前期通过矮秆高粱和本地玉米远缘杂交成功选育出矮秆dwarf-12,经过前人研究该矮秆基因可能由br2控制,由于无不良性状,为了利用、发掘优良的矮秆自交系,又将dwarf-12和本地白玉米杂交,选育出优良矮秆自交系d8227,前人将得到的矮秆玉米材料d8227经过与不同高度的玉米组合,鉴定出具有较好的配合力,为增加矮秆玉米种质资源,提高玉米产量,对其进行深入的研究。以d8227和dwarf-12为研究材料,比较矮秆亲本和子代之间的主要农艺性状差异,观察茎秆细胞学差异;用d8227和4个不同背景自交系进行遗传交配设计,分析矮秆基因的遗传模式;构建定位群体,用BSA方法,进行高通量测序,对矮秆基因进行初步定位,并对定位区间已知的矮秆材料进行等位性鉴定,明确目标基因与已知基因的关系。结果表明,d8227株高比亲本株高增加9.35%,穗位增加31.50%,d8227叶片减少,茎节长度增加,d8227的穗质量、行粒数、百粒质量、穗长、粒深比dwarf-12增加52.21%,5.26%,23.76%,6.93%,12.02%;利用石蜡切片方法,用显微镜观察d8227和dwarf-12穗上、穗位、穗下的横切、纵切细胞特征,d8227纵切细胞排列松散,细胞明显伸长;dwarf-12细胞排列有规则、紧凑,经过测量细胞面积,d8227穗位、穗下细胞面积显著高于dwarf-12,这主要是由于d8227细胞伸长导致。通过遗传分析,矮秆基因为隐性单基因,基因初步定位,将矮秆基因定位于1号染色体190~215 Mb,选取区间已经定位的矮秆玉米进行等位性鉴定,2 a种植结果表明,d8227与123d、Na360不是等位基因,可能与125d、123d为等位基因,需要后续精细定位和深入研究。综合来看,d8227是一个性状优良的中等矮秆材料,具有育种潜力,但还需进行精细定位等深入研究来判断其利用价值。

为将雄性不育基因应用于甜玉米杂交制种中,达到降低劳动成本且保证种子纯度的目的。以来源于甜玉米自交系K78的雄性不育自发突变体male sterility 2020 (ms2020)为材料,构建ms2020与甜玉米自交系M08的F₁及相应的F₂遗传群体,通过表型鉴定、遗传分析和基因定位研究ms2020甜玉米雄性不育突变体。表型鉴定结果表明:F₁群体均表现为雄性可育,F₂群体出现了育性分离。不育植株能够正常抽雄,但花药不开裂、散粉异常,花药变小且颜色淡黄;1% I₂-KI染色发现不育植株的花药内包含不能正常着色的败育花粉粒。遗传分析结果表明:育性正常植株与不育植株的比例符合3∶1,表明ms2020雄性不育突变体是由单基因控制的隐性突变体。利用BSA技术,初步将目的基因定位在7号染色体短臂上;随后利用初定位区间内的20对SSR标记对不育基因进行定位,将不育基因精细定位在标记S1和W10之间,物理距离为11.30 kb。该区间内包含Zm00001d018802和Zm00001d018803 2个注释基因;通过候选基因功能分析,推测已报道为玉米雄性不育基因的编码谷氧还蛋白的Zm00001d018802 (ZmMs22/ZmMSCA1)基因可能是导致ms2020雄性不育的关键候选基因。本研究鉴定了ms2020甜玉米雄性不育突变体的败育特征和遗传特性,为甜玉米雄性不育化杂交制种提供了材料;同时,本研究定位到突变体的关键候选基因,为进一步解析其雄性不育的分子机制奠定了基础。

针对华北地区冬小麦-夏玉米轮作区氮肥用量大、损失严重而控释尿素成本高、推广难的问题,基于3 a 6季冬小麦-夏玉米轮作田间定位试验,探究不同减氮条件下普通尿素配施控释尿素对氮素利用的影响,以期在前期明确控释尿素与普通尿素适宜配比的基础上进一步优化施氮量,进而为华北冬小麦-夏玉米轮作区化学氮肥减量增效和控释尿素的推广应用提供技术参考。试验设置6个处理:不施氮(CK)、农民习惯施氮(FH,冬小麦季施氮270 kg/hm²,夏玉米季施氮240 kg/hm²,基追比为1∶1)和不同减氮条件下配施控释尿素的处理(N1、N2、N3和N4:冬小麦季分别施氮243,216,189,162 kg/hm²,其中控释氮占40%;夏玉米季分别施氮216,192,168,144 kg/hm²,其中控释氮占30%;均一次性基施)。结果表明:与FH处理相比,仅N1处理可实现冬小麦和夏玉米的连年增产增收,可使冬小麦在2017-2018年,2019-2020年分别显著增产4.0%,5.4%,即使在2018-2019年其他减氮处理均减产的情况下仍可增产1.6%;可使各年夏玉米青贮产量显著增加,平均增产10.9%;各季作物收获后0~100 cm,60~100 cm土层土壤无机氮积累量较FH显著降低,6季作物累计氮素利用率较FH提高11.3百分点。在减氮10%条件下按适宜比例配施控释尿素(即:冬小麦季施氮243 kg/hm²,配施40%控释氮;夏玉米季施氮216 kg/hm²,配施30%控释氮)可提高小麦-玉米轮作中的作物产量和累计氮肥利用率,并减少土壤无机氮素的累积和淋失。

高转录活性籽粒特异性启动子可调控目的基因在植物籽粒中特异性、高水平表达。为发掘玉米籽粒特异性启动子,以公开发表的玉米表达谱芯片数据为切入点,筛选出籽粒优势表达基因GRMZM2G006585,克隆其编码区上游约2 000 bp的DNA序列,命名为PZm2G006585。利用在线网站New PLACE和PlantCARE对其进行启动子顺式作用元件分析,发现其含有E-box、P-box等多个籽粒特异性相关元件,初步认为所克隆编码区上游序列为玉米来源的籽粒特异性启动子。为验证其功能,构建该启动子驱动β-葡萄糖苷酸酶基因(GUS)的表达载体并进行植物遗传转化。转基因水稻的GUS组织化学染色结果表明,该启动子驱动外源基因表达模式为籽粒特异、胚优势表达;转基因拟南芥单拷贝株系T₃种子中GUS活性检测结果显示,PZm2G006585驱动的GUS活性为909.52 nmol/(min·mg)。籽粒特异性启动子PZm2G006585的发掘和功能验证为驱动目标基因在玉米、水稻等单子叶植物籽粒中特异性表达提供了候选启动子资源。

为深入探究甜玉米果皮厚度发育的分子机制,利用华南农业大学甜玉米课题组选育的果皮厚度差异较大的甜玉米自交系M03和M08为试验材料,对其授粉后15,19,23 d的果皮进行转录组测序。联合差异表达基因分析与加权基因共表达网络(WGCNA)分析,鉴定甜玉米乳熟期果皮厚度相关的共表达基因模块,根据模块内基因的连接度鉴定核心基因,利用qRT-PCR验证核心基因表达量的可靠性。比较M03和M08不同时期果皮转录组数据共筛选出4 748个差异表达基因(DEGs),DEGs主要富集到碳水化合物代谢过程、植物-病原体相互作用、植物MAPK信号通路。WGCNA分析共构建了18个共表达模块,通过筛选得到4个具有生物学意义且与果皮厚度显著相关(相关系数的绝对值>0.60)的特异性共表达模块,分别是Turquoise、Yellow、Magenta和Pink模块。GO和KEGG功能富集分析结果均表明,特异性模块富集到的天冬氨酸、丙氨酸和谷氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢以及植物MAPK信号通路在甜玉米果皮厚度发育中具有重要的作用。选取连接度最高的前20个基因进行核心基因筛选,通过基因功能注释最终筛选到包括MYB转录因子、细胞周期蛋白(CYC15)、β-淀粉酶、细胞凋亡调节基因(BCL-2)在内的13个核心基因。以核心基因为节点构建的共表达网络中还包括生长素转录因子(ARF、AUX/IAA)、乙烯反应元件结合因子(ERF)、亮氨酸拉链(bZIP)等转录因子,功能预测表明,这些基因可能在甜玉米果皮厚度调控中发挥重要作用。

播期和密度是影响玉米产量的2个关键因素。为明确不同玉米品种在黄淮海地区对夏播播期和密度的响应特征,以中农大788和科河699为试验材料,设置6月10日、17日、24日3个播期,以及67 500(A),75 000(B),82 500(C)株/hm² 3个播种密度,调查其生育进程、形态指标、产量及产量构成因素。结果表明,随着播期推迟,玉米吐丝前的生育进程加快,籽粒灌浆期延长,第3播期(6月24日)的籽粒无法正常成熟。晚播(第3播期)相较于早播(第1播期即6月10日),中农大788穗位高和科河699株高、穗位高均显著增加,2个品种茎粗均显著减小;2个品种空秆率和倒伏率均随播期推迟而增加;中农大788主要由于千粒质量降低,导致产量降低21.8%,科河699穗数、穗粒数、千粒质量均显著降低,导致减产41.3%。密度C较密度A,2个品种株高、穗位高、空秆率、倒伏率均显著增加,茎粗则显著减小。中农大788在密度B获得最大产量且显著高于密度A,分别为12 450,11 097 kg/hm²。随密度增加科河699空秆率增加,导致穗数并未显著增加,穗粒数减少,密度C较密度A产量显著降低,分别为7 548,9 464 kg/hm²。播期密度互作仅对倒伏率有极显著影响,对植株形态指标、空秆率、产量及产量构成因素影响不显著。综合来看,中农大788平均产量高于科河699,前者在晚播和高密条件下空秆和倒伏率低,产量更稳定。实际生产中,夏玉米应尽量早播,晚播可通过选择适宜的品种减少产量损失,选育耐密品种是增密增产的关键。

麦根腐平脐蠕孢是玉米根腐病的重要病原菌之一,旨为建立一种基于环介导等温扩增技术(LAMP)的麦根腐平脐蠕孢快速检测方法。首先,根据麦根腐平脐蠕孢参与黑色素生物合成途径的Brn1基因部分序列设计了一套LAMP检测引物;然后,针对该引物组筛选了其最佳反应温度,检测了LAMP反应的特异性和灵敏度,并以人工接种麦根腐平脐蠕孢的玉米根腐病病株为样本评价了LAMP检测方法的效果。结果表明,本研究设计的引物组在61~68 ℃条件下均能实现对靶标基因的扩增,其中以66 ℃为最佳反应温度;在特异性检测中,引物组能从10种分离自玉米根腐病样本的主要病原真菌DNA中特异性地检测出麦根腐平脐蠕孢;在灵敏度检测中,对携带靶基因Brn1的质粒DNA最低检测限是10 copies/μL,在此检测限浓度下,25 min左右即可实现扩增;在对玉米根腐病样本检测中,在1 pg/μL的玉米根组织DNA中即可检测出麦根腐平脐蠕孢。建立的麦根腐平脐蠕孢LAMP检测方法具有较强的特异性和较高的灵敏度。

为了挖掘雄性不育种质资源,鉴定雄性育性基因,为玉米雄性不育化制种提供基础材料。以玉米雄性不育突变体x50为试验材料,研究突变体雄性不育表型,构建x50与自交系Mo17的F₁和F₂群体,确定突变体x50雄性不育性状的遗传模式。以F₂群体为材料,应用图位克隆技术定位雄性育性基因X50,通过基因等位性测验确定候选基因。结果显示,与野生型相比,雄性不育突变体x50花药不能从颖壳露出,花药体积较小且萎蔫,无成熟花粉粒形成。F₁群体植株均表现为雄性可育,F₂群体植株出现雄性育性分离,可育植株与不育植株分离比例符合3∶1,说明突变体x50不育性状受1对隐性核基因控制。通过图位克隆方法将雄性育性基因X50定位于玉米第2染色体分子标记2-4901与2-4963之间,物理区间为237.42~241.39 Mb。定位区间内候选基因分析发现,区间存在玉米雄性不育基因ZmMs33。以ms33纯合突变体ms33-6029和ms33-6052分别与x50杂合型+/x50杂交,杂交后代可育植株与不育植株分离比例符合1∶1,表明x50是ZmMs33基因一个等位突变体。玉米雄性不育突变体x50的鉴定为玉米杂交种子生产和ZmMs33基因功能研究提供了种质材料。

玉米叶长和叶面积是重要的农艺性状,为解析玉米穗三叶叶长和叶面积的遗传机制,以郑58和D863F及其杂交构建的241个RIL家系为材料,在2018,2019年春播和夏播环境下分别进行QTL定位分析。结果表明:玉米穗三叶叶长和叶面积在RIL群体中表现出连续变异,呈正态分布,属于典型的数量性状,性状间呈极显著相关,且广义遗传力分别为88.04%,88.45%,87.86%,85.04%,85.27%和85.73%。2 a共检测到23个QTL,其中控制叶长的QTL 14个,控制叶面积的QTL 9个,分布于玉米的第1,2,4,5,6,8染色体上,单个QTL的表型贡献率为5.84%~17.81%。在春、夏播环境下同时检测到控制叶长的QTL 3个(qFirLL1-2、qFirLL5-1和qSecLL1-2),叶面积QTL 2个(qFirLA2-1和 qSecLA2-1),其余位点只能在春播或夏播环境下被单独检测到。在第2染色体(bnlg1316~bnlg1141)和第5染色体(umc1591~umc2298)区间内同时检测到影响穗下叶叶长、穗位叶叶长、穗上叶叶长、穗下叶叶面积、穗位叶叶面积和穗上叶叶面积等6个性状的QTL,贡献率为6.42%~17.81%,为主效QTL位点;这2个标记区间是调控玉米穗三叶叶长和叶面积的重要区段,可能包含调控叶片性状的关键基因。

为了探究种植密度对不同玉米品种籽粒含水率、脱水速率和机收质量的影响,阐明收获期不同密度下玉米籽粒的脱水规律和机收损失特征,为春玉米密植模式下确定适宜的机械粒收时间提供理论依据,以郑单958(ZD958)、先玉335(XY335)、粒收1号(LS1)、中农222(ZN222)和中农239(ZN239)5个玉米品种为试验材料,设6.0万,7.5万,9.0万株/hm²共3 个种植密度,分析不同密度处理对春玉米收获期籽粒含水率、脱水速率和破碎率的影响。结果表明, 9.0万株/hm²处理春玉米籽粒含水率显著低于7.5万,6.0万株/hm²,而两低密度处理之间籽粒含水率无显著差异;不同品种间籽粒含水率差异较大,连续2 a试验籽粒含水率从高到低均为ZD958>LS1>ZN222>XY335>ZN239;种植密度对籽粒脱水速率无显著影响,但品种对籽粒脱水速率影响极显著;随种植密度增加,籽粒含水率、破碎率呈降低趋势。综上,ZD958和XY335不适宜当地机械收获,LS1、ZN239和ZN222为适宜当地机收的品种,适宜密度为7.5万~9.0万株/hm²。

为筛选出双穗型糯玉米新品种万彩糯88适宜的种植密度,发掘其生产潜力,采用不同大田种植密度试验,探讨重要植株性状、双穗率、产量及其产量构成性状对种植密度的响应。结果表明,随着种植密度的增加,株高、穗位高、双穗抽丝间隔期和第2穗抽丝散粉间隔期均随之增加,第1穗抽丝散粉间隔期和植株双穗率则降低;种植密度通过对双穗抽丝间隔期、第1穗抽丝散粉间隔期和第2穗抽丝散粉间隔期间接或直接影响双穗率。除穗行数和第1穗穗长外,种植密度对第1,2果穗产量及其产量构成性状影响显著或极显著。种植密度从30 000株/hm²增加到60 000株/hm²,第1穗果穗产量、总果穗产量、第1穗籽粒产量和总籽粒产量分别增加5 366.10,3 465.98,3 302.85,2 165.60 kg/hm²,第2穗果穗产量和籽粒产量分别降低1 900.12,1 137.25 kg/hm²。种植密度为48 000,54 000,60 000 株/hm²时,总鲜果穗产量和总鲜籽粒产量差异不显著,均极显著高于其余种植密度。综合以上研究结果,新品种万彩糯88适宜种植密度为48 000株/hm²,可初步作为大田种植的推荐密度。

为明确灌浆期高温胁迫对不同耐热型夏玉米品种叶片衰老及产量的影响,以高温敏感型品种先玉335和耐高温型品种郑单958为供试材料,于2019-2020年进行田间试验,在玉米吐丝后12~25 d搭设简易塑料增温棚进行高温胁迫处理,对照为田间自然温度处理,研究灌浆期高温对玉米叶片衰老与产量的影响。2 a结果表明,吐丝后12~25 d高温胁迫显著降低了夏玉米千粒质量和产量,其中高温处理下郑单958产量较对照降低18.8%,19.3%,千粒质量较对照降低23.4%,9.1%;高温处理下先玉335产量较对照降低29.4%,26.3%,千粒质量较对照降低20.1%,14.2%。灌浆期高温促进叶片衰老,2 a结果表明,郑单958叶片衰老速率在高温处理下显著增加76.4%,140.6%,先玉335增加135.1%,139.6%。高温处理下两品种的花后光合势较对照降低17.7%~36.5%,穗位叶光合速率降低20.0%~42.9%。相关分析结果表明,高温处理显著增加了夏玉米的叶片衰老速率,与产量呈负相关但不显著(P= 0.064 7);花后光合势、光合速率、SPAD值显著降低,与产量呈显著正相关(P< 0.05)。灌浆期高温胁迫显著加速玉米叶片衰老,导致玉米粒质量降低并减产,而耐高温型玉米品种比高温敏感型玉米品种具有更高的调节能力,能减轻高温胁迫导致的玉米减产。

为明确玉米与紫茎泽兰的种间竞争关系,探索紫茎泽兰的植物替代防控方略,继而实现粮食作物生产与杂草防控相结合。通过大田试验,研究不同耕作与紫茎泽兰割除方式及玉米种植密度等农艺栽培措施对玉米与紫茎泽兰竞争效应的影响,分析了2种植物生长、对光照和水肥的竞争能力及玉米产量与产值,以期探索紫茎泽兰的植物替代控制途径与策略。结果表明,免耕条件下,在紫茎泽兰空隙间直播玉米处理,紫茎泽兰仍为优势种群,玉米生长和产量均受到明显抑制,而刈割和拔除紫茎泽兰后直播玉米处理区的玉米转为优势种群,其对光照和水肥的竞争能力强,显著抑制紫茎泽兰的发生密度和株高及其对水肥的消耗。耕作条件下,玉米替代种植技术对紫茎泽兰的防除效果均达100%,而且玉米种植株距为25 cm时籽粒产量达到最高,平均为9 774.0 kg/hm²。可见,通过合理的耕作等农艺栽培措施,采用玉米替代技术可有效防控紫茎泽兰,并产生较好的生态价值,对于研发有效的综合防控外来入侵性恶性杂草紫茎泽兰的技术,具有一定理论与实践指导意义。

为了明确增密对玉米源库关系的影响特点,选用郑单958和金秋119为试验材料,设置4.5万,6.0万,7.5万,9.0万,12.0万株/hm² 5个不同的种植密度,探讨不同品种玉米花期植株形态、冠层光合特性、粒库建成对增密的响应特征及变化关系。结果显示:增加种植密度,株高、穗位高、穗位系数显著增加;基部第Ⅲ节间直径、消光系数(k)、单株叶面积、穗位叶面积等显著降低;穗位叶净光合速率、穗位叶光合能力和穗粒数变化趋势同上;增密对不同品种玉米的影响总体表现一致。种植密度从4.5万株/hm²增加到12万株/hm²,郑单958和金秋119穗位叶面积分别降低20.63%和12.30%,穗位叶光合能力降低33.76%和33.31%,穗粒数降低21.55%和36.07%。进一步建立了穗位叶光合能力、穗粒数与种植密度的线性关系,从线性关系可以看出,种植密度每增加1×10⁴株/hm²,郑单958穗位叶光合能力降低0.076 μmol/s、穗粒数降低13.03粒,金秋119穗位叶光合能力降低0.088 μmol/s、穗粒数降低27.93粒;从线性斜率看出,相对于郑单958,金秋119叶源与粒库对增密较为敏感,且2个品种的差异主要表现在粒库建成上;此外,此线性模型可应用于增密对玉米冠层光合特性与粒库建成的模拟预测上,为玉米适度增密丰产提供参考。综上,增源扩库是夏玉米增密增产的关键。

玉米茎腐病(CSR)对玉米产量和品质危害巨大。为尽快展开玉米茎腐病的有效防治,将吉林省玉米茎腐病的优势致病菌禾谷镰孢,与14株从玉米根际土壤中分离得到木霉菌株分别进行平板对峙试验。观察木霉对禾谷镰孢的抑制作用,筛选得到抑制效果较好的菌株CCTH-2和CCTH-6。复筛通过这2株木霉的发酵液、易挥发性代谢产物、难挥发性代谢产物对禾谷镰孢的抑制效果和对其他病原真菌的抑制效果,最终筛选到一株具有良好防效的木霉菌株CCTH-2;CCTH-2经过形态学和分子生物学鉴定显示,为哈茨木霉,并对其生物学特性进行初步研究。结果表明,平板对峙培养条件下CCTH-2对禾谷镰孢抑制率为82.83%,其发酵液、易挥发代谢物和难挥发代谢物对禾谷镰孢的抑制率为36.56%,46.75%,32.48%,具有显著抑制效果。生物学特性试验显示,CCTH-2菌落生长和产孢的最适培养基为PDA,最适温度为25 ℃,最适光照条件为全光照,外源添加Fe²⁺有利于CCTH-2的生长发育,并且CCTH-2具有一定的适应环境酸碱度和盐含量变化的能力。因此,可以确认哈茨木霉CCTH-2是一株有着良好防效且潜力巨大的生防菌。

为了探究玉米抗寒过程中涉及的关键调控网络和基因,明确对低温胁迫响应的关键调控通路和基因,为后续深入研究鲜食玉米抗寒胁迫的分子机制奠定基础,以耐寒品种闽甜6855为研究材料,利用转录组技术对其受5 ℃低温胁迫24,48,72 h后的基因表达情况进行分析。PCA结果显示,重复间样本可以显著聚集在一起,且处理样本与CK样本显著分开。差异分析结果显示,闽甜6855在低温处理前后差异基因为4 000~7 000个,而不同时长低温处理样本间差异基因较少,为100~2 000个,表明低温是引起基因差异的主要因素,且对低温胁迫的响应主要在前期。KEGG注释分析结果显示,差异基因在植物激素信号转导和MAPK上存在显著富集,表明这2个信号通路积极响应抗寒胁迫。此外,在植物病原菌互作和植物昼夜节律调控通路差异基因也出现了显著富集,暗示着在生物和非生物胁迫的通路上也存在着重叠或共有调控途径,而调控昼夜节律的基因在植物适应低温环境的过程中起着关键的调节作用。

为了探究夏玉米粒位效应对增密的响应及其碳氮代谢特征,2020—2021年在河北省农林科学院粮油作物研究所堤上试验站,通过设置不同密度处理(PD1:6.0万株/hm²;PD2:7.5万株/hm²;PD3:9.0万株/hm²)的大田试验,研究了增密对玉米不同粒位籽粒灌浆与碳氮代谢生理特征的影响。结果显示,增密对弱势粒灌浆影响较为明显,其灌浆速率和粒质量差异呈现时间分别自授粉后20~25 d和30~35 d开始。弱、强势粒粒质量比随着种植密度的增加明显降低,与PD1相比,PD3处理的弱、强势粒粒质量比平均降低8.45%。增密明显降低了单株干物质积累量,主要归因于花后干物质积累量的明显降低。通过对弱、强势粒碳氮代谢生理相关指标的分析表明,增密加剧了玉米弱、强势粒间淀粉和蛋白含量差异,同时也加剧了玉米灌浆中期弱、强势粒间蔗糖磷酸合成酶(SPSase)、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPGase)和谷氨酰胺合成酶(GS)活性的差异,这主要与增密明显降低弱势粒SPSase、ADPGase和GS活性有关;综上所述,增密通过明显降低弱势粒灌浆充实而加剧玉米的粒位效应,增密限制玉米弱势粒灌浆一方面与其降低花后干物质积累有关;另一方面与其明显影响弱势粒碳氮代谢酶SPSase、ADPGase和GS活性密切相关。

为探究滴灌水肥一体化条件下施氮量和施氮时期组合对夏玉米穗位叶叶片光合特性、衰老特性、籽粒灌浆特性及产量的影响,选用夏玉米品种郑单958为试材,设置了210 kg/hm²条件下,拔节期、大喇叭口期和开花期追肥处理(A1),拔节期、大喇叭口期追肥处理(A2),拔节期、开花期追肥处理(A3);180 kg/hm²条件下,拔节期、大喇叭口期和开花期追肥处理(A4),拔节期、大喇叭口期追肥处理(A5),拔节期、开花期追肥处理(A6);并设置传统畦灌为对照(CK),总施氮量为240 kg/hm²,CK1在拔节期一次性追施氮肥,CK2在拔节期和大喇叭口期分别追施氮肥,共计8个处理。结果表明,A1、A4处理与CK1相比,在夏玉米生育后期维持了LAI、SPAD值的同时,亦显著提高了抗氧化酶(SOD、POD、CAT)的活性,且有效抑制了过氧化物MDA的含量,从而延缓了其叶片的衰老进程,保护了叶片细胞功能结构。因此,该处理下的夏玉米在其生育后期维持了高效的光合特性,促进了籽粒灌浆速率,进而增加了穗粒数和千粒质量,使得玉米产量得以显著提高。A1和A4处理产量差异不显著,但A4相比A1施氮量降低14.3%,减少了氮肥的投入,节约了投入成本,为试验的推荐处理。

为了进一步揭示寒地玉米秸秆在施用低温降解秸秆菌剂下腐熟的过程及机理,为寒地秸秆的腐熟和综合利用工作提供新的策略和参考理论依据,采用低温降解秸秆菌剂在寒地条件对玉米秸秆进行腐熟并对其理化性状及微生物多样性进行分析。根据发酵过程中温度的变化,将玉米秸秆腐熟过程分为5个时期:初始期(A1)、升温期(A2)、腐熟期(A3)、平稳期(A4)及降温期(A5)。不同腐熟时期玉米秸秆的理化性质监测结果如下:随着腐熟时间的延长,玉米秸秆表皮上的纤维束逐渐被破坏;在腐熟结束后,玉米秸秆中纤维素的相对含量降至33.48%,半纤维素的相对含量降至16.57%;秸秆中全氮、铵态氮的含量呈先降低后升高的趋势,有机质的含量降至149.7 g/kg。发酵垛中微生物多样性的监测结果如下:耐冷酵母属在腐熟过程中的丰富度最高,占重要的主导地位;假单孢菌属和鞘氨醇杆菌属在腐熟初始期和腐熟期为主要菌属;在腐熟过程的平稳期和降温期中,嗜热微生物发挥着主要作用。该研究明确了寒地条件下玉米秸秆在施用低温降解秸秆菌剂后腐熟过程中理化性状及发酵垛中微生物多样性的改变。

NRL(NPH3/RPT2-Like)是植物所特有的一类光响应蛋白,在向光素信号途径中发挥重要作用。利用生物信息学手段结合qRT-PCR技术,在玉米基因组水平对该家族基因进行鉴定并对其编码蛋白的性质、结构、进化、生育期组织表达和逆境表达进行分析。结果鉴定了31个ZmNRL基因,不均匀地分布于玉米9条染色体上,编码的氨基酸序列长度在464~749个,预测具有叶绿体、细胞核和细胞质等亚细胞定位。依据蛋白保守性将ZmNRL家族划分为四大类,基因结构也具有一定的保守性,多数基因含有4个外显子。基因启动子存在大量脱落酸、茉莉酸、光响应和抗氧化等顺式元件分析,其中G-box和Sp1等两类光相关元件数量较多。ZmNRL家族基因在生育期组织部位表达具有一定的时空特异性,总体表达量不高,仅有ZmNRL2、ZmNRL4、ZmNRL24和ZmNRL29相对高表达。通过生育期组织表达数据共表达及其模块GO富集分析发现,6个ZmNRL基因可通过叶绿体等生物发生及组装生物过程,参与对叶片生长发育的调控。qRT-PCR结果表明,高温处理玉米幼苗ZmNRL12上调表达显著,干旱、盐和病原物接种处理ZmNRL5、ZmNRL7和ZmNRL19基因下调表达。综上,在玉米基因组鉴定出31个ZmNRL基因,该家族基因不仅具有明显的组织表达特异性,而且可参与玉米幼苗对生物和非生物逆境应答。

研究不同覆膜方式下,施氮量对春玉米产量、氮素积累和氮肥利用效率的影响,为贵州高海拔区春玉米覆膜种植高效施氮管理提供理论依据,于2018-2019年开展田间试验,采用裂区设计,主区为不同覆膜方式(宽膜和窄膜),副区为5个施氮水平 (0,80,160,240,320 kg/hm²),研究不同覆膜方式及施氮量对春玉米产量、氮素积累、转运特征及利用效率的影响。结果表明,覆膜方式和施氮量及其互作显著提高春玉米产量,宽膜覆盖使春玉米增产17.8%,且显著增加了氮素积累量,促进了吐丝前积累氮素的再转移,从而显著提高了籽粒氮素积累量,并使氮素利用效率(NUTE)、氮素吸收效率(NUPE)、氮肥农学效率(AEN)、氮肥偏生产力(NPFP)、氮肥利用率(NUE)分别增加4.9%,21.4%,23.5%,12.2%和4.23百分点。施氮实现了春玉米籽粒产量和植株氮素积累量的协同增长,且能够显著影响氮素吸收、积累和转运。增施氮肥能有效促进提高吐丝后氮素转运量及其对籽粒的贡献率,但降低了春玉米氮肥利用效率,NDGPE(氮素干物质生产率)、NHI(氮收获指数)、NUTE、NUPE、NUE、AEN、NPFP均随施氮量的增加而明显下降,达到极显著水平。通过回归分析不同覆膜方式下的最佳产量和施氮量,宽膜覆盖比窄膜覆盖处理减少施氮55 kg/hm²,产量增加12.3%。宽膜覆盖和适宜施氮量相结合,有利于植株氮素积累和吸收利用,从而实现高产和高氮肥生产力,达到节肥增产。综合考虑春玉米籽粒产量、氮素累积、转运及氮肥利用效率,贵州高海拔及类似生态区春玉米宽膜覆盖种植的合理施氮量为160 kg/hm²,其产量可达11 404.3 kg/hm²。

为了提高玉米产量、减少氮肥施用及提高氮肥利用效率,对氮高效玉米品种进行筛选和推广,研究氮肥管理对不同氮效率玉米品种氮吸收、利用和田间氮平衡的影响,探明氮肥运筹对不同氮效率玉米品种氮素吸收、利用及田间氮平衡的影响对于玉米的高效育种和栽培至关重要,因此,于2015-2016年在川中丘陵区开展了为期2 a的田间试验。结果表明:正红311(ZH311)在吐丝期和成熟期茎鞘和叶片氮分配比例均显著高于先玉508(XY508)。此外,ZH311花后籽粒氮积累量和花后氮籽粒贡献率显著高于XY508,而花前氮转运及花前氮转运贡献率显著低于XY508。氮高效品种ZH311营养器官中较高的氮分配比例使得其各阶段氮积累量均显著高于氮低效品种XY508,吐丝后氮素积累优势较吐丝前更明显。ZH311吐丝后氮的高效积累抑制了其吐丝前氮的转运,使得其吐丝前氮积累的转运率和对籽粒的贡献率均显著低于XY508,且ZH311的氮素吸收效率、氮素回收效率和氮素偏生产力均显著高于XY508。与XY508相比,ZH311根系能更有效地吸收和利用40~80 cm土层中的无机氮,减少氮沉降,显著减少表观氮损失,且2个品种氮素表观损失差异主要来自追肥后。综上所述,氮高效玉米品种ZH311较氮低效品种XY508不仅能提高单位面积产量,而且能减少氮损失,从而降低环境风险。

为了探讨玉米对灰斑病胁迫的生理生化响应,采用田间自然接种法,以2个自交系K365(抗)和K169(感)以及2个杂交种正红431(抗)和正红532(感)为试验材料,研究灰斑病对不同抗性玉米自交系及杂交种叶片光合作用、活性氧含量、抗氧化酶活性以及内源激素含量的影响。灰斑病胁迫导致玉米叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO₂浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)均下降,其中除Ci以外,抗病材料的3项光合指标下降程度未达显著水平,具体为K365的Pn、Gs和Tr分别下降24.41%,25.00%,4.20%,正红431的Pn、Gs和Tr分别下降11.53%,21.43%,0.06%,而感病材料的3项光合指标下降程度达显著水平,具体为K169的Pn、Gs和Tr分别下降59.32%,95.28%,80.18%,正红532的Pn、Gs和Tr分别下降85.39%,69.60%,56.77%;同时灰斑病胁迫可使玉米叶片的过氧化氢(H₂O₂)含量、过氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、水杨酸(SA)含量、茉莉酸(JA)含量均上升,其中抗病材料能激发更高的POD、SOD和CAT活性,维持相对稳定的H₂O₂含量,更合理的调节SA和JA含量,能够保持内源激素的平衡。抗病材料可能通过合理积累SA、JA等信号分子来调控抗氧化系统,使其在感病后期体内仍维持较高水平的防御酶活性来更有效清除多余的H₂O₂,同时调节叶片的内源激素平衡使其适应灰斑病带来的影响,从而增强玉米的抗病性。

提高种植密度目前仍是玉米增产的主要途径,但增加密度会影响群体光照,易导致叶片早衰,研究胺鲜酯(DA-6)与矮壮素(CCC)复配对密植下玉米叶片光合作用强度及时间的调控效应对玉米密植增产具有重要意义。2018-2019年,选用郑单958为大田试验材料,设置2个种植密度(6.75万,9.00万株/hm²)、2个复配剂喷施浓度(0 mg/L DA-6+0 g/L CCC和15 mg/L DA-6+2 g/L CCC),于玉米7片展叶期全株喷施,研究复配剂调控后不同种植密度下玉米群体的叶面积指数(LAI)、比叶质量(SLW)、叶片光合性能、抗氧化能力及产量差异,以期为化学调控剂在玉米密植增产中应用提供理论依据。结果表明,玉米密度由6.75万株/hm²升高到9.00万株/hm²后,玉米LAI升高,在吐丝后期SLW提高。喷施复配剂的低密度群体LAI降低,而高密度群体无明显变化,与喷施清水相比,复配剂处理提高叶片SLW,但差异不显著;密植后,穗位叶SPAD值和光合作用强度明显下降,叶绿素荧光参数受到负面影响;复配剂处理的密植群体穗位叶SPAD值提高,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度总体上显著升高,最大荧光、可变荧光和最大光量子效率增加,而初始荧光下降。密植后,叶片相对衰老速率增加,抗氧化酶活性降低,而活性氧和丙二醛过量积累,可溶性蛋白含量下降。复配剂处理的密植群体叶片相对衰老速率下降,超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性总体上显著升高,活性氧和丙二醛含量总体上显著降低,可溶性蛋白含量升高。密植对玉米雌穗农艺性状产生负面影响,但由于种植群体量升高,所以产量未受到显著影响,喷施复配剂后,玉米穗位叶的光合能力及时间得到提升,因此穗部性状得到改善,产量明显增加,2018,2019年复配剂处理的高密度群体比未处理群体产量分别提高14.61%和6.64%。综上,复配剂通过提高玉米群体光合能力和延长光合作用时间来提高物质积累量,从而增加玉米籽粒产量。

为了给作物持续高产下科学施用磷肥提供依据,采用1978年以来土壤有效磷变化的大数据分析、不同时段磷肥定位试验、大面积磷肥产量效应试验等方法分析了冬小麦-夏玉米轮作区土壤有效磷变化、土壤和肥料磷的产量效应。结果表明,冬小麦-夏玉米轮作区土壤有效磷含量平均为22.43 mg/kg,表现为太行山山麓平原﹥冲积平原。1996-1999年,太行山山麓平原、冲积平原区供试土壤有效磷含量分别为15.09,11.90 mg/kg,冬小麦P₂O₅用量180 kg/hm²时土壤供磷能力:冬小麦分别为83.9%,75.8%,夏玉米分别为83.3%,89.7%。冬小麦秸秆还田下,土壤磷收支表观平衡分别为盈余52.8%,55.4%。2010-2012年,太行山山麓平原土壤有效磷27.22 mg/kg,冬小麦、夏玉米P₂O₅用量分别为108,60 kg/hm²时土壤供磷能力:冬小麦为84.6%,夏玉米为90.1%。小麦秸秆不还田下,土壤磷收支表观平衡:冬小麦盈余6.7%,夏玉米亏缺47.1%。基于2002-2006年,2012-2016年多点大面积磷肥在冬小麦、夏玉米上的效应函数计算出最高产量P₂O₅用量:冬小麦分别为107.3,125.1 kg/hm²,夏玉米分别为52.0,58.9 kg/hm²。过量施用磷肥连续种植3 a 6茬,土壤积累磷均表现出显著的增产效应。冬小麦-夏玉米轮作秸秆还田下,冬小麦、夏玉米推荐P₂O₅用量分别为90~100,30 kg/hm²;秸秆不还田分别为100~120,45 kg/hm²。

明确籽粒建成期高温胁迫下氮素对玉米籽粒发育的调控效应,对合理施肥、缓解高温危害、实现玉米丰产稳产具有重要意义。以热敏感品种先玉335(XY335)和耐热品种郑单958(ZD958)为材料,设高温处理(T)和对照(CK),研究不同施氮量(90,180,270 kg/hm²,分别记为N90、N180、N270)对籽粒建成期高温胁迫玉米籽粒发育及产量的影响。结果表明,高温胁迫打破了玉米籽粒内源激素间的平衡,使得2个玉米品种的N180和N270的籽粒脱落酸(ABA)含量、郑单958的N180和N270的生长素(IAA)含量降低;上部籽粒可溶性酸性蔗糖转化酶(SAI)活性降低,籽粒体积膨胀及干物质积累受阻,败育率增加,穗粒数减少,进而导致产量显著降低。热敏感品种先玉335受高温胁迫的影响程度高于耐热品种郑单958。随施氮量增加,高温对玉米籽粒发育的负面影响加剧。高温胁迫下,与低氮(N90)处理相比,中氮(N180)、高氮(N270)处理下,先玉335和郑单958籽粒ABA/GA₃降低,IAA和ZR含量升高,籽粒体积和干物质减少更加严重,败育率分别显著增加25.55,29.31百分点和15.45,24.49百分点,穗粒数分别显著降低42.89%,52.68%和20.95%,35.25%,产量分别显著降低44.29%,52.04%和26.41%,39.94%。可见,合理的施氮量(N90)可以缓解高温对玉米籽粒发育的不利影响,减少产量损失。

为了探讨化肥减量配施有机肥对西南地区青贮玉米产量、品质以及土样养分的影响,于2019,2020年以青贮玉米渝青386为研究对象,连续2 a分析了化肥减量配施有机肥对青贮玉米农艺、产量品质以及土壤养分含量和肥料利用率的影响。结果表明,不同施肥处理对青贮玉米产量影响达显著水平,有机肥和缓控肥混施处理产量最高,达55 084.75 kg/hm²,干物质产量达24 192.11 kg/hm²。缓控肥常量和缓控肥减量20%青贮玉米产量差异不显著,表明采用缓控肥可实现化学肥料减施20%。缓控肥常量处理下玉米植株氮、磷、钾积累量均为最大,分别为234.83,173.75,35.72 kg/hm²。缓控肥与有机肥混施处理下青贮玉米氮肥偏生产力最大为166.46 kg/kg,缓控肥减量20%处理下氮素吸收效率最高为0.80 kg/kg,说明有机肥和无机肥混施可以提高青贮玉米生产力。缓控肥与有机肥混施处理下青贮玉米粗脂肪含量最高,有机肥的施用可以提高青贮玉米粗脂肪含量,同时也增加了酸性洗涤纤维的含量。青贮玉米产量与脲酶、过氧化氢酶、有效磷含量呈极显著正相关,相关系数分别为0.845,0.798,0.784。研究表明,在西南地区化肥减量配施有机肥能够显著提高青贮玉米产量和品质,减少化肥成本,增加农民收益,同时还有利于农田生态环境的保护和土壤肥力的可持续利用。

土壤酸化会降低玉米的产量和氮素积累量,但生理机制尚未明确。在大田设置中性(pH=7,CK)、弱酸(pH=6,T1)、中酸(pH=5,T2)和强酸(pH=4,T3)4种土壤酸度处理,比较各处理下玉米产量、氮素积累量、籽粒蛋白含量、叶片与茎秆中氮代谢相关酶活性、基因表达量以及硝态氮( {{\mathrm{NO}}_3}^{-})、铵态氮( {{\mathrm{NH}}_4}^{+})、可溶性蛋白、游离氨基酸含量的差异。结果表明,相比于CK,T1、T2、T3处理产量分别降低4.2%,30.7%,52.3%;穗粒数分别降低1.8%,28.1%,42.8%;籽粒蛋白质含量呈现下降趋势,其中T3处理显著降低14.5%。在大喇叭口期,随着酸度增加,叶片氮素积累量显示出下降趋势,其中T2和T3处理分别显著降低28.1%和56.2%;茎秆中氮素积累表现出先增加后降低的趋势,T1处理显著增加33.1%,T3显著降低65.4%。大喇叭口期,T3处理下叶片和茎秆中硝酸还原酶、谷氨酸脱氢酶、谷氨酸合成酶活性均显著高于CK,而叶片中谷氨酰胺合成酶活性显著下降;茎秆中氨基酸表现先下降后上升的趋势。转录组分析表明,随着土壤酸度的增加,ZmGln2与ZmFd-GOGAT表达量上调,促进了光呼吸释放 {{\mathrm{NH}}_4}^{+}与 {{\mathrm{NO}}_3}^{-}还原产生 {{\mathrm{NH}}_4}^{+}的同化;ZmGln1.2~ZmGln1.4、叶片中ZmNADH-GOGAT2和茎秆中ZmNADH-GOGAT1表达量下调,降低了蛋白质分解代谢释放产生 {{\mathrm{NH}}_4}^{+}的同化。玉米通过上调或下调相关基因表达,促进氮代谢产生更多的游离氨基酸、可溶性蛋白等渗透调节物质用以抵御酸胁迫,但也因此减少了氮积累量,导致产量、籽粒蛋白质含量降低。

为实现西辽河平原春玉米持续稳产和养分资源高效利用,探索春玉米减氮增效新途径。以常规追施尿素(CK1,570 kg/hm²)为对照,设置不同比例减施尿素梯度和相应配施尿素硝酸铵溶液(UAN)处理分别为N1U处理(225 kg/hm²尿素+75 kg/hm²UAN)、N2U处理(375 kg/hm²尿素+75 kg/hm²UAN),研究浅埋滴灌减施尿素配施UAN对春玉米物质积累、氮效率和产量的影响。结果表明:与CK处理相比,N2U处理在总氮投入量减少25.12%的条件下春玉米产量不减少;N1U处理总氮投入量减少51.42%,产量显著下降。N2U处理总干物质积累量亦显著高于CK处理,吐丝期、完熟期分别增加12.84%~16.40%和6.05%~9.76%;完熟期总氮积累量相比CK增加20.55%~42.29%。N2U处理适量减少总氮投入量25.12%的条件下春玉米产量不降低,具有较好的高产高效优势,是西辽河平原同等地力条件下春玉米浅埋滴灌模式较合理的施肥方式。

研究施用氮锌肥下夏玉米植株干物质、氮锌元素累积和分配的变化,为锌肥的合理利用及肥料配施提供理论依据。采用再裂区设计,主因素为90,180,225 kg/hm² 3个施氮水平,副因素为0,4.5 kg/hm² ZnSO₄·7H₂O 2个喷锌处理,副副因素为郑单958和谷神玉66 2个玉米品种,大田条件下研究施用氮锌肥对不同玉米品种籽粒产量、植株干物质累积动态和各器官氮锌元素吸收、累积、分配的影响。结果表明,施氮量为180,225 kg/hm²下夏玉米籽粒产量分别达9.77,10.42 t/hm²,较90 kg/hm²处理平均增加18.0%;吐丝后以施氮量225 kg/hm²下干物质量较高,成熟期以90 kg/hm²处理的穗轴和籽粒干物质量分配比例较高。成熟期施氮量225 kg/hm²处理各器官中氮含量、茎中锌含量以及叶和籽粒氮、锌累积量均表现出优势,而90 kg/hm²处理下鞘、苞叶、籽粒锌含量和籽粒氮、锌分配比例均较高。施锌处理对籽粒产量和干物质累积分配无显著影响,与不施锌相比,施锌显著提高了各器官中氮、锌含量和累积量,但分别降低籽粒中氮、锌分配比例6.93, 6.86百分点。郑单958籽粒产量和干物质占比较谷神玉66高,成熟期植株干物质量高出29.2%。郑单958籽粒氮、锌含量分别较谷神玉66低8.9%和5.3%,但籽粒累积量和分配比例均高于谷神玉66。相关分析表明,玉米籽粒产量和茎、叶、籽粒中氮含量呈显著正相关,叶片锌含量与鞘、籽粒氮含量也呈显著或极显著正相关,穗轴中锌含量与茎、穗轴和苞叶氮含量相关性达显著或极显著水平。因此,施用氮锌肥可以明显提高夏玉米产量和干物质累积量,促进植株各器官尤其是籽粒对氮、锌的吸收和累积,但同时降低籽粒中氮锌的分配比例。

采用大田试验,研究绿肥油菜还田时期对不同施氮量下春玉米产量及对土壤养分的影响规律,以期为华北平原春玉米减氮增效提供理论依据。采用裂区设计,主区绿肥油菜还田时期分别为无绿肥油菜冬闲田(G0)、始花期(G1)、盛花期(G2)和荚果期(G3),裂区施氮量分别为0 (N0),135(N135),270(N270),405(N405),540 kg/hm²(N540)。收获期五点取样法取土测定土壤养分含量,玉米考种测产。与G0相比,G2处理因春玉米穗粒数均值显著增加5.59%而增产5.89%,G1处理2020年增产6.37%,其中穗粒数增幅8.37%,但G1和G2百粒质量与G0无显著差异;G3处理2020年因穗粒数与百粒质量均值降低2.62%,6.40%,导致减产8.43%;春玉米产量随施氮量增加显著增加;G1、G2和G3处理下,春玉米产量在施氮量为N405、N270和N405时达最高,分别为10 961.21,11 253.34和10 331.12 kg/hm²。线性加平台模型分析可知,G1和G2处理可以保证产量稳定在10 000 kg/hm²以上,实现氮肥减施7.89%~41.45%,2020年G3处理减氮10.53%,产量降低6.27%。与G0相比,G1和G2处理显著提高了土壤有机质、碱解氮含量,增幅分别为8.28%和4.12%,11.17%和12.77%。G1、G2和G3处理土壤全氮含量2019年显著增加6.01%,5.86%,8.00%;G1、G2和G3处理土壤全磷和有效磷含量比G0处理显著降低;处理间全钾含量无差异,但G1和G2处理增加了土壤速效钾含量,2020年G3处理含量比G0降低3.41% (P<0.05)。各土壤养分含量随施氮量呈先增加后降低的趋势,在N270达峰值。综上所述,绿肥油菜于始花期至盛花期还田,可以提高土壤有机质、全氮、碱解氮和速效钾含量,产量稳定在10 000 kg/hm²以上,氮肥减施7.89%~41.45%,实现华北平原春玉米生产稳产减氮增效的目的。

为探究不同玉米秸秆碳形态的增碳培肥效果,在烟田上建立原位土柱培养试验,分析不添加秸秆碳(CK)、添加常规秸秆(RS)、腐熟秸秆(DS)以及秸秆生物炭(BC)4个处理下耕层(0~20 cm)土壤有机碳组分和结构、理化性质及酶活性等指标。结果表明,与不添加秸秆碳相比,3种秸秆碳形态显著提高土壤总有机碳(TOC)和微生物量碳(MBC)含量。与不添加秸秆碳相比,常规秸秆和腐熟秸秆处理显著提高了土壤可溶性有机碳(DOC)含量,而秸秆生物炭处理显著增加了颗粒有机碳(POC)含量(42.40%)。3种秸秆碳形态均提升微生物量碳/有机碳,这表明了秸秆碳投入可促进土壤有机碳周转。采用¹³C核磁共振波谱技术(NMR)分析土壤有机碳官能团结构,结果表明,常规秸秆、腐熟秸秆处理增加了土壤烷氧碳(O-Alkyl-C)和羰基碳(Carbonyl-C)(易降解碳组分),而秸秆生物炭则增加了烷基碳(Alkyl-C)(难降解碳组分)、烷基碳/烷氧碳(A/O-A)和疏水碳/亲水碳(Hydrophobic-C/Hydrophilic-C)。不同形态的秸秆碳对土壤养分及酶活性具有差异性,秸秆生物炭处理显著提升速效钾(AK)、铵态氮(AN)和硝态氮(NN)含量,分别为65.72%,19.93%,5.77%,常规秸秆和秸秆生物炭处理可显著提高蔗糖酶(Su)和脲酶(Ur)的活性,而磷酸酶(Ps)活性均随3种形态秸秆碳添加而提升。冗余分析表明,碳氮比(C/N)、纤维素酶(Ce)和全氮(TN)是影响土壤有机碳含量差异的主要因子;纤维素酶、pH值和速效钾是影响有机碳结构差异的主要因子。综上,施用秸秆生物炭在短期内具有提升有机碳含量及稳定性、养分含量和酶活性的显著优势,且土壤综合肥力评价中也以秸秆生物炭处理的得分最高(0.57),表明添加玉米秸秆生物炭是能够快速提升植烟土壤有机碳水平并改善土壤肥力的有效措施。

为了探讨玉米bZIP基因家族成员在玉米抗逆中的作用,以玉米骨干自交系郑58为试验材料,设置200 mmol/L的NaCl溶液、20% PEG6000(Polyethylene Glycol 6000)、4 ℃低温和硝态氮或铵态氮缺乏胁迫试验,利用qPCR技术,对9个ZmbZIP基因应答各类逆境胁迫的响应表达模式进行了分析。系统进化树分析结果表明,9个ZmbZIP基因进一步细分为3个亚组。qPCR分析结果表明,8个基因在不同组织器官中表达,ZmbZIP80没有被检测到,其可能是假基因。在人为模拟盐、干旱、低温和氮胁迫条件下,8个ZmbZIP在应答不同胁迫时,呈现不同的表达模式,ZmbZIP37和ZmbZIP53受NaCl胁迫明显诱导,而ZmbZIP49和ZmbZIP79则受到显著抑制;硝态氮缺乏胁迫显著抑制叶片中ZmbZIP37和ZmbZIP53基因表达,ZmbZIP42和ZmbZIP49则受到铵态氮缺乏胁迫的明显诱导。这些结果表明,8个ZmbZIP在玉米抵御逆境胁迫时发挥着广泛的作用;9个ZmbZIP基因在玉米不同组织中和响应不同逆境胁迫时的表达模式明显不同。研究结果可为进一步研究这些基因的生物学功能提供科学数据。

为促进冬绿肥在华北地区进一步推广种植,采用田间长期定位试验,以冬季闲田为对照,设置了二月兰、毛叶苕子、黑麦草和冬油菜4个冬绿肥处理,研究不同冬绿肥对土壤有机磷磷素含量的变化及玉米磷吸收的影响。结果表明,不同冬绿肥处理在7 a间,土壤全磷、有效磷含量变化趋势相同,毛叶苕子相对其他处理增加土壤全磷最多,年均增长率达8.07%;冬油菜相对其他处理增加土壤有效磷含量最多,年均增长率达48.34%。不同冬绿肥与春玉米轮作对土壤中各形态有机磷含量影响不同,2019年,活性有机磷含量最高的是黑麦草处理和冬油菜处理,均为12.64 mg/kg;中等活性有机磷含量最高的是冬油菜处理,为41.64 mg/kg;中稳性有机磷含量最高的是黑麦草处理,为18.73 mg/kg;对于高稳性有机磷来说,冬油菜处理显著高于其他处理,二月兰、毛叶苕子和黑麦草处理显著低于冬闲和冬油菜处理;冬油菜与春玉米轮作可促进土壤中有机磷向活性及中等活性有机磷转化。冬绿肥翻压7 a后,冬油菜处理的玉米籽粒含磷量0.39 mg/kg为各处理中最高。玉米籽粒含磷量与各形态有机磷的相关系数大小依次为MLOP(0.952^**)>LOP(0.816^**)>MROP(0.122)>HROP(-0.064)。

为研究高粱、玉米残体腐解特征及腐解进程中秸秆腐解微生物群落功能多样性的变化,设置残体类型(高粱茎叶、玉米茎叶、高粱根系、玉米根系)、土壤类型(潮褐土、黄壤土)、氮处理(调节碳氮比、不调节)3个变量,通过2次试验分析不同腐解条件下残体的腐解特征(干物质降解率、碳矿化特征、纤维素、半纤维素和木质素的降解率),并使用BIOLOG-ECO板分析秸秆腐解微生物群落代谢多样性。结果表明,高粱、玉米残体腐解速率均表现出前期快后期慢的特征,表明在相同土壤和氮处理条件下,残体干物质降解率及碳矿化速率表现为高粱茎叶>玉米茎叶>高粱根系>玉米根系;由第2次试验可知,潮褐土条件下腐解60 d,高粱茎叶+N处理、玉米茎叶+N处理的干物质降解率分别为55.50%,48.00%,而高粱根系+N处理和玉米根系+N处理的干物质降解率分别为31.25%,16.75%。在相同土壤和氮处理条件下,同一作物根系的半纤维素、纤维素的降解率低于茎叶,腐解90 d,潮褐土条件下高粱根系+N处理对半纤维素、纤维素降解率分别比高粱茎叶+N处理降低了23.70,18.80百分点。对秸秆腐解微生物代谢多样性的分析表明,腐解30 d秸秆腐解微生物代谢活性最高,腐解90 d微生物代谢活性最低;与30 d相比,在腐解第1天,秸秆腐解微生物群落对胺类、酚酸类代谢能力较低,第90天秸秆腐解微生物群落对碳水化合物、氨基酸类、多聚物类代谢能力均明显降低。由此可见,在该试验条件下,高粱残体比玉米残体更易腐解,调节碳氮比可在一定程度上加速残体腐解,秸秆腐解30 d微生物代谢多样性最高。

为了探明γ-氨基丁酸（GABA）对糯玉米产量形成影响及其光合生理，指导糯玉米产量提高的化控技术应用。以糯玉米品种粤彩糯2号（V1）、京科糯928（V2）和粤白甜糯7号（V3）为材料，以根灌清水（CK）为对照，研究了孕穗期根施GABA处理（RS）对糯玉米产量和光合生理的影响。与CK相比，RS处理提高了供试糯玉米品种的净穗产量（1.62%~4.97%），降低了供试糯玉米品种的苞叶产量（16.52%~23.09%），其中粤白甜糯7号的净穗产量提高和苞叶产量减低均达显著水平。RS一定程度提高了灌浆期和成熟期的净光合速率和蒸腾速率，提高成熟期叶片老化指数；提高穗长、行粒数、总粒数；促使抽穗期、散粉期和叶丝期提前了1~2 d。RS处理显著提高了成熟期功能叶CAT活性，显著降低了功能叶的MDA含量。净穗产量与鲜苞产量、鲜苞穗叶比、穗长、穗行数、总粒数和灌浆期叶片老化指数呈显著正相关关系（P<0.05）。孕穗期根施GABA处理可以通过调控糯玉米品种的光合生理、产量构成因子和鲜苞的苞叶占比等影响糯玉米品种的净穗产量提高。

为探究以玉米秸秆为主要成分的栽培基质在微咸水和淡水灌溉下对作物生长和品质影响。以单一玉米秸秆为对照（S）、设置添加生物炭（SB）、蚯蚓粪（SE）、生物炭+蚯蚓粪（SBE）4个栽培基质处理，分别进行微咸水和淡水灌溉，共8个处理。结果表明，相同栽培基质下，不同灌溉水处理对苗期株高和茎体积相对生长率无显著影响，在拉秧期SE微咸水相对淡水灌溉增加了株高相对生长率，相对淡水增加了79.49%，且总生物量和根冠比无显著差异；S和SB处理，微咸水相对淡水灌溉显著增加光合速率和蒸腾速率，SE降低蒸腾速率，SBE和SB增加水分利用效率，且SB缓解微咸水胁迫效果最优；相同栽培基质下，微咸水相对淡水灌溉显著增加可溶性固形物含量，在SB处理下含量最高，相对淡水增加了5.56%。SE和SB处理，微咸水相对淡水灌溉显著增加了可溶性糖含量，分别增加53.84%，50.15%，但产量间无显著差异。相对S处理，SE处理增加淡水灌溉下蒸腾速率，具有最高的Fv/Fm，在淡水和微咸水灌溉下，SBE降低了根冠比，SB增加水分利用效率。相对S处理，SB在微咸水灌溉下增加可溶性固形物效果最显著，SE降低有机酸含量和增加可溶性糖含量效果最显著。因此，在不同水灌溉下添加生物炭和有机质可以促进番茄生长、缓解盐胁迫危害以及改善果实品质。

为探究不同核背景下线粒体复合体活性对玉米C型雄性不育系育性的影响，明确其与花药败育的关系。以同质异核不育系K932S、K169S、近等基因恢复系K932R和保持系K169为材料，采用植物线粒体呼吸链复合体酶联免疫分析试剂盒对花药发育不同时期的5个线粒体复合体活性进行测定比较。结果表明，除花粉母细胞时期复合体Ⅱ、Ⅳ外，其余时期不育细胞质复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ活性在K169核背景下显著高于K932，绝大多数时期复合体Ⅲ、Ⅴ的活性则相反，但存在恢复基因时，K932R可改变部分时期不育细胞质不同线粒体复合体的活性。在二分体时期，不育细胞质复合体Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ活性显著低于正常可育胞质，而其他多数时期5个复合体的活性则相反。由此可见，在花药发育不同时期，核背景对玉米CMS-C不同线粒体复合体活性均有显著影响；相同核背景下，二分体时期不育细胞质复合体Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ活性比正常细胞质显著降低，可能与CMS-C花药败育密切相关。

旨在探究不同干旱胁迫程度对东北半干旱地区玉米生长性状及产量的影响，为深入研究玉米抗旱的生理机制奠定理论基础。采用抗旱棚微区试验，选用3种不同耐旱程度的玉米品种，于玉米拔节期、抽雄期及灌浆期分别设置正常供水（CK）、轻旱（LS）、中旱（MS）、重旱（SS）及持续干旱处理（S）5个水分梯度，综合性分析不同干旱胁迫程度对3个玉米品种生长性状及产量相关指标的影响。随干旱程度的不断加重，玉米株高、穗位及干物质量逐渐降低，茎粗随干旱程度的增加无明显差异，其中金庆707玉米品种株高、穗位及干物质积累量最高，嫩单19及富单16次之。玉米于抽雄期干旱胁迫时果穗性状变化最明显，且重旱下玉米产量最低，持续干旱无产量。同一干旱程度下玉米品种耐旱性越差，减产越大，玉米品种产量大小具体表现为金庆707>嫩单19>富单16。采用多个指标进行综合性分析得出，玉米抽雄期为玉米需水关键期，较易受到干旱胁迫的影响，同时指出抽雄期干旱胁迫亦或干旱胁迫程度严重是最终导致玉米产量降低的主要因素。

为探讨不同品种鲜食玉米间抗氧化能力的差异，筛选抗氧化能力较强的鲜食玉米品种，以京紫糯219等19个不同品种鲜食玉米为试验材料，测定参试鲜食玉米各品种的6项生理指标，即花青素含量、原花青素含量（OPC）、还原能力、类黄酮含量、羟自由基清除率以及总酚含量（TP）。运用隶属函数分析法和聚类分析法对参试鲜食玉米各品种抗氧化能力进行综合评价及分类。结果表明：参试鲜食玉米不同品种在抗氧化各单项指标间均存在不同程度的差异。各单项指标间：花青素含量以黑珍珠最高，为1 809.12 mg/kg，其余品种为1 482.75~12.49 mg/kg；原花青素含量以黑糯5008最高，为0.47 mg/g，其余品种为0.24~0.10 mg/g；羟自由基清除率以涿紫花青素甜玉米最高，为0.96％，其余品种为0.95％~0.79％；类黄酮含量以京紫糯219最高，为1.28 mg/g，其余品种为1.23~0.12 mg/g；还原能力以涿紫花青素甜玉米最高，为445.87 U/g，其余品种为335.41~85.47 U/g；总酚含量以涿紫花青素甜玉米含量最高，为54.67 mg/g，其余品种为52.19~21.02 mg/g。通过对参试鲜食玉米品种6项生理指标综合评价D值的比较得知，抗氧化能力综合D值以涿紫花青素甜玉米最高，D值为0.87，其次是京紫糯219（0.67）和黑珍珠（0.66），综合评价D值均在0.60以上。采用系统聚类分析法对抗氧化能力综合评价D值进行聚类分析，聚类结果可以较好地反映参试鲜食玉米品种的抗氧化能力，其中涿紫花青素甜玉米、京紫糯219和黑珍珠的抗氧化能力强，且稳定性好。

为了阐明不同玉米自交系间氮效率差异特征，筛选优异的氮高效种质，改良玉米的氮素利用效率，为玉米氮高效育种方面的研究奠定基础。以平均产量和氮效率为评价指标并结合抽雄期、散粉期、成熟期、株高、穗位等二级性状，对25份目前在黄淮海应用的核心种质和自育玉米自交系材料进行相关性分析及氮利用效率评价。相关性分析结果表明，氮效率在2种不同的氮处理条件下与散粉-吐丝间隔期、平均产量都呈极显著正相关，与株高分别呈显著和极显著正相关，即3个性状可作为评价玉米自交系材料氮效率高低的指标。方差分析结果显示，在低氮和高氮条件下，散粉-吐丝间隔期、平均产量及株高均存在极显著的差异。将高氮条件与低氮条件下的平均产量进行分析并结合株高和散粉-吐丝间隔期等二级性状，鉴定出郑58、WK858和9058这3个玉米自交系材料可在氮高效育种中作为供体亲本来改良玉米的氮素利用效率。丰富了氮高效种质资源，评价了不同玉米材料的氮素利用效率，揭示了不同材料对氮素的反应程度，为氮高效育种提供材料以及自交系的选育和合理的利用肥料提供理论基础和技术支撑。

发掘新的玉米矮秆资源，并研究其遗传特性，可为玉米矮化育种提供新的物质基础。以自然突变获得的矮秆突变体K718d和野生型K718为材料，比较表型差异和对外源激素的敏感性；K718d与5个高秆自交系组配正反交F₁、BC₁、BC₂和F₂群体，分析矮秆性状的遗传模式，通过BSA-SSR标记法定位矮秆基因，用等位杂交法鉴定基因的等位性。结果表明，与K718相比，K718d株高、穗位高、节间数和节间长度分别降低48.23%，75.57%，30.83%和65.92%，穗长缩短28.57%，产量降低36.44%，差异均达极显著水平；突变体K718d对GA₃和IAA均不敏感。2个生态点试验结果，正反交F₁均为高秆；BC₁和F₂群体高矮秆植株分离比例分别符合1：1和3：1，BC₂群体为高秆，表明K718d株高由1对隐性细胞核基因控制。将矮秆基因d718定位于1号染色体SSR标记umc2569 和umc1278之间，遗传距离分别为1.0，2.5 cM，是一个br1等位基因。该结果为d718的进一步精细定位和克隆奠定了基础。

为研究施用钾肥对不同产量类型玉米自交系生理特性的影响，进而为选育高产优质的玉米材料提供理论基础。以21份不同玉米自交系为试验材料，通过长期定位的大田试验研究了施用钾肥对不同产量类型玉米自交系茎秆表型性状、茎秆抗倒力学性状、穗部性状、产量相关性状和籽粒品质的影响。结果表明：与0K相比较，45K处理下的高产类型、中产类型和低产类型玉米自交系茎秆粗分别提高14.21%，11.60%，8.41%；茎秆弯折强度分别提高30.58%，27.52%，24.59%；穗粗分别提高3.61%，2.57%，1.72%；秃尖分别降低10.19%，7.41%，4.81%；千粒质量分别提高4.97%，3.55%，2.23%；产量分别提高7.50%，5.57%，4.45%；籽粒蛋白质含量分别提高0.62，0.40，0.20百分点。施用钾肥通过提高玉米的茎秆形态及力学指标，增强玉米抗倒伏能力，促进植株的生长发育，提高玉米的产量和籽粒品质。各指标在不同产量类型玉米自交系间均表现为高产类型>中产类型>低产类型。玉米自交系株高、穗位高、茎粗、茎秆穿刺强度、茎秆抗压强度、茎秆弯折强度、穗粒数和千粒质量的升高及秃尖的降低可以显著提高玉米产量。因此，上述指标可以作为施用钾肥处理下玉米自交系产量的筛选指标。

为挖掘不同种植密度下玉米茎粗的位点，改良西南地区玉米耐密性和抗倒伏能力。利用301份来源于玉米骨干亲本掖478和R08的重组自交系（RIL）群体在低种植密度（57 000株/hm²）、高种植密度（114 000株/hm²）条件和2014，2015年云南省景洪鉴定茎粗，并采用完备区间作图法的QTL ICIMapping V4.1和基于混合模型复合区间作图法的QTLNetwork 2.0分别进行数量性状位点（QTL）定位和QTL与环境互作分析。结果表明，双亲茎粗差异比较显示，掖478茎粗对密度变化不敏感，而R08茎粗随着密度增加显著变小。本研究的RIL群体茎粗变异广泛，同时随着密度增加，表型变异范围下降。高密度和低密度下RIL群体的茎粗遗传力分别为48.01%，65.03%。相关分析显示，茎粗在2种密度下与株高、穗位高和单穗穗质量极显著相关（0.29> r ≥0.13，P <0.01），与秃尖长和空秆率则不显著。联合环境作图检测到7个表型变异解释率为3.68%~6.91%的茎粗QTL，其中，4个QTL qSD1-1、qSD3-1、qSD4和qSD6在高密度被观测到，仅qSD6在高低2种密度下被检测到。qSD1-1、qSD3-1、qSD3-2和qSD4均未见前人茎粗定位的报道。同时仅在高密度下检测到1对上位性位点。这些结果显示，高低密度下玉米茎粗的遗传调节不同。qSD6在2种密度条件和之前报道的相同来源的F_2：3群体中均被检测到。上述QTL区段均在掖478相关系衍生和传递较好，可用于分子标记辅助育种改良玉米茎粗。

为促进绿肥在天津地区进一步推广种植，采用田间试验，以春季闲田为对照，种植并翻压了9个春油菜品种，研究不同品种春油菜对土壤钾素含量及玉米氮代谢的影响。结果表明：不同品种春油菜生物量及养分含量间存在差异，其中，中油肥1901（7 716.50 kg/hm²）、1804（6 577.02 kg/hm²）、1907（6 457.03 kg/hm²）品种油菜生物量高于其他供试品种。2 a间，土壤全钾、速效钾含量变化趋势相同，其中，中油肥1901、1804、1907品种春油菜处理不同时期土壤全钾及速效钾含量高于其他供试品种，且2020年各处理土壤全钾及速效钾含量均高于2019年。3个品种后茬玉米整株吸钾量及公顷玉米总吸钾量均高于其他供试品种，且相比于2019年，2020年不同春油菜处理玉米整株吸钾量增加了15.70%~24.34%。2 a间不同春油菜处理穗位叶NR、GS活性分别增加了2.16~14.22 nmol/（min · g），0.99~2.30 μmol/（h · g），玉米穗位叶NR、GS活性排在前3位的处理与玉米整株吸钾量结果相同。种植并翻压春油菜后茬玉米产量增加了10.02%~33.47%，是CK的1.09~1.41倍，2 a间产量最高为15 700.94 kg/hm²（2020年中油肥1901）。由通径分析可知，穗位叶硝酸还原酶活性对玉米籽粒蛋白质含量起主要直接作用，间接作用中，叶片蛋白质含量通过叶片硝酸还原酶活性对玉米籽粒蛋白质贡献最大。由相关分析可知，油菜全钾、土壤钾素、玉米吸钾量、玉米叶片氮代谢关键酶及玉米叶片蛋白质含量、玉米籽粒蛋白质含量间呈显著和极显著正相关。

为了揭示DNA甲基化在高表达转C₄-PEPC基因水稻植株对干旱耐性的作用，以高表达转玉米C₄型磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）基因（C₄-PEPC）水稻（PC）和受体Kitaake（WT）为材料，通过发芽、水培和盆栽试验，研究了施用不同浓度的DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷（5-azaC）联合干旱处理下，水稻芽期、苗期和生育后期，种子发芽率，苗期叶片的相对含水量、丙二醛、脯氨酸、总可溶性糖及其组分及总可溶性蛋白含量、PEPC酶活性以及C₄-PEPC、与蔗糖非发酵1（SNF1）相关蛋白激酶（SNF1-related protein kinase 1s ，SnRK1s）基因以及甲基转移酶基因表达的变化、剑叶的光合参数，并最后考察产量构成因子的变化，结果表明： 5-azaC对水稻芽期和苗期干旱胁迫作用浓度呈现剂量效应，即低浓度促进，而高浓度抑制，其中作用浓度：芽期<苗期；而对芽期和苗期有促进和抑制的2个浓度外施于水稻生育后期的水稻植株后，则出现恶化的效应，表现为矮化、剑叶的净光合速率和单株产量下降。在缓解干旱抑制的浓度下，PC苗期的缓解效果好于WT，这种差异的表现与其内源蔗糖、SnRK1s基因以及OsMET1b的表达差异同步，而且PC叶片C₄-PEPC表达对不同浓度的5-azaC处理也呈现剂量效应。综上，DNA甲基化参与了水稻干旱响应，但不同生育期表现不同，其中糖信号在调节DNA甲基化增强PC干旱耐性起重要作用。

探究化肥配施不同种类有机肥对黑土肥力及春玉米产量的影响，为保护好和利用好黑土地提供理论依据。基于田间定位试验，监测了单施化肥（NPK）、化肥配施玉米秸秆（NPK+ST）、化肥配施牛粪（NPK+NF）、化肥配施鸡粪（NPK+JF）和化肥配施猪粪（NPK+ZF）5个处理实施5 a后0~20 cm，20~40 cm土层土壤有机碳、活性有机碳与速效养分含量、土壤酶活性及年际间玉米产量的变化。结果表明，与NPK处理相比，NPK+NF和NPK+ZF处理显著增加了0~20 cm土层土壤有机碳含量，增幅为11.5%，11.1%；化肥配施有机肥处理显著增加了0~20 cm土层活性有机碳含量，增幅为18.3%~39.2%；NPK+NF、NPK+JF和NPK+ZF处理显著增加了0~20 cm土层速效磷和速效钾的含量，增幅分别为1.19~3.02倍，14.0%~19.6%。NPK+ST、NPK+NF和NPK+ZF处理显著增加了0~20 cm，20~40 cm土层土壤纤维素酶活性，增幅分别为15.7%~29.3%，19.4%~41.7%；NPK+JF和NPK+ZF显著增加了0~20 cm土层土壤脲酶活性，增幅分别为16.0%，12.1%；化肥配施有机肥处理显著增加了0~20 cm，20~40 cm蔗糖酶活性和磷酸酶活性，蔗糖酶活性增幅为47.3%~126.0%，19.0%~31.4%，磷酸酶活性以NPK+ZF处理增加最突出。5 a间，化肥配施有机肥处理玉米平均产量较NPK处理增加4.82%~11.70%，以NPK+ZF处理增幅最高。因此，有机肥还田可有效改善黑土耕层土壤有机碳水平、养分供应能力及酶活性，随之玉米产量得以提升。

为明确玉米大斑病菌StRTG2基因功能以及其在病菌不同发育时期的表达模式。利用酵母ScRTG2基因编码的氨基酸序列进行BlastP，在玉米大斑病菌中得到了其同源基因序列，将其命名为StRTG2；分别以玉米大斑病菌野生型01-23的全基因组DNA及cDNA为模板，对该基因进行克隆；利用生物信息学技术对该基因编码的蛋白StRtg2进行理化性质分析、结构域预测、亚细胞定位预测；利用MEGA 7.0对Rtg2进行进化关系分析；扩增目的片段的ORF序列，构建该基因原核表达载体，通过转化大肠杆菌BL21后，使用IPTG进行诱导表达；最后利用RNA-Seq数据库分析StRTG2基因在玉米大斑病菌关键生长发育时期（菌丝、分生孢子、芽管、附着胞和侵入钉）的表达模式。主要研究结果如下：克隆了该基因发现其长度为1 695 bp，不含有内含子；该基因编码的蛋白由564个氨基酸组成，理论等电点值（pI）是6.96，具有典型的Ppx-Gppa保守结构域，亚细胞定位预测结果显示，该蛋白在细胞各部位均有分布，分布于细胞质中的可能性最大；对该蛋白进行进化关系分析表明，玉米大斑病菌StRtg2蛋白与番茄匍柄霉菌中同源蛋白的同源性最高，其次是酿酒酵母；原核表达该基因，SDS-PAGE胶显示该蛋白的大小约为62 ku，与预期大小相符；表达模式分析发现，该基因在病菌发育的5个时期均有表达，其中芽管和侵入钉时期表达量显著降低。为进一步解析StRTG2基因的功能研究奠定基础。

为系统研究半干旱区玉米应对不同栽培模式的生理响应机制，为吉林省西部半干旱区玉米种植提供有效的栽培模式。采用大田试验的方式，设置对照模式（CK）、农户习惯模式（T1）和优化栽培模式（T2）3种栽培模式，研究栽培模式对玉米产量、生长发育、叶片生理特性及资源利用效率的影响。结果表明，与CK和T1处理相比，T2处理玉米在成熟期（R6）期的干物质积累显著增加（P<0.05），叶面积指数（LAI）在R3与R6期显著增加（P<0.05）。T1与T2处理的株高间无显著差异（P>0.05），但T2处理的株高均高于T1处理。与CK和T1处理相比，T2处理的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和表观叶肉导度（AMC）在R1与R3期均显著增加（P<0.05），气孔限制值（Ls）在R3期显著下降（P<0.05），光系统Ⅱ的最大光合效率（Fv/Fm）、光系统Ⅱ的实际光合效率（ΦPS Ⅱ）、光化学淬灭系数（qP）和电子传递效率（ETR）在R3期均显著增加（P<0.05）。T2处理的谷氨酰胺合成酶（GS）活性在R3期均显著高于CK和T1处理（P<0.05），谷氨酸脱氢酶（GDH）活性均显著低于CK和T1处理（P<0.05）。T2处理玉米的产量、穗粒数、百粒质量、光能利用率、水分利用效率和肥料利用率均显著高于CK和T1处理（P<0.05）。采用优化栽培模式（T2处理），半干旱区玉米在产量、生长发育、资源利用效率、叶片生理特性和氮代谢酶活性方面均表现较佳，这种栽培模式相比传统的农户模式，更适合作为吉林省西部半干旱区玉米栽培的一种优化栽培模式进行推广应用。

为了提高华北地区土壤磷素有效性，减少化肥磷素的投入，开展了不同春油菜翻压对土壤供磷能力及对后茬玉米磷吸收影响的研究。结果表明，与春季闲田相比，翻压春油菜可以显著增加土壤磷素含量（P<0.05），提高土壤供磷能力。供试玉米品种中，中油肥1804、中油肥1901和中油肥1907的生物量较高、每公顷玉米含磷量也较大，翻压后土壤中全磷、速效磷、碱性磷酸酶含量均高于剩余其他试验品种（中油肥1、中油肥2、中油肥1802、中油肥1903、中油肥1904、中油肥1906）；翻压春油菜土壤后茬玉米百粒质量和产量均高于春季闲田，且中油肥1804（（44.60±1.89） g，（15 321.82±2 150.29） kg/hm²）、中油肥1901（（44.81±0.68） g，（15 634.70 ±1 201.92） kg/hm²）和中油肥1907（（43.69±1.78） g，（12 931.07±2 787.86） kg/hm²）处理玉米百粒质量和产量显著高于其他处理，因此，推选中油肥1804、中油肥1901和中油肥1907为华北地区适宜种植的春油菜品种。