔胺类活物质DCPTA和DTA-6对玉米苗期叶片光合特性、光合关键酶以及叶绿素荧光特性的调控机制。结果表明,DCPTA和DTA-6处理显著提高了玉米株高和生物量;显著提高了玉米叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度和叶绿素含量,降低了细胞间隙CO2浓度,但不改变叶绿素a/b值;显著提高了PEPC羧化酶和RuBP羧化酶活性;显著提高了玉米叶片PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ有效电子产量(ΦPSⅡ)和光化学淬灭(qP),降低了非光化学淬灭系数qN;DCPTA和DTA-6处理的适宜浓度分别为50和20 mg/L。

因为玉米灌浆后期叶片叶绿素含量变化可直接影响植株的光合效率并最终影响产量,同时叶片光合效率以及叶绿素代谢受光照环境影响较大,所以对不同环境下玉米叶片叶绿素衰减速率进行初步研究,可为培育出适宜种植环境的优良高产玉米品种提供理论依据。以66份玉米自交系为试材,分别种植于海南三亚和辽宁沈阳两地,持续测量植株穗位叶叶绿素含量,并计算叶绿素衰减速率及不同环境叶绿素衰减速率的差值,分析不同环境对叶绿素衰减速率特性的影响。结果表明:玉米叶片叶绿素衰减速率的广义遗传力为55.82%,环境与基因型互作的平方和达到基因型的48.59%;衰减速率越接近于7.846spad·d~(-1)的自交系受环境变化的影响越小;以海南数据为标准,叶绿素衰减速率小于7.486spad·d~(-1)的自交系中有70.37%在海南环境下表型低于辽宁环境,而在叶绿素衰减速率高于7.486spad·d~(-1)的自交系中则有71.79%在海南环境下表型高于辽宁环境。不同种群间叶绿素衰减速率无显著性差异。玉米叶片叶绿素衰减速率是由多个微效基因参与调控的数量性状,并存在部分调控基因可响应环境变化且对表型有较大的影响;可响应环境变化的调控基因分为两类,在相同环境具有截然相反的影响效果,且在外界影响下两类基因对表型的效力相等;玉米中参与叶绿素衰减速率的调控基因可能广泛分布于玉米的整个基因组中,以孟德尔方式独立遗传,其中大部分相关基因间不存在相互作用,通过累加效力来影响玉米的表型。

采用盆栽试验研究了不同氮营养水平下的春玉米叶片叶绿素和全氮含量与叶片光谱反射率的相关性。结果表明,拔节期和喇叭口期是玉米氮素光谱营养诊断的敏感时期;利用绿峰处叶片最大光谱反射率反演玉米叶片氮素含量和叶绿素含量的精度为:喇叭口期>拔节期>开花吐丝期;不同生育时期诊断玉米叶片氮素含量和叶绿素含量时所采用的光谱波段也不同,拔节期和喇叭口期采用可见光波段的光谱反射率可靠性较高,而开花吐丝期采用近红外波段的光谱反射率可靠性较高;两波段组合光谱变量对叶片叶绿素和全氮含量的判别精度高于单一波段的判别精度。

【目的】阐明玉米叶片衰老过程中叶片叶绿素降解与光合作用光反应活性的关系,为选育长效光合持续期的作物品种提供理论基础。【方法】本研究使用保绿型玉米品种"齐319"(Q319)和早衰型玉米品种"黄早4"(HZ4)为材料,在严格控制环境因素的条件下,用乙烯利诱导离体叶片衰老,通过快速叶绿素荧光诱导动力学曲线分析(OJIP test)和820 nm光吸收曲线技术,研究衰老过程中叶片叶绿素含量、光合速率、光系统1(PSI)和光系统2(PSII)光化学活性的变化,并分析光化学活性下降与叶绿素降解的关系。【结果】在衰老过程中,与保绿品种相比,早衰品种HZ4叶片的光能吸收能力、能量的转化效率以及PSI和PSI...

以郑单958和农大364两个玉米品种为研究材料,对大田条件下不同生育时期玉米苞叶的叶绿素含量和叶绿素荧光动力学进行了比较分析。结果表明,不同生育时期玉米苞叶叶绿素含量呈先升后降的变化趋势,并在灌浆期达到最高值,且农大364苞叶的叶绿素降低速率要低于郑单958,这样有利于其保持更为持久的光合能力。不同生育时期玉米品种间苞叶叶绿素荧光参数(Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo等)的变化规律基本一致,郑单958高于农大364,说明郑单958苞叶反应中心活性较高,具有较高的电子传递速率,并且苞叶叶片开放的PSⅡ反应中心捕获激发能的效率高于后者。

本研究以小麦品种聊大1号为试验材料,研究UV-B辐射对聊大1号苗期叶片蛋白质组的影响。双向电泳分析发现,UV-B辐射处理和未处理的聊大1号有15个蛋白差异点,经质谱分析成功鉴定出6个蛋白差异点:其中1个为Rubisco大亚基(碳水化合物代谢);2个为参与翻译类的蛋白;2个为具有运输类功能的蛋白;1个为质子-ATP酶α亚基。这些结果可为小麦抗UV-B辐射机理研究和抗性育种提供依据。

以吉单261和京单28两个玉米品种为试验材料,研究水分胁迫对玉米叶片光合特性及叶绿素荧光参数的影响。结果表明:水分胁迫下玉米叶片的最大净光合速率、光补偿点、光饱和点和表观量子效率均显著下降;基础荧光显著增加,最大荧光、可变荧光和PSⅡ光化学效率显著降低;随着光强增加,水分胁迫条件下的光化学猝灭系数和实际光化学效率下降幅度明显加剧;非光化学猝灭系数和表观电子传递速率增加幅度则明显减缓。表明水分胁迫使玉米叶片光合性能减弱,PSⅡ反应中心开放部分的比例减少,光合电子传递能力下降,PSⅡ潜在活性受到抑制,过多的光能多是以非光化学猝灭等其他形式耗散掉,从而保护光合机构免受伤害。