玉米成熟期籽粒含水量(KMC,kernel moisture content)是影响玉米机械化粒收的关键因素,利用多位点全基因组关联分析(ML-GWAS,multi-locus genome-wide association study)挖掘与籽粒含水量相关性状显著关联的遗传位点,解析其遗传基础,可为适机收玉米品种的选育和遗传改良提供参考.本研究以205份玉米自交系为材料,在4个环境下测定成熟期籽粒、苞叶与穗轴的含水量,使用 mrMLM、FASTmrMLM、FASTmrEMMA、pLARmEB、pKWmEB 和 ISIS EM-BLASSO 6 种多位点关联分析方法结合分布于全基因组的76492个单核苷酸多态性位点(SNP,single nucleotide polymorphism)进行关联分析,挖掘其候选基因并进行基因注释.表型分析显示,205份材料的籽粒含水量相关性状的变异系数在10.47％～33.90％,广义遗传率在67.39％～81.24％.6种ML-GWAS方法共检测到26个、15个和23个SNP位点分别与籽粒含水量、苞叶含水量和穗轴含水量显著关联;其中3种及以上方法共同检测到14个显著关联SNP位点,表型贡献率(PVE,phenotypic variation explained)在1.13％～17.21％.6种方法中pLARmEB检测到的显著位点最多,FASTmrEMMA检测到的最少.基于3种及以上方法共同检测到且平均 PVE≥5％的显著 SNP 位点为 Chr1_9232728、Chr4_176596174、Chr8_57716249 和 Chr5_191021635,在这 4 个 SNP 位点上下游220 kb共挖掘到17个候选基因,主要富集到细胞解剖实体、新陈代谢过程和细胞进程与催化活性,推测这些基因通过调节细胞代谢与催化活性最终影响玉米籽粒、苞叶和穗轴的含水量.

黄淮海地区水资源紧缺以及氮肥不合理施用制约着小麦产量和水肥利用效率的协同提高.本研究采用两因素裂区设计,主区为3个灌溉水平:在小麦拔节期和开花期0～40 cm 土层土壤相对含水量均分别补灌至65％(W1)、75％(W2)和85％(W3);副区为4个施氮量:施纯氮0(N0)、150(N1)、180(N2)和210(N3)kg·hm-2,分析不同水氮运筹方式对小麦花后光合物质生产能力、籽粒产量和水氮利用效率的影响.结果表明:小麦产量随灌溉水平和施氮量的提高呈增加趋势,W2N2处理具有较高的籽粒产量,为9103.53 kg.hm-2;继续增加水氮投入对小麦产量无显著影响.在相同施氮量条件下,与W1相比,W2条件下小麦花后冠层光截获率、叶绿素相对含量和实际光化学效率分别平均提高了 4.5％～6.0％、19.7％～28.2％和7.5％～9.8％,与W3相比均无显著差异.同一灌溉水平下,N2处理花后干物质积累量较N0和N1处理分别平均增加80.1％～88.9％和16.7％～22.2％,与N3处理间无显著差异.小麦灌溉水利用效率和氮肥偏生产力均表现为随灌溉水平和施氮量的增加而降低,W1、W2和W3处理下小麦灌溉水利用效率分别为16.23、11.01和7.91 kg·hm-2·m-3,N1、N2和N3处理下氮肥偏生产力分别为50.8％、48.4％和42.5％.综上,在测墒补灌条件下,综合考虑小麦产量和水氮利用效率,小麦拔节期和开花期0～40 cm 土层土壤相对含水量均补灌至75％协同施氮180 kg·hm-2(W2N2)是该地区小麦节水节肥、高产高效的最优水氮运筹方式.

为探究黄淮冬麦区测墒补灌节水条件下协同提高小麦产量和水氮利用效率的氮肥管理措施,以小麦品种'烟农1212'为材料,在拔节期和开花期将各处理 0～40 cm土层土壤相对含水量均补灌至 70%条件下,设置3 个施氮水平,即150(N1)、210(N2)和 270 kg·hm-2(黄淮冬麦区常规施氮量,N3),研究施氮量对小麦开花后旗叶光合特性、13 C同化物积累与转运及水氮利用效率的影响.结果表明:N2和N3处理开花后14～35 d旗叶光合能力显著高于N1处理,N2与N3处理间差异不显著.13 C同位素示踪结果显示,N2处理开花后营养器官13C同化物转运量比N1和N3处理分别高 12.1%和 7.1%,成熟期13C同化物在籽粒中的分配量比N1和N3处理分别高10.1%和5.3%.施氮量亦调节了小麦不同生育阶段的耗水量、耗水模系数和总耗水量,小麦全生育期耗水量表现为N2与N3处理无显著差异,但均显著高于N1处理,N2处理拔节至成熟期阶段耗水量和耗水模系数均较高.N2处理水分利用效率比N3和N1处理分别高 7.5%和 4.8%,籽粒产量比N3和N1处理分别高4.7%和10.9%,氮肥偏生产力比N3处理高 34.6%.综合考虑小麦籽粒产量和水氮利用效率,施氮量为210 kg·hm-2处理为研究区测墒补灌节水条件下的最佳施氮量.

2014-2015和2015-2016年小麦生长季,设置微喷带长宽组合处理:带宽65 mm下设置带长60m(T1)、80m(T2)和100m(T3)处理,带宽80 mm下设置带长60m(T4)、80 m(T5)和100 m(T6)处理,研究不同组合对麦畦各区段(沿微喷带铺设方向分为D1至D6)水分和旗叶叶绿素荧光特性的影响.结果表明:拔节期灌溉,带宽65 mm下喷洒均匀系数为T1＞T2、T3,带宽80 mm下为T4、T5＞T6;开花期灌溉,带宽65 mm下为T1＞T2 ＞T3,带宽80 mm下为T4＞T5 ＞T6.65 mm带宽下,T1开花期灌溉后各区段0～40 cm土层平均土壤相对含水量,以及花后20和30 d旗叶实际光化学效率(ΦPSII)、非光化学猝灭系数(NPQ)、电子传递效率(ETR)和籽粒产量均无显著差异;T2为D1、D2 ＞D3 ＞D4 ＞D5;T3为D1、D2＞D3＞D4＞D5、D6.各区段花后20和30 d旗叶ΦPsII、NPQ、ETR以及成熟期各区段干物质积累量为T1＞T2、T3.80 mm带宽下,T4开花期灌溉后各区段0～40 cm土层平均土壤相对含水量,以及花后20和30 d旗叶ΦPSII、NPQ、ETR和籽粒产量无显著差异,T5为D1、D2、D3＞ D4、D5;T6为D1、D2、D3 ＞D4 ＞D5 ＞D6.各区段花后20和30 d旗叶ΦPsII、NPQ、ETR以及成熟期各区段干物质积累量为T4、T5＞T6.籽粒产量和水分利用效率为T1、T4、T5＞T2、T3、T6,灌溉效益T1、T4优于T5处理.本试验条件下,带宽65 mm下T1和带宽80 mm下T4为节水高产的最优处理,T5为较优处理.

以大穗型小麦品种‘山农23’为材料,在大田拔节期和开花期土壤相对含水量分别补灌至70％和65％的条件下,设置4个施氮水平0(N0)、180(N1)、240(N2)和300 kg·hm-2(N3),研究施氮量对小麦冠层不同层次光合有效辐射(PAR)截获和干物质分布的影响.结果表明:N2处理开花期群体总茎数、开花后10、20和30 d的叶面积指数、开花后20 d冠层上层和中层及冠层总的PAR截获率和截获量显著高于N0和N1,施氮量增加至N3,上述指标无显著增加.N2处理成熟期各层次营养器官干物质积累量显著高于N0和N1,籽粒干物质积累量和植株总干物质积累量比N0分别高36.7％和35.4％,比N1分别高9.5％和10.2％,与N3处理无显著差异.各层次营养器官干物质积累量、籽粒干物质积累量和植株总干物质积累量与上层和中层PAR截获率呈显著正相关,与下层PAR截获率无显著相关;各层次营养器官干物质积累量与籽粒干物质积累量均呈显著正相关.施氮量为240 kg·hm-2的N2处理是本试验条件下的最优处理.

为了研究麦田用微喷带灌溉的适宜带长,2015-2016和2016-2017两年度以‘济麦22’为材料,设置了带宽80 mm微喷带下带长为60 m(T1)、80 m(T2)和100 m(T3)3个处理的试验,试验小区长度等于带长,试验小区内沿灌溉方向每20 m为一个取样区段,依次命名为A、B、C、D、E,分析不同带长微喷带灌溉对麦田土壤水分和干物质积累的影响.结果表明:1)两年度不同处理A区段拔节期、开花期灌水后0～40 cm土层土壤相对含水量为T1＜T2＜T3,B区段为T1、T2 ＜T3,C区段为T1＞T2、T3,D区段为T2 ＞T3;各处理区段间土壤相对含水量的变异系数为T1＜T2＜T3.2)不同处理A、B区段小麦开花后20、30 d的叶面积指数和冠层光截获率、开花后干物质积累量、成熟期干物质积累量均无显著差异,C区段上述指标为T1＞T2、T3,D区段为T2＞T3;不同处理开花后20、30 d叶面积指数、冠层光截获率及开花后干物质积累量为T1＞T2 ＞T3,成熟期干物质积累量为T1、T2＞T3.3)不同处理A、B区段籽粒产量均无显著差异,C区段为T1＞T2、T3,D区段为T2＞T3,整畦籽粒产量为T1、T2 ＞T3.4)两年度不同处理籽粒产量、水分利用效率为T1、T2＞T3,灌溉水利用效率为T1 ＞T2 ＞T3.综合考虑籽粒产量和水分利用效率,本试验条件下带宽80 mm、带长60 m的处理(T1)是节水高产的最优处理,带长为80 m的处理(T2)是较优处理.研究结果可为山东省小麦利用微喷带进行节水高产灌溉提供理论依据.

目的 探讨板蓝根种子生长发育过程中干物质积累的动态规律,从而为生产中板蓝根种子的采收提供理论基础.方法 以在甘肃省兰州市榆中县栽培的2年的板蓝根种株为研究对象,在其开花后第3天开始每隔2天对种子采样,对其生长动态进行测定.结果 板蓝根种子千粒鲜重在开花后25天左右时达最大(52.307g),之后急速下降并接近干重水平.千粒干重变化符合Logistic方程,在开花后10～ 25天为灌浆快增期,至55天后灌浆基本结束.随灌浆的进程,含水量先升后降,而灌浆速率呈现“慢-快-慢”的变化规律.在花后55天左右,籽粒的干重和含水量趋于稳定,预示着种子成熟.结论 板蓝根种子的采收期应在花后第55天左右(7月中旬)为宜.

玉米籽粒的脱水速率是决定收获期籽粒含水量的关键因素.本研究同时在新乡原阳、商丘虞城和周口郸城调查428份玉米自交系在授粉后35～55 d不同时期的籽粒脱水速率及相关农艺性状.结果表明:428份自交系的籽粒脱水速率在三地均表现出丰富的遗传多样性,与穗轴含水量、苞叶含水量呈显著相关,与籽粒含水量呈极显著相关,与穗位高、株高、雄稳分枝数、抽雄期、吐丝期无显著相关,但与苞叶数及生理成熟期的相关性并不明确;在428份玉米自交系中,授粉后35～55 d籽粒脱水速率仅与授粉后35～40 d籽粒脱水速率(生理成熟期前)存在极显著相关,与50～55 d的籽粒脱水速率(生理成熟期后)无显著相关.这表明生理成熟期前的籽粒脱水速率对授粉后35～55 d籽粒脱水速率的影响更为显著.依据生育期、授粉后35～55 d籽粒脱水速率及授粉后55d的籽粒含水量,共筛选出生育期不同、籽粒含水量低(低于25％)、籽粒脱水速率快(大于1％)的玉米自交系共计42份.

黄旅群种质是我国重要的地方种质,具有较强的生态适应性.20世纪80、90年代以来我国育种家对黄改群和旅大红骨群种质进行了大量创新研究工作,通过相互改良,聚积了丰富的有利基因,通过导入外源种质,拓宽了遗传基础,为品种更新换代做出了突出贡献.机械粒收是未来我国玉米生产的重要方向,黄旅群种质急需提升籽粒脱水速度、成熟后抗倒伏(折)和抗茎腐病等农艺性状以适应机械化粒收,而在黄旅群种质内部缺少这些关键性状基因.本研究利用欧洲早熟种质硬粒种质UH004F和欧洲早熟Iodent种质UH004M改良黄旅群种质的机收特性,通过系谱法和回交转育法获得宜机械粒收黄旅群后代系,称之为“黄欧系”.通过对其农艺性状的观察研究,发现:(1)抽雄日数、吐丝日数和生育期缩短,表现出良好的早熟性;开花散粉至吐丝日数(ASI)增大;株高有增加趋势;穗位高有降低趋势;雄穗主支长有增加趋势;雄穗分支数在6～9个之间,与原有黄旅系相比互有增减;茎粗变细;穗位上节间长有增加趋势;田间倒伏(折)率大幅度降低,抗倒伏(折)能力进一步提高;穗长有增加趋势;穗行数略有减少的趋势;穗粗和轴粗均有下降趋势,其中轴粗下降趋势更加明显;籽粒长度有增加的趋势;在百粒重方面,除昌7-2后代系外,黄旅系后代系均有所降低;穗粒重有降低趋势;出籽率有增加趋势;籽粒含水量明显降低;(2)导入25％和50％比例的UH004F和UH004M的黄欧系在大多数性状上都有一定的变化趋势,主要表现在抽雄吐丝和生育期提早、ASI值增大、株高增高、穗位降低、雄穗主支长变长、雄穗分支数增加、茎粗变细、穗位上节间长拉长、抗倒伏(折)能力提高、穗长增加、穗行数减少、穗粗和轴粗降低、百粒重和穗粒重降低、收获时籽粒含水量降低等趋势.上述大多数性状都是在导入50％比例的欧洲早熟硬粒种质UH004F的变化趋势进一步增强.本研究表明,欧洲早熟种质含有适合创新改良黄旅群种质在机械粒收性状方面的优良等位基因,利用欧洲早熟种质改良黄旅群种质在宜机械粒收农艺性状的效果明显,可为后续大规模“黄欧系”的选育和应用提供理论指导.

研究我国玉米自交系茎秆性状特征及其多样性,是培育宜机收玉米品种的重要前提.本研究以兰卡斯特、PB、四平头、旅大红骨和瑞德五大主要类群70份主要玉米自交系为材料,调查12个茎秆相关性状(茎高、穗位高、穗位系数、茎节数、穗位节、穗节系数、穗茎长、穗茎粗、茎鲜重、茎干重、含糖量和含水量),分析性状相关性和类群多样性.结果 表明,我国地方种质四平头和旅大红骨茎秆性状表型变异丰富;灌浆期玉米茎秆含水量比较稳定;玉米植株高度与茎节长度显著相关;玉米雌、雄穗节之间的节间数比较恒定;玉米茎秆含糖量与茎节长度、茎粗、果穗着生位置有关;有效降低稳住高度应从降低果穗着生节入手;类群茎秆特征鲜明:兰卡斯特茎节较少,瑞德茎秆较粗,PB茎秆较细,旅大红骨茎秆较粗、茎节较短,四平头植株较矮、茎秆含糖量较低、干物质含量较低;兰卡斯特×四平头和兰卡斯特×PB类群间存在较强的生物量及籽粒产量杂种优势;挖掘和利用茎节较长、稳住较低的玉米地方种质是我国宜机收玉米育种的技术途径.本研究结果对玉米育种具有重要指导意义.