Frequently occurring drought stress negatively affects the production of maize worldwide. Numerous efforts have been made to develop drought-tolerant maize lines and to explore drought tolerant mechanisms in maize. However, there is a lack of comparative studies on transcriptomic changes between drought-tolerant and control maize lines.In the present study, we have developed a drought-tolerant maize mutant (C7-2t) by irradiating the seeds of maize inbred line ChangC7-2 (C7-2) with Co-γ. Compared to its wild type C7-2, C7-2t exhibited a significantly delayed wilting and higher drought tolerance under both the controlled and field conditions, indicating its high water-holding ability. Transcriptomic profiling was performed to identify differentially expressed genes (DEGs) between C7-2 and C7-2t during drought. As a result, a total of 4552 DEGs were implied in drought tolerance of C7-2 and C7-2t. In particular, the expression of photosynthesis-related genes in C7-2 was inhibited, whereas these genes in C7-2t were almost unaffected under drought. Moreover, a specific set of the DEGs were involved in phenylpropanoid biosynthesis and taurine (hypotaurine) metabolism in C7-2t; these DEGs were enriched in cell components associated with membrane systems and cell wall biosynthesis.The drought tolerance of C7-2t was largely due to its high water-holding ability, stable photosynthesis (for supporting osmoregulation) and strengthened biosynthesis of cell walls under drought conditions.

This study investigated some morphological and biochemical responses of maize to drought and salinity in open field in Tunisia with the aim of gaining insights into tolerance mechanisms. After seedling emergence, five treatments were applied until maturity: optimal water supply (control, 100% of maximum evapotranspiration - ETM); irrigation at 70% ETM (moderate drought) and at 35% ETM (severe drought); optimal supply of water containing 3 g NaCl L-1 (moderate salinity) and 6 g NaCl L-1 (severe salinity). Here, we demonstrated that extreme drought and salinity severely decreased the leaf area (-74% and -55%, respectively) and the above-ground biomass (-35% and -31%, respectively) at silking stage, indicating that the photosynthetic leaf apparatus is highly sensitive and that drought has a greater effect than salinity. Grain yield losses were also exacerbated under extreme stress conditions, viz. severe drought (-85% versus controls) and severe salinity (-73%), while productivity under moderate salinity approximated that of moderate drought, possibly due to increases in leaf chlorophyll and carotenoid content and K/Na ratio. The leaf area and its relative water content were positively correlated with grain yield under both salinity and drought stresses, and may therefore be used as markers for effective screening of maize genotypes for better stress tolerance.

【目的】培育转基因抗旱玉米新品种是解决玉米生产问题的重要途径。通过鉴定和分析拟南芥LOS5转入玉米后对玉米田间抗旱性的影响，筛选抗旱性突出的转LOS5的玉米株系用于抗旱育种。【方法】在150、225、300、375、450和600 mm（CK）梯度灌水胁迫处理条件下，大田鉴定8个转LOS5玉米株系及其受体郑58的抗旱性，测定产量和其他农艺性状的变化，明确LOS5在提高玉米抗旱性方面的主要田间表现形式，同时筛选抗旱性显著优于受体的转基因株系。【结果】随着累计灌水量600—150 mm逐渐降低，9个试验材料的产量和抗旱性均相应下降。8个转基因玉米株系的产量在225—450 mm灌水范围内均显著高于受体郑58，且在正常灌水600 mm的一半处理（300 mm）时差异最大化。300 mm灌水处理中，8个转基因株系的抗旱性指数为0.56—0.70，显著高于受体郑58（0.5），抗旱性提高12%—40%。抗旱性从强到弱的材料顺序是T8920B6、T8920B2、T8920B7、T8920B5、T8020B1、T8920B4、T8920B3、T8920B8和受体郑58。营养体生长和发育方面，在灌水150—225 mm处理中，8个转基因材料灌浆末期的叶色SPAD值38.4—42.4，均极显著高于受体郑58（28.7—37.5），但地上部生物重量、株高和穗位高没有显著差异；果穗发育方面，在灌水150—225 mm处理中，8个转基因株系的穗重为42.3—61.6 g，穗长为10.9—13.1 cm，均极显著高于受体（36.4—40.7 g和8.5—11.8 cm），但轴重和穗粗的差异不显著；籽粒发育方面，8个转基因株系的穗粒数为86.6—182.6，行粒数为8.4—15.6，也显著高于受体的穗粒数57.3—83.2和行粒数4.9—7.1，但穗行数和百粒重差异不显著。【结论】LOS5转入受体郑58后，对转基因玉米开花前营养生长的影响较小，但在开花之后维持受旱玉米的穗长、行粒数和灌浆后期叶色等方面发挥了积极作用，使受旱玉米的穗重、穗粒数和产量保持在相对较高的水平，从而提高了玉米的抗旱性； LOS5转基因玉米株系的抗旱性均高于受体郑58，但抗旱性提高程度有显著差异，对不同转化株系进行大田抗旱性鉴定和筛选是十分必要的；正常灌水量一半的胁迫强度能最大化玉米抗旱性的差异，有利于鉴定和筛选出有利用价值的转基因材料。

筛选抗旱性鉴定指标并建立评价模型, 可以为抗旱小麦品种的选育以及布局提供依据。以黄淮海麦区主推的23个冬小麦品种为试验材料, 设置干旱胁迫和充分灌溉2种处理, 在拔节、孕穗、开花和灌浆期测定小麦12项形态生理指标, 计算各项指标的抗旱系数, 采用主成分分析、隶属函数法、灰色关联度法、聚类分析和逐步回归分析方法对小麦品种的抗旱性进行综合评价。结果表明, 干旱胁迫下孕穗期和灌浆期各性状变异幅度较大(7.4%~41.7%), 而拔节期和开花期的性状变幅相对较小(9.63%~31.63%)。通过对12个指标的相关分析发现, 在各时期下各指标之间均存在显著或极显著相关性。进一步利用主成分分析分别将拔节期、孕穗期和开花期的12个性状参数转换为6个相互独立的综合指标, 而将灌浆期转换为5个相互独立的综合指标, 4个时期的累积贡献率依次达到89.03%、88.69%、87.68%和85.83%。利用隶属函数法计算各时期的综合抗旱评价值(SD值), 并对各时期SD值与产量抗旱指数(DRI)间进行定量关系分析, 开花期拟合精度最高(0.744), 而灌浆期最低(0.679)。为更好地将不同时期的抗旱性信息综合起来, 通过灰色关联度分别选取各时期与SD值关联度最高的前4个指标组合成全生育期评价指标体系, 再次进行主成分和隶属函数分析得到全生育期抗旱综合评价值(MD值), 其可以解释87.8%的DRI变异, 较最佳单时期的R²提高了18.1%。根据MD值进行品种聚类分析, 可划分为4类: 中等、中等稍弱、弱以及极弱抗旱类型。通过逐步回归分析方程建立了全生育期综合评价数学模型(R²=0.995), 分别筛选出拔节期的株高和叶片含水量、孕穗期的脯氨酸、株高和叶绿素a、开花期的叶绿素a和可溶性糖以及灌浆期的脯氨酸和叶片含水量作为综合抗旱鉴定指标。本研究为小麦抗旱亲本的早期选择、品种鉴定以及适域推广应用提供理论指导和信息支撑。

在人工控水条件下, 以15个甘薯品种为试验材料, 设置干旱胁迫和正常灌水2个处理, 研究了干旱胁迫条件下不同甘薯品种产量和农艺性状差异。根据产量抗旱系数法分级, 抗旱品种(抗旱系数≥0.6)为济薯21、济薯25、济徐23、济薯15、烟薯25; 中等抗旱品种(0.4≤抗旱系数<0.6)为徐薯18、济薯26、北京553、济紫薯2号、济薯18; 不抗旱品种(抗旱系数<0.4)为郑薯20、济紫薯3号、济薯22、济紫薯1号、凌紫。干旱胁迫导致甘薯的叶片数、蔓长、叶面积系数和生物量下降, 品种间降幅不同, 抗旱性强的品种降幅小, 抗旱性弱的品种降幅大。这些农艺性状指标与甘薯品种的抗旱性呈显著正相关, 可作为甘薯品种抗旱性鉴定的指标。徐薯18可作为甘薯品种抗旱性鉴定的标准品种。

目前, 我国平均气温逐年递增、高温发生时间前移、持续时间延长, 导致夏玉米大喇叭口期极易遭受高温胁迫。大喇叭口期正值夏玉米雌、雄穗分化的关键时期, 对温度敏感, 此期遭遇高温胁迫将导致产量显著下降。建立耐热性能鉴定指标体系,对品种进行耐热性评价筛选是缓解高温热害胁迫经济有效的措施。本试验以近年来黄淮海地区35个主推夏玉米品种为试验材料, 采用大田种植人工增温的方式, 在大喇叭口期设置持续7 d的高温处理,依据产量和雌、雄穗形态等多组性状, 采用相关性分析以及主成分分析、模糊隶属函数法、聚类分析、逐步回归分析和灰色关联度分析等多元分析方法, 对其大喇叭口期的耐热性进行评价和分类, 确定夏玉米大喇叭口期耐热性能鉴定指标。结果显示, 大喇叭口期高温胁迫降低雄穗小穂数量、密度、总散粉量; 改变果穗形态, 减少花丝数量和穗粒数, 降低结实率, 且粒重的增加无法弥补穗粒数下降带来的负面效应, 从而导致籽粒产量降低。通过聚类分析, 筛选出耐热型品种登海111、强盛339、鲁单9088、登海605、德瑞88和登海533。综合逐步回归分析、相关性分析和灰色关联度分析, 确定籽粒产量、穗粒数、结实率、穗长、穗粗、雄穗主轴着生小穂长度和雄穗分枝长度可作为夏玉米大喇叭口期耐热能力的鉴定指标。多元统计分析是评价玉米耐热性的有效方式, 本文筛选出的耐热品种和鉴定指标可为今后耐热玉米品种的选育提供依据。

【目的】高粱为世界第五大禾谷类作物,具有多种使用价值。与其他作物相比,高粱具有较强的抗旱能力,但是伴随全球干旱的加剧,干旱成为限制高粱尤其是粒用高粱生产的主要因素之一,同时,不同品种间抗旱能力差异显著。通过对粒用高粱材料进行抗旱性鉴定评价,为高粱抗旱性分子机理以及抗旱育种研究奠定基础。【方法】 以165份粒用高粱为材料,通过干旱（DS）和正常灌溉（NI）2种处理方式,在山西省和海南省两地开展抗旱试验。采用大田自然鉴定法,调查株高、穗长、茎粗、叶片持绿性、倒伏率、千粒重、籽粒大小和产量8个主要形态指标。采用综合抗旱系数（CDTC）、抗旱指数（DI）和隶属函数（D）进行聚类分析,结合3种方法对材料进行分类,并对抗旱指标进行评价。【结果】 在干旱胁迫下,粒用高粱8个形态指标均出现下降。除叶片持绿性与株高和籽粒大小不相关,抗倒伏性与穗长和籽粒大小不相关外,其余指标均存在一定程度上的相关性。根据3种综合抗旱评价方法筛选出高抗材料5份（L013、SX44B、SX18-25、SX18-87和L405）,敏感材料4份（SX18-46、SX18-82、SX18-96和SX18-73）;根据形态指标的相对值和变异系数,两地试验都显示叶片的持绿性、产量、籽粒大小和抗倒伏性,4个指标对干旱较为敏感,且存在信息交叉。主成分分析结果显示,决定第一主成分的主要是产量、株高和籽粒大小,贡献率31.841%;决定第二主成分的主要是叶片持绿性和千粒重,贡献率20.441%;决定第三主成分的主要是茎粗,贡献率13.557%;决定第四主成分的主要是抗倒伏性,贡献率11.428%;决定第五主成分的为穗长,贡献率9.461%。【结论】 粒用高粱中后期干旱胁迫对其主要形态指标均有显著影响。不同高粱材料间抗旱性差异显著,结合3种抗旱性综合评价方法,可以较为准确地评价高粱材料的抗旱性。叶片的持绿性和产量可以作为评价高粱花后抗旱性的主要形态指标。

Drought is the most important crop yield-limiting factor, and detailed knowledge of its impact on plant growth regulation is crucial. The maize (Zea mays) leaf growth zone offers unique possibilities for studying the spatiotemporal regulation of developmental processes by transcriptional analyses and methods that require more material, such as metabolite and enzyme activity measurements. By means of a kinematic analysis, we show that drought inhibits maize leaf growth by inhibiting cell division in the meristem and cell expansion in the elongation zone. Through a microarray study, we observed the down-regulation of 32 of the 54 cell cycle genes, providing a basis for the inhibited cell division. We also found evidence for an up-regulation of the photosynthetic machinery and the antioxidant and redox systems. This was confirmed by increased chlorophyll content in mature cells and increased activity of antioxidant enzymes and metabolite levels across the growth zone, respectively. We demonstrate the functional significance of the identified transcriptional reprogramming by showing that increasing the antioxidant capacity in the proliferation zone, by overexpression of the Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) iron-superoxide dismutase gene, increases leaf growth rate by stimulating cell division. We also show that the increased photosynthetic capacity leads to enhanced photosynthesis upon rewatering, facilitating the often-observed growth compensation. © 2015 American Society of Plant Biologists. All Rights Reserved.

【目的】分析不同基因型小麦冠层的温度参数相关信息,探寻快速高效筛选冬小麦抗旱品种的指标和方法,给冬小麦抗旱品种筛选提供参考依据。【方法】本研究以小麦为研究对象,获取干旱胁迫下10个抗旱性存在差异的小麦品种冠层热红外图像,采用温度频率直方图等分析方法提取冠层温度特征参数,明确温度特征参数与抗旱指数之间定量关系,分析冠层温度特征参数对筛选冬小麦抗旱品种的有效性。【结果】基于产量抗旱指数（DRI）的分级标准将测定小麦品种分为4种抗旱类别,其抗旱性越强,最大光化学效率（F_v/F_m）,植株含水量（PWC）,气孔导度（G_s）,蒸腾速率（T_r）和籽粒产量越稳定。基于热红外图像提取冠层温度特征参数,小麦抗旱性越强,冠层温度的差异性越小,冠层温度的离散程度也较小。产量抗旱指数（DRI）与拔节期、孕穗期和开花期的作物冠层温度与环境温度的偏差（CTD）均呈现极显著的正相关关系,相关系数r为0.79—0.84,而与冠层温度标准差（CTSD）、变异系数(CTCV)、水分胁迫指数（CWSI）和冠层相对温差（CRTD）呈显著负相关（r=-0.56—-0.78）。基于单一生育时期冠层温度特征参数建立了产量抗旱指数（DRI）回归模型,估算精度为r²=0.73—0.87,其中以拔节期预测模型精度最高。而基于3个生育时期的相关冠层温度参数CTD、CTCV、CTSD CWSI组合构建产量抗旱指数（DRI）预测模型,较基于单一生育时期预测精度显著提升（r²=0.95）。【结论】利用热红外图像可进行小麦品种抗旱性的早期鉴定与快速评价,这对促进作物高效节水生产具有重要意义。

试验于2018—2019年进行, 选择2种不同分枝类型的品种(中作XA12938和中黄13)为供试材料, 设置13.5×10⁴ (D1)、18.0×10⁴ (D2)、22.5×10⁴ (D3)、27.0×10⁴ (D4)、31.5×10⁴ (D5)和36.0×10⁴株 hm^-2 (D6) 6个种植密度, 研究增密种植对不同分枝类型品种叶面积指数(LAI)、干物质积累及分配、产量和产量构成因素的影响。结果表明, 随种植密度的提高, 大豆LAI进入高值(>4)的时期提前, 中作XA12938和中黄13分别从出苗后47.0 d和54.6 d (D1)提前至31.0 d和32.9 d (D6)。与中黄13相比, 中作XA12938LAI高值持续期长且中后期降幅小。不同品种处理间干物质随密度的增加程度存在差异, 结荚期中作XA12938和中黄13高密处理(D6)干重较低密处理(D1)干重分别提高77.53%和51.21%。随密度的提升, 成熟期生殖器官干物质占比呈先增加后降低的趋势。产量随种植密度增加总体呈先增加后趋平的趋势, 中作XA12938的最高产量出现在D5 (5000.45 kg hm^-2)处理, 继续增加种植密度产量较稳定, 中黄13两年最高产量分别出现在D4 (4477.90 kg hm^-2)和D5 (3935.30 kg hm^-2)处理, 继续增加种植密度产量逐渐降低, 中作XA12938的平均产量较中黄13产量显著提高22.37%。灰色关联度分析发现, 中作XA12938植株高度和单位面积有效荚数与产量密切相关, 而中黄13的单位面积有效粒数和重心高度与产量的关联度较高。适度增密可提高大豆LAI并延长其高值持续期、促进干物质积累、增加生殖器官的占比、提高大豆产量。在生产中可选用分枝调节能力较强品种, 通过适当增加种植密度, 从而提高产量, 增加效益。

以郑单958和农大36两个玉米品种为研究材料,对大田条件下不同生育时期玉米苞叶的叶绿素含量和叶绿素荧光动力学进行了比较分析.结果表明,不同生育时期玉米苞叶叶绿素含量呈先升后降的变化趋势,并在灌浆期达到最高值,且农大36苞叶的叶绿素降低速率要低于郑单958,这样有利于其保持更为持久的光合能力.不同生育时期玉米品种间苞叶叶绿素荧光参数(Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo等)的变化规律基本一致,郑单958高于农大36,说明郑单958苞叶反应中心活性较高,具有较高的电子传递速率,并且苞叶叶片开放的PSⅡ反应中心捕获激发能的效率高于后者.

【目的】分析不同基因型小麦的耐热性,筛选耐热鉴定指标,建立可靠的耐热评价模型,为耐热小麦品种的选育提供理论支撑。【方法】以黄淮海麦区大面积推广的20个小麦品种为试验材料,采用田间试验,设置高温（花后第14—20天,连续7 d高温处理）和自然条件2种处理,在灌浆后期测定小麦穗部冠层温度、旗叶叶绿素相对含量（SPAD）、丙二醛（MDA）含量以及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性;收获晾干后测定单穗粒重、千粒重和产量。根据高温处理和自然条件生长下各项指标的耐热系数,采用主成分分析、隶属函数法、聚类分析和逐步回归分析方法对小麦耐热性进行综合评价。【结果】高温处理下各性状变异幅度为-14.89%—15.09%。通过对9个性状指标的相关分析,发现各指标之间存在显著或极显著相关性。通过主成分分析将9个单项指标转换为3个相互独立的综合指标,其贡献率分别为55.970%、15.530%和12.171%,代表了全部数据83.670%的信息量。利用隶属函数法计算综合耐热评价值（D）,并对其进行聚类分析,按照耐热性强弱将20个小麦品种划分为3类,第一类耐热型8个品种;第二类中等耐热型7个品种;第三类高温敏感型5个品种。通过逐步回归方程建立了小麦耐热性的评价数学模型：D=-4.801+0.834X₄+2.913X₇+0.303X₆+2.937X₈- 1.409X₁-0.524X₃+0.876X₉（R²=0.986）,利用建立的最优回归方程预测供试材料的耐热性,预测值（VP）与D值基本一致,表明SOD活性（X₄）、单穗粒重（X₇）、CAT活性（X₆）、千粒重（X₈）、冠层温度（X₁）、MDA含量（X₃）和产量（X₉）这7个指标可用于小麦耐热性品种的鉴定。【结论】采用多元统计分析方法对小麦耐热性评价是可行的;20个小麦品种被分为3类（耐热型、中等耐热型和高温敏感型）;高温处理下,SOD活性、单穗粒重、CAT活性、千粒重、冠层温度、MDA含量和产量可以作为小麦耐热性的鉴定指标。

培育抗旱节水小麦品种是保障我国粮食安全的重要途径之一, 优异抗旱种质资源筛选及抗旱性评价方法的研究对于提高抗旱育种效率具有关键作用。本研究采用反复干旱法和田间直接鉴定法分别鉴定323份小麦种质苗期和成株期的抗旱性。结果表明, 随着干旱次数的增加幼苗存活率逐渐下降, 而其变异系数和广义遗传力增加。成株期单株产量抗旱系数与综合抗旱性度量值D显著正相关(R ² = 0.609), 采用综合抗旱性度量值D有利于区分干旱对不同种质产量的影响力。苗期反复干旱存活率(DS)与单株产量的抗旱系数及综合抗旱性度量值D均无显著相关。基于反复干旱存活率筛选得到28份苗期强抗旱种质, 基于单株产量抗旱系数和综合抗旱性度量值D分别得到25和30份成株期强抗旱种质, 其中, 9份种质用2种评价方法均表现强抗旱; 21份种质在苗期和成株期均表现抗旱或强抗旱。本研究为小麦抗旱性评价方法及抗旱亲本的合理选择提供理论指导和信息支撑。