利用SNP标记及配合力划分超甜玉米自交系的杂种优势群

划分超甜玉米自交系的杂种优势群,筛选配合力高的甜玉米自交系,构建新的杂种优势更强的甜玉米群体,为优良甜玉米的选育提供依据。本研究选用23个自育超甜玉米自交系,采用NCⅡ设计得到60(3×20)个组合,研究它们的产量配合力效应并结合56K SNP标记将供试材料进行杂种优势群的划分。结果表明23个自交系的平均杂合率为2.59%,纯合度较高;除GX06和GX10,GX14和GX15,GX16和GX17的遗传相似度较高外,其余自交系之间的遗传相似度均小于90%,可作为不同的材料在育种上应用;测验系GX21和被测系GX01、GX03、GX12、GX13、GX18的产量GCA正向效应值较高,在产量性状上是非常优良的自交系;进化树、主成分分析和产量SCA聚类图将23个超甜玉米自交系分为GX21群、GX22群和GX23群,其中GX22(HJZ33)群称为父本群,包含的自交系为GX02、GX11、GX19、GX20及测验系GX22自身共5个,GX21(GTL273)和GX23(YC26)群称为母本群,包含的自交系为GX01、GX03~GX10、GX12~GX18及测验系GX21和GX23共18个。SNP标记和产量SCA分群结果基本一致,使用SNP标记化划分杂种优势群可以明显缩短玉米育种周期。     

玉米骨干自交系黄早四的来源探究

玉米骨干自交系黄早四育成于20世纪70年代,具有适应性强、配合力高、株型紧凑、生育期短、灌浆速度快等优点。以其为基础材料选育衍生出数以百计的黄改系,形成我国特有的黄改群(或称塘四平头群)核心种质群。利用黄早四及其衍生系组配的杂交种已累计推广应用数十亿亩,包括目前的主导大品种郑单958、京科968等。该系在我国玉米育种史中发挥了极其重要作用,但黄早四的系谱尚未明确、来源尚不清晰。本文根据历史上所描述的黄早四选育过程,推断黄早四是由白粒的塘四平头自交系与另一个熟期更早、籽粒颜色为黄色的玉米材料"串粉"杂交,又在塘四平头自交系繁殖田中得到回交,再经人工自交选育而成。利用40对SSR核心引物对黄早四、塘四平头及1970年代初种植的9份黄粒农家种或自交系进行DNA分子指纹比对,发现黄早四与塘四平头自交系有28个位点指纹完全相同,而在剩余的12个位点中仅黄四平头与黄早四具有完全的共同带型。全基因组IBD遗传结构分析结果进一步表明,塘四平头是黄早四的主要供体,黄四平头是其另一个亲本来源。经表型形态性状契合比对,证明黄早四的表型特征和农艺性状表现符合塘四平头与黄四平头两者杂交选系的结果。破解了黄早四自交系的来源之谜。     

玉米灵芝菌粮营养成分及加工特性变化研究

玉米作为主要的杂粮谷物,营养价值高,维生素、膳食纤维等含量丰富,可以预防多种亚健康疾病,受到市场追捧。但是玉米粉营养结构不均衡、加工性差,限制其应用。有研究表明,微生物发酵技术可以改善谷物的营养成分、大分子物质结构和加工特性。基于此,利用灵芝固态发酵玉米,得到玉米灵芝菌粮（简称菌粮）,从营养成分、大分子物质结构和加工特性3个方面对其进行评价。结果显示,与未发酵玉米相比,菌粮中碳水化合物、蛋白质含量分别提高了748%、28.00%,且蛋白质的氨基酸评分提高,而脂肪含量降低了52.56%;维生素C、核黄素和烟酸含量均显著提高（P<0.05）,分别提高了56.19%、73.91%和20.27%,且玉米中缺乏的硫胺素在菌粮中被检测到;菌粮中各类淀粉和纤维的含量也发生了显著变化（P<0.05）,淀粉、支链淀粉含量分别降低了11.17%、34.70%,直链淀粉含量提高了26.66%,粗纤维、不溶性膳食纤维含量分别降低了21.07%、21.47%,可溶性膳食纤维含量提高了13.57%;菌粮粉粘度降低,水溶性指数提高,吸水性指数和溶胀力降低;此外,与灵芝子实体相比,菌粮中灵芝三萜和灵芝酸含量均显著提高（P<0.05）,分别为灵芝子实体的1.68和2.07倍。灵芝固态发酵玉米得到的玉米灵芝菌粮,营养结构更加均衡,功能活性提高,具有更高的营养价值;大分子物质结构发生改变,加工特性得到改善,冲调特性更好。研究结果为食用菌发酵改良谷物特性的研究提供了参考和指导。     

玉米种质资源抗南方锈病鉴定

玉米南方锈病已成为近几年我国夏玉米生产区间歇性暴发流行的病害,对玉米生产构成严重威胁,病害流行年份可造成10%以上的产量损失。目前,已确认的抗病自交系非常有限,而抗病育种急需不同抗性控制背景的自交系。为发掘和丰富可利用的南方锈病抗源,于2008～2012年,在广西南宁采用田间人工接种方法对1589份玉米种质资源进行抗南方锈病鉴定。通过高病害压力和连续多年的鉴定,从1589份玉米种质中鉴定出高抗（HR）材料26份,占鉴定总数的1.64%;抗病（R）材料137份,占鉴定总数的8.62%;中抗（MR）水平的材料382份,占鉴定总数的24.04%;感病（S）材料489份,占鉴定总数的30.77%;高感（HS）材料555份,占鉴定总数的34.93%。总体上抗南方锈病种质较少,引进种质中抗病类型材料的比例略高。经重复鉴定,筛选出赤556等18份自交系、老来秕等3份地方品种、A69等4份来自津巴布韦的材料、引自CIMMYT的Dr11表现稳定高抗南方锈病,为今后我国玉米抗南方锈病育种提供了新的抗性资源。     

来源于麦氏喙枝孢霉的玉米赤霉烯酮水解酶在毕赤酵母中的高效表达及活性分析

【背景】玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN)及其衍生物是一群具有雌激素活性的霉菌毒素,广泛存在于被霉菌污染的谷物中,造成食品业和畜牧业的巨大损失。利用专一性高的水解酶进行生物转化可有效去除玉米赤霉烯酮。【目的】构建高效表达玉米赤霉烯酮水解酶的酵母系统,以促进玉米赤霉烯酮水解酶的研究和工业应用。【方法】将来源于麦氏喙枝孢霉(RhinocladiellamackenzieiCBS650.93)的Rmzhd基因转入毕赤酵母中,筛选获得高效表达菌株,通过高效液相色谱分析发酵液中重组酶的性质。【结果】发酵液中Rm ZHD对ZEN的酶活力为16.67 U/m L,对α-ZOL的酶活力为9.85 U/m L。SDS-PAGE检测表达产物的分子量,与理论值30.7k D符合,且发酵上清液蛋白纯度高。Rm ZHD的最适p H值为9.6,最适温度为45°C,并具有较好的耐热性。【结论】研究结果为玉米赤霉烯酮水解酶的异源表达及其潜在的工业应用提供了一定的指导。     

草地贪夜蛾幼虫在玉米和小麦上的取食和生长发育特性比较

【目的】评估草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda转移至小麦上为害和暴发的风险。【方法】采用室内饲养观察与调查统计的方法,测定和比较了23℃下草地贪夜蛾在玉米和小麦上的取食和生长发育特性及种群生命表参数。【结果】草地贪夜蛾在小麦上可以完成世代,其3龄后幼虫取食小麦的取食量及体重指标显著地高于同处理后时间在玉米上取食的;而食物利用效率、幼虫存活率、幼虫发育历期、卵孵化率均显著低于取食玉米的。取食玉米和取食小麦的草地贪夜蛾的平均蛹重、产卵前期、单雌产卵量等指标间无显著差异。另外,生命表参数比较结果表明,取食玉米和取食小麦的草地贪夜蛾的平均世代周期(T)、内禀增长率(r_m)和周限增长率(λ)间均无显著差异,取食玉米的草地贪夜蛾的净增殖率(R_0)为303.55±2.04,显著高于取食小麦的。【结论】草地贪夜蛾取食小麦时,生长发育速度快,能够完成世代生活史,但其食物利用效率、种群繁殖能力等却均低于取食玉米时,说明草地贪夜蛾更适宜在玉米上取食为害,存在转移至小麦为害的风险,但考虑到虫源、自然温度等条件,草地贪夜蛾在小麦上暴发的风险较小。本研究结果为明确草地贪夜蛾在小麦上为害和暴发的风险以及草地贪夜蛾的科学防控提供了理论依据。     

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。     

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.     

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。