麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2019年第2期

• 小麦 TaWIN1基因的克隆和表达分析

  申玉霞，郭利建，马猛，赵惠贤，刘香利

  14-3-3蛋白家族在植物生长发育和逆境胁迫响应中发挥着重要作用。 TaWIN1基因是小麦14-3-3基因家族成员之一，为了进一步了解该基因的功能，本研究以普通小麦中国春为材料克隆了 TaWIN1基因并进行了生物信息学分析和表达分析。结果表明， TaWIN1基因含有801 bp的开放阅读框，编码266个氨基酸，含有完整的14-3-3蛋白家族结构域；该基因的编码蛋白为酸性蛋白，不具有跨膜区，可能定位于细胞质；进化分析显示，小麦TaWIN1蛋白与大麦14-3-3E、二穗短柄草GF14-D的亲缘关系最近； TaWIN1基因在小麦不同发育时期和不同组织中均有表达，但在10 mm幼穗中的相对表达量最高，其次为苗期叶片和旗叶，在根中表达量最低；根中 TaWIN1基因在干旱、高温、低温和盐胁迫下均显著上调表达；叶片中 TaWIN1基因在干旱、低温和盐胁迫下均显著上调表达，而在高温下则显著下调表达。

• 基因枪介导的转 TaGAPDH8基因小麦的获得与鉴定

  雷代丽，雷瑛彤，张琳，张阳璞，邓西平，杨淑慎

  甘油醛-3-磷酸脱氢酶（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase，GAPDH）是参与糖酵解和糖异生途径的关键酶之一，在维持细胞能量供应和植物抗逆性方面具有重要作用。本研究以耐旱型小麦品种长武134及干旱敏感型小麦品种郑引1号为材料，利用基因枪法将 TaGAPDH8基因分别转化这两种小麦的幼胚愈伤组织，经潮霉素筛选和PCR鉴定，最终得到4个下调表达的长武134株系(CW134-3、CW134-6、CW134-12、CW134-13) 和8个上调表达的郑引1号株系(ZY1-1、ZY1-3、ZY1-4、ZY1-9、ZY1-10、ZY1-14、ZY1-15、ZY1-17) 。对生长于大田的T2代转基因植株在乳熟期的生长状况进行了测定，获得了与对照相比有明显表型差异的植株。用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术测定了T3代小麦株系中 TaGAPDH8的表达量，结果表明，4个长武134株系中 TaGAPDH8基因的表达量分别为对照的0.53、0.75、0.21和0.78倍，而8个郑引1号株系中目的基因的表达量分别为对照的3.02、1.22、2.15、1.36、4.02、1.87、1.48和1.97倍。本研究获得了与对照存在明显表型差异的T2代及稳定遗传目的基因的T3代小麦株系，为后续的试验提供了研究材料和基础。

• 小麦 TaSABP2基因的克隆及表达分析

  李梦达，左宁，杜红旭，靳海洋，贺德先，牛洪斌

  为挖掘小麦抗逆基因，进一步解析小麦抗逆机制，采用电子克隆结合RT-PCR的方法，从小麦叶片中分离出 TaSABP2基因；利用生物信息学手段分析其序列特征；运用实时荧光定量反转录PCR（qRT-PCR）技术检测其在不同条件下的表达情况。结果表明，小麦 TaSABP2基因的cDNA全长为878 bp，包含一个长度为807 bp的开放阅读框，编码268个氨基酸。 TaSABP2基因的编码蛋白包含Abhydrolase及PLN02211两个结构域及一个酶活性中心（VVLVGHSLGG），属于Abhydrolase超家族的成员。其蛋白二级结构由四种形式构成，包括40.3%的α-螺旋、16.42%的延伸链、4.48%的β转角、38.81%的无规则卷曲。通过与其他植物的氨基酸序列进行多重序列比对，发现功能区域的氨基酸序列较为保守。qRT-PCR结果表明， TaSABP2基因的表达具有较强的组织特异性，植物激素ABA和BR处理及干旱和盐胁迫处理，均能诱导该基因的表达量迅速增加。以上结果表明， TaSABP2基因在小麦抵抗逆境胁迫过程中起到一定作用。

• 1BL/ 1RS易位系HMW-GS组成与品质分析

  李亚青，张楠，张士昌，何明琦，李孟军

  为深入挖掘1BL/1RS易位系的品质育种潜力，对收集的300份1BL/1RS易位系的高分子量麦谷蛋白亚基（HMW-GS）组成及其品质性状进行了分析。在300份1BL/1RS易位系 Glu-1位点上共检出12种HMW-GS类型和27种HMW-GS组合，表明这些1BL/1RS易位系具有较高的遗传多样性。在 Glu-A1位点上，亚基Null和1亚基的出现频率分别为47.67%和52.33%； Glu-B1 位点有7种等位变异，其中出现频率最高的为7+9 亚基对 （58.67%）; Glu-D1 位点有3 种等位变异， 2+12 亚基对为主要类型，出现频率为71.33%。亚基组合类型中，“Null/7+9/2+12”的出现频率最高（31. 67%）。 Glu-A1、 Glu-B1和 Glu-D1编码优质HMW-GS的比例分别为52.33%、38.34%和16.00%，其中31份1BL/1RS易位系在3个位点均编码优质HMW-GS类型。300份1BL/1RS易位系的品质变异范围较大，有9份材料具有较高的品质育种价值。

• 大麦单粒种子起源的小孢子培养再生频率研究

  郭桂梅,何婷,刘成洪,高润红,徐红卫,李颖波,黄剑华,王亦菲,陆瑞菊

  为提高单株小孢子培养的再生效率，以大麦品种花30为材料，在人工气候室研究了离体穗、离体小花预处理时间和诱导培养基中无机氮、有机氮含量以及添加PEG对愈伤组织产量、绿苗产量和再生能力的影响。结果表明，离体穗5 ℃处理19 d的愈伤组织和绿苗产量及再生能力均优于32 d的，离体小花预处理1~2 d可促进愈伤组织的形成和绿苗的分化；降低无机氮浓度［KNO3降至707.5 mg·L-1，(NH4)2SO4降至115.75 mg·L-1］可提高愈伤组织和绿苗产量及再生能力；提高有机氮浓度（谷氨酰胺从400 mg·L-1提高到1 600 mg·L-1，水解酪蛋白从100 mg·L-1提高到400 mg·L-1）可增加小孢子愈伤组织和绿苗产量；培养基中添加4% PEG可提高小孢子愈伤组织产量和质量。

• 旱地不同产量水平小麦的产量构成及氮素吸收利用的差异

  黄明，吴金芝，李友军，王贺正，陈明灿，付国占

  为明确不同产量水平旱地小麦的氮素吸收利用特征，于2015-2016年和2016-2017年，在位于河南西部雨养旱地小麦主产区且种植洛旱6号的36个农户田块取样调查，按照籽粒产量分成低产、中产、高产3组，比较其产量构成、氮素积累转运特性以及氮素利用效率。结果表明，高产组的籽粒产量分别较低产、中产组高75%～93%和17%～37%，高产组的穗粒重和生物量均显著高于中产、低产组，千粒重显著高于中产组，穗数、穗粒数均显著高于低产组。高产组小麦主要生育时期以及各生育阶段的氮素积累量、花后茎叶氮素转运量和花后氮素积累贡献率均较高，但出苗至拔节期的氮素积累比例较低。2个调查年度，高产组小麦成熟期氮素积累量分别较低产、中产组高57%和17%，氮素籽粒生产效率分别高17%和12%，生产百公斤籽粒需氮量则分别低15%和6%；高产组的氮素干物质生产效率和氮肥偏生产力分别较低产组高9%和20%。由此可见，拔节期、拔节至开花期与开花至成熟期较高的氮素积累量、茎叶氮素转运量、花后氮素积累贡献率是旱地小麦高产的重要氮素特征，提高旱地中产、低产田的小麦产量，应在增加穗数、穗粒数、穗粒重和生物量的同时提高氮素利用效率。

• 施肥水平对青稞籽粒灌浆特性的影响

  朱明霞，白婷，靳玉龙，强小林

  为给青稞高产优质高效栽培中氮磷肥的合理利用提供依据，以藏青27、QTB13和QTB25 3个青稞品种（系）为材料，用Logistic方程对籽粒灌浆过程进行拟合，研究了不同施肥水平（施氮量分别为0、90、180、270、360 kg·hm-2，按照氮磷比1∶6配施磷肥）下青稞籽粒的灌浆特性。结果表明，不同施肥水平下，3个青稞品种（系）籽粒灌浆过程均呈“S”型曲线变化，其Logistic方程的决定系数在0.995～0.999之间，均达极显著水平，拟合效果较好。灌浆参数中，灌浆持续期和最大灌浆速率出现时间与粒重均呈极显著正相关，平均灌浆速率与粒重呈正相关，但不显著。粒重与渐增期持续时间、快增期持续时间均呈极显著正相关，与其他参数相关不显著。理论最大千粒重与灌浆结束时实际千粒重随施肥量增加的变化基本一致。适量施用氮磷肥能调控籽粒灌浆参数，提高渐增期持续时间和快增期持续时间，增加千粒重；施肥过多则降低了千粒重。

• 增施有机肥对全膜覆土穴播春小麦水分利用和产量的影响

  尹嘉德，侯慧芝，张绪成

  为探究增施有机肥对全膜覆土穴播春小麦水分利用和产量的影响，于2016-2017年在甘肃陇中半干旱区设置田间定位试验，研究全膜覆土平作穴播（PMS）、全膜覆土平作穴播+有机肥（PMO）和裸地平作穴播（CK）3个处理下春小麦田的土壤水分、作物产量及水分利用效率。结果表明，在全生育期，PMO处理0～300 cm土壤贮水量分别较PMS和CK处理高1.30%～13.55%和6.95%～15.39%，SPAD值分别高1.61%～4.33%和6.43%～13.95%，单株生物量分别增加4.98%～16.11%和117.13%～200.00%；与CK 相比，PMO和PMS处理均能显著提高春小麦的穗数、穗粒数、千粒重、籽粒产量和水分利用效率，PMO处理提高的幅度更大；PMO处理的籽粒产量分别较PMS和CK处理提高9.11%和53.74%，水分利用效率分别较PMS和CK处理提高26.50%和59.22%。

• 土壤水分对玉米秸秆还田腐解率、土壤肥力及小麦籽粒蛋白质产量的影响

  张素瑜，杨习文，李向东，杨明达，王和洲，贺德先

  为提高玉米秸秆还田效果，通过防雨棚微区控水设施，研究了土壤水分对还田玉米秸秆腐解、土壤肥力及小麦籽粒蛋白质产量的影响，3个土壤水分水平分别为田间持水量的50%~55%（干旱）、60%~65%（轻旱）和70%~75%（适宜水分）。结果表明，小麦季还田玉米秸秆腐解速率表现为“快－慢－快”的变化趋势。随着土壤水分含量的增加，秸秆量减少率逐渐增加。秸秆腐解前期（0~70 d），干旱条件下秸秆量累计减少率、氮素释放率显著降低（P<0.05）；成熟期，不同土壤水分条件下秸秆量累计减少率及氮素释放率分别为66.50%~69.51%和75.88%~77.31%，不同土壤水分处理间差异不显著。与播前相比，成熟期不同处理0~25 cm耕层土壤有机质含量基本表现为降低趋势，但秸秆还田（RS）处理土壤有机质含量下降幅度较对照（CK）显著降低。与CK相比，RS处理0~25 cm耕层土壤有机质含量显著提高(16.1%~17.2%)；不同生育时期土壤0~25 cm耕层的碱解氮含量显著提高（11.65%~23.10%）；小麦籽粒蛋白质含量略有降低，籽粒蛋白质产量显著降低（4.63%）。在秸秆还田条件下，干旱处理的小麦籽粒蛋白质含量均显著高于轻旱和适宜水分处理。综上，还田玉米秸秆的腐解和氮素释放需要较好的土壤水分条件；土壤水分适宜时进行秸秆粉碎翻压还田有利于提高土壤有机质和碱解氮含量；干旱条件下秸秆还田导致小麦籽粒产量和蛋白质产量均显著降低。

• 灌溉策略对冬小麦水分利用和生长的影响

  郭晓磊，薛绪掌，赵倩，张馨，李友丽，陈菲，王志敏

  为探究不同灌溉策略下冬小麦水分利用和生长的情况，在总灌溉量相同的前提下设置拔节水+开花水单次参比蒸散30%灌溉（W1）、拔节水+开花水单次参比蒸散60%灌溉（W2）和拔节水+开花水大水漫灌（W3）3种灌溉策略，利用称重式蒸渗仪和diviner 2000研究了不同灌溉策略下冬小麦的耗水动态、蒸散特征和水分利用效率。结果表明，大水漫灌处理（W3）下冬小麦主要利用上层（0~50 cm）土壤水分，而低速率灌溉（W2和W1）处理增强了植株根系对深层（70~100 cm）土壤水分的吸收；同时，低速率灌溉可以降低蒸散速率，W3、W2和W1的日蒸散速率最大值在拔节水灌溉期间分别为13.20、10.82和10.58 mm·d-1，在开花水灌溉期间分别为15.10、10.57和9.10 mm·d-1，其中低速率灌溉主要降低了单日蒸散的午间高峰值，减少了无效耗水。大水漫灌处理不利于生长后期株高的增加，而低速率灌溉不仅有利于株高的形成，也有利于叶片维持较高水平且稳定的SPAD值，保证了籽粒灌浆，使得W2处理的穗粒数和千粒重较W3处理分别提高7.25%和3.93%。综合来看，低速率灌溉策略通过低量持续的供水改变了冬小麦植株根系对土壤水利用的层次，减少无效水蒸散，维持叶片稳定的光合能力，提高了产量和水分利用效率。

• 中国北方麦区冬小麦物候期对气候变化的响应

  侯学会，隋学艳，姚慧敏，梁守真，王猛

  为评价中国北方主要冬麦区小麦关键物候时间变化和主要影响气象因子的区域差异，基于1992-2013年间57个站点资料，在分析黄淮海平原、黄土高原和西北内陆冬小麦返青和成熟期时空变化的基础上，探讨影响北方麦区冬小麦关键生育时期的主要气象因子。结果表明，1992-2013年，北方冬小麦整体呈现返青期延后，成熟期提前，但总体趋势不明显，且存在区域差异；生育时期变化幅度随经度增加而增大。月平均温度和月最低温度分别是影响黄淮海平原冬小麦返青期和成熟期的主要气象要素，而黄土高原冬小麦生育时期主要受月平均温度变化的影响，但在西北内陆，返青期与月最低温度的负相关性最显著，而成熟期则主要受月平均温度变化的影响。月日照时长、月温差和月降水对小麦生育时期的影响在黄淮海平原/黄土高原和西北内陆相反。在黄淮海平原和黄土高原，月日照时长和月温差变化与小麦生育时期呈正相关，月降水与冬小麦生育时期呈负相关，但在西北内陆，月日照时长和月温差与小麦生育时期总体上呈负相关，月降水增加对西北内陆冬小麦生长有利，可延缓因干旱导致的物候提前。

• 冬小麦叶面积指数真实性检验尺度扩展方法研究

  李军玲，张弘，邹春辉

  为在空间尺度上实现冬小麦LAI地面观测与遥感观测直接匹配，从1 m×1 m范围的实测LAI出发，通过优化采样方法扩展得到16 m×16 m范围的冬小麦LAI，然后利用空间分辨率为16 m的高分1号卫星的多光谱数据计算样本点的植被指数，建立其与冬小麦LAI的拟合模型，从四种植被指数的拟合模型中挑选表现最好的LAI估测模型，获得16 m×16 m尺度的LAI分布图，并经过重采样聚合为250 m×250 m尺度的LAI格点图，从而实现从地面点测量数据到卫星尺度数据的扩展。检验结果表明，16 m×16 m和250 m×250 m两个研究区域模拟点值和实测点值的相对误差分别为4.18%和3.64%，说明这种尺度扩展方法是科学可行的。

• 基于机器学习算法的冬小麦不同生育时期生物量高光谱估算

  吴芳，李映雪，张缘园，张雪红，邹晓晨

  为探索适用于冬小麦不同生育时期的高光谱估算方法，基于4年大田试验，以江苏省主要冬小麦品种为材料，以8种对常用生物量敏感的高光谱指数为基础，分别采用偏最小二乘算法、支持向量回归算法、随机森林算法在冬小麦4个主要生育时期（抽穗期前、抽穗期、开花期和灌浆期）进行了高光谱生物量估算和预测能力比较。结果表明，在冬小麦不同生育时期，高光谱估算生物量精度差异显著；利用随机森林构建的生物量估算模型在4个生育时期均表现出很好的效果，决定系数(r)和均方根误差(RMSE)在抽穗期前分别为0.79和44.82 g·m-2，在抽穗期分别为0.71和62.07 g·m-2，在开花期分别为0.70和97.63 g·m-2，在灌浆期分别为0.71和106.98 g·m-2；随机森林模型在4个生育时期的预测能力都高于或接近于支持向量回归模型，高于偏最小二乘回归模型，r和RMSE在抽穗期前分别为0.60和72.54 g·m-2，在抽穗期分别为0.60和75.07 g·m-2，在开花期分别为0.68和109.9 g·m-2，在灌浆期分别为0.61和127.93 g·m-2。这说明随机森林算法在冬小麦不同生育时期生物量高光谱遥感估算方面具有较高的精度和稳定性。

• 基于优化光谱指数的新疆春小麦冠层叶绿素含量估算

  亚森江·喀哈尔，尼加提·卡斯木，尼格拉·塔什甫拉提，张飞，茹克亚·萨吾提，阿不都艾尼·阿不里，师庆东，苏比努尔·居来提

  为筛选可用于干旱半干旱区春小麦冠层叶绿素含量估算的高光谱植被指数，2017年通过测定春小麦关键生育时期冠层的田间高光谱与叶绿素含量，利用光谱指数波段优化算法分别计算400～1 300 nm光谱波段中不同波段两两组合的比值光谱指数（ration spectral index,RSI）、归一化光谱指数（normalized difference spectral index,NDSI）、叶绿素指数（chlorophyll index,CI）、简化光谱指数（CI/NDSI,NPDI），并将这些参数及其他17个不同高光谱植被指数分别与实测冠层叶绿素含量进行Pearson相关分析，通过变量重要性准则筛选最优光谱参数，使用偏最小二乘回归法建立冠层叶绿素含量的预测模型。结果表明：（1）RSIs、NDSIs、CIs和NPDIs与冠层叶绿素含量的相关性都优于前人研究中定义的17种高光谱植被指数，并且冠层叶绿素含量与NDSI(R849,R850)、RSI(R849,R850)，CI(R849,R850)和NPDI(R849,R850)表现出强相关性。（2）用此4个优化光谱指数分别建模时，以CI(R849,R850)、 CI(R539,R553)、 CI(R540,R553)、 CI(R536,R553)为自变量的X-3模型预测精度最高（r＝0.74,RMSE=0.272 mg·g-1）。（3）结合4个优化光谱指数构建的组合模型预测精度，其r＝0.83，RMSE＝0.187 mg·g-1。

• 原位钝化对轻度镉污染农田小麦修复研究

  杨梦丽，崔俊义，马友华，岳蛟，李丁，章文贵

  为探讨原位钝化在镉轻度污染小麦农田上的修复效果，在田间试验条件下，研究了石灰、生物炭配施石灰、生物有机肥配施石灰以及多孔陶瓷纳米材料配施石灰等钝化剂联合修复对镉污染农田中土壤氮、磷、钾含量、土壤pH值、土壤有效态Cd含量、土壤Cd的化学形态、小麦籽粒Cd含量以及小麦产量的影响。结果表明，在土壤Cd背景值为0.337 mg·kg-1的轻度Cd污染农田中，钝化剂处理均可以在不同程度上提高土壤养分含量和pH值，降低小麦籽粒Cd含量和土壤中有效态Cd含量，促使土壤中的Cd形态由易被作物吸收的酸溶态和可还原态转化为不易被吸收的可氧化态和残渣态。其中，小麦籽粒Cd含量降低幅度最大，为40.0%，土壤有效态Cd最大降低率为43.7%，土壤pH值提高0.35。对各指标的相关性分析表明，土壤Cd含量与土壤酸溶态Cd及小麦籽粒Cd含量显著正相关，与可氧化态Cd显著负相关，与可还原态Cd含量极显著正相关；土壤中可还原态Cd与酸溶态Cd含量显著正相关，与小麦籽粒Cd含量极显著正相关。

• 小麦条锈菌效应蛋白Hasp58抑制植物免疫的功能分析

  陈增菊，王婷，汤春蕾，赵梦鑫，康振生，王晓杰

  为明确小麦条锈菌吸器特异表达效应蛋白Hasp58抑制植物免疫的功能，利用PCR获得Hasp58的全长cDNA序列；借助生物信息学软件预测Hasp58的信号肽；将Hasp58构建到pGR106载体用于农杆菌（Agrobactrium tumefacien）介导的烟草瞬时表达系统，明确Hasp58抑制细胞坏死的毒性功能；将Hasp58构建到pCambia1302载体用于烟草细胞定位，明确Hasp58定位情况；将Hasp58构建到pEDV6载体用于荧光假单胞杆菌（Pseudomonas fluorescens）介导的小麦瞬时表达系统,对小麦胼胝质、过敏性坏死面积、活性氧、菌丝面积、菌丝长度进行统计分析，明确Hasp58抑制寄主植物PAMPs引发的免疫反应（PTI）和效应蛋白诱导的免疫反应（ETI）功能。结果表明，条锈菌Hasp58的cDNA全长为1 026 bp，编码342个氨基酸，N端含26_aa的信号肽；通过农杆菌侵染，在烟草中瞬时表达Hasp58，发现其能够抑制由BAX诱导的细胞坏死，为条锈菌的候选效应蛋白；烟草细胞定位发现，含有信号肽和缺失信号肽的Hasp58与GFP融合表达均定位在细胞质，推测该效应蛋白在胞质作用；利用细菌的三型分泌系统在小麦中瞬时表达Hasp58，发现其能够抑制荧光假单胞杆菌引起的胼胝质积累，导致由无毒性条锈菌小种CYR23引起的小麦过敏性坏死面积和活性氧减少，使菌丝面积和长度增加。推测小麦条锈菌效应蛋白Hasp58可抑制寄主植物的PAMPs引发的免疫反应（PTI）和效应蛋白诱导的免疫反应（ETI），并促进自身侵染。

• 2014-2016年四川盆地小麦白粉病菌毒性分析

  徐志，王胜，张重梅，张英，姬红丽，倪健英，周益林，彭云良

  为明确四川盆地小麦白粉病菌群体的毒性结构，利用26个抗白粉病单基因（Pm）鉴别品种（系），对2014-2016年分离自四川省盆地内不同地区的189个小麦白粉病菌株进行了毒性测定，获得183个毒性类型，分别对6～21个Pm基因具有毒性，其中97.27%的类型仅出现一次，盆地西部和盆地东部病菌群体共有毒性类型有3种。病菌群体对抗病基因 Pm21的毒力频率为0，对 Pm1c、 Pm12、 Pm16和 Pm24的毒力频率低于20%，而对 Pm1a、 Pm2、 Pm3b、 Pm3c、 Pm3e、 Pm3f、 Pm4a、 Pm4b、 Pm5a、 Pm6、 Pm7、 Pm8、 Pm19、 Pm30的毒力频率高于60%；病菌的基因多样性指数、信息指数和多态位点百分率分别是0.301 4、0.460 1和96.15%；盆地西部病菌群体的毒性多态性高于盆地东部群体。