旨在明确外源甜菜碱(GB)对高温干旱复合胁迫(TD)下玉米幼苗叶片抗氧化系统及光合系统的调控机制,为缓解作物极端环境胁迫提供理论依据。以先玉335为材料,于三叶一心期对叶片喷施用不同浓度(0,50,100,200,400 mmol/L)GB溶液,24 h后,通过人工气候箱模拟高温(昼/夜温度40 ℃/28 ℃)并利用20% PEG-6000诱导中度干旱构建复合胁迫环境,探讨GB对TD下玉米幼苗叶片抗氧化系统及光合作用的调控效应。结果表明,100 mmol/L GB显著促进植株生长,与TD处理相比,玉米株高、叶面积、茎叶及根系干质量分别增加27.48%,27.45%,28.33%,78.26%,根冠比提高14.91百分点。在胁迫后5 d,100 mmol/L GB显著增强了抗氧化酶活性,其中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性分别显著提升69.09%,69.02%,41.81%;同时,丙二醛(MDA)、超氧阴离子($\mathrm{O}^{\bar{.}}_{2}$)和过氧化氢(H₂O₂)含量分别降低21.92%,6.50%,25.33%。此外,可溶性糖(SS)和可溶性蛋白(SP)含量分别提升31.69%,18.98%。光合特性分析显示,GB可有效改善叶绿体基粒和基质类囊体的片层系统结构,从而显著提升复合胁迫下叶片的SPAD值,并减轻胁迫对光系统Ⅱ(PSⅡ)反应中心的损伤,具体表现为初始荧光(F0)降低,可变荧光(Fv)和最大荧光(Fm)提高。此外,通过缓解复合胁迫引起的气孔与非气孔限制,100 mmol/L GB处理显著提升了叶片的光合性能,使胁迫后5 d的净光合速率(Pn)增加24.14%。综上,高温干旱复合胁迫下,外源GB可通过提高抗氧化酶活性和细胞渗透调节能力来保护光合系统,从而缓解胁迫伤害并促进玉米幼苗生长。

阐明叶面肥不同施氮量对玉米氮素积累转运利用的影响。试验时间为2021—2022年,采用随机区组设计,以玉米品种利禾1号为研究对象,设置不施肥处理(CK)、常规根部施肥处理(CF)、叶面减氮20%处理(LF1)、叶面常规施氮处理(LF2)、叶面增氮20%处理(LF3),分析叶面氮肥不同施用量与不施肥及常规根部施肥对玉米氮素积累转运利用的差异。结果表明,玉米茎氮素积累量和叶氮素积累量随生育期的推进呈先升高后降低的趋势,于抽雄吐丝期达到最大值。单株氮素积累量随生育期的推进逐渐升高,于成熟期达到最大值,LF2处理的单株氮素积累量最高。吐丝期前叶片中氮素分配占比最高,吐丝期后籽粒氮素分配占比逐渐升高,于成熟期达到峰值;CK的籽粒氮素积累占比最低,2021年LF1处理的籽粒氮素分配占比最高,2022年LF3处理的籽粒氮素分配占比最高。氮素转运率和氮素转运对籽粒的贡献率随施氮量的增加先升高后降低,氮素收获指数、氮素利用率随施氮量的增加而降低;2021,2022年LF1处理、LF2处理、LF3处理的氮素利用效率均高于CF处理,且LF1处理的氮素利用率最高。2 a叶面施氮处理的氮素吸收效率均高于CF处理。各处理的穗长、穗粗、穗行数无显著差异,CK的秃尖长最长,各施氮处理的行粒数和百粒质量均大于CK,CF处理的生物产量最高,LF1处理的籽粒产量和收获指数最高,各处理的籽粒产量显著高于CK,收获指数随施氮量的增加而降低。因此,在内蒙古中西部地区玉米以LF1叶面施氮处理下能获得较好的生长效果。

为了明确氮肥减量后移对黄淮海平原麦-玉两熟体系生产力的调控效应,于2020年6月至2023年6月在山东省农业科学院济南济阳试验基地设置夏玉米、冬小麦周年氮肥试验,分析了传统农户处理(F₄₀₀,周年施氮400 kg/hm²)、周年减氮10%(FN)、周年减氮20%(FH)、周年减氮30%(FL)4种氮肥处理对麦-玉两熟体系籽粒产量、地上部氮素积累特性、氮肥利用效率、收获后0~200 cm 土层土壤硝态氮积累特性的影响,为进一步优化黄淮海平原施氮制度提供依据。结果表明,氮肥后移提高了氮肥减量条件下夏玉米、冬小麦和周年总产,与F₄₀₀和FN处理相比,FL处理3 a均值分别显著提高9.2%~18.1%,13.5%~20.5%,11.1%~19.1%。氮肥后移量改善了麦-玉两熟体系各生育阶段地上部植株氮素积累强度,促进了地上部植株氮素的积累,3 a均值夏玉米季吐丝和成熟期植株氮素积累量FL较F₄₀₀、FN、FH分别显著提高5.7%~12.3%,5.0%~12.8%,籽粒氮素积累量显著提高8.2%~17.2%;冬小麦季,拔节、开花和成熟期FL与FH处理连续3 a地上部氮素积累量显著高于F₄₀₀和FN处理,3 a均值分别提高23.4%~28.1%,20.7%~26.3%,12.6%~20.8%,籽粒氮素积累量FL较F₄₀₀、FN和FH处理分别显著提高16.4%,15.0%和5.8%。优化施氮制度能够改善麦-玉两熟体系氮肥利用效率,其中,夏玉米和冬小麦氮肥吸收效率3 a均值FL较F₄₀₀、FN、FH处理分别显著提高4.8%~57.7%,32.0%~72.4%;氮肥偏生产力夏玉米FL较F₄₀₀和FN处理分别显著提高68.8%,40.4%,冬小麦季FL较F₄₀₀、FN和FH显著提高38.4%~71.8%。4种施氮处理下夏玉米、冬小麦收获后0~40 cm土层均具有较高的土壤硝态氮富集,其中夏玉米3 a均值分别占0~200 cm土层总积累量的40.0%,38.9%,44.9%,42.5%,冬小麦分别占37.3%,36.9%,46.7%,38.3%;随着种植年限的增加,夏玉米和冬小麦收获后传统农户处理(F₄₀₀)和周年减氮10%(FN)处理0~200 cm土层土壤硝态氮较试验起始时均出现了累积效应,而FL和FH施氮处理下实现了土壤硝态氮残留的相对平衡。可见,周年减氮 30%处理下通过增加氮肥后移量,改善了植株氮素积累特性,实现了夏玉米、冬小麦籽粒产量和氮素利用效率的协同提高,是实现黄淮海平原麦-玉两熟体系籽粒高产、氮肥高效和环境友好的较优施氮制度。

干旱胁迫对玉米生长发育造成严重影响,从而导致玉米产量降低。紫色酸性磷酸酶是一种参与植物多种生理生化功能的磷脂酶蛋白,为进一步深入研究紫色酸性磷酸酶家族基因在玉米抗逆过程中的作用,探究了ZmPAP26b基因在干旱胁迫下响应模式,利用实时荧光定量分析模拟干旱条件下不同玉米自交系中的基因相对表达量;从玉米中克隆ZmPAP26b(GenBank:NC_050104.1),并对玉米、拟南芥、水稻、小麦、高粱和二穗短柄草中的PAP基因进行鉴定和生物信息学分析;同时构建原核过表达菌株进行功能验证。结果表明,干旱胁迫下该基因在耐旱材料中表达量下降,干旱敏感材料中表达量上升。该基因CDS全长1 431 bp,编码476个氨基酸。在6个物种中共发现228个PAP基因,系统发育分析发现,共分成4个亚家族。玉米中的19个PAP基因分布在9条染色体上并且具有相似的保守结构域,启动子顺式作用元件分析显示含有响应干旱和激素等元件。原核表达试验发现,含有重组质粒pET28a-ZmPAP26b的菌株在10%PEG-6000和15%PEG-6000模拟干旱胁迫下的生长与空载菌株都受到了抑制。综上所述,推测ZmPAP26b在干旱胁迫下呈负调控模式。

为明晰缓释氮肥不同施用量下玉米光合日变化特征及生长发育规律,利用光响应曲线拟合,以期为农牧交错区春玉米丰产栽培和氮肥高效利用提供理论依据。以广德5号为研究对象,在2018年长期定位试验基础上,于2019,2020年分别测定分析了玉米抽雄—吐丝期穗位叶在N 0(N0,CK),120(N8),180(N12),240 (N16),300(N20),360(N24) kg/hm² 6个氮肥梯度下的SPAD值、胞间二氧化碳浓度、气孔导度、净光合速率、蒸腾速率日变化、光响应曲线及干物质积累规律。2 a结果表明,随着氮肥施用量的增加,玉米穗位叶SPAD值和净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化呈先增加后降低的趋势,均以N16处理最高,且胞间二氧化碳浓度最低。净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化均呈单峰曲线变化趋势。光响应曲线拟合分析得出,N16处理的最大净光合速率最高,2019,2020年N16处理分别比N0、N8、N12、N20、N24处理提高37.48%,29.51%,31.85%,18.17%,37.32%和80.04%,59.73%,50.30%,6.42%,62.51%。全株干物质及穗部干物质积累与最大净光合速率、SPAD值呈极显著正相关。综合分析得出,内蒙古西部地区最适宜的氮肥施用量为240 kg/hm²。

生长素响应因子(ARF)是一类具有B3结构域的转录因子,是调节生长素应答反应、控制基因表达的直接分子。前期通过分析转录组数据,在玉米中筛选到1个编码ARF蛋白并积极参与干旱-复水胁迫响应的基因ZmARF10。为进一步研究该基因调控玉米抗旱性的分子机制及抗旱分子育种提供新的思路,首先通过系列生物信息学分析软件对该基因进行生物信息学分析,之后利用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测ZmARF10在玉米不同组织中的表达模式,分析在高温、干旱、高盐、ABA胁迫和解除胁迫处理下的表达情况,以及在不同玉米自交系间的表达差异,最后利用CRISPR/Cas9技术分析ZmARF10的功能。结果表明,ZmARF10位于玉米的第3号染色体,编码区全长2 127 bp,编码708个氨基酸,具有典型的B3结构域;该基因ATG上游2 kb区域内含有茉莉酸甲酯、生长素、脱落酸、低温响应等应答元件;系统发育树显示,ZmARF10基因编码的蛋白质与高粱同源蛋白的亲缘关系最近。qRT-PCR结果表明,ZmARF10是组成型表达基因,在玉米成熟根中的表达量最高;在高温、干旱、高盐以及ABA 等4种胁迫处理下,ZmARF10基因的表达量均显著上调,干旱胁迫后上调倍数最高达8.2倍;干旱胁迫后,ZmARF10基因在抗旱自交系郑36中的表达量上升幅度显著高于干旱敏感自交系B73。观察拟南芥野生型与ARF10缺失型突变体发现,与野生型相比,干旱条件下突变体植株出现叶片萎蔫甚至干死的现象,根系发生卷曲,根系分支数减少,侧根生长发育受阻;测定生理生化指标发现,干旱胁迫后缺失型突变体的相对含水量、叶绿素含量、净光合速率显著低于野生型植株,说明敲除ARF10基因后拟南芥抗旱能力下降。

IQM基因家族是Ca²⁺不依赖型钙调素结合蛋白中的重要成员,在植物生长发育以及多种胁迫反应中发挥着重要作用。为了研究玉米IQM基因家族的特征及潜在功能,采用生物信息学的方法在玉米全基因组中鉴定IQM基因,并对其蛋白性质、系统进化关系、基因结构、染色体位置、基因复制、顺式作用元件、组织特异性表达和多种胁迫下表达模式进行研究。结果表明,在玉米全基因组中共鉴定出11个ZmIQMs基因,根据其在染色体上的位置,将其命名为ZmIQM1~ZmIQM11。ZmIQMs基因分为3个亚家族,亚家族内部基因结构具有相似性,片段复制在玉米IQM基因家族扩增和进化中发挥主要作用。顺式作用元件分析发现,ZmIQMs基因启动子区含有多个与激素和胁迫响应相关的元件。对ZmIQMs基因的表达模式进行研究,发现ZmIQMs基因在不同组织中的表达模式不同,在不同非生物和生物胁迫下,多个ZmIQMs基因表达量发生变化。qRT-PCR结果显示,在干旱胁迫下,ZmIQM3、ZmIQM4和ZmIQM10上调表达;ZmIQM3、ZmIQM4、ZmIQM5、ZmIQM10和ZmIQM11响应小斑病病原菌的侵染。以上结果表明,ZmIQMs基因在胁迫响应中发挥着重要作用。

旨在基于代谢组与转录组联合分析,阐明不同颜色鲜食玉米籽粒花青素的组分差异及其分子调控机制,为彩色鲜食玉米分子育种提供候选基因与理论依据。以白色WN2000、黄色HN、彩色CN1和黑色HTN188为材料,综合采用代谢组学鉴定花青素相关代谢物并筛选差异代谢物,结合转录组测序获得差异表达基因(DEGs),通过GO注释与KEGG通路富集解析代谢—基因关联,并在花青素生物合成通路中挖掘关键结构基因与转录调控因子。结果表明,代谢组共鉴定49种花青素类代谢物,HTN188中矢车菊素、芍药素和天竺葵素等主要花青素显著积累,表现出更强的色素沉积特征。转录组共获得12 557个DEGs,其中F3H、DFR、UFGT等结构基因及MYB、bHLH等转录因子在高花青素品种中显著上调。相关性分析显示,基因Zm00001d011438的表达量与总花色素苷含量呈显著正相关,提示其可能在籽粒花青素积累中发挥关键作用。综上,基于代谢组与转录组联合分析,描述了不同颜色鲜食玉米籽粒花青素组成及相关基因表达差异,筛选出与花青素生物合成通路相关的结构基因、转录因子及候选基因Zm00001d011438,为后续功能验证与遗传改良研究提供参考。

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。

为深入解析调控超甜玉米秸秆蛋白质含量的遗传基础,基于玉米56K基因芯片,采用BLINK模型定位控制超甜玉米秸秆蛋白质含量的主要SNP位点及预测候选基因。结果表明:在超甜玉米收获期,其秸秆蛋白质含量为12.63~30.29 g/kg,平均值为20.76 g/kg,呈正态分布;GWAS共关联定位到调控超甜玉米秸秆蛋白质含量6个显著SNP位点,这些位点分布于第1,4和6号染色体上,其贡献率为10.07%~18.17%,其中位于6号染色体的Affx-115330268的贡献率最高。在显著关联位点上下游200 kb的置信区间内,共检测到184个候选基因,其中已注释基因34个,占比为18.48%;通过GO功能注释和KEGG通路富集分析,候选基因主要参与生物调节、细胞过程、催化活性等生物过程,并富集于类固醇生物合成、色氨酸代谢、光合作用-天线蛋白等通路。基于文献查找比对发现,6个(GRMZM2G141473、GRMZM2G007854、GRMZM2G111319、 GRMZM2G121024、 GRMZM2G010353、 GRMZM2G049547)调控超甜玉米秸秆蛋白质的关键基因,其主要参与蛋白质和酶合成等途径。

为研究植物生长调节剂对春玉米冠层-根系的协同调控特性,进一步揭示植株抗倒机理,于2021—2022年以玉米品种迪卡159和先玉335为试验材料,在75 000,90 000株/hm² 2个种植密度下,设置植物生长调节剂处理(PGR)和清水对照(CK),分析比较了不同处理下的冠层结构、茎秆基部节间性状、根系形态特征和伤流液理化指标。结果显示,PGR对玉米冠层和根系均有调控作用。PGR处理后,植株株高、穗位高和重心高度降低,穗位以上叶片叶倾角增大,植株穗位层无截取散射(DIFN)平均增加23.59%,穗下层DIFN平均增加18.60%,基部节间茎秆质量显著提高。同时PGR处理下0~40 cm土层根条数、根长和根系干质量增加,地表以下10 cm处的根幅增大,根系伤流量和养分流量增加,根系形态和运输能力明显优化。伤流液中CTK和IAA的流量增加,GA的流量减少。PGR通过对冠层-根系的协同调控,有效地减少了茎折和根倒的发生,玉米的田间倒伏率从13.43%降低到6.47%,玉米产量平均增加了16.10%,从而实现稳产高产。

为了揭示干旱半干旱区夏玉米品种对干旱胁迫的光合生理响应机制，以3个常用夏玉米品种（浚单20、津北288和迪卡667）为研究对象，分别对其实施不同程度的干旱胁迫处理（对照CK，轻度胁迫LD和重度胁迫HD），利用便携式光合作用系统Li-6400测定了叶片净光合速率-光合有效辐射强度响应（Pn-PAR）和净光合速率-细胞间隙二氧化碳浓度响应（A-Ci），并利用便携调制叶绿素荧光仪MINI-PAM测定了叶绿素荧光参数对光合有效辐射强度的响应。结果发现：3个玉米品种，Pn与气孔导度（Gs）随光合有效辐射强度增加的变化规律相似，干旱胁迫程度的增加，Pn-Gs响应关系左移；无论何种处理，Pn下降的同时Ci值不变或升高；重度胁迫（HD）显著降低了3个品种的初始羧化效率（CE）和光合能力（Amax）；与对照相比，干旱胁迫（包括LD和HD）降低了浚单20和迪卡667 2个品种的非光化学淬灭系数（qN）和调节性能量耗散的量子产量（Y（NPQ））2个指标的响应，增大了非调节性能量耗散的量子产量（Y（NO））的响应值；仅在重度胁迫（HD）下，津北288的光化学淬灭系数（qP）降低；与对照相比，在轻度胁迫（LD）下，津北288的最大净光合速率（Pmax）和初始量子效率（AQY）有少许提高。相对于其他2个品种，津北288在轻度干旱胁迫条件下可降低qQ，增大Y（NO）来维持高的Pmax和AQY，这些结果不仅表明津北288具有较强的干旱胁迫耐受性，且能为作物耐旱性品系的筛选提供技术参考。

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。

前期转录组学分析发现,ZmRAV1为玉米响应干旱胁迫的候选基因,为了深入研究该基因的功能,克隆了ZmRAV1基因,应用生物信息学分析了ZmRAV1的编码序列,并在拟南芥中过表达该基因,通过干旱条件下过表达拟南芥株系表型、生理生化指标的测定验证其功能。结果表明:ZmRAV1基因全长1 176 bp,共编码389个氨基酸,二级结构中无规则卷曲占比最多,是一种不含信号肽、非跨膜的亲水性蛋白。亚细胞定位显示,该基因编码蛋白位于细胞核。ZmRAV1基因在不同物种间具有较高的保守性。从系统发育树上看,ZmRAV1与五节芒同源基因亲缘关系最强,同源性较高。干旱胁迫处理后,萌发期过表达拟南芥株系的根长显著高于野生型(WT)拟南芥,幼苗期野生型经过干旱胁迫后出现枯萎甚至死亡,存活率低于过表达株系,且干旱处理后ZmRAV1过表达株系过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性均高于野生型,表明过表达ZmRAV1基因可提高拟南芥对干旱胁迫的抗性。综上所述,通过ZmRAV1基因编码序列的生物信息学分析以及转基因拟南芥株系的生理生化指标测定明确了ZmRAV1在响应干旱胁迫的过程中发挥正向调控的作用。

为明确大兴安岭沿麓黑土区秸秆还田条件下不同耕作方式对土壤水分动态变化规律及玉米产量的影响,基于连续6 a耕作定位试验,分析秸秆全量粉碎深翻还田(SCD)、秸秆全量粉碎深松浅翻还田(SSS)、秸秆全量粉碎深松还田(SCS)、秸秆全量粉碎重耙还田(SCR)、秸秆全量粉碎旋耕还田(STR)、秸秆全量粉碎免耕还田(NTS)、秸秆不还田常规耕作(CK)7种耕作方式对2022年和2023年玉米不同生育时期0~60 cm土层土壤水分特征、耗水量、水分利用效率及玉米农艺性状和产量影响的差异。结果表明,2022年和2023年土壤质量含水率呈双峰型变化。0~10 cm土层土壤质量含水率显著高于CK,NTS处理在多个时期土壤质量含水率最高;10~20 cm土层中,SSS、NTS处理拔节期土壤质量含水率低于CK;20~40 cm和40~60 cm土层中,各处理土壤质量含水率较CK均有提升。2022年和2023年,不同生育期除NTS处理外,各处理玉米株高显著高于CK;成熟期SCD处理玉米株高最高,NTS处理最矮。各处理玉米苗期叶面积指数差异较小,拔节期后STR处理叶面积指数最大,大喇叭口期各处理叶面积指数均显著高于NTS处理。除SCS、NTS处理外,各处理干物质积累量均显著高于CK,成熟期SCD处理干物质积累量最高,NTS处理最低。与CK相比,各处理均可提高玉米产量和水分利用效率,但SCD处理显著高于CK。综合各指标分析,大兴安岭沿麓黑土区秸秆全量粉碎深翻还田和秸秆全量粉碎深松浅翻还田2种耕作方式有利于改善土壤结构、提升玉米产量和水分利用效率。

明确滴灌水肥一体化条件下施磷量对新疆密植高产玉米生长、产量形成和磷肥利用率的影响机制,以期为新疆玉米高产稳产和化肥减量增效绿色可持续提供理论依据。试验于2023—2024年在新疆奇台农场玉米高产示范基地开展,在滴灌水肥一体化条件下设置不施磷肥(P₀)、纯磷60 kg/hm²(P₆₀)、 90 kg/hm²(P₉₀)、120 kg/hm²(P₁₂₀)、150 kg/hm²(P₁₅₀)和180 kg/hm²(P₁₈₀,CK)6个施磷水平,分析了密植滴灌水肥一体化玉米的叶面积指数(LAI)、光合势(LAD)、干物质积累、收获指数(HI)、穗部性状、产量及产量构成的变化,明确了施磷量对新疆密植滴灌玉米产量和磷肥利用率的影响。结果表明,在滴灌水肥一体化分次施磷条件下,2 a玉米产量随施磷量的增加均呈先增加后趋于平稳的趋势,在P₁₂₀处理时产量达到最大(18.79~20.94 t/hm²)。施磷量可显著影响玉米的千粒质量和穗粒数。施磷量主要影响了玉米果穗秃尖的长度,与P₁₅₀、P₁₈₀处理比较果穗秃尖长差异不显著。玉米关键生育期的LAI随磷肥用量的增加表现出先上升后平稳的变化趋势,其中吐丝期P₁₂₀处理下玉米的LAI最大为7.56~7.81,与P₁₅₀、P₁₈₀处理比较LAI差异不显著,与P₁₂₀处理相比,P₀处理显著降低了21.54%。此外,P₁₂₀处理的玉米花前、花后干物质累积量与P₁₅₀、P₁₈₀处理比较差异不显著,较P₀分别提高了37.91%,93.88%。综上所述,滴灌水肥一体化分次施磷显著影响了密植滴灌玉米的LAI、LAD、花前与花后干物质积累以及HI,缩短秃尖长度,提高了穗粒数和千粒质量进而提高玉米产量和磷肥利用效率,实现了玉米产量和磷肥利用效率的协同提高。

为了研究花粉致死基因ZmAA1的功能,进而创制转ZmAA1基因玉米不育新材料。在GenBank中找到花粉致死基因ZmAA1及启动子Pg47,并在目的片段的上下游设计増加酶切位点,基因合成构建到克隆载体puc57上,采用传统酶切连接的方法构建了植物表达载体pCAMBIA3300-Pg47-ZmAA1-35S-bar,并利用农杆菌介导法转化优良玉米自交系郑58萌动胚。成功构建植物表达载体pCAMBIA3300-Pg47-ZmAA1-35S-bar;共获得94株除草剂抗性植株,其中47株目的片段PCR呈阳性反应,对温室中表现为花粉败育的PCR阳性植株进行目的片段及筛选标记bar基因RT-PCR与蛋白免疫学试纸条检测,结果表明,花粉致死基因ZmAA1及启动子Pg47已经整合到玉米基因组并表达。

为探究牛粪源炭基有机肥替代部分化肥对夏玉米田N₂O排放的影响及其调控机制,于2023—2024年在河北省农林科学院粮油作物研究所堤上试验站开展大田小区试验。试验设置4种施肥处理:CF,常规施用氮磷钾化肥;COF1、COF2和COF3分别为牛粪源炭基有机肥等氮量替代15%,30%,45% CF处理中的化学氮肥量。研究分析了不同施肥模式对夏玉米田N₂O排放、植株氮素吸收、土壤理化性质、氮循环相关功能基因丰度及产量的影响。结果表明:(1)与CF相比,COF1、COF2与COF3处理N₂O累积排放量分别显著降低39.4%,42.5%,43.8%;COF1与COF2在减排的同时,植株氮素吸收量分别提高45.9%,24.5%,产量分别增加10.6%,11.7%;(2)COF1与COF2显著促进土壤水稳性团聚体(WSA)形成(分别较CF增加12.7%,16.5%),并降低反硝化关键功能基因(norB、norC、narH)丰度,同时增强硝酸盐异化还原成铵(DNRA)过程基因(napA、napB等)表达,促进土壤硝态氮与铵态氮积累;(3)COF1与COF2提高根系生物量及根-叶系统中硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶的活性,从而协同促进植株氮素吸收利用。相关分析进一步表明,土壤WSA形成与关键反硝化基因(norB/C、narH)丰度呈显著负相关,而与植株氮吸收、根系生物量及植株氮代谢酶活性呈显著正相关。综上,牛粪源炭基有机肥替代15%~30%化肥可通过促进水稳性土壤团聚体形成直接抑制反硝化过程并降低N₂O排放,同时通过增强植株氮素吸收能力与DNRA途径可与反硝化过程竞争底物硝态氮间接调控农田N₂O减排。

为探讨不同生化黄腐酸(BFA)用量对苏打盐碱土改良效果及玉米生长的影响机制,采用盆栽试验,以内蒙古自治区典型苏打盐碱土为供试土壤,玉米东单181为供试品种,设置4个BFA用量梯度(0 g/kg,CK;2 g/kg,FA2;4 g/kg,FA4;8 g/kg,FA8),研究不同BFA用量对土壤养分、微生物多样性、玉米耐盐性及生物量等指标的影响。结果表明,相较于CK处理,土壤pH值随BFA用量的增加而降低,土壤有效磷含量在施用BFA后出现显著提高,但FA2、FA4、FA8 这3种处理之间在播种后30,62,80 d差异不显著。 土壤含盐量随着BFA用量增加而提高,增幅为23.30%~89.32%。土壤交换性钾含量随BFA用量增加而提高,而交换性钙含量逐步下降。土壤中<0.053 mm的粉黏粒组分在FA2、FA4、FA8处理下,分别较CK处理降低了6.49,9.92,13.97百分点,0.053~0.250 mm团聚体比例分别增加了5.90,8.99,13.75百分点,0.250~2.000 mm粒径团聚体比例分别增加了0.55,0.87,0.21百分点,>2.000 mm粒径团聚体比例分别增加了0.04,0.06,0.01百分点。 土壤微生物多样性在施用BFA后较CK处理明显提高,但FA8处理低于FA4处理。玉米地上、地下部钠钾比在FA2、FA4处理下均小于CK,而FA8处理提高了玉米地上部钠钾比。FA2、FA4处理玉米在生长中后期生物量有显著增加,而FA8处理下生物量显著下降。综合来看,施用2 g/kg或4 g/kg生化黄腐酸对降低苏打盐碱土碱性,提高土壤有效磷含量,改善土壤结构,提高土壤微生物多样性和提高玉米耐盐性与生物量具有积极作用,超出此用量范围会显著提高土壤含盐量,抑制玉米生长。

为了提高玉米全生育期氮素利用率和玉米产量，为黑龙江地区玉米高产氮肥运筹模式提供参考，以玉米品种先玉335和天农9为试材，研究了相同施氮量下不同氮肥基追比（CK：空白对照；T1：50%基肥+50%开花肥；T2：30%基肥+40%拔节肥+30%开花肥；T3：20%基肥+60%拔节肥+20%开花肥；T4：10%基肥+60%拔节肥+30%开花肥）对玉米土壤无机氮含量变化、氮素平衡、不同生育时期氮素积累、氮素利用效率和玉米产量影响。结果表明，与对照组相比，T2、T3、T4有效提高了灌浆期-成熟期土壤耕层无机氮含量；对于氮素平衡，T2、T3、T4较T1处理显著降低了氮素表观损失量，其中T4氮素表观损失量最低。与T1相比，氮肥基追比T2、T3、T4显著提高了玉米开花期-成熟期氮积累量，其中灌浆期-成熟期氮积累量以T4处理最高；与T1相比，T2、T3、T4显著提高了玉米氮素吸收利用率、农学利用率和偏生产力，提高幅度依次为16.66%~22.47%，17.80%~35.76%，4.93%~9.90%（先玉335）和6.55%~24.46%，8.23%~36.94%，2.02%~5.44%（天农9）。氮肥基追比T2、T3、T4的产量显著高于传统施氮处理T1，其中T3的产量最高，较T1相比分别提高9.90%（先玉335）和8.86%（天农9）。综上所述，在本试验条件下，总施氮量210 kg/hm²时，20%基肥+60%拔节肥+20%开花肥为最佳氮肥基追比。

为明确玉米总叶片数与穗上叶片数的遗传特性,揭示其对玉米产量潜力、生物量积累及抗倒伏性的调控作用,开展控制玉米叶片数的 QTL 定位及基因挖掘的试验。利用SLAF-seq 技术对昌7-2和PHB1M及其138份F_2∶3家系进行高通量测序,结合60 000(E1),120 000(E2)株/hm² 2个种植密度处理下的叶片数表型数据进行QTL定位,并对定位结果进行基因挖掘。结果表明,分布在8号染色体上的2个总叶片数QTL为主效QTL,贡献率分别为 16.96%和23.08%,加性效应值为负值;3个穗上叶片数的QTL分布在2号和4号染色体,加性效应值为正值,分布在4号染色体的2个QTL为主效QTL,贡献率分别为10.18%和14.75%;总叶片数和穗上叶片数的QTL分布在不同染色体区域,可能受到相对独立的遗传调控。基因功能分析发现,筛选到的基因参与碳水化合物代谢和植物激素信号转导途径等,同时筛选到部分转录因子。本研究结果为进一步揭示玉米叶片数的遗传基础提供更丰富的理论支持,为分子标记辅助育种提供靶点。

为潮土中硝态氮和铵态氮的运移、积累特征及其与夏玉米产量之间的关系,以始于1978年的莱阳长期定位施肥试验为基础,在2014,2015年夏玉米收获后,分别测定0~20,20~40,40~60,60~80,80~100 cm土层硝态氮、铵态氮含量,并计算0~100 cm不同土层硝态氮、铵态氮积累量及夏玉米产量。结果表明:施用有机肥或化学氮肥均能提高土壤硝态氮或铵态氮含量及其积累量;在0~100 cm土层中各处理硝态氮的垂直迁移趋势不同,而铵态氮的垂直迁移趋势基本一致;与化肥相比,施用有机肥可滞缓硝态氮向土壤深层淋溶,但两者对铵态氮向土壤深层迁移趋势的影响不明显;长期施用有机肥、氮肥对硝态氮、铵态氮积累量的影响均达极显著水平,且对土壤硝态氮积累量存在极显著的交互效应;与长期不施肥M₀N₀(CK)相比,施肥处理(M₀N₁、M₀N₂、M₁N₀、M₁N₁、M₁N₂、M₂N₀、M₂N₁、M₂N₂)硝态氮积累量、铵态氮积累量分别显著增加112%~396%和69%~259%(P<0.05);在0~20,0~40,0~60,0~80,0~100 cm各土层中,硝态氮、铵态氮积累量与夏玉米产量具有不同线性关系。研究表明,合理的有机无机肥配施可以降低土壤硝态氮、铵态氮淋溶及其积累,从而有利于提高作物产量,维持农田土壤生态系统的稳定性,促进农业可持续发展并保护地下水源。

为确定不同边行优势玉米品种与大豆复合种植的优势带型,在河南省许昌市建安区和周口市商水县2个不同生态区开展试验,以前期筛选出的边行优势强的玉米品种MC121和登海3206(DH3206)、边行优势弱的玉米品种豪玉16(HY16)和MY73,及大豆品种金豆99(JD99)为试验材料,设置大豆玉米6∶4(6S4M)和4∶2(4S2M)2种带型模式,以单作大豆(CKS)及玉米(CKM)为对照,研究边行优势不同的玉米品种在不同带型模式下各行植株农艺性状、单株干质量、产量及其构成因素的变化,比较土地当量比(LER)的差异。结果表明,两生态区4个玉米品种在2种带型配置构成的16个处理中,12个处理的LER大于1,玉米品种HY16和MY73在各试验点各带型配置下的LER均大于1。边行优势强的品种MC121和DH3206的LER在4S2M带型配置下高于6S4M带型配置,边行优势弱的品种HY16的LER在6S4M带型配置下高于4S2M,而MY73相反。在两试验点6S4M模式下,边行优势强的玉米品种DH3206,茎粗、冠层透光率、穗位叶和穗下叶的叶绿素a和叶绿素b含量随边行增加而降低;MC121底层透光率、穗位叶和穗下叶的叶绿素b含量随边行增加而降低。建安区和商水县两试验点边行优势强的玉米品种MC121、DH3206边2行产量较边1行分别降低23.71%,27.00%和20.03%,9.05%,边2行单株干质量较边1行分别显著下降15.87%,19.93%和13.82%,24.56%;边行优势弱的玉米品种边1行产量及单株干质量与边2行均无显著差异。综上,相同带型配置下边行优势弱的品种LER均值高于边行优势强的品种,复合种植中玉米产量与单作的差异受玉米品种类型影响较大。筛选和搭配适宜玉米品种对提升大豆玉米带状复合种植产量和效益至关重要。

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。

探究养分专家（NE）管理对小麦玉米轮作体系氮肥利用率和土壤有机碳固存的影响，可为小麦玉米轮作体系培肥增效提供理论基础。2009年开始在华北小麦玉米轮作体系中设置不同管理模式定位试验，将NE管理与农民习惯（FP）管理进行对比，通过9 a田间试验，对不同管理模式下作物产量、氮肥利用率、土壤有机碳含量、固碳速率及固碳效率进行测定和计算，解析长期NE管理在小麦玉米轮作体系中的优越性。结果表明：与FP管理相比，长期NE管理降低了氮肥施用量，但小麦和玉米籽粒产量均无显著差异。NE管理玉米平均氮素累积回收率、农学效率、偏生产力分别较FP管理提高7.4百分点，39.7%，28.4%；小麦分别提高8.0百分点，28.9%，32.8%。9 a后NE管理与FP管理表层土壤有机碳含量均有所提高，但NE管理较FP增长较快，NE处理0~5 cm，5~10 cm，10~20 cm土壤有机质含量年增长速率分别为0.28，0.27，0.34 g/（kg·a），较FP年增长速率提高7.7%，68.8%，126.7%。NE和FP处理秸秆还田年均碳投入量分别为8.5，8.7 t/（hm²·a），固碳速率分别为1.35，0.68 t/（hm²·a），固碳效率分别为18.6%，0.4%（处理间差异显著）。养分专家管理可提高氮肥利用率，增加土壤有机碳固存，长期养分专家管理是小麦玉米轮作体系减肥增效、土壤有机碳库提升的重要措施之一，可保障该体系粮食高产稳产，助力其绿色发展。

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。

为探究不同解磷细菌组合接种的解磷效果及其对玉米生长和磷素吸收的影响,以3株分类地位和解磷能力均存在差异的菌株-弗雷德里克斯堡假单胞菌P4-5、水稻节杆菌P5-41和阿氏芽孢杆菌P3-50为研究对象,以不接种处理为空白对照(CK),设置单接种P4-5(Pf)、单接种P5-41(Ao)、单接种P3-50(Ba)、双接种P4-5和P5-41(Pf×Ao)、双接种P4-5和P3-50(Pf×Ba)、双接种P5-41和P3-50(Ao×Ba)、组合接种P4-5、P5-41和P3-50(Pf×Ao×Ba)处理,利用盆栽试验分析不同接种处理对玉米根系形态、地上部生长、磷素吸收及菌株吲哚乙酸(IAA)分泌能力的影响。结果表明,与CK相比,接种解磷细菌均可显著提高玉米茎粗、叶片SPAD值、地上部生物量、吸磷量,同时也显著激活了根际碱性磷酸酶活性(单接种Pf和Ba处理除外),降低了土壤有效磷含量(单接种Ba处理除外)。其中,组合接种Pf×Ao×Ba处理整体表现最优,能够分泌高浓度的IAA,优化玉米根系形态(增加根长、体积、表面积及根尖数),还能显著提高根际碱性磷酸酶活性,促进土壤有机磷矿化,进而高效促进玉米生长和磷素吸收。综上,复合接种Pf×Ao×Ba处理可通过分泌IAA优化玉米根系形态(增加根系长度、体积、表面积及根尖数),提升碱性磷酸酶活性有效活化土壤有机磷的双重机制,显著促进玉米生长并改善磷营养状况。

为进一步了解光合作用关键基因的作用,获得了玉米光合作用暗反应限速酶编码基因ZmC₄NADP-ME的功能缺失突变体(zmC₄nadp-me)。通过构建不同物种同源基因的进化树,表明ZmC₄NADP-ME及其同源基因在大多数植物中都是以多拷贝的形式存在,且不同同源基因间的表达模式不同。对zmC₄nadp-me的表型分析发现,与野生型相比,zmC₄nadp-me整株呈黄绿色,光照条件下,苗期叶片很快干枯死亡。对zmC₄nadp-me叶片的叶绿素荧光分析发现,Y(Ⅱ)及电子传递速率ETR(Ⅱ)显著降低,Y(NPQ)变化较小;但Y(NO)值显著升高;对zmC₄nadp-me的PS Ⅰ吸收能力(P700)进行测定后发现,zmC₄nadp-me电子传递速率ETR(Ⅰ)和实际光电子效率Y(Ⅰ)均出现了大幅下降,并且伴随着光照强度的增强,差距越来越显著;光照强度小于870 μmol/(m²·s)时,zmC₄nadp-me的Y(ND)大于对照,当光照强度大于227 μmol/(m²·s),zmC₄nadp-me的Y(NA)也开始逐渐大于WT。以上结果表明,ZmC₄NADP-ME对植物生长发育是必需的,当该基因被破坏后,PSⅡ遭到了严重胁迫,而且在任何光照强度下,植株都无法通过提高Y(NPQ)来缓解这种抑制。同时,说明当光照低于一定强度时,来自PSⅠ电子供体侧的抑制可能是造成PSⅠ抑制的原因之一,而随着光照的增强,PSⅠ电子受体侧的抑制逐渐成为抑制PSⅠ的重要因素。

为了探明玉米重要自交系花粒期高温胁迫下转录组基因的表达差异，发掘玉米响应高温胁迫的关键基因和蛋白质，明确高温胁迫引起玉米减产的机理，从而利用分子生物学技术手段提高玉米耐高温胁迫性。首先，利用Ampha^TM Z30花粉活性分析仪检测高温胁迫和正常生长条件下玉米自交系昌7-2、郑58的花粉活性。然后收集花粉提取总RNA，利用Illumina Hiseq2000^TM高通量测序技术分别对昌7-2、郑58花粒期高温胁迫材料和正常生长条件下的对照材料进行全转录组测序，序列结果分析后获得差异显著表达基因。通过差异基因维恩图（VENN图）重叠区域分析、GO功能分类和富集统计、KEGG pathway通路分类和富集分析以及转录因子分析，获得玉米花粒期高温胁迫相关的重要差异表达基因和蛋白质。花粉活性检测结果显示，高温胁迫后和正常生长条件下，昌7-2花粉活性分别为24.37%，42.89%，郑58花粉活性分别为35.57%，64.83%。高温胁迫后在昌7-2花粉转录组中共检测到4 176个显著差异表达基因，郑58花粉转录组中共检测到5 487个显著差异表达基因。KEGG pathway通路分类和富集分析结果显示，高温胁迫后郑58的花粉转录组中有2 062个差异表达基因富集到399个相关通路上，昌7-2的花粉转录组中有1 943个差异表达基因富集到352个相关通路上。转录因子分析结果表明，共获得55个转录因子家族，其中，有45个转录因子包含10个以上差异表达基因。研究表明，通过对玉米自交系花粒期高温胁迫后花粉转录组测序获得了大量的差异显著表达基因信息，昌7-2、郑58对高温胁迫响应机制存在明显差异，热激蛋白（Hsps）、热激转录因子（Hsfs）、生长素（IAA）基因和磷脂酰基醇-4，5-二磷酸基因家族（PIP₂）在响应玉米花粒期高温胁迫过程中起着重要作用。

为探究籽粒大小与播种深度对玉米出苗及幼苗生长的影响，确定西南丘陵地区夏玉米机播的适宜籽粒大小与播种深度。采用裂区试验设计，以正红505为试验材料，3个籽粒大小为主处理，3个播种深度（2，6，10 cm）为副处理，在大田干旱条件下调查了玉米的出苗率、幼苗素质、产量及产量构成。结果表明，大粒种比小粒种出苗率高，出苗后长势旺，干物质积累量增加，幼苗健壮，抗旱性增强，最终产量更高；浅播（2 cm）利于出苗，刚出苗时以6 cm播深的幼苗长势最好，之后10 cm播深的幼苗生长逐渐旺盛，至五叶期（大、中粒种）-七叶期（小粒种）时超过浅播处理，最终也表现出一定的增产效果。因此，在旱地、旱季玉米生产中，选较大粒播种，适当深播，可以有效地培育壮苗、提高植株抗旱性，达到保产增收的目的。

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。

以莱阳潮土区长期定位秸秆还田小麦-玉米轮作为研究对象，探讨秸秆还田条件下施用氮肥以及单施有机肥对小麦、玉米产量以及籽粒品质的影响。采用氨基酸组成分析法、半微量凯氏定氮法以及残余法，对不同秸秆还田施肥处理下籽粒品质做出分析，得出2季秸秆还田施氮肥（WCN）处理小麦、玉米籽粒粗脂肪含量较1季秸秆还田施氮肥（WN）处理显著提高5.72%和9.49%。秸秆所占比例越大越有利于提高籽粒粗脂肪含量。WCN处理小麦、玉米籽粒蛋白质含量较2季秸秆还田（WC）处理显著提高32.53%，72.44%，表明氮肥所占比例越大越有利于提高蛋白质含量。单施有机肥与2季秸秆还田施氮肥能显著提高小麦、玉米产量。不同秸秆还田处理对小麦籽粒赖氨酸、胱氨酸、丙氨酸影响较小，对玉米籽粒胱氨酸、谷氨酸、甘氨酸影响也较小，除天门冬氨酸、亮氨酸、缬氨酸、赖氨酸、胱氨酸、丙氨酸外，长期不同秸秆还田处理对其他氨基酸的影响趋势与氨基酸总量的变化规律类似。综上所述，在秸秆还田的基础上配施氮肥能够得到较高的产量，提高籽粒品质。

为了比较研究控失肥和普通化肥对夏玉米养分累积与生长发育的影响，于2014-2015年在河北农业大学辛集试验站进行了大田试验。采用玉米杂交种郑单958为试材，测定了不同时期玉米形态和生理性状及其养分吸收效率。结果表明：在施入相同养分含量（N 144 kg/hm²，P₂O₅ 72 kg/hm²，K₂O 72 kg/hm²）的控失肥和普通肥料后，玉米生长发育、干物质积累和营养元素累积量均发生了显著的变化，控失肥处理玉米产量显著高于普通肥料。与普通肥料相比，控失肥可提高玉米千粒质量、干物质和产量分别为12.3%，12.8%和6.9%；控失肥处理的器官营养元素含量高于对照肥料。控失肥处理提高了玉米灌浆期叶面积指数和光合强度。同时，控失肥处理增加了基部茎秆粗度和抗穿刺强度，抗倒伏性大为提高。控失肥作为一种新型肥料将对提高玉米产量、提高施肥效益和保护资源环境起到重要作用。

旨在研究华北地区小麦玉米轮作体系下,玉米秸秆还田在培肥地力、提高产能方面的作用,探寻秸秆最佳还田方式和适宜还田量。2021—2023年,在河北省曲周县,通过田间裂区试验,对比了玉米秸秆不同还田方式及用量对小麦生长发育、产量构成及土壤有机质含量的影响。主区设2个处理,分别为秸秆切段还田和秸秆粉碎还田;副区为秸秆还田量,4个水平,分别为当年玉米秸秆量的0,0.5,1.0,1.5倍。研究表明:与秸秆粉碎还田相比,2023年玉米秸秆切段还田小麦产量提高4.3%,穗数提高7.6%,收获指数提高1.4%,均达显著水平;小麦秸秆N含量高0.04百分点,差异显著;小麦地上部N、P吸收量分别显著提高10.8%,14.3%(2022年),但秸秆切段还田显著降低了小麦秸秆K含量,降低0.13百分点(2023年);切段还田能够明显促进小麦越冬前后生长,拔节期NDVI值提高11.9%(2022年);土壤pH值增加0.22个单位(2023年)。随着秸秆还田量的增加,小麦产量和拔节期NDVI值呈现先升后降的趋势,地上部小麦N、P、K吸收量呈现显著下降趋势,土壤有机质呈现持续显著增加趋势。综合小麦生长势和产量,秸秆切段处理适宜还田比例为58%~62%,粉碎处理适宜还田比率为29%~42%。在设置试验条件下,玉米秸秆切段还田在促进小麦生长、提高小麦产量等方面有明显优势;将58%~62%的玉米秸秆进行切段还田,可在小麦玉米轮作区域推广应用。

类受体激酶基因OsSIK1具有通过激活抗氧化系统，增强水稻对于干旱和盐胁迫抗性的作用。为了丰富可利用的作物抗旱基因，获得具有较高抗旱水平的玉米新种质，通过超声波辅助花粉介导法，将水稻类受体激酶基因OsSIK1导入玉米自交系郑58中，并对转化株进行卡那霉素筛选及T₁、T₂、T₃的PCR及Southern Blotting杂交等分子检测，获得转化植株并在T₃获得转基因纯合株系。对T₃转基因玉米和非转基因玉米对照以16.1%的PEG模拟水分胁迫进行抗旱性分析。结果表明，与对照相比，在水分胁迫处理下，转基因玉米株系叶片相对含水量提高了7.4%~19.8%，叶绿素含量提高了11.3%~106.9%，SOD活性上升45.8%~93.4%，而转基因玉米叶片的相对电导率下降了35.4%~58.1%，MDA含量下降了25.7%~50.4%，说明转OsSIK1基因玉米植株抗旱性得到提高，其中，5个转化株系与对照在抗旱性方面有显著差异，且生长状况明显优于对照。综上所述，研究最终获得5个转OsSIK1基因玉米株系，并证明导入水稻OsSIK1基因可以提高玉米植株的抗旱性。

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。

bZIP转录因子广泛存在于植物中,在调节植物生长发育和非生物胁迫应答中起着重要作用。为探究bZIP转录因子在玉米干旱胁迫响应中的功能,在玉米苗期干旱胁迫处理5 d和复水3 d时,利用转录组测序技术对转录因子基因的表达变化进行分析,筛选到一个响应干旱和复水处理的bZIP转录因子(ZmbZIP26),共表达网络分析发现,ZmbZIP26处于网络调节的核心节点位置。ZmbZIP26基因含有558 bp的开放阅读框,编码185个氨基酸,属于亲水性蛋白。蛋白质进化树及保守序列分析发现,ZmbZIP26蛋白与高粱和芒草同源蛋白的同源性较高,而且在同一氨基酸位置上的保守基序相同。启动子顺式作用元件分析表明,ATG上游2 000 bp区域内含有干旱响应元件、激素响应元件和光响应元件等。qRT-PCR分析发现,ZmbZIP26是组成型表达基因,在幼茎、雌穗和根中高表达,且ZmbZIP26基因积极响应干旱、高温、高盐、氮胁迫及恢复正常的过程,可能在植物的抗逆过程中发挥着重要作用。亚细胞定位分析发现,ZmbZIP26属于核蛋白,定位在细胞核上。蛋白质互作预测发现,ZmbZIP26可能与锌指蛋白、丝氨酸蛋白、钙依赖性蛋白、谷胱甘肽转移蛋白等互作构建了一张调控网络,协同调控玉米生长发育和胁迫应答过程。

为了探讨Mu转座子使玉米发生甜质突变的分子机理,利用Mu-AFLP方法分离Mutator转座子插入位点的侧翼序列,并根据侧翼序列的延伸设计一对特异性引物P1、P2,验证转座子插入的真实性,同时对插入位点所在的基因进行生物信息学分析。结果显示:侧翼序列长299 bp,插入位点位于第3染色体,该转座子的插入属于真实插入;突变基因全长5746 bp,共编码592个氨基酸;所编码蛋白的理论分子量为67.5 kDa,疏水性氨基酸含量为42.06%,具有10个跨膜结构域,属于亲水性内膜蛋白。该结果为更好地利用Mutator转座子创制甜玉米新种质奠定了基础,也对揭示玉米胚乳发育与淀粉合成机制具有重要意义。

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。

CorA/MRS2/MGT-型镁离子转运蛋白在维持植物镁离子平衡中具有重要作用。为探讨一个表达受缺镁胁迫诱导的玉米MRS2/MGT-型镁离子转运蛋白基因ZmMGT10在缺镁胁迫中的功能，构建了ZmMGT10的过表达载体并遗传转化拟南芥，获得了转基因拟南芥株系。同野生型拟南芥植株相比，过表达ZmMGT10增加了低镁胁迫生长下转基因植株的生物量、根长和叶绿素浓度。进一步研究表明，在低镁生长条件下，转基因植株的根和叶中积累的镁离子含量均明显高于野生型植株。此外，在低镁生长条件下，转基因植株根对镁离子的吸收能力明显强于野生型植株。结果表明，过表达ZmMGT10基因可以增强转基因拟南芥植株对低镁胁迫的抵抗。