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1. 籽粒灌浆期高温对不同耐热型玉米品种强弱势粒发育的影响

张萍，陈冠英，耿鹏，高雅，郑雷，张沙沙，王璞

2017, 50 (11): 2061-2070. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.11.012

摘要（302）

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【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，郑单958强、弱势粒的干重分别比对照低10.58%和18.95%，德美亚1号强、弱势粒的干重分别比对照低24.78%和28.08%。德美亚1号籽粒干重下降幅度大于郑单958，且差异显著。籽粒灌浆期高温显著降低了玉米籽粒淀粉合成酶的活性，从而影响两品种玉米籽粒的淀粉含量。在授粉后40 d，郑单958强、弱势粒的淀粉含量较对照分别降低了5.20%和6.46%，德美亚1号强、弱势粒的淀粉含量较对照分别降低了13.68%和16.39%，均差异显著。德美亚1号强、弱势粒淀粉合酶的活性较对照分别降低了19.67%和30.03%，均差异显著，郑单958强、弱势粒的淀粉合成酶的活性分别较对照降低了13.70%和11.26%。高温处理后，两种品种玉米籽粒的ABA和IAA含量均上升，ZR含量均下降，而强势粒的GA3含量均上升，弱势粒的GA3含量无明显变化。【结论】籽粒灌浆期高温对德美亚1号强、弱势粒发育的影响均显著高于郑单958，对两品种弱势粒的影响显著高于强势粒。

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2. 籽粒建成期高温胁迫持续时间对糯玉米籽粒产量和淀粉品质的影响

杨欢，沈鑫，陆大雷，陆卫平

2017, 50 (11): 2071-2082. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.11.013

摘要（271）

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【目的】阐明籽粒建成期高温胁迫持续时间对糯玉米籽粒产量和淀粉品质的影响，为糯玉米品质调优提供支持。【方法】以苏玉糯5号和渝糯7号为材料，人工辅助授粉后利用智能温室进行高温（35℃）胁迫处理，胁迫时间分别为花后1—5 d、1—10 d和1—15 d（DAP），研究其对糯玉米籽粒产量，籽粒淀粉和蛋白质含量，淀粉理化指标（粒度大小和分布、链长分布、晶体结构、糊化特性、热力学特性）的影响。【结果】籽粒建成期高温胁迫显著减少每穗粒数和降低籽粒粒重，进而导致产量损失。与对照相比，1—5、1—10、1—15 DAP高温胁迫下籽粒产量分别降低39.3%、47.4%和50.9%。高温胁迫使籽粒中蛋白质含量升高，淀粉含量降低。高温胁迫增加了淀粉粒平均粒径，且增幅随高温胁迫持续时间延长而逐渐降低。不同处理下淀粉最大吸收波长、晶体结构和回复值均呈典型的糯性特征。高温胁迫增加了淀粉中长链比例，且其在1—10 DAP高温胁迫下苏玉糯5号最高，渝糯7号最低。结晶度对高温胁迫持续时间的响应品种间、年度间有显著差异。1—10 DAP高温胁迫对糊化特征值无显著影响，1—5和1—15 DAP高温胁迫下峰值黏度、崩解值、谷值黏度、终值黏度和糊化温度显著增加，且峰值黏度、崩解值、谷值黏度增幅以1—15 DAP高温胁迫下较大。与对照相比，高温胁迫使热焓值降低，胶凝温度、回生热焓值和回生值升高。热焓值在1—5 DAP高温胁迫下最低，胶凝温度在1—5 DAP高温胁迫下最高，回生值在不同高温胁迫持续时间下无显著差异。【结论】籽粒产量在籽粒建成期高温胁迫下显著降低，降幅随胁迫持续时间延长逐渐增大。高温胁迫增加了籽粒蛋白含量、抑制了淀粉积累。高温胁迫通过增加淀粉平均粒径和淀粉中长链比例来影响淀粉糊化和热力学特性，1—15 DAP高温胁迫下淀粉峰值黏度和崩解值最高，回复值最低；1—10和1—15 DAP高温胁迫处理下的胶凝温度低于1—5 DAP，但回生值不同高温胁迫处理下无显著差异，但均高于对照。

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3. 梯度干旱胁迫下玉米光合碳的日变化及品种偏向性

刘云鹏，梁效贵，申思，周丽丽，高震，周顺利

2017, 50 (11): 2083-2092. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.11.014

摘要（299）

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【目的】日周期是玉米生育周期中的基本代谢单元。光合作用是对环境最敏感的生理过程之一，光合碳代谢是玉米进行干物质积累的根本途径，规律性的光温变化环境下的光合碳固定、分配决定了玉米的代谢特征和环境适应能力。生产中，玉米品种对环境的适应能力存在差异，很多品种的区域性特征明显。为了探究玉米品种光合差异，明确叶源器官的光合速率、光合初始阶段产物浓度的日周期变化特征，以及对土壤干旱胁迫的响应特性，挖掘筛选玉米品种差异评价新指标。【方法】以玉米杂交种郑单958、先玉335、浚单20、农大108和ND66为试验材料，通过设置土壤相对含水量为85%（水分供应充足对照）、65%—70%（轻度干旱胁迫）、55%—60%（中度干旱胁迫）和45%—50%（重度干旱胁迫）4个土壤水分梯度处理，借助日变化分析法，于6:00—18:00以3 h的时间间隔对5个玉米杂交种吐丝期穗位叶的光合速率进行测定，分别在5个时间点（0:00、4:00、10:00、15:00和20:00）同步对穗位叶的蔗糖浓度、淀粉浓度及相关比值进行比较分析。【结果】玉米叶片光合速率在日周期中呈现单峰变化趋势，充足水分供应下在正午前后达到峰值，干旱胁迫导致峰值降低且提前出现，不同品种表现一致。玉米穗位叶蔗糖、淀粉浓度的日周期变化特征都为单峰曲线，前者高峰出现时间早于后者，峰值低于后者；干旱胁迫下，穗位叶淀粉浓度随胁迫加重而降低，蔗糖浓度较为稳定。将日周期中光合初始阶段玉米叶片蔗糖及淀粉浓度的提高值及二者的比例分别与光合速率积累量建立关系，得到单位光合速率对其的贡献率。综合比较而言，单位光合速率对淀粉浓度提高的贡献率农大108最高且稳定，有明显的淀粉积累优势；单位光合速率对蔗糖/淀粉比的贡献率，先玉335比值较高，有偏蔗糖积累代谢的特点，农大108比值在多个处理中稳定低于其他品种，属于淀粉积累偏向型。【结论】在本试验条件下，单位光合速率对蔗糖/淀粉比的贡献率可以在一定程度上作为玉米光合碳代谢类型划分标准。

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4. 生育前期淹水对夏玉米冠层结构和光合特性的影响

任佰朝，张吉旺，董树亭，赵斌，刘鹏

2017, 50 (11): 2093-2103. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.11.015

摘要（233）

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【目的】本研究旨在探讨大田淹水条件下夏玉米冠层结构和光合特性的变化规律。【方法】供试夏玉米品种为登海605（DH605）和郑单958（ZD958），通过设置3叶期（V3）淹水3 d（V3-3）和6 d（V3-6），拔节期（V6）淹水3 d（V6-3）和6 d（V6-6），以不淹水处理为对照（CK），比较不同淹水时期（V3和V6）和淹水持续时间（3 d和6 d）对夏玉米光合势、叶面积指数、净光合速率、冠层透光率及其半球灰度图像和产量的影响。【结果】淹水后夏玉米叶面积指数显著下降，群体透光率提高，群体光能截获率显著降低。V3淹水后夏玉米穗位层和底层透光率的提高幅度大于V6淹水，且其提高幅度随淹水持续时间的延长而增加。DH605和ZD958的V3-6处理的穗位层透光率较CK分别提高96.0%和70.2%，底层透光率分别提高了68.9%和71.9%。在淹水胁迫条件下夏玉米光合势和叶片净光合速率随淹水持续时间的延长而显著降低，V3淹水后净光合速率和光合势的下降幅度大于V6淹水。DH605和ZD958的V3-6处理在开花期的叶片净光合速率较CK分别下降23.5%和20.3%。DH605的V3-6处理在播种—拔节期、拔节期—大喇叭口期、大喇叭口期—开花期、开花期—乳熟期和乳熟期—成熟期各生育阶段的光合势较CK分别下降68.5%、45.0%、31.6%、25.0%和37.5%，ZD958分别下降62.4%、37.1%、25.8%、21.7%和38.5%。淹水后夏玉米光合势和叶片净光合速率的下降导致夏玉米光合同化物的积累与分配受到抑制，干物质积累量显著下降，成熟期DH605的V3-3、V3-6、V6-3和V6-6处理的干物质重较CK分别下降12.4%、24.8%、9.3%和21.1%，ZD958分别下降17.3%、26.7%、12.5%和23.9%。此外，淹水后夏玉米收获指数显著下降，3叶期淹水对其影响大于V6淹水，且影响随淹水持续时间的延长而加剧，DH605和ZD958的V3-6处理的收获指数较CK分别下降13.3%和13.8%。淹水后夏玉米冠层结构劣化与光合性能降低导致夏玉米产量显著下降。DH605的V3-3、V3-6、V6-3和V6-6处理的产量较CK分别下降23.2%、35.9%、17.0%和22.7%，ZD958分别下降20.0%、35.7%、15.0%和27.1%。【结论】淹水导致夏玉米群体光合势和叶面积指数显著降低，透光率提高，进而显著降低群体光能有效截获率和净光合速率，最终导致夏玉米产量显著下降。3叶期淹水对夏玉米冠层结构和光合特性的影响大于拔节期淹水，且其影响随淹水持续时间的延长而加剧。

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5. 花粒期光照强度对夏玉米根系生长和产量的影响

高佳，史建国，董树亭，刘鹏，赵斌，张吉旺

2017, 50 (11): 2104-2113. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.11.016

摘要（337）

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【目的】近年来全球太阳辐射不断下降已经成为作物生产的一个限制性因素，弱光成为影响夏玉米生长发育和产量形成的重要非生物逆境之一。本研究旨在探讨花粒期不同光照强度对夏玉米根系生长和产量的影响。【方法】2012—2014年，大田条件下选用玉米品种登海605（DH605）为试验材料，种植密度为67 500 株/hm²，设计花粒期遮阴（S）和花粒期增光（L）两个试验处理，遮光度为60%，阴雨天气下增光的光照强度可达到8×10⁴—10×10⁴ lx，以自然光照作为对照（CK），研究夏玉米根系生理特性、叶片光合性能、干物质积累量及产量对花粒期光照强度的响应。【结果】本试验表明，花粒期遮阴导致玉米根系特性降低，产量降低；而补充光照有利于生育后期根系活性保持，显著提高籽粒产量。2012—2014年间，遮阴处理的产量较对照分别降低79%、61%和60%，增光处理较对照则分别增加13%、7%和15%。具体表现为花粒期遮阴处理使地上部功能叶片光合速率降低，干物质积累量减少，根冠比显著下降，根系直径和根长密度降低，根系总吸收面积和活跃吸收面积显著降低，致使夏玉米产量降低；花粒期增光处理则有利于玉米根系的健壮生长和根系活力提高，增光后根系总吸收面积和活跃吸收面积显著增加，即根系吸收能力增强，使产量显著提高。在花后20 d、40 d和成熟期，增光处理的0—30 cm和30—60 cm土层根系总吸收面积较对照分别增加17%、18%、17%和21%、27%、27%，根系活跃吸收面积分别增加11%、18%、17%和27%、33%、28%，有助于夏玉米植株从土壤中吸收更多的水分和养分来供给地上部的生长，增加穗数和千粒重，进而提高产量。【结论】花粒期遮阴导致夏玉米生育后期根系特性降低和产量降低，而增光有利于保持根系活力和提高产量。针对近年来黄淮海区域夏玉米生育后期阴雨寡照天气频发的情况，本研究建议适当调整播期，使夏玉米生育后期避开阴雨天气；通过蹲苗或者合理的水肥调控措施促进根系下扎和健壮生长，提高抗逆能力，以减轻阴雨寡照的不利影响。

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6. 蛋白质组学分析揭示玉米籽粒发育过程中胁迫相关蛋白的表达特性

于涛，李耕，刘鹏，董树亭，张吉旺，赵斌

2017, 50 (11): 2114-2128. DOI: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.11.017

摘要（220）

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PDF （1130KB）（530）

【目的】从蛋白质组学的层面探讨玉米籽粒发育过程中胁迫相关蛋白的表达特性，分析其功能，揭示籽粒自身防御系统的分子调控机理。【方法】大田条件下，以玉米品种登海661（DH661）为供试材料，67 500株/hm²密度下种植，开花期人工饱和授粉后第3、5、10、15、20、30、40和50 天（DAP）取果穗中部籽粒。TCA-丙酮沉淀法提取籽粒总蛋白，用同位素标记相对定量（iTRAQ）技术进行蛋白质组学分析。通过匹配Uniprot玉米蛋白数据库鉴定籽粒总蛋白，并且用基因本论（GO）注释按照生物过程、分子功能及细胞组件进行功能分类。分析鉴定籽粒发育过程中显著差异表达的胁迫相关蛋白，并且将其分层聚类以展示其在籽粒发育过程中的表达模式。【结果】通过匹配玉米蛋白数据库，籽粒中总计鉴定到4 751个蛋白，这些蛋白涉及多种生物过程与分子功能，其中代谢过程与分子过程是最主要的两个生物过程，而催化活性与绑定功能是最主要的两个分子功能类别，表明这些生物过程与分子功能对籽粒发育具有重要作用。定量分析检测到123个胁迫相关蛋白在玉米籽粒发育过程中显著差异表达，主要参与籽粒蛋白修饰（33个）、活性氧（ROS）体内平衡（31个）、贮藏物质保护（17个）、病虫害响应（8个）及其他胁迫响应过程（34个）。蛋白修饰相关蛋白主要包含一系列的热激蛋白、肽基脯氨酰顺反异构酶及蛋白二硫键异构酶，并且这些蛋白在籽粒不同发育阶段均显著积累，这对稳定籽粒中的蛋白结构具有重要作用。ROS相关蛋白包含不同的抗氧化酶系，并且主要在籽粒发育前、后期显著积累，维护了ROS的体内平衡。贮藏物质保护相关蛋白主要包含多种蛋白酶抑制剂、油脂体蛋白及油脂体固醇蛋白，并且这些蛋白随着籽粒发育不断上调表达，保护了贮藏物质的合成与积累。病虫害响应相关蛋白同样在籽粒发育后期显著积累，增强了籽粒对生物胁迫的抗性。其他胁迫响应相关蛋白主要包括一系列的晚期胚胎丰富蛋白（LEA）、膜联蛋白、脂质转移蛋白、非特异性脂质转移蛋白及脂氧合酶，其中LEA在籽粒发育后期显著积累，膜联蛋白与脂氧合酶主要在发育前期显著表达，而脂质转移蛋白及非特异性脂质转移蛋白在籽粒不同发育阶段均有积累，表明这些蛋白在籽粒不同发育阶段发挥重要作用。【结论】胁迫相关蛋白在籽粒不同发育阶段显著积累，构建了一个协同、多样、稳定的防御调控机制，维护了籽粒正常的发育过程。

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