麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2020年第1期

• 抗条锈病小麦-滨麦Lm#3Ns二体异附加系的分子细胞遗传学鉴定

  杜欣，杜少帅，马兵，王艳珍，陈春环，吉万全，王长有

  滨麦（Leymus mollis ）是小麦的三级基因源，具有改良小麦所需的许多优良性状。为了将滨麦中的优异基因导入到普通小麦中，通过远缘杂交获得小麦-滨麦异附加系、异代换系、易位系，以选自普通小麦7182与滨麦衍生后代M42（2n=54）F6代的株系M11005-1-2-7-10-1-1（M11005A）为供试材料，对其进行了形态学、细胞学、原位杂交、分子标记、抗病性等综合鉴定。细胞学观察结果显示，M11005A有44条染色体且配对良好，可以稳定遗传。原位杂交及分子标记结果表明，M11005A含有42条普通小麦染色体和1对来自滨麦Lm#3Ns的染色体，并且用Oligo-pTa535探针得到了Lm#3Ns的FISH核型；筛选出6个EST及8个PLUG特异分子标记可以用来鉴定Lm#3Ns染色体，其中只有1个EST和4个PLUG标记可以同时在M11005A中扩增出滨麦和华山新麦草的条带，说明滨麦的Lm#3Ns染色体与华山新麦草的3Ns基因组之间存在差异。M11005A的穗长、穗型、小穗数、千粒重与亲本7182无显著差异，但分蘖数较7182显著增加，株高显著降低。抗条锈病鉴定结果显示，苗期M11005A对条锈菌生理小种CYR29和CYR34表现高抗，对CYR32表现高感，成株期对CYR32和CYR33混合小种表现高抗，推测滨麦的Lm#3Ns染色体携带对CYR29和CYR34小种的抗性基因，又携带了成株期对CYR32和CYR33的抗性基因。因此，M11005A可以作为抗源应用于小麦的条锈病抗性改良中。

• 小麦-华山新麦草异附加系的细胞遗传学和分子标记辅助鉴定

  张德时，王斯文，王长有，王艳珍，陈春环，吉万全，张宏

  华山新麦草（2n=2x=14，NsNs）含多种优良基因，是一类具有广阔应用前景的育种资源。为给小麦育种培育新材料，本研究对来自普通小麦品系7182和华山新麦草的高代衍生系H1133、H4122和H1423进行细胞遗传学和分子标记辅助鉴定。细胞学观察表明，3个衍生系的染色体数和构型均为2n=44=22Ⅱ；基因组原位杂交（GISH）和荧光原位杂交（FISH）同步分析结果表明，3个衍生系均含42条普通小麦染色体和2条华山新麦草Ns染色体；EST和PLUG标记分析证明H1133、H4122和H1423中附加的分别为华山新麦草3Ns、5Ns和7Ns染色体，说明H1133、H4122和H1423分别为小麦-华山新麦草的3Ns附加系、5Ns附加系和7Ns附加系；形态学鉴定结果表明，三个附加系与亲本7182在株高、分蘖和穗长等农艺性状上表现出不同差异；成株期抗条锈病鉴定结果表明，H4122和H1423高抗CYR32和CYR33 混合菌种，从材料系谱推断其抗性来源于华山新麦草。总之，附加系H1133、H4122和H1423在农艺性状和抗病性上均有良好表现，可作为小麦育种中的桥梁材料。

• 小麦表皮蜡质脂肪醇合成基因 TaFAR10的克隆及功能验证

  刘晓宇,吴洪启,石善党,李春莲,汪勇,王中华

  在植物的生长发育中，植物表皮蜡质能够保护植物免受外来生物和非生物胁迫的侵害。 TaTAA1a编码脂肪酰基辅酶A还原酶，在花药绒毡层细胞中该基因有助于脂肪醇物质的产生。为探究 TaTAA1a是否参与小麦叶片表皮蜡质成分中初级醇的生物合成，本研究从低蜡小麦品系CP98（11）中克隆了 TaTAA1a基因，并将其命名为 TaFAR10。 TaFAR10的开放阅读框为1 524 bp，编码一个具有507个氨基酸的蛋白。序列比对发现， TaFAR10与 TaFAR4、 TaTAA1c、 TaFAR5具有相似的功能结构域。系统进化树分析表明， TaFAR10、 TaFAR4、 TaTAA1c亲缘关系较近，并且与拟南芥的 AtFAR4聚为一类。酵母异源表达结果显示， TaFAR10具有催化C18:0脂肪醇合成的功能。另外 TaFAR10呈现组织特异性表达，在旗叶、苗期叶片、叶鞘、穗下茎、颖壳、茎节、芒、花药和根中均表达，其中，在旗叶和苗期叶片中表达量最高。在ABA、干旱、PEG、冷胁迫条件下， TaFAR10的表达量呈下降趋势，表明 TaFAR10不能受非生物胁迫诱导。该研究为深入了解小麦表皮蜡质脂肪醇合成的分子机制具有重要的参考价值。

• 小麦灌浆相关基因 TaGIF1的克隆及表达分析

  田小萍，王光浩，张宏，吉万全

  GIF1（ grain incomplete filling 1）编码了一种质外体途径中催化蔗糖不可逆水解的细胞壁蔗糖转化酶，主要在组织生长旺盛并且需要供能的库中表达，是影响灌浆的关键基因。根据水稻 OsGIF1基因序列，同源克隆了普通小麦第2部分同源群染色体上的 TaGIF1基因，它包含7个外显子和6个内含子，与水稻 OsGIF1 基因结构相似。小麦 TaGIF1-2A基因含有237 bp的5′ UTR、1 986 bp的ORF、262 bp的3′ UTR，编码661个氨基酸。通过分析15份大小粒小麦品种的gDNA序列，在 TaGIF1-2A基因中共发现21个SNP位点，9个位于编码区，12个位于非编码区。SNP分组发现，15份大小粒小麦品种中 TaGIF1-2A基因共存在8种单倍型。氨基酸序列比对显示，共存在2个氨基酸变异位点，其余SNP位点未引起氨基酸的改变。大小粒品种中无特异SNP变异，表明该基因编码区序列高度保守。就 TaGIF1-2A启动子区而言，大粒材料元件数量和种类均多于小粒材料，而且这些元件均与籽粒发育相关，说明 TaGIF1-2A基因启动子的活跃程度与最终籽粒灌浆饱满度的形成可能存在密切联系。qRT-PCR分析表明， TaGIF1-2A在籽粒和颖壳中都有表达，在不同小麦材料中表达模式相同，说明与籽粒大小无关；而在2~6 DAA的籽粒中，表达量剧烈上调，而后急剧下调，由此推测 TaGIF1-2A可能影响籽粒灌浆，在灌浆前期与籽粒发育密切相关。亚细胞定位结果表明， TaGIF1-2A 主要作用在细胞壁上。

• 小麦属植物叶绿体基因组结构的比较分析

  苏宁，何兆峰，欧平和，杨玉存，王鹏程，崔立操，聂小军

  为了从叶绿体角度解析小麦属植物的起源进化关系，以14个小麦属植物叶绿体基因组为对象，利用比较基因组分析方法，比较了小麦属植物的叶绿体基因组基因含量、序列变异、结构特性、进化关系和RNA编辑的异同。结果发现，14个小麦属植物叶绿体基因组大小相近，结构特征比较保守，但基因数量存在一定的差异，主要是由于tRNA的数目不一致引起的；IR区的伸缩分析发现硬粒小麦和乌拉尔图小麦在IRb-SSC边界基因存在明显的差异，其他麦类作物间差异很小；基于叶绿体全基因组的系统进化分析发现，有AABB基因型的物种聚在一起，而AAGG型的单独为一支，基本反映了其系统进化关系；对这14个叶绿体基因组的RNA编辑位点进行了预测和比较分析，发现有35个编辑位点在所有小麦属物种中均发生，同时还鉴定到多个物种特异的编辑位点,为从RNA编辑角度解析小麦属植物的系统进化关系提供了重要数据。

• BS型小麦光温敏雄性不育系光合特性研究

  孙辉，张立平，陈兆波，白建芳，白秀成，杨吉芳，张风廷，赵昌平

  为了解BS型小麦光温敏雄性不育系光合特性的差异，分析其光合特性的影响因子，以指导高光效不育系的选育，以6份BS型小麦光温敏不育系和常规品种京411为研究材料，于北京顺义（不育系繁殖区）和河南南阳（不育系制种区）分期播种，分析不同材料在抽穗期、开花期和花后30 d的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）、叶绿素荧光参数（Fv/Fm）等光合特性指标的差异，以及不同区域不育系的Pn、Tr和结实率与播期、旗叶面积及株高的相关性。结果表明，不育系的Pn、Gs、Tr和Fv/Fm变化趋势均为抽穗期或开花期达到最高值，花后30 d降为最低值，而Ci的变化趋势为花后30 d达到最高值。Pn和Tr较高的材料为BS485，Gs和Tr较高的材料为BS366；Pn较低的材料为BS93，Tr较低的材料为BS1453和BS210。在北京顺义，Pn与结实率、Gs、Tr和Fv/Fm呈正相关，与旗叶面积呈负相关；Tr与播期、Pn和Gs呈正相关，与株高和Fv/Fm呈负相关；结实率与Pn呈正相关，与旗叶面积呈负相关。对Pn影响最主要的因子是播期和Tr，其次是结实率、Fv/Fm、Gs和旗叶面积；对Tr影响最主要的因子是播期、Gs和Pn，其次是株高和Fv/Fm；对结实率影响最主要的因子是Pn，其次是Gs和旗叶面积。在河南南阳，Pn和结实率与各因子相关性均不显著；Tr与播期和Gs呈正相关，与Ci呈负相关；对Tr影响最主要的因子是播期和Gs，其次是Ci。

• DNA甲基化抑制剂对盐胁迫下小麦部分生理及农艺性状的影响

  李有芳，靖建国，张静悟，李卫华

  为了解DNA甲基化与小麦抗盐性的相关性，以耐盐性不同的春小麦品种新春11号（耐盐）和新春6号（盐敏感）为材料，利用DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷（5-azaC）处理小麦种子7 d，并对处理后的幼苗用200 mmol·L-1NaCl胁迫7 d，分析盐胁迫下DNA去甲基化小麦的农艺性状及生理特性变化。结果表明，盐胁迫抑制了小麦的生长。盐胁迫下DNA甲基化抑制剂处理可显著降低小麦株高，对穗长、穗粒数和穗粒重无显著影响。与单独盐胁迫相比，DNA甲基化抑制剂处理后，新春11号叶片净光合速率明显下降，蒸腾速率、气孔导度下降幅度减缓，胞间CO2浓度无显著差异；新春6号蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度显著下降，叶片净光合速率无显著差异。盐胁迫下DNA甲基化抑制剂处理可显著减少小麦叶片丙二醛（MDA）含量，显著提高新春6号小麦幼苗叶片中脯氨酸和可溶性糖含量，而对新春11号影响不大；显著提高新春11号过氧化物酶（POD）活性及新春6号超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性。综上所述，DNA甲基化抑制剂会导致小麦植株矮化，提高盐胁迫下小麦叶片的抗氧化能力，缓解盐胁迫负效应，小麦品种对DNA甲基化抑制剂的敏感性与其耐盐性有关，推测盐胁迫下小麦可能通过DNA甲基化调控其耐盐性。

• 化学调控剂对冬小麦干物质贮运和籽粒灌浆特性的影响

  吴玥，刘红杰，胡新，宋吉青，吕国华，纪冰祎，白文波

  为明确不同有效成分的化学调控剂对冬小麦生长和产量形成的调控作用，采用田间试验，比较了自主研发的微量元素拌种剂（WB）、黄酮类叶面喷施剂（Phu）、磷胺类叶面喷施剂（Pan）以及拌种组合喷施制剂（Whu和Wan）对冬小麦干物质积累与分配以及籽粒灌浆过程与产量的影响。结果表明，WB、Whu和Wan处理均能增加冬小麦穗数、穗粒数和千粒重，增产16.51%以上。与喷施自来水（CK）相比，WB、Whu和Wan处理对各生育期冬小麦不同器官干物质积累量均具有增加效应；所不同的是，WB处理对冬小麦的促进效应在拔节期和抽穗期凸显，而Whu和Wan处理对小麦开花后的促进作用更大；并且Whu处理的花前干物质转运率和花前干物质转运对籽粒的贡献率分别较CK提高了13.42%和17.96%（P<0.05）。开花43 d内，各处理均能延长小麦的籽粒灌浆持续期，且Wan处理使灌浆持续期延长了3.82 d（P<0.05），Phu处理使小麦的最大灌浆速率和平均灌浆速率较CK分别提高了5.71%和5.76%（P<0.05）。说明不同化学调控剂对小麦的增产作用与干物质积累和转运能力以及籽粒灌浆有关，并且拌种和叶面喷施组合具有协同效应。

• 耐盐促生菌筛选、鉴定及对盐胁迫小麦的效应

  王丹，赵亚光，张凤华

  为利用盐碱地微生物促进植物适应盐逆境，从新疆玛纳斯河流域盐碱土壤中分离筛选出的耐盐菌株中，通过测定菌株生长特性及产吲哚乙酸（IAA）、铁载体、溶磷、固氮能力，得到1株耐盐高效促生菌株wp-8；结合形态观察、生理生化及16S rDNA鉴定了其种类；采用室内盆栽试验检测了其对盐胁迫小麦的效应。结果表明，菌株wp-8最适生长温度为30 ℃，最适生长pH为9，最适生长盐度为5%，吲哚乙酸分泌量为15.90 mg·L-1，铁载体相对含量为0.68，溶有机磷及无机磷量分别为0.34 mg·L-1和1.10 mg·L-1；鉴定该菌为Nesterenkonia rhizosphaerae。在150 mmol·L-1NaCl胁迫下，小麦种子接种wp-8生长50 d后，与对照相比，小麦株高、根长及根鲜重显著增加（P<0.05），增长率分别为9.35%、27.15%、150%；单株鲜重也有所增加，但差异不显著；小麦幼苗根部丙二醛（MDA）含量显著降低（P<0.05），超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性及叶片脯氨酸（Pro）含量显著增加，分别较对照增加160.63%、 30.41% 、44.93%、10.04%。说明菌株wp-8可缓解小麦盐胁迫并促进幼苗生长，尤其促进小麦根系的发育。

• 基于多核支持向量机的小麦条锈病遥感监测研究

  高媛，竞霞，刘良云，白宗璠

  为提高小麦条锈病的遥感探测精度，依据日光诱导叶绿素荧光和冠层反射光谱数据在小麦条锈病遥感探测中的优势及其与病情严重度之间的映射关系，在运用独立分量分析法对光谱数据降维的基础上，利用核学习算法分别确定冠层光谱特征和日光诱导叶绿素荧光特征反映小麦条锈病病情严重度的最优核，同时针对冠层光谱与叶绿素荧光特征组，建立基于不同特征最优核映射的多核学习支持向量机模型，并与基于特征直接拼接的模型结果进行对比。结果表明，对于冠层光谱而言，采用高斯核构建的支持向量机模型可较好估测小麦条锈病病情指数，而日光诱导叶绿素荧光指数则是采用多项式核的效果更优；采用直接拼接法融合叶绿素荧光指数和冠层光谱特征能够在一定程度上改善小麦条锈病病情指数估测精度，决定系数(r)最高为0.847，而单独利用冠层光谱信息或者叶绿素荧光信息时，r最高仅为0.802；对日光诱导叶绿素荧光和反射光谱特征分别利用其最优核进行映射构建的多核学习支持向量机模型精度最高，r为 0.915 ，RMSE为0.090，优于基于特征直接拼接构建的支持向量机模型精度。

• 国家重点研发计划项目(2018YFD0300905, 2018YFD0300906,2018YFD0300903);安徽省重点研究与开发计划（1804a07020124）

  陈金华，岳伟，吴文革，许有尊，乔玉强，刘瑞娜，杨太明

  为了构建日尺度的冬小麦阴湿害评估方法，综合应用基于HP滤波趋势产量分解法的安徽省冬小麦历年气象减产率数据、地面气象观测数据，以日尺度的标准化前期降水蒸散指数、日照百分率为阴湿害关键影响因子，通过有效阴湿害积与过程敏感性耦合方式，构建冬小麦全生育期阴湿害综合指数（overcast and waterlogging composite index，OWCI），并选取阴湿害典型年样本，分别以Logistic曲线敏感性、等敏感性两种方法计算的阴湿害综合气象指数OWCIs、OWCIe为自变量、气象减产率（△Y）为因变量进行相关性分析，比较、验证两种方法在冬小麦阴湿害评估中的差异性与适用性。结果表明，△Y与两种方法的阴湿害综合气象指数均呈显著二次曲线相关，R分别为 0.843 、0.805；检验样本的△Y实测值与两种方法模拟值的R分别达0.685、0.573。对两种方法比较，Logistic曲线敏感性法建模的拟合性、误差、检验效果均优于等敏感性法，其气象减产率的均方根误差从7.78%下降到 6.97% 。应用Logistic曲线敏感性法模拟的2016年冬小麦阴湿害灾损率值与调查值基本吻合。反演计算的1981-2010年灾损率气候态均值南高北低，符合安徽省实际分布型，但2011年以来的灾损率均值普遍高于30年气候态均值，可见近年来阴湿害影响有加重趋势。因此，基于有效阴湿害积与过程敏感性耦合应用构建的冬小麦生长过程阴湿害灾损评估模型，能差异化表征不同阶段的阴湿害影响贡献，可应用于冬小麦阴湿害影响评估。