【目的】在大田生产条件下研究氮素对灌浆期玉米叶片蛋白质表达的调控。【方法】在大田生产条件下，以紧凑耐密型玉米杂交种登海618为试验材料，研究施氮对玉米穗位叶花后净光合速率、硝酸还原酶（NR）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）含量和可溶性蛋白含量的影响。采用TCA-丙酮沉淀法提取灌浆期（花后20 d）两个施氮处理下玉米穗位叶总蛋白质，并用双向凝胶电泳技术（2-DE）分离获得蛋白质图谱。采用ImageMaster-2D Elite 7.0图像分析软件对蛋白质图谱进行比较，确定玉米叶片应答灌浆期施氮处理的差异蛋白点。通过MALDI-TOF/TOF MS质谱分析及NCBInr数据库搜索，对差异表达蛋白质进行鉴定并分析其涉及的生物学功能。【结果】开花后，随生育进程的推进，玉米穗位叶净光合速率、叶绿素含量、NR、SOD和POD活性及可溶性蛋白含量均呈下降趋势，而MDA含量则呈上升趋势。相对于不施氮处理，施氮处理下叶片叶绿素含量、NR、SOD和POD活性及可溶性蛋白含量均显著提高，而MDA含量则显著下降。对灌浆期玉米叶片进行双向电泳及图谱分析，分别在施氮和不施氮条件下检测出1 086和1 170个蛋白点。通过图像分析软件进行成对匹配分析，共得到29个显著差异蛋白点。经质谱鉴定分析，29个显著差异蛋白点中有25个被成功鉴定，鉴定成功的蛋白中除未知蛋白（蛋白点55）和30s核糖体蛋白（蛋白点1089）外，其余蛋白表达量均在施氮条件下上调。通过搜索NCBInr数据库，差异表达的蛋白主要分为8类，包括13个能量相关蛋白，2个防御相关蛋白，2个蛋白合成相关蛋白，2个蛋白目的和储存相关蛋白，1个细胞生长相关蛋白，1个次级代谢相关蛋白，1个转运相关蛋白和3个未知蛋白。【结论】施氮对灌浆期玉米叶片光合能力、碳代谢能力、防御能力、蛋白合成能力、蛋白目的和储存能力、以及次级代谢能力等均有显著提升作用。

【目的】研究大气CO₂浓度升高（eCO₂）及氮肥施用对夏玉米开花吐丝后不同组分碳氮代谢物含量及动态和产量的影响,为全球气候变化下玉米生理过程及产量形成的变化提供理论支撑,同时为玉米作物模型调参提供实证数据。【方法】利用自由大气CO₂富集（FACE）平台,以夏玉米品种农大108为试验材料开展田间试验。在常规大气CO₂浓度（aCO₂,(400±15) μmol·mol^-1）和高CO₂浓度（eCO₂,(550±20) μmol·mol^-1）下分别设置不施氮（ZN）和施氮（CN,180 kg N·hm^-2）2个氮水平。对夏玉米产量及其构成要素、干物质积累、花后碳代谢物（可溶性糖、淀粉、总碳）动态和氮代谢物（硝态氮,游离氨基酸、可溶性蛋白、非溶性氮化合物细胞壁氮素和类囊体氮素、总氮）动态以及碳氮比动态进行监测。【结果】（1） eCO₂与施氮对夏玉米生物量积累有一定促进作用,但对产量及产量构成因素的影响均不显著。（2）eCO₂使玉米花后功能叶碳组份中的可溶性糖浓度显著提高,灌浆后期叶片碳氮比显著提高。（3）eCO₂下花后玉米功能叶氮代谢中的必需功能氮组分浓度未受影响,而一些结构性氮组分浓度有降低,eCO₂对功能叶中功能氮组分（如可溶性蛋白）的含量没有显著影响;氮代谢中的简单组分（如游离氨基酸）在功能叶中的浓度仅在开花期比aCO₂有显著增加,后期没有显著影响;但eCO₂下氮代谢中的非溶性氮组分（如细胞壁氮素和类囊体氮素）含量在花后一些时期显著降低。（4）氮肥施用使玉米从抽雄到灌浆后期功能叶非结构性碳水化合物（如可溶性糖）浓度、硝态氮浓度、细胞壁氮素和类囊体氮素含量显著提高;中等土壤肥力下不施氮处理的功能叶可溶性蛋白含量没有受影响,但非溶性氮组分（如类囊体氮和细胞壁氮）含量降低,氮素优先满足作物生长必需的可溶性蛋白。（5）eCO₂和氮肥交互作用对不同组分碳氮代谢物的影响不同,体现在不同时期,主要表现为提高了玉米功能叶简单碳氮组分（如可溶性糖和硝态氮）在后期的浓度,且碳氮比提高;提高了灌浆初期细胞壁氮素含量,功能叶总氮浓度仅在灌浆后期表现降低、其他时期没有显著影响。【结论】eCO₂对夏玉米的生物量增加有一定作用,玉米穗位叶碳氮比在一些时期显著增加,但对产量无显著影响;eCO₂下玉米花后穗位叶非结构性碳水化合物浓度增加,但总氮和非溶性氮素化合物在花后均发生不同程度降低。在未来大气CO₂浓度升高为特征之一的气候变化情景下,合理增施氮肥对促进作物碳氮代谢的协调有一定必要性。

【目的】研究品种、施氮量、种植密度及其交互作用对豫东南黏壤潮土区冬小麦碳氮代谢及籽粒产量的影响,明确该区冬小麦适宜的氮密调控处理组合,以期为该地区冬小麦高产高效栽培提供技术支撑。【方法】于2018—2020年连续2个冬小麦生长季,在豫东南黏壤潮土区设置品种（分蘖力中等、成穗率较高品种,鑫华麦818;分蘖力强、成穗率中等品种,百农207）、施氮量（N0,0;N240,240 kg·hm^-2;N360,360 kg·hm^-2）和种植密度（M1,225 万株/hm²;M2,375万株/hm²;M3,525万株/hm²）三因素裂裂区试验,重点分析三因子处理下冬小麦碳代谢（可溶性糖含量;磷酸蔗糖合成酶SPS活性;蔗糖合成酶SS活性）、氮代谢（可溶性蛋白质含量;硝酸还原酶NR活性;谷氨酰胺合成酶GS活性）生理参数及产量的差异。【结果】品种、氮肥、密度及其交互作用显著影响冬小麦的碳氮代谢,氮肥是影响2个品种产量及其构成因素的主控调节因子。施氮量、种植密度对碳氮代谢的影响因生育时期、品种而异。总体来看,氮密调控对2个品种碳代谢的调控优势主要在灌浆后期,对氮代谢的调控优势主要在灌浆中期,灌浆中后期M2N240处理的碳氮代谢指标参数值较最小处理组合平均增幅达358.28%。碳氮代谢平衡对不同分蘖成穗特性冬小麦品种产量形成的影响较大,尤其是生育后期,这可能是鑫华麦818整体产量高于百农207的主要生理原因。两年度试验均以M2N240处理下的产量较高,较产量最低的M1N0处理提高96.49%。【结论】综合考虑品种、氮肥、密度及其交互作用对冬小麦碳氮代谢平衡及产量的影响,施氮量和种植密度对2个冬小麦品种碳氮代谢的调控优势主要在灌浆中后期,M2N240处理可作为豫东南黏壤潮土区适宜的氮密调控组合。

【目的】在不同的氮肥水平下研究不同夏玉米品种碳、氮代谢差异，分析其协调性，提出高产、稳产的生理学指标，探索根据代谢型进行差异化管理的新途径。【方法】2009—2011年在河南温县和郑州，利用大田和盆栽两种种植方式，60 000株/hm²密度，设计0、120、240、360 kg·hm^-24个氮肥水平，比较郑单958（ZD958）、农大108（ND108）、浚单20（XD20）、豫单2002（YD2002）等4个夏玉米品种的产量、叶片持绿性、氮吸收和转运、不同器官C/N、叶片PEP羧化酶和RUBP羧化酶活性等指标的差异，分析4个品种在不同氮肥水平下的碳、氮代谢协调性。【结果】（1）盆栽试验中，不同氮肥水平间产量比较，XD20差异最大，ZD958差异最小；随着氮肥水平提高，产量呈增加趋势。但大田试验中，除XD20之外，其余品种在N240和N360条件下差异不显著。（2）对灌浆期氮的吸收和转运比较，低氮条件下，ZD958营养器官氮优先向叶片转移，能保持较好的持绿性；ND108对氮的吸收和运转量都较大，持绿性好，但有效利用较低；XD20在低氮条件下氮的吸收量较低，缺乏优先供应叶片的机制，易早衰；YD2002在4个氮肥水平下均表现为灌浆期营养器官氮向籽粒转移量过大，根系吸收量小，易早衰。（3）在灌浆期，正常施肥条件下，ZD958和XD20叶片碳氮比介于YD2002和ND108之间；在成熟期，ZD958和XD20的籽粒碳氮比较高。（4）在灌浆中期，ZD958的PEPCase/RUBPCase最高，且与其余3个品种差异显著；YD2002始终处于较低水平；XD20和ND108随氮肥水平增加提高显著。【结论】玉米品种良好的碳氮代谢协调性表现在碳水化合物和氮素的转运过程中，碳氮代谢协调性较好的品种能很好地协调光合产物和氮素在籽粒灌浆和维持营养器官功能需求之间的矛盾，具有较高的PEPCase/RUBPCase，从而保证高产、稳产。

为探讨黑钙土花生适宜施氮量，本研究以吉花25为试验材料，共设置6个氮肥水平，分别为施用纯氮0、112.5（传统施肥, N1）、90（减氮20%）、79.5（减氮30%）、159（增氮40%）、225 kg/hm²（增氮100%），研究了氮肥对花生碳氮代谢相关酶的活性、产量和品质的影响。结果表明，施用氮肥会提高硝酸还原酶（NR）活性、谷氨酰胺合成酶（GS）活性和谷氨酸脱氢酶（GDH）活性、蔗糖合成酶（SS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性，但过量施用氮肥会抑制NR、GS、GDH、SS和SPS活性。各施氮处理产量均高于对照，在传统施肥的基础上减氮施肥20%（施氮量90 kg/hm²）时，花生产量最高，与对照相比增产9.21%，相较于传统施肥增产1.57%，说明减氮20%即可既满足花生生长发育的氮肥需求，同时又能保证叶片中碳氮代谢相关酶的活性，增强了花生对氮素的吸收与利用的能力，并通过降低单株秕果数和单株单果数，提高单株双果数、百果重和百仁重，最终提高花生产量。

【目的】明确目前东北地区主推不同熟期春玉米品种粒重形成过程的籽粒灌浆特性，为玉米籽粒发育调控和熟期选择提供理论依据。【方法】选用东北区40个不同熟期的高产春玉米品种。在同一环境条件下，采用60 000株/hm²大田种植。调查各品种出苗至成熟的生育天数，依据生育期对不同品种的熟期进行分类，研究不同熟期品种产量和百粒重的差异；运用Logistic模型解析不同熟期品种的籽粒灌浆过程，分析积累起始势、灌浆速率、灌浆时间等籽粒灌浆参数及其与产量相关性。【结果】依据联合国粮农组织标准，东北地区目前主推的玉米高产品种按生育期长短可分为中熟（I）、中晚熟（II）、晚熟（III）和超晚熟（IV）4类，其中晚熟品种最多（50%），生育期121—130 d，其次为超晚熟品种（25%），生育期131—140 d，中熟品种和中晚熟品种最少（均为12.5%），生育期分别为101—110 d和111—120 d。60 000株/hm²试验密度下，4个类型品种以晚熟品种产量最高，超晚熟品种次之，中熟品种产量最低；中熟品种产量比晚熟、超晚熟和中晚熟品种分别低45%、44%和35%。中晚熟、晚熟和超晚熟品种产量无显著差异（P＞0.05），但显著高于中熟品种（P＜0.05）。灌浆初期，中熟品种百粒重最低，超晚熟品种百粒重最高，灌浆30 d后，中晚熟品种百粒重增长速度最快，中熟品种百粒重增长速度最慢。4类熟期品种籽粒灌浆速率均呈单峰曲线变化，中熟品种的灌浆峰值最高，超晚熟品种最低。各品种达到灌浆峰值后，超晚熟品种灌浆速率下降最慢，中熟品种下降最快。运用Logistic方程可较好地拟合籽粒灌浆过程（R＞0.99），将各熟期品种灌浆过程划分为渐增期、快增期和缓增期，中熟品种籽粒灌浆参数中积累起始势（R₀）、最大灌浆速率（R_max）、渐增期持续时间（T₁）、快增期和缓增期灌浆速率（v₂, v₃）明显高于其他熟期类型品种，其灌浆活跃期（P）、快增期和缓增期持续时间（T₂, T₃）及渐增期灌浆速率（v₁）则明显低于其它熟期类型品种。相关分析表明，不同熟期品种产量与灌浆活跃期、有效灌浆时间（t₃）、渐增期灌浆速率、快增期和缓增期持续时间极显著正相关；与积累起始势、最大灌浆速率、渐增期持续时间、快增期和缓增期灌浆速率极显著负相关。【结论】中熟品种灌浆启动快，灌浆活跃期和有效灌浆时间短，中晚熟、晚熟和超晚熟品种灌浆启动慢，灌浆活跃期和有效灌浆时间长；在保证籽粒安全成熟前提下，延长灌浆活跃期、有效灌浆时间、快增期和缓增期持续时间，提高渐增期灌浆速率，有利于提高不同熟期玉米产量。

Grain filling and proper grain development are essential biological processes in the plant's life cycle, eventually contributing to the final seed yield and quality in all cereal crops. How the different wheat grain components contribute to the overall development of the seed is very scarcely found in the literature. We performed a proteomics and metabolomics analysis in four different developing components of the wheat grain (seed coat, embryo, endosperm and cavity fluid) to characterize molecular processes during early and late grain development. In-gel shotgun proteomics analysis in 12, 15, 20 and 25 days after anthesis (DAA) revealed 15,484 identified and quantified proteins out of which 410 differentially expressed proteins (DEPs) were identified in the seed coat, 815 in embryo, 372 in endosperm and 492 in cavity fluid. The abundance of selected protein candidates revealed spatially and temporally resolved protein functions associated with development and grain filling. Multiple wheat protein isoforms involved in starch synthesis such as sucrose synthases, starch phosphorylase, granule bound and soluble starch synthase, pyruvate phosphate dikinase (PPDK), 14-3-3 proteins as well as sugar precursors undergo a major tissue-dependent change in abundance during wheat grain development suggesting an intimate interplay of starch biosynthesis control. Different isoforms of the protein disulphide isomerase (PDI) family as well as glutamine levels both involved in glutenin macropolymer (GMP) pattern showed distinct spatially and temporally abundance revealing their specific role as indicators of wheat gluten quality. Proteins binned into the functional category of cell growth /division and protein synthesis/degradation were more abundant in the early stages (12 and 15 DAA). At the metabolome level all tissues and especially the cavity fluid showed highly distinct metabolite profiles. The tissue specific data are integrated with biochemical networks to explore a comprehensive map of molecular processes during grain filling and developmental processes.This article is protected by copyright. All rights reserved.

【目的】通过对玉米灌浆过程中籽粒干物质、淀粉的积累，籽粒内源激素含量及淀粉积累相关酶活性的研究，揭示低温对灌浆过程中玉米强、弱势籽粒灌浆生理过程的影响规律，为生产上抗御低温冷害提供理论参考。【方法】选用郑单958为试验品种，采用玉米籽粒离体培养的方式，将大田人工授粉后3 d的玉米果穗按照弱势粒和强势粒进行取样，无菌环境接种到人工培养基培养，低温处理和对照分别设置培养平均温度为16℃及25℃。自授粉后每10 d取样一次，分别测定灌浆过程中玉米强、弱势粒干物质积累量、内源激素、籽粒淀粉含量及淀粉积累相关酶活性。【结果】低温胁迫下强、弱势粒灌浆后期粒重分别比对照低47.58%、50.95%，强、弱势粒灌浆高峰期的平均灌浆速率较对照分别显著降低55.39%、54.72%。低温胁迫下玉米籽粒灌浆速率前期提升和后期减小的速度明显减缓，活跃灌浆时间延长5—7 d。授粉后10 d低温处理显著降低玉米强、弱势粒生长素（IAA）、玉米素（ZR）和脱落酸（ABA）含量，显著提高玉米籽粒赤霉素（GA₃）的含量。授粉后30 d低温处理显著降低了弱势粒的IAA、ZR含量，增加了强势粒的ABA含量。低温胁迫显著减弱了灌浆前期和灌浆中期的可溶性酸性转化酶（SAI）、蔗糖合酶（SS）、淀粉合酶（SSS）及ADPG焦磷酸化酶（APGase）的活性，低温下弱势粒SAI活性降幅大于强势粒，对SS、SSS及APGase活性的降低幅度表现为强势粒大于弱势粒，导致玉米籽粒淀粉含量降低。【结论】受低温胁迫影响，灌浆前期玉米籽粒的IAA、ZR、ABA含量减少，GA₃含量增加，SAI活性降低，导致籽粒库容量减少，库活性不足。在灌浆中期，低温降低SS活性，造成淀粉合成底物供应不足，影响淀粉的合成，降低籽粒淀粉含量。低温处理降低玉米强、弱势粒的灌浆速率，导致籽粒干物质积累减少。低温对玉米强弱、势粒的灌浆过程都造成较大的影响，且对弱势粒的影响大于强势粒。

【目的】及时有效地供应氮素可以延缓叶片衰老，改善籽粒灌浆特性，提高玉米产量。研究不同控氮比例控释肥对夏玉米衰老特性、籽粒灌浆特性及产量的影响，探究适合黄淮海地区夏玉米生产的适宜控氮比例，为黄淮海地区夏玉米种肥同播技术提供科学依据。【方法】2019—2021年，选用中早熟品种登海518（DH518）和中晚熟品种登海605（DH605）为试验材料。氮肥类型为控释尿素和普通尿素掺混、普通尿素。设置10%（T1）、20%（T2）、30%（T3）、40%（T4）和50%（T5）5个控氮比例处理，以普通尿素（CK）处理为对照，探讨不同控氮比控释肥对夏玉米衰老特性和籽粒灌浆特性的影响。【结果】不同控氮比控释肥可以显著提高夏玉米产量，其中，30%控氮比的控释肥效果最佳。与普通尿素相比，不同控氮比控释肥均可显著增加叶面积指数（LAI）和叶片SPAD值，提高叶片抗氧化酶活性，改善籽粒灌浆特性。控氮比为30%的控释肥较其他处理显著提高夏玉米生育后期叶片中的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性，降低叶片丙二醛（MDA）积累量，延缓叶片衰老；显著提高灌浆速率最大时的生长量（W_max）、最大灌浆速率（G_max）和灌浆活跃期（P）天数，提高成熟期籽粒脱水速率，改善籽粒灌浆特性；从而增加籽粒干物质积累，提高籽粒千粒重，进而提高产量。相关性分析表明，产量与W_max、G_max呈显著正相关关系。W_max和G_max与SOD、POD活性呈显著正相关关系，而与MDA含量呈显著负相关关系；籽粒脱水速率和籽粒灌浆速率与叶片SOD、CAT活性呈极显著正相关，与叶片MDA含量呈极显著负相关；籽粒含水量与叶片SOD、CAT活性呈极显著负相关，与叶片MDA含量呈极显著正相关。因此，施用控释肥可以通过提高叶片抗氧化酶活性，显著改善籽粒灌浆特性，从而提高夏玉米产量。两品种叶片衰老特性、籽粒灌浆特性和产量等对于不同比例控释肥的响应基本一致，均为控氮比30%的控释肥效果最佳。【结论】控释氮肥可显著提高叶片抗氧化酶活性，延缓叶片衰老，改善籽粒灌浆特性，从而提高玉米产量，其中，控释氮素30%增产效果最好。