玉米维管系统表型高通量解析与多组学研究进展

维管束是贯穿玉米整株植物的输导组织和支持系统,其特性对玉米高产、稳产起着重要作用。随着对玉米需求的不断增长,以及作物源-库性状的改善和栽培水平的提高,维管束作为源库之间联系的重要纽带,其形态结构和生理功能对产量形成的作用日益受到育种工作者的重视。本文系统概述玉米根、茎、叶和果穗的维管束表型特征,以及维管系统在水分运输、物质营养运输及机械支撑等方面的功能;探讨维管系统表型的定义及其内涵;整理近年来国内外维管组织表型高通量获取方法并对比分析各种获取方法的优缺点;总结基于组学的维管系统表型-基因型关联组学分析研究进展;最后对玉米维管束系统研究面临的挑战和前景进行讨论,提出以表型组学为切入点,结合细胞生物学、计算机图像处理、计算数学等多学科交叉,高通量、系统获取维管束的表型信息,实现玉米果穗柄维管束表型的精准解析,以期为开展基于组学的结构-功能探究、计算与模拟提供大数据支撑,并为玉米的抗性评价、品种选育及功能机制研究提供有益参考。     

美国玉米杂交种分离后代表型的多样性

长期以来,种质资源狭窄是制约我国玉米产业发展的主要因素,引入外来优良自交系或以杂交种为基础选育二环系是玉米种质扩增的重要途径。通过表型性状的变异分析和聚类分析,对101份美国玉米杂交种分离后代的表型性状多样性水平进行研究。结果表明:供试材料的表型性状存在不同程度的变异。18个数量性状的变异系数在3.48%~71.13%之间,秃尖长的变异幅度最大,达71.13%;与果穗发育相关的表型性状存在较为丰富的变异。29个表型性状的Shannon-Weaver多样性指数的平均值较高,为1.238 3;相对于数量性状,质量性状的表型多样性指数均较低。聚类分析将101份美国玉米杂交种分离的高代材料分为6个组群,且大部分材料聚在1个组群内,说明供试材料亲本的亲缘关系较近。     

“一穴双株”栽培方式下种植密度对玉米生物性状及产量的影响

本试验研究玉米"一穴双株"栽培模式在不同种植密度下对玉米生物性状和产量的影响,探讨种植方式和群体密度对玉米群体生物性状、果穗性状以及产量形成的影响,结果表明在"一穴双株"种植模式下,密度为7000株/亩的处理可少量增加玉米生育时期各项指标,但改变密度无法改变生育时期节点与生育时长等与品种相关的因素;可以在增加种植密度的前提下,避免因增加密度而发生病虫害并造成作物减产的隐患;在大多数果穗性状上具备增产优势;具备相当的增产效果,较产量最少的处理增加了29.04%。故在"一穴双株"种植模式下,合理密植确实能起到优化生育时期性状和增加作物产量的作用,但是若密度过小或过大则会导致产量下降,通过研究探索实现玉米高产的新途径,为玉米高产优质栽培技术模式的制定提供理论依据。     

基于HSV空间的玉米果穗性状的检测

为高效检测玉米果穗性状,建立了基于HSV(色调、饱和度、明度值)空间的玉米果穗性状的检测方法:使用机器视觉技术采集绿色背景玉米果穗图像,用HSV直方图阈值算法去除绿色背景,用FFT滤波器去除尖锐边缘和噪声,运用粒子滤波分离单一图像中的多个玉米果穗图像,并采用形态学腐蚀方法,经过4次迭代腐蚀,得到玉米果穗中间3行;检测玉米果穗的大小、形状、纹理和颜色4个特征的性状。随机检测67张玉米果穗样本图像的结果表明,果穗大小和形状特征检测的准确率为100%,果穗颜色和纹理特征检测的准确率分别为98.55%和96.25%,平均每果穗检测时间为0.1 s。     

农田土壤养分变化与玉米穗部性状及产量的关系

在陕西眉县选择农田土壤养分含量不同的地块,研究不同含量的有机质,碱解氮、速效磷、速效钾与玉米果穗穗部性状及产量的关系。试验结果表明,土壤含碱解氮、速效磷、钾在临界值以下时,随着三元素有效含量的增加,玉米果穗长、结实长,行粒数,穗粒数,千粒重和产量都在明显提高。土壤分析结果表明,目前大多数农田土壤有机质、速效磷、钾肥不足,需要增加有机肥、磷、钾肥的投入。     

不同工艺肥料对夏玉米植物学性状和经济性状的影响

[目的]研究不同工艺肥料对夏玉米植物学和经济性状影响。[方法]以郑单958为试验材料,通过田间试验研究不同肥料对玉米植株高度、茎粗、果穗、产量、经济效益等方面的影响。[结果]在所选的4种肥料中,长效控释肥能显著提高夏玉米郑单958的产量,与施入相同养分用量的尿素处理相比,增幅8.8%。[结论]玉米施用长效控释肥后可不再追肥,省工省时省钱,具有较好的推广前景。     

玉米果穗虚尖、缺粒如何防止

一、玉米果穗虚尖形成的原因 1.库大源少,养分供应不足 吐丝期玉米果穗上的小花数已定,结实的多少将根据养分的供应状况而决定。如养分不能满足果穗生长发育所需,就形成虚尖。在播期较晚、授粉后遇低温、天气过于干旱或遇涝渍水、连续阴雨日照少时,根系的吸收功能受阻,光合作用产物少,也可引起虚尖。     

玉米空秆的原因及防治措施

玉米空秆表现两种症状:1先天不育型空秆又称"公玉米",就是指一株玉米没大的果穗,小的果穗也没有分化,产生的原因是种子内在问题,如种子生理机能衰退,新陈代谢失调,致茎秆中的养分不能输送给果穗,幼穗腋芽因缺乏营养物质而不发育,但雄穗正常。2不结穗型空秆     

株间穴施对夏玉米产量和养分吸收的影响

为探究合理的夏玉米高产简化施肥技术。以‘浚单29’为材料,采用田间试验方法研究了开沟条施、正位肥料减量30%穴施、株间全量及肥料减量30%穴施等施肥方式对夏玉米产量、果穗及植株表观性状、生物量和氮磷钾养分积累量的影响。结果表明,株间全量穴施较开沟条施植株表观性状均增加,增产3.70%,地上部生物量增加3.56%,氮、磷养分积累显著增加11.24%和19.44%;肥料减量30%可显著降低夏玉米产量、地上部生物量及氮磷养分积累12.88%~16.56%、11.28%~15.12%、20.13%~30.07%和21.66%~38.19%,施肥方式和肥料用量对夏玉米钾素积累无显著影响。株间穴施和正位穴施差异不显著,较开沟条施更有利于地上部氮磷钾养分吸收从而促进产量提高。夏玉米专用肥750 kg/hm ²配合株间穴施显著提高夏玉米产量,而且养分吸收效果较好,是当前试验条件下较好的施肥管理措施。     

粮饲兼用型玉米杂交种穗部性状的相关与通径分析

对16个粮饲兼用型玉米杂交种的穗长、穗粗等9个性状的相互关系及其对玉米籽粒产量的作用研究表明,玉米穗长与籽粒产量达到极显著正相关(r=0 .6 816 * * ) ,其余性状均未达到显著水平。果穗粗、秃顶长与秃顶率与籽粒产量之间呈负相关,但不显著。通径分析结果表明,穗部各主要性状与籽粒产量直接通径系数均为正值,其中玉米果穗行粒数对籽粒产量的直接效应最大(P=0 .4 981) ,其次是出籽率、穗轴粗、穗长、百粒重等。所以在粮饲兼用型玉米高产育种中要高度重视果穗行粒数、出籽率、穗轴粗、穗长、百粒重等好的类型,对果穗粗、秃顶长与秃顶率等性状的选择可适当放宽标准,同时也要注意到各性状间的相关性     

吐丝前高温胁迫对不同耐热型夏玉米产量及穗发育特征的影响

【目的】吐丝前高温是影响玉米雌雄穗发育的重要因素之一,对玉米产量形成至关重要。探明吐丝前高温胁迫对玉米产量及雌雄穗发育进程的影响,为玉米稳产高产提供保障。【方法】以花粒期耐热型玉米品种郑单958和热敏感型玉米品种联创808为供试材料,采用盆栽试验,在第9片叶展开期至吐丝期,移入人工智能温室进行高温胁迫（最高温度/最低温度为40/30℃）,对照的最高温度/最低温度为35/25℃,研究高温胁迫对不同耐热型玉米产量、雌雄穗生长发育及外观形态结构、花粉花丝微观结构和光合特性的影响。【结果】第9片叶展开期至吐丝期高温胁迫显著降低了夏玉米穗长、行粒数、穗粒数和粒重,进而导致产量显著下降。与对照相比,高温胁迫下郑单958和联创808行粒数分别降低22.21%和24.59%,穗粒数分别降低29.85%和27.80%,千粒重分别降低24.04%和17.47%,导致籽粒产量分别降低44.98%和40.88%,差异均达显著水平。高温胁迫抑制了2个玉米品种雌雄穗发育,雌、雄穗干重和雌穗长度显著降低,光合性能显著降低,开花吐丝间隔期（ASI）拉长。高温胁迫后,郑单958和联创808吐丝期雄穗干重分别降低39.42%和15.60%,雌穗干重分别降低22.50%和15.56%,穗位叶净光合速率分别降低48.70%和56.48%,开花吐丝间隔期（ASI）分别达7 d和6 d,雌穗吐丝时间推迟是ASI拉长的主要原因。高温胁迫对玉米花粉及花丝表面超微结构均产生了明显影响,2个玉米品种花粉粒表面均出现干缩褶皱,外壳出现网状纹突起,萌发孔内陷;玉米花丝表面褶皱,花丝毛数明显降低,且存在的花丝毛几乎全部倒伏于花丝表面上,造成花丝接受花粉面积减少,且郑单958花粉花丝受损程度明显重于联创808。【结论】第9片叶展开期至吐丝期高温胁迫,对耐热型品种郑单958的产量形成、光合特性和雌雄穗发育的影响均高于热敏感型品种联创808。第9片叶展开期至吐丝期高温胁迫导致粉花丝微观形态受损,抑制雌雄穗发育,显著降低玉米光合能力,使得穗粒数和粒重减少,籽粒产量显著降低。因此,生产中适宜玉米品种的选用需参考不同区域高温逆境易发生阶段来确定。     

弱光胁迫对不同耐荫型玉米果穗发育及内源激素含量的影响

2010-2011年以耐荫性较弱的玉米杂交种豫玉22和耐荫性较强的玉米杂交种郑单958为材料,在抽雄前3 d开始进行弱光胁迫处理,吐丝后10 d恢复自然光照,研究弱光胁迫及光恢复对不同耐荫型玉米果穗生长发育及其内源激素含量的影响。结果表明:弱光胁迫下,玉米果穗生长发育明显减缓,穗长、穗粗和果穗干物质积累显著减小,秃尖度变大;穗行数、穗粒数和籽粒库容显著降低;吐丝期果穗顶部小穗子房发育停滞,已有败育迹象的籽粒在恢复自然光照后无明显改善;豫玉22果穗和籽粒性状在处理间的差异程度均大于郑单958。弱光胁迫下,两玉米杂交种果穗的ABA和ZR含量均升高,而GA含量和GA/ABA比值均降低;IAA含量和IAA/ABA比值在郑单958果穗中表现为升高,而豫玉22则表现为下降。     

优良高油与普通玉米杂交种的穗粒结构分析

对2个高油玉米杂交种玉油1号、HE-1和2个普通玉米杂交种郑单958、农大108在6种不同密度下6个穗粒性状间的相关以及对产量的作用进行了分析。结果表明,2类杂交种的表现趋势不完全一致:高油玉米杂交种的穗长和行粒数与穗粒重呈显著或极显著正相关,穗粒重对产量的直接通径系数为最大正值,其次为穗长和行粒数;普通玉米杂交种的百粒重和穗粗与穗粒重呈显著或极显著正相关,穗粗和穗粒重对产量的直接作用均为较大正值;百粒重对2类杂交种产量的直接作用均为最大负值。2类杂交种实现高产的途径存在差异。     

高油玉米主要性状的遗传规律

用13个遗传背景不同的玉米自交系，有用不完全双列杂交设计，研究了高油玉米主要性状的配合力和相关分析。结果表明，主要性状的加性方差都明显大于显性方差。各性状狭义遗传力由高到低的顺序为株高＞穗长＞行粒数＞穗行数＞叶片数＞穗位高＞单穗粒重＞百粒重＞穗粗＞茎粗＞单穗重。叶片数的杂种优势不明显，其他数量性状均表现出正向优势。对单穗产量影响较大的性状为百粒重、穗长、穗粗。     

灰色关联分析在玉米杂交种产量性状上的应用

文章应用灰色关联分析方法,对20个玉米单交种的8个产量基本性状进行了分析,探讨各性状与单株产量的关系。结果表明．关联度大小为百粒重〉穗粒数〉行粒数〉稳粗〉穗长〉穗行数〉出籽率〉秃尖。说明在本生态区玉米育种和高产栽培的主要手段在于有效地提高百粒重,增加穗粒数和行粒数等因子,育种上可以把长穗型和大粒型作为高产品种的选择指标。     

黑龙江省中早熟玉米杂交种产量相关性状的分析

以2003年黑龙江省第六区区域试验的12个参试组合(含对照)为研究材料,运用灰色系统理论中杂交组合灰色评判原理与方法,对影响玉米产量的10个性状进行灰色关联分析,结果表明:各主要数量性状对黑龙江省中早熟玉米产量的关联度大小为叶片数、穗位高、秃尖、穗长、出籽率、穗粗、穗行数、株高、行粒数、百粒重。     

高产春玉米源库特征及其关系

【目的】明确高产春玉米（15 000 kg•hm-2）的源库特征及其数量关系,揭示玉米不同密度对源、库及其产量的调控规律。【方法】在新疆、宁夏具有相似气候特征的玉米高产区共设置4个试验点（新疆农四师71团、新疆农六师奇台农场、宁夏大学试验农场、宁夏同心县）,按照统一的栽培管理措施,以广适、耐密、高产品种郑单958为试材,设12个密度处理（从1.5万—18万株/hm2）以创造不同源库类型和产量水平,研究高产（15 000 kg•hm-2及以上）玉米的物质生产特征、最大叶面积指数（LAI）、光合势、单株粒重、单穗粒数、收获指数和粒叶比等源库特征及其相互关系。【结果】高产玉米干物质积累量与籽粒产量呈二次函数关系,15 000 kg•hm-2以上玉米干物质积累量为24 937—54 895 kg•hm-2,19 270 kg•hm-2（最高单产）玉米干物质积累量为37 417 kg•hm-2,其中吐丝前占44.31%,吐丝后占55.69%;高产玉米产量与最大LAI、光合势均呈二次函数关系,15 000 kg•hm-2以上玉米最大LAI为3.9—11.4,光合势为113 401—502 703 m2•d,最高单产玉米最大LAI为6.68,光合势为348 142 m2•d;产量与单株穗重呈极显著负相关（r=0.7188**）,15 000 kg•hm-2以上的玉米,单株穗重为95.5—289.6 g,穗粒数为366.6—545.9粒,千粒重为232.6—388.6 g,最高产量玉米单株穗重平均为169 g,穗粒数为469粒,千粒重为361.0 g;产量与穗粒数、千粒重均呈二次函数关系;高产玉米产量与收获指数呈二次函数关系,15 000 kg•hm-2以上玉米收获指数为31.5%—61.9%,最高单产玉米收获指数为51.5%,产量与粒数/叶面积和粒数/叶干重相关不显著（r粒数/叶面积=0.1520,r粒数/叶干重=0.2577）,而与粒重/叶干重极显著相关（r=0.5847**）,两者呈二次曲线关系,15 000 kg•hm-2以上高产玉米,粒重/叶重为1.1—7.13,粒重/叶面积为149.4—506.5 g•m-2,最高产量时的粒叶比为5.39和366.4 g•m-2。【结论】不同产量水平玉米物质积累量、光合势、吐丝前、吐丝后物质积累和吐丝前、吐丝后光合势比例均有差异,产量越高,对吐丝前干物质积累量要求越高,吐丝后光合势比例也越高;郑单958类型的品种在低密度下源不足是产量的主要限制因子,此时增密能够增产,而增产的主要机制是叶源的增加;高密度下源、库同时增加但增加比例不同导致的库相对不足是产量的主要限制因子,此时提高结实率和增加粒重等扩库措施是增产的主要机制。     

几个糯玉米自交系主要性状的配合力及遗传参数分析

利用不同来源的5个糯玉米自交系,用Griffing完全双列杂交方法(4),研究其株高、茎粗、穗位高、穗长、秃尖度、穗粒重、穗行数等10个农艺性状的一般配合力(GCA)、特殊配合力(SCA)和遗传参数。结果表明,除穗长、穗行数的SCA外,其余各性状的GCA和SCA均达显著或极显著水平;穗长、穗行数主要受加性基因控制,其余8个性状同时存在加性基因效应和非加性基因效应,且以加性基因效应为主;在糯玉米的育种中,GCA高的自交系不一定能组配出SCA高的杂交组合,但高SCA的杂交组合中一定有GCA高的亲本。试验材料中,GCA高的自交系为N9603,N9605,N9606,SCA高的杂交组合为N9605×N9604,N9608×N9606,N9608×N9603。     

穗位高系数对玉米产量及产量构成的影响

为探究穗位高系数对玉米产量及产量构成的影响,采用125份玉米材料开展大田试验,测定株高、穗位高、穗位高系数、单穗粒数、千粒重及产量等性状指标。同时对1985—2019年可查文献中已发表的相关数据进行Meta分析。结果表明：1)株高和穗位高对单穗粒数、千粒重、产量均有极显著影响(P<0.01);穗位高系数对单穗粒数和千粒重影响显著(P<0.05)。2)玉米株高分布在175.10～295.00 cm,穗位高在53.50—127.67 cm,穗位高系数在0.29～0.49,随着株高、穗位高、穗位高系数的增加,单穗粒数呈先上升后下降的趋势,当株高为267.76 cm,穗位高为99.46 cm,穗位高系数为0.40时,单穗粒数达到最大值;千粒重随着株高、穗位高、穗位高系数的增加先呈直线上升趋势,之后不再增加,千粒重达到最大值时,株高为292.25 cm,穗位高为80.95 cm,穗位高系数为0.50;产量随株高、穗位高的增加而增加,随着穗位高系数的增加呈现先上升后下降的趋势,当穗位高系数为0.42时,产量达到最大值。3)对文献和本试验的数据分别进行决策树分析,结果均表明,株高较穗位高...     

夏玉米主要农艺性状的多元回归与通径分析

采用DPS软件对株高、穗位高、生育期、穗长、穗粗、穗行数、行粒数、轴粗、穗粒重、出籽率和千粒重等11个主要农艺性状与玉米小区产量关系进行多元回归分析和通径分析。结果表明：株高、穗位高、穗粗、穗行数、行粒数、轴粗、出籽率和千粒重对玉米小区产量有显著效应,它们对小区产量的相对作用大小依次为千粒重〉穗行数〉株高〉穗粗〉轴粗〉穗位高〉行粒数〉出籽率．玉米小区产量与8个农艺性状有显著的线性关系。