玉米O2/o2近等基因系胚乳中基因表达差异分析

对玉米Hz85(O2/O2)和 Hz85(o2/o2)以及S7913(O2/O2)和 S7913 (o2/o2)两种不同核背景下的近等基因系(NIL),采用cDNA芯片杂交技术研究玉米o2突变基因及赖氨酸形成和胚乳发生相关基因在RNA水平上的表达差异。在两套NILs中检测到共同的表达差异克隆87个,对其序列分析得到26个TUGs（tentative unique genes）、11个未命名蛋白和6个新序列。这些TUGs分别参与了生长发育、胁迫响应、物质运输、信号转导、电子传递链、细胞防御、代谢等细胞过程,以及作为细胞组分和贮存蛋白。基于O2/o2 NILs间胚乳发育中基因表达的差异,讨论了o2籽粒中的不透明粉质胚乳形成的分子机制。     

入侵植物香丝草水浸提液对蚕豆和玉米根尖染色体行为的影响

以采自农田中自然生长的植物群落中的香丝草为供体,以典型的双子叶植物蚕豆和典型的单子叶植物玉米的幼苗为受体,运用根尖微核试验和染色体畸变试验,研究了香丝草的根、茎、叶和幼果4种器官水浸提液对受体的遗传毒性。结果表明:(1)在香丝草不同器官水浸提液作用下,蚕豆和玉米根尖细胞的有丝分裂各时期均受到明显影响,细胞中出现了微核、染色体桥、染色体断片、染色体环、染色体粘连及染色体滞后等多种染色体畸变。(2)香丝草各器官水浸提液对蚕豆幼苗根尖细胞分裂的抑制作用明显大于玉米。(3)香丝草各器官水浸提液对蚕豆和玉米幼苗根尖的染色体畸变诱导存在显著的浓度效应,即水浸提液浓度越高,受体的微核率和畸变率越高,相应的有丝分裂指数越低,水浸提液的诱导作用与浓度呈正相关关系,但不是简单的加和作用。(4)香丝草各器官水浸提液均具有较强的遗传毒性,但整体化感效应表现为叶＞幼果＞茎＞根,即叶片产生的化感作用最强。因此,香丝草分泌的化感物质可能通过对受体植物生长点的细胞有丝分裂和细胞形态产生影响,造成受体植物染色体的多种畸变和不可逆的遗传损伤,从而成功入侵新的栖息地。     

CO2浓度和磷对不同种植方式玉米大豆生长效应研究

通过顶置光源植物生长室控制380和760 μmol·mol-1 2个CO2浓度水平,研究了磷缺乏与正常供磷条件下,CO2浓度升高对玉米/大豆间作、玉米单作和大豆单作3种种植模式下作物株高、茎粗、叶面积及干物质积累的影响.结果表明:(1)CO2浓度升高能显著增加单/间作玉米、大豆的株高、茎粗、叶面积、根干重、地上部干重及总干重.(2)CO2浓度升高对供磷水平下单、间作玉米大豆的株高、茎粗、叶面积及干物质积累量增加的正效应均大于缺磷处理.(3)两种CO2浓度下,间作大豆与单作大豆生长差异不显著,而间作玉米较单作玉米有明显的生长优势,且供磷和CO2浓度的升高均能够促进这种优势.     

耕作方式对东北雨养区玉米光合与叶绿素荧光特性的影响

在东北地区设置大田试验,研究不同耕作方式下玉米全生育期耕层土壤温度、土壤含水量、叶片光合性能及叶绿素荧光参数的变化特征.结果表明:耕作方式对土壤水热性能的影响主要体现在播种-拔节阶段,2010-2011年平地播种中耕起垄(PL)和全生育期平作(PP)处理0～40 em土层土壤体积含水量在出苗期、苗期和拔节期比传统垄作(LL)处理平均提高5.6％和5.2％、4.6％和7.3％及3.9％和4.8％,苗期5 cm土壤最低温度分别比LL处理高1.4和1.3℃.由于土壤水热条件的改善,拔节期PL和PP处理的叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)等指标显著高于LL处理,而PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)和PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)无显著差异,表明气孔导度和气孔限制值等气孔因素是导致光合作用差异的主要原因;灌浆期叶片Pn和Tr则以LL和PL处理显著高于PP处理,这主要是由于PP处理在强降雨时期经历了涝渍灾害,光合作用受到抑制.可见PL处理通过改善土壤水热条件增强了玉米光合性能,进而提高了籽粒产量.     

模拟酸雨对不同类型玉米种子萌发和幼苗生长的影响

以普通玉米、糯玉米、爆裂玉米和甜玉米为材料,研究了不同模拟酸雨(pH 6.0、5.0、4.0、3.0、2.0、1.0)对玉米种子萌发和幼苗生长的影响.结果表明:pH 2.0 ～5.0模拟酸雨对玉米种子萌发和幼苗生长没有显著影响;pH l.0处理的普通玉米、糯玉米、爆裂玉米和甜玉米的种子发芽率分别为91.3％、68.7％、27.5％和11.7％.与pH 6.0处理(CK)相比,pH l.0模拟酸雨显著降低了玉米种子的发芽率、发芽指数、活力指数、发芽速度、苗高、根长、苗和根干物质、贮藏物质运转效率,延长了平均发芽时间.pH l.0模拟酸雨对玉米幼苗生长阶段的影响大于发芽阶段,对幼苗地下部分的影响大于地上部分;受基因型的影响,普通玉米和糯玉米的抗酸雨能力最强,其次为爆裂玉米,甜玉米最差.玉米属于抗酸雨作物,酸雨抑制阈值介于pH1.0～2.0之间.酸雨地区可优先选择种植普通玉米和糯玉米.     

邻苯二甲酸对萝卜种子萌发、幼苗叶片膜脂过氧化及渗透调节物质的影响

华北地区是我国玉米的主产区,玉米秸秆还田不仅可有效改善土壤理化性状、提高土壤生物有效性,还会在腐解过程中释放出目前公认的化感物质——酚酸类物质,邻苯二甲酸是玉米秸秆腐解液中的主要酚酸类物质。从玉米秸秆还田过程中主要腐解产物(邻苯二甲酸)对蔬菜作物的化感效应角度进行了研究,为量化秸秆还田量及构建粮-菜轮作制度探寻化感效应依据。试验以萝卜为蔬菜材料,通过配置4个浓度(0.05、0.5、1.0、2.0 mmol/L)的邻苯二甲酸溶液,模拟玉米秸秆还田条件,以清水为对照,研究主要腐解产物邻苯二甲酸对萝卜种子萌发、幼苗生长、膜脂过氧化作用及渗透调节物质的影响。结果表明:(1)萝卜不同生育期对邻苯二甲酸化感效应的响应程度不同。在0.05-1 mmol/L浓度范围内,邻苯二甲酸处理促进了萝卜种子萌发,但随着处理浓度的增大,促进作用减弱;浓度达到2 mmol/L时对萝卜种子萌发具有抑制效果。(2)邻苯二甲酸0.05mmol/L处理,促进了萝卜幼苗干鲜物质积累,幼苗根系生长,其中根系长度和根系表面积分别比对照提高42.03%、38.36%,显著高于清水对照;植株体内超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)活性增大,过氧化物酶(Peroxidase, POD)、过氧化氢酶(Catalase, CAT)活性降低,膜脂过氧化产物丙二醛(Malonaldehyde, MDA)含量与对照无显著差异。(3)当邻苯二甲酸浓度超过0.5 mmol/L时,萝卜幼苗脂质过氧化伤害加剧,体内MDA含量急剧增加,代谢与生理功能出现紊乱,正常生长及干鲜物质积累受到显著抑制。邻苯二甲酸浓度达到2 mmol/L时,叶片数较对照降低了36.51%;根系长度、根系表面积及根尖数降幅分别为64.46%、40.20%、41.28%。(4)对于渗透调节物质的影响,邻苯二甲酸处理促进了萝卜幼苗叶片可溶性糖含量的增加,但随着处理浓度的升高其促进作用逐渐减弱;可溶性蛋白含量随着邻苯二甲酸处理浓度的升高表现出逐渐减少的趋势,分别较对照降低了12.82%、14.88%、21.58%、24.73%。因此,华北地区实施玉米-萝卜轮作模式,从化感效应角度研究玉米秸秆量化还田,应将土壤中邻苯二甲酸浓度控制在0.5 mmol/L范围以内,以防止邻苯二甲酸浓度过高对萝卜幼苗生长的抑制作用。     

玉米花生间作对玉米光合特性及产量形成的影响

为了进一步揭示玉米花生间作体系中玉米间作产量优势的光合机理,于2010—2011年在河南科技大学试验农场研究了间作玉米功能叶的光-光响应曲线和光-CO2响应曲线特点、荧光参数、叶绿素含量与构成、干物质积累及灌浆速率。结果表明:间作提高了玉米功能叶片的叶绿素含量,改变了叶绿素构成,显著提高了净光合速率,延缓衰老;间作提高了玉米光补偿点、光饱和点、光饱和时的最大净光合速率、表观量子效率和羧化效率,显著降低了CO2补偿点;PSⅡ的实际光化学效率、PSⅡ的最大光化学效率和光化学猝灭系数变化不明显。间作明显提高玉米生育后期单株干物质,主要在于促进了籽粒的生长,显著提高玉米产量,偏土地当量(PLER-M)高于其所占面积比例的106.6%—120.3%,表现出明显的间作产量优势。这说明间作玉米产量间作优势主要来源于其生育后期净光合速率的提高,促进光合物质向籽粒的分配,净光合速率的提高是通过羧化效率和表观量子效率的提高,增强CO2的固定能力实现的,而非是光能传递、转化效率的提高。     

干旱高温复合胁迫下sHSPs基因在不同耐旱性玉米中的表达差异及其对ABA和H2O2的响应

以4个玉米(Zea mays L.)品种——‘郑单958’(耐干旱)、‘浚单20’(耐高温)、‘隆玉602’(耐干旱高温复合胁迫)和‘驻玉309’(对3种胁迫均敏感)为实验材料,分别采用脱落酸(ABA)及其抑制剂氟定酮(F)、H2O2及其清除剂碘化钾(I)和丙酮酸钠(P)预处理,探讨干旱高温复合胁迫下小热休克蛋白(sHSPs)在不同耐旱性玉米品种中的表达以及ABA和H2O2对其表达的影响。结果显示:(1)高温、干旱高温复合胁迫诱导的sHSP16.9、sHSP17.2、sHSP17.4、sHSP17.5、sHSP22和sHSP26等6个sHSPs基因表达增加量明显高于干旱和对照。(2)在6个sHSPs中,sHSP17.2基因仅在‘郑单958’中表达;sHSP16.9、sHSP17.4和sHSP26基因在‘隆玉602’中表达增加量最高,在‘驻玉309’中表达增量最低;sHSP17.5和sHSP22基因在‘郑单958’中表达增加量最高,在‘驻玉309’中最低。(3)ABA、F、I和P预处理后,对干旱高温复合胁迫诱导的6个sHSPs基因表达增加量仅有略微影响,但显著影响了sHSP26的蛋白表达。研究表明,sHSPs在不同耐旱性玉米品种中的表达存在显著差异,ABA和H2O2仅稍微提高了sHSPs基因表达,但显著提高了sHSP26蛋白表达,这些结果为进一步研究植物在多胁迫条件下耐逆机理奠定了基础。     

施磷对间套作玉米叶面积指数、干物质积累分配及磷肥利用效率的影响

通过2011、2012年连续两年田间试验, 研究了“小麦/玉米/大豆”间套作体系中不同施磷处理（小麦0、45、90、135、180 kg P₂O₅·hm^-2, 记为WP₀、WP₁、WP₂、WP₃、WP₄; 玉米0、37.5、75、112.5、150 kg P₂O₅·hm^-2, 记为MP₀、MP₁、MP₂、MP₃、MP₄）对玉米叶面积指数、干物质积累动态和磷肥利用效率的影响.结果表明: 在玉米与小麦共生期, 施磷明显增加了玉米叶面积指数（LAI）和群体光合势（LAD）, 促进了茎、叶干物质的积累（DMA）; 玉米拔节以后LAI、LAD、生长率（CGR）和DMA均随磷肥施用量的增加呈先增加后减少的趋势, 最大值都出现在MP₂或MP₃处理; 玉米生殖生长期营养器官的干物质输出随着磷肥施用量的增加而增加.玉米籽粒产量和体系总产量均随磷肥施用量的增加先增大后减少,都以P₃处理为最高,分别为6588和11955 kg·hm^-2.玉米磷肥表观利用率（PARE）以MP₂处理最高（26.3%）,分别比MP₁（14.4%）、MP₃（19.0%）、MP₄（10.4%）处理高82.6%、38.4%和152.9%.综上,在麦/玉/豆间套作体系中,适量施用磷肥可促进玉米的生长、减轻小麦对玉米的影响,同时可提高玉米当季磷肥利用率,玉米的磷肥施用量在75～112.5 kg P₂O₅·hm^-2为宜.     

中药渣蚓粪对玉米生长及土壤肥力特性的影响

采用盆栽试验,研究了中药渣蚓粪对玉米生长及土壤肥力的影响.结果表明: 随着蚓粪施用量的增加,玉米的株高、茎粗、叶面积、叶绿素含量均显著增加;生长60 d收获时,多数蚓粪处理的土壤容重显著降低;蚓粪处理的土壤pH显著高于对照和相应的化肥处理.蚓粪处理的土壤全氮、有机质含量也明显高于化肥处理,且随蚓粪施用量的增加,效果越趋显著.中药渣蚓粪可作为一种高效有机肥,其合理施用有助于改善土壤物理结构,缓解土壤的酸化进程,提高土壤有机质和氮素含量,有效促进作物生长.