玉米育种生物技术论文

摘 要:各种虫害是造成玉米产量损失的主要因素之一,利用种质资源中的抗虫性进行抗虫育种是解决该问题最有效的途径。近年来,通过应用分子标记技术(特别是数量性状位点QTL分析技术对几种主要害虫(包括欧洲玉米螟、西南玉米螟、甘蔗螟和穗蠕虫等的抗性进行了基因作图和标记,结合候选基因途径对抗虫性的分子机制进行了深入探讨,并对该领域目前的进展和发展趋势进行了评述。

玉米穗腐病已成为威胁我国玉米生产的主要病害之一，其病原真菌主要是镰孢菌。已有研究表明，小麦、玉米中存在镰孢菌的抗性基因。其中，玉米中的ZmFER1基因可能具有镰孢菌病害抗性育种开发价值。近日，中国农业科学院作物科学研究所玉米基因编辑育种研究团队，通过基因编辑靶向编辑玉米内源基因创制的突变体在多种环境下对玉米拟轮枝镰孢穗腐病具有明显抗性，为抗病育种提供了重要的种质材料与育种技术。日前，相关论文在线发表于《植物生物技术》。玉米穗腐病尚无有效防治方法“玉米穗腐病主要造成玉米果穗和籽粒腐烂，玉米收获后存储不当也会引发籽粒腐烂。在我国，玉米穗腐病广泛发生于各个玉米种植区，一般年份发病率为5%—10%，重发年份可达30%—40%，局部地区甚至可达100%。”论文通讯作者、中国农业科学院作物科学研究所研究员谢传晓在接受科技日报记者采访时表示。目前，国内外已报道70余种病原菌可引起玉米穗腐病，这些病原菌可单独或复合侵染，其中，拟轮枝镰孢菌和禾谷镰孢菌是在全球范围内危害最大的两个优势病原菌，也是我国玉米穗腐病的优势病原菌。近年来，玉米穗腐病在我国的发生频率和危害程度逐年增加，玉米一旦染病，发病率可高达50%。“目前在生产中还没有防治玉米穗腐病的有效方法，主要采用合理的栽培措施、适期播种、防治病虫鸟害、种子包衣剂等方式降低玉米穗腐病的危害。然而，选育和推广抗病品种是解决玉米穗腐病危害最经济有效的方法。”谢传晓说。传统抗玉米穗腐病育种技术主要包括抗性种质资源筛选、抗性遗传规律解析、抗性位点(基因)回交转育或聚合等。国内外大量种质资源筛选鉴定表明高抗玉米穗腐病的资源相对匮乏，绝大部分种质特别是玉米骨干自交系高感玉米穗腐病。“受环境、病原菌、抗性鉴定方法等因素影响，较难找到一致的高抗、多抗的抗性基因。因此，目前国内外育成的高抗品种较少。”谢传晓说。改良后玉米抗性得到提高“该研究采用CRISPR/Cas9基因编辑技术，创制了系列目标基因突变体，其中获得了3个ZmFER1基因隐性纯合突变体，包括已删除CRISPR/Cas基因编辑元件的E1(1bp插入)、E2(1bp插入)和E3(5bp缺失)。科研人员分别在2020年北京、2021年海南、2021年北京，采用突变体与野生型种子1∶1混合盲样人工接种拟轮枝镰孢菌，开展单株基因型鉴定与表型鉴定，进行了抗性分析。”论文第一作者、中国农业科学院作物科学研究所副研究员刘昌林告诉记者。结果表明，与野生型相比，突变体均一致表现为中等抗性水平。对发病籽粒进行验证鉴定发现，与未发病籽粒相比，感病野生型发病籽粒的伏马毒素高达数千倍，符合拟轮枝镰孢菌致病特征，且病原鉴定表明，病害表型来源于接种的拟轮枝镰孢菌。调查没有发现突变对其他农艺性状有显著的负面影响。“本方法同传统育种方法相比，可以快速改良玉米骨干种质资源的抗性，降低玉米穗腐病的危害，靶标比较清楚，能显著缩短改良所需的时间。与传统回交转育相比，利用基因编辑技术改良受体玉米种质的抗病性还可以克服连锁累赘的问题。”刘昌林指出。(科技日报 本报记者 马爱平)

刘岩，王国英，刘俊君，彭学贤，谢友菊，戴景瑞，郭世伟，张福锁1998大肠杆菌gutD基因转入玉米及耐盐转基因植物的获得 中国科学（C辑） 28（6）：542-547周逢勇，戴景瑞，王国英，谢友菊，崔洪志，郭三堆 1998玉米自交系P9-10遗传转化体系的构建 科学通报 43（23）：2517-2520张宏，戴景瑞 1998 玉米原生质体培养及可育植株的再生 作物学报 24（4）：497-502戴景瑞 1998 中国玉米生产发展的前景及对策 作物杂志 5：6-11吴敏生，戴景瑞 1998 扩增片段长度多态性（AFLP）—一种新的分子标记技术 植物学通报15（4）：68-74戴景瑞 1998 发展玉米育种科学迎接21世纪的挑战 作物杂志6：1-4吴敏生，戴景瑞，王守才 1998玉米优良自交系优势群划分的初步研究中国农业大学学报3（5）：97-100曹永国，戴景瑞 1998玉米F2群体中偏分离RFLP标记在染色体上的分布及原因分析中国农业大学学报 3（增刊）：1-5吴敏生，王守才，戴景瑞 指纹图谱技术在品种鉴定和纯度分析上的应用农业生物技术学报 6（1）：51-56王志民，戴景瑞 1998 植物RFLP连锁图谱构建 生命科学研究进展 1：141-145曹永国，王国英，王守才，魏艳玲，卢江，谢友菊，戴景瑞 1999玉米RFLP遗传图谱的构建及矮生基因定位 科学通报 44（20）：2178-2181吴敏生，戴景瑞，王守才 1999 RAPD分子标记与玉米杂种产量优势预测的研究 遗传学报 26（5）：578-584王守才，王国英，丁群星，张宏,谢友菊，戴景瑞 1999转基因在玉米中的遗传分离与整合特性研究遗传学报 26（3）：254-261吴敏生，戴景瑞，王守才 1999 RAPD玉米品种鉴定和纯度分析中的应用 作物学报 25（4）：489-493吴敏生，王守才，戴景瑞 1999差异显示技术(DD-PCR)及其应用植物生理学通讯 35（4）：307-312吴敏生，戴景瑞 1999灰色系统理论在玉米育种上的综合应用华北农学报 14（2）：30-35张建福，戴景瑞 1999基因工程固氮菌肥对玉米生产发育的影响初探上海农业学报 15（1）：79-82向道权，戴景瑞 1999 玉米产量QTL和杂种优势遗传基础研究进展中国农业大学学报 15（1）：79-82吴敏生，戴景瑞 1999植物杂种优势研究新进展 中国农业科技导报 2：59-62刘大文，戴景瑞，谢友菊，王守才 1999玉米雄性不育基因和恢复基因表达载体的构建与鉴定 种子1：34-35高志环，薛勇彪，戴景瑞 2000玉米小斑病菌C小种毒素的致病作用位点科学通报 45（6）；622-626吴敏生，戴景瑞 2000 AFLP标记与玉米杂种产量、产量杂种优势的预测植物学报 42（6）：600-604刘大文，王守才，谢友菊，戴景瑞 2000转Zm13-Barnase基因玉米的获得及其花粉育性研究 植物学报42（6）：611-615吴敏生，王守才，戴景瑞 2000 AFLP分子标记在玉米优良自交系优势群划分中的应用作物学报 26（1）：9-13刘大文，谢友菊，王守才，戴景瑞 2000 拟南芥菜菜花药绒毡层启动子的克隆和序列分析 作物学报 26（4）：406-410陈彦惠，王利明，戴景瑞 2000中国温带玉米种质与热带、 亚热带种质杂优组合模式研究 作物学报 26（5）：557-564吴敏生，戴景瑞，谢友菊 2000 一个与玉米基因沉默表达有亲友的cDNA片段的克隆与序列分析 植物生理学报戴景瑞 2000玉米抗病相关候选基因DNA片段克隆中国农业科学（增刊） 33（1）：141-146吴敏生，戴景瑞 2000中国17个优良玉米自交系的分子标记杂合性及其与杂交种性状的关系研究 西北植物学报 20（5）691-700王守才，王国英，戴景瑞 2000玉米转基因遗传问题的讨论 生物工程进展 20（4）：64-66陈彦惠，王利明,戴景瑞 2000 热带、亚热带自交系与中国温带玉米种质杂交种的研究 中国农业大学学报 5（1）；50-57GAO ZH,XUE YB,DAI J R 2001 CDNA-AFLPanalysis reveals that maize resistance to Bipolaris maydisis associated with the induction of multiple defence nelated genes Chinese Science Bulletin 46（17）：1454-1458向道权，曹海河，曹永国，杨俊品，黄烈健，王守才，戴景瑞 2001玉米SSR遗传图谱的构建及产量性状基因定位 遗传学报 28（8）：778-784吴敏生，高志环，戴景瑞 2001利用cDNA—AFLP技术研究玉米基因的差异表达 作物学报 27（3）：339-342杨会，王国英，戴景瑞 2001玉米优良自交系综3、综31的转化研究农业生物技术学报 9（4）：334-337向道权，黄烈健，曹永国，戴景瑞 2001玉米产量性状主基因-多基因遗传效应的初步研究 华北农学报 16（3）：1-5田增元，戴景瑞 2002 利用cDNA-AFLP技术分析玉米灌浆期功能叶基因差异表达与杂种优势科学通报 47（18）：1412-1416黄烈健，向道权，杨俊品，戴景瑞 2002 玉米RFLP连锁图谱构建及大斑病QTL定位 遗传学报 29（12）：1100-1104赵君，王国英，胡剑，张晓红，戴景瑞 2002玉米弯孢菌叶斑病抗性的ADAA遗传模型的分析作物学报 28（1）：127-130曹永国，向道权，黄烈健，王守才，吴敏生，戴景瑞 2002 SSR分子标记与玉米杂种优势关系的研究 农业生物技术学报 10（2）：120-123田曾元，戴景瑞 2003玉米杂种与亲本穗分化期功能叶基因差异表达与杂种优势 遗传学报 30（2）：154-162刘章雄，王守才，戴景瑞，黄烈健，曹海河 2003玉米P_（25）自交系抗锈病基因的遗传分析及SSR分子标记定位 遗传学报 30（8）戴景瑞，赵克明，苏胜宝 2003优良玉米杂交种农大3138的选育与推广 山西农业科学 31（2）：19-22Song,XF,T.M. Song,J.R. Dai,T. Rocheford,J.S. Li 2004 QTL mapping of kernel oil concentration with high-oil maize by SSR markers Maydica 49:41-48白琪林， 陈绍江， 董晓玲， 孟庆祥， 严衍禄， 戴景瑞 2004 近红外漫反射光谱法测定玉米秸秆NDF与ADF含量，光谱与光谱分析 24 （11）：1345

鱼会说话吗？ 您相信鱼会说话吗？这是一个耐人寻味的事，我想知道鱼是否会说话？ 我家买了两条小金鱼，一条是全黑的，黑的叫乐乐，因为它很快乐。一条红白相间的名字叫欣欣，因为它懂得欣赏，很好玩吧！他俩生活在鱼缸里，这个鱼缸可“非比寻常”。里面有山、花、树、贝壳、彩色石头……。很美吧！让我们一起来观察它！ 9月23日凌晨五点左右，我正要去喂食，我看见这么一个现象，我把鱼食撒到鱼缸里，乐乐吃了一点就不吃了。 9月23 日傍晚5 点15分，我看见鱼缸里的贝壳反过来了，小欣欣看见了，好像以为它——这个小贝壳要死了，连忙游过去，用它的头去抵，抵了近三、四分钟，它就不抵了，它游到乐乐旁边，用自己的尾巴扫了扫乐乐，然后互相碰了一下头，乐乐和欣欣一起游过去，把那块贝壳一起弄回原样了，这一点证明了“团结力量大”。 通过两次的观察，让我知道了人类有人类的表达方式和交流语言，动物也有自己王国的表达方式和交流，这也告诉了我们，如果你不团结，那么你将一无所有，朋友之间的友谊真伟大。同时，我们也要多观察，多发现，但是不能因为你在动物身上作试验，就伤害小动物，因为动物是人类的朋友。 蚂蚁为什么不会迷路？ 蚂蚁，相信大家都很熟悉。那又有谁能真正地了解蚂蚁呢？蚂蚁为什么不会迷路呢？ 带着这个问题，我查阅了一些书籍。书上说，蚂蚁从蚁穴出发到达目的地后，沿途会留下一些气味，返回蚁穴。用触角相互碰一下，通知其他的蚂蚁。科学家曾经就这个问题作了一个试验。科学家先确定一只蚂蚁，将他沿途到达目的地的地方用力擦干净。当这只蚂蚁返回时，在被擦去气味的地方突然间停了下来。原地边转圈边寻找着什么。从而得到蚂蚁是靠气味来辨别方向的。 我为了证实这个结论，我做了个试验。我首先准备了一个十厘米左右的细小树枝，在树枝的一头放上一个诱饵——小糖果。我把这个装置放在一个蚁穴附近。不一会儿，有一只蚂蚁出来探路了。我把他引上木棍后，他到达了糖果的地方，仿佛在闻一闻、嗅一嗅。我趁此机会将木棍的中断部分截下一厘米的木棍。当这只蚂蚁返回的时候，就在被截去的地方左转右转，就是找不到回家的路。 过了一会儿，我又重复了上面的试验，蚂蚁仍然没有找到回家的路。 通过这两次实验，我终于知道蚂蚁为什么不会迷路的秘密了。原来蚂蚁是根据气味来辨别方向的。 知道了蚂蚁的这一秘密后，我在想：是否我们可以制作一种蚂蚁报警器呢？当蚂蚁走到报警器附近时，报警器就能“闻”出蚂蚁的气味，然后发出鸣叫声，让我们知道蚂蚁跑到橱柜里了或其他地方 “同学们，蛋壳都带来了吗？”老师问。“带来了！”我们异口同声地回答。 为了今天的科学课，老师让我们带蛋壳来。带蛋壳做什么呢？是做不倒翁吗？我们都很好奇。 “今天，我们要用这两个半截蛋壳做一个小实验。做之前，请大家先猜猜，我用这枝铅笔朝着蛋壳垂直往下刺，是口朝上的蛋壳先破呢，还是口朝下的蛋壳先破？”“当然是口朝下的先破！”大多数同学都抢着回答。“口朝上的先破！”同桌偏要和大家作对。老师微笑着说：“那好，下面我们就来做做实验，看谁的答案才是正确的。” 老师叫了一名同学上讲台，让他用铅笔对准自己手上口朝上的蛋壳。老师一声令下，同学手一放，铅笔刺到了蛋壳上，蛋壳没有破。老师又让他试了几次，铅笔第三次刺下的时候，终于刺破了蛋壳。接着，老师又让他用铅笔刺口朝下的蛋壳。“一下、两下、三下……”我们一起数着；但那半个蛋壳就像穿了盔甲一样，被刺了十几下还是不破。 “耶！我猜对了！”同桌高兴得手舞足蹈。虽然我们都不服气，但经过多次试验，我们发现，同样的两个半边蛋壳，用铅笔垂直去刺，的确是口朝上的比较容易破。老师告诉我们，这是因为口朝上的蛋壳受力比较集中，而口朝下的蛋壳受力分散，所以就比较坚固。难怪建筑工地里的工人叔叔们都戴着口朝下的安全帽，原来就是这个道理啊！

随着人们绿化意识的增强和绿化观念的更新，传统花卉种植方式因存在诸多弊端，已不符合人们审美情趣的要求。例如，鲜切花缺少了一个从种植到开花结果的实践过程，且保鲜时间短；一般盆花常用土壤栽培，养护必须凭经验，不易管理，易患病虫害，与现代居室环境不和谐。花卉立柱式无土栽培!以下简称花卉立柱)是把工艺化塑料盆钵垒叠成一定高度，在其上栽植花卉，并用营养液自动循环浇灌来满足花卉生长对水、气、肥的需求而进行的栽培方式，集立体栽培、无土栽培、设施栽培于一身，具有技术新、工艺化、节水环保、绿化容量大、美观和易管理等优点，能最大程度满足人们种花养花的情趣。花卉立柱在城市公园、街道、庭院、居室、屋顶、阳台的美化绿化以及都市农业中具有广阔的应用前景。花卉立柱是插花、盆景以外的一种新型花卉生产模式和艺术形式，有望成为一种时尚的产业。 1 花卉立柱系统结构 根据应用场所和循环系统可将花卉立柱分为常规型和家庭型2类。 1.1 常规型花卉立柱系统 通常采用水培法，进行较大面积的群体栽培主要应用于都市农业，城市公园街道，庭院屋顶绿化等。 1.1.1 立柱装置基本结构每667m2安装立柱600根，每根立柱由底座、中心轴和柱体构成。柱体的外壳是由白色工程塑料(ABS)浇注成的盆钵，一根立柱垒叠10～12个盆钵，高160～200cm，直径15cm，每个盆钵上设有5个栽培孔，花卉苗木即生长在栽培孔上。立柱成行状排列，柱体套在中心轴并立于下端的底盘上，便于旋转，也能随中心轴自由搬动。通过旋转使花卉苗木受光均匀。 1.1.2 营养液循环系统由贮液池、输液管道、滴淋头和回流沟组成。盆钵上的花卉苗木生长所需的养分，是由潜水泵把贮液池中的营养液送上输液管道，然后通过立柱顶端的滴淋头注入盆钵内的，当上一个盆钵内的营养液超过一 一定水位后，即自动向下一个盆钵注入，直至营养液溢出栽培槽的出口，最后通过回流沟流至贮液池中。营养液可定时自动浇灌，循环利用。 1.2 家庭型花卉立柱系统有水培、基质培、混合培3种栽培方式。室内花卉单体栽培主要应用于居室、办公室、阳台绿化等。 1.2.1 立柱装置基本结构每套装置由底盆、中心柱、盆钵、微型泵和定时器构成。家庭型立柱一般垒叠3～6个盆钵，高50～100cm底盆采用圆柱体，体积约为6L用于贮藏和回收营养液。 1.2.2 营养液自动循环系统家庭型立柱底盆中的营养液由微型泵泵入，然后通过软管、淋头、盆钵，再回收到底盆，重复利用，通过24h程控定时器实现自动循环浇灌。 2 栽培技术要点 2.1 品种选择 常规型花卉立柱主要考虑其观赏性，品种选择以草本花卉为主，适栽品种有孔雀草、长春花、洋凤仙、万寿菊、百日草、千日红、杂交石竹、凤尾鸡冠花、三色荃、四季海棠、雁来红、彩叶草、观赏番茄、金盏菊、翠菊、矮牵牛、一串红、矮向日葵、吊竹梅等；家庭型花卉立柱考虑室内环境条件的特殊性，品种选择以耐荫观叶植物为主，适栽品种有万年青、合果芋、绿萝、常春藤、龟背竹、文竹、银皇后、绿宝石、小斑马、百合竹、袖珍椰子、富贵竹、朱蕉、鹅掌木、肾藏、白掌、虎尾兰、吊兰、君子兰、一叶兰、条纹竹芋、孔雀竹芋等。 2.2 无土育苗技术 2.2.1 草花无土育苗一般采用种子播种繁殖，也有通过扦插繁殖的，如万寿菊、孔雀草、四季海棠、长春花等。种子繁殖以穴盘无土育苗效果最好，出苗整齐而茁壮。相对于常规露地无土育苗来说，受地下害虫为害轻，育苗移栽时伤根少，缓苗期短。育苗基质为珍珠岩、泥炭与蘑菇废料的复合基质(体积比1:1:1)。育苗容器采用宁夏圣宝工贸有限公司生产的圣宝重型128育苗穴盘(8×16穴，穴大小3cm×3cm)。草花种子播种前用40%福尔马林100倍液浸泡15min进行消毒，不易发芽的草花品种用温水浸种和催芽。播种发芽后，当草花幼苗长至2叶(对)期后，每天喷浇稀营养液1次。当幼苗达到一定苗龄形态指标要及时移栽，一般移栽期为4～5叶(对)期。 2.2.2 耐荫观叶植物无土育苗通常采用分株或扦插繁殖，有许多观叶植物2种方法均可繁殖。分株繁殖较简单，当母株分化出的子株已长有根系，就可分离母株进行单独培育。方法是将母株挖起，去除基质，清除老根和烂根，然后找出根系自然分歧处，用手册开或用刀切开，要求分离出来的子株带有细根、枝条(叶片)和芽。扦插繁殖基质为珍珠岩。扦插用的插条剪成8～12cm长，去除插条基部的叶片，下部剪口要平滑，呈45°斜面，用50×10-6的吲哚乙酸浸渍剪口12h，促进发根。插后做好保湿工作，防止插条失水萎蔫。当根长出2～3cm即可移栽，移栽时尽量减少伤根。 2.3 养液管理 2.3.1 营养液pH值测定与调整笔者用的营养配方肥料由杭州龙山化工厂生产提供。花卉用营养液的pH值适宜范围为5.5～6.5，一般稳定在6.0左右为最好。在营养液配制和使用过程中，可用手持式汉拿酸碱度测试笔定期进行pH值的测定。测试后，若发现营养液的pH偏高，用硫酸、磷酸或硝酸调整；若pH偏低，则用NaOH调整。 2.3.2 营养液EC值测定与调整花卉用营养液的适宜离子浓度(以EC值表示)，因花卉不同生育期、不同栽培季节而有所差异，一般苗期略低，生育盛期略高；冬季略高，夏季略低。幼苗期适宜的EC值为0.6～1.2ms/cm，开花期或成苗期(耐荫植物)适宜的EC值为1.2～1.8ms/cm。一般可用DDS-11A型电导率仪定期测定营养液的EC值，若发现EC值过高加水稀释，过低则通过加配方肥料进行调整。 2.3.3 营养液含氧量的补充通过每天多次的营养液循环浇灌来补充营养液中的含氧量，从而满足花卉根系生长对氧气的需求。 2.3.4 供液时间与次数采取间歇定时供液的办法，通过定时器进行控制，一般每天供液2～4次，每次15～20min。供液在白天进行，夜间不供液；晴天供液次数多些，阴雨天少些；气温高光线强时供液次数多些，温度低光线弱时供液少些。 2.3.5 营养液的更换家庭型花卉立柱底盆容积小，每盆营养液使用期为1～2个月，即夏天1个月更换1次，冬天2个月更换1次。常规型花卉立柱因贮液池容积大，营养液使用期可延长至4～6个月。若发生污染，应及时更换。 2.4 病虫害防治 据笔者观察，家庭型花卉立柱在室内摆放期间，一般很少有病虫害发生。花卉立柱大棚生产期间，各种病虫害均会发生。主要病虫害有:灰霉病、霜霉病、炭疽病、白粉病、叶斑病、叶螨、蚜虫、青虫、夜蛾等。应采取“以防为主，综合防治”的策略综合防治:(1)及时摘除枯枝败叶，清理病虫株；(2)物理防治，用-诱虫胶板诱杀害虫；(3)用一熏灵、利得烟熏剂等熏烟；(4)药剂防治禁用剧毒农药，选用低、中残毒农药，并做到对症下药；杀虫杀螨剂有7051杀虫素、万灵、一遍净、抑太保、吡虫啉等，杀菌剂有达科宁、多菌灵、大生、雷多米尔、杀毒矾等。 3 应用前景探讨 通过不同品种、不同花色的搭配、不同高度花柱的组合，可设计出富有不同艺术情趣的花卉立柱组合模式，表达不同的文化内涵。 3.1 在园林绿化上的应用 花卉立柱组合景观可为城市公园增辉，也可作为移动花坛应用，在绿化死角具有与盆花相似的应用效果。 3.2 在都市农业中的应用 花卉立柱组合可提升都市农业品位，增添现代园艺科技气息。 3.3 在街道绿化上的应用 花卉立柱成行竖立于街道两旁，能明显增加街道的节日文化气氛，给人耳目一新的感觉。 3.4 屋顶花园 花卉立柱节水环保，不积水，避免了屋顶土壤栽培的积水易渗漏等缺点。 3.5 在室内绿化中的应用 家庭型花卉立柱，绿化容量大，美观易管理，是家庭居室、办公室美化绿化的理想选择。