麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2021年第10期

• 小麦 BES1基因家族的比较基因组学分析

  姜玉梅,姜如云,李俊畅,杨进威,牛吉山,李磊

  BES1基因是植物体内一类重要的转录因子。本研究利用基因组测序数据，在小麦基因组中鉴定到20个 BES1基因家族成员，它们分布在14条染色体上。为进一步研究 BES1基因在小麦以及其他禾本科作物（水稻、玉米、高梁、谷子和大麦）中的功能和进化关系，对小麦等6种禾本科作物以及十字花科模式植物拟南芥的 BES1基因家族进行系统发育关系、结构特性和共线性关系分析，结果发现，系统发育分析将该家族成员分为Group A、Group B、Group C和Group D四类，大部分小麦 BES1基因集中在Group A；大部分小麦 BES1基因家族成员有2个外显子，最多有10个外显子；小麦与水稻 BES1基因之间存在更多的共线性关系。此外，在小麦根和穗中还鉴定到3个具有较高表达水平的 BES1基因（ TaBES1-3A-2、 TaBES1-3B-2和 TaBES1-3D-2），表明 BES1基因在小麦生长发育过程中发挥着重要作用。

• 抗条锈病普通小麦-中间偃麦草7St二体异附加系的分子细胞遗传学鉴定

  于军伟，王斯文，姚广平，赵继新，陈春环,吉万全，王长有

  中间偃麦草（Thinopyrum intermedium）携带很多优异基因，是小麦重要的三级基因库。为了将中间偃麦草的优异基因导入小麦，以普通小麦品种阿勃的缺体系为母本，以普通小麦-中间偃麦草部分双二倍体远中4为父本，通过远缘杂交，获得普通小麦-中间偃麦草衍生系ES-24，并对其进行形态学、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，ES-24有44条染色体，其减数分裂中期I染色体构型为2n=22Ⅱ, 且在减数分裂后期Ⅰ可均等分离，表明其可以稳定遗传。原位杂交和分子标记结果表明,ES-24含有42条普通小麦染色体和1对来自中间偃麦草的7St染色体，并利用Oligo-pTa535得到了7St染色体的FISH核型。条锈病抗性鉴定表明，ES-24在苗期和成熟期均对条锈病表现为高抗。综上结果表明，ES-24是高抗条锈病的普通小麦-中间偃麦草7St二体异附加系，可以作为小麦抗病育种的潜在中间材料。

• 基于GBS技术构建四倍体杂交冰草超高密度遗传连锁图谱

  杨东升，于卓，于肖夏，李佳奇，李景伟，吴国芳，卢倩倩

  冰草是优良的牧草，也是小麦等麦类作物抗逆遗传改良的重要基因库。构建冰草超高密度遗传连锁图谱，有利于冰草的标记辅助育种和遗传分析。本研究利用基因分型测序（GBS）技术，对四倍体杂交冰草F2分离群体的115个单株及其亲本蒙古冰草和航道冰草进行高通量SNP基因分型，经测序获得了超过584 Gb的数据，SNP鉴定以及完整度和偏分离过滤后，最终得到了5 035个高质量的SNP标记；采用Join Map 4.0作图软件构建四倍体冰草超高密度遗传连锁图谱，该遗传图谱包括14个连锁群，各连锁群的长度范围在68.959～280.309 cM之间，平均长度为153.473 cM，覆盖的基因组总长度为  2 148.621 cM，标记间的平均距离为0.427 cM。该图谱是目前冰草中分子标记数目最多、密度最高的遗传连锁图谱，为进一步开展冰草品质、抗性等重要性状的QTL定位、图位克隆及分子标记辅助育种研究等奠定了基础。

• 优质强筋小麦新品种郑品优9号的遗传基础解析

  陈晓杰，杨科，范家霖，程仲杰，杨保安，张福彦，焦学俭，白鹤峰，王嘉欢，张建伟

  为明确优质强筋小麦新品种郑品优9号的分子遗传基础及重要性状功能基因组成，利用小麦50 K SNP育种芯片对郑品优9号及其双亲郑麦366和豫麦34进行分析。结果表明，郑麦366和豫麦34对郑品优9号的遗传贡献率分别为68.26%和31.74%；在不同基因组和染色体水平，双亲对郑品优9号的遗传贡献率差异较大，郑麦366对郑品优9号A、B、D三个基因组的贡献率分别为68.60%、90.98%和27.63%，其中，郑麦366在B基因组染色体上的遗传贡献率均高于豫麦34，除1B染色体外，2B~7B染色体上的遗传贡献率均超过80%。重要性状功能基因组成分析发现，郑品优9号不仅聚合了多个优良品质基因，还携带有与抗病性和农艺性状相关的优异基因。本研究可为郑品优9号在遗传改良和生产中的应用提供理论依据。

• 黄淮麦区(南片)小麦新品系脂肪氧化酶活性分析及其等位基因检测

  陈杰，张星宇，张福彦，白冬，宋佳静，宋全昊，金艳，赵立尚，朱统泉，王勇，梁宝萍，李艳，宋晓朋

  小麦籽粒脂肪氧化酶（Lipoxygenase，Lox）是影响小麦面粉色泽的重要因素之一。为了解Lox活性及其等位基因在黄淮麦区（南片）小麦新品系中的分布情况，以及明确不同等位基因与Lox活性之间的关系。本研究以94份黄淮麦区（南片）小麦新品系为试验材料，利用功能标记Lox16、Lox18和Lox-B23对其 TaLox-B1、 TaLox-B2和 TaLox-B3位点上的等位基因进行分子检测，同时利用分光光度计对供试材料的Lox活性进行测定。结果表明，在 TaLox-B1位点，共检测到 TaLox-B1a和 TaLox-B1b两种等位基因，分布频率分别为18.1%和81.9%， TaLox-B1a等位基因的Lox活性显著高于 TaLox-B1b等位基因；在 TaLox-B2位点，共检测到 TaLox-B2a和 TaLox-B2b两种等位基因，分布频率分别为88.3%和  11.7%， TaLox-B2a等位基因的Lox活性显著高于 TaLox-B2b等位基因；在 TaLox-B3位点，共检测到 TaLox-B3a和 TaLox-B3b两种等位基因，分布频率分别为67.0%和33.0%， TaLox-B3a等位基因的Lox活性显著高于 TaLox-B3b等位基因。共检测到 TaLox-B1a/ TaLox-B2a/ TaLox-B3a、 TaLox-B1b/ TaLox-B2a/ TaLox-B3a、 TaLox-B1a/ TaLox-B2a/ TaLox-B3b、 TaLox-B1b/ TaLox-B2a/ TaLox-B3b、 TaLox-B1a/ TaLox-B2b/ TaLox-B3b和 TaLox-B1b/ TaLox-B2b/ TaLox-B3b六种等位基因组合，分布频率分别为10.6%、56.4%、5.3%、16.0%、2.1%和9.6%，含有 TaLox-B1a/ TaLox-B2a/ TaLox-B3a等位基因组合材料的Lox活性显著高于其余五种等位基因组合；含有 TaLox-B1b/ TaLox-B2b/ TaLox-B3b等位基因组合材料的Lox活性显著低于其余5种等位基因组合。

• 小麦核质互作杂交种农艺性状和籽粒性状的杂种优势分析

  李燕红，高世庆，任扬，张俊杰，都晶晶，高聪，王军卫，马守才,宋瑜龙，张改生,牛娜

  为探究核质互作杂交种不同性状间的遗传变异规律和杂种优势，用8种小麦同核异质、同质异核雄性不育系分别与恢复系R5174、R2726组配获得16个杂交组合，对其F1代及亲本的11个农艺性状和6个籽粒物理性状进行遗传变异、杂种优势、相关性、主成分及聚类分析。结果表明：（1）F1表型性状的变异系数为3.00%～32.72%，农艺性状的变异系数大于籽粒性状；（2）不同性状间杂种优势差异显著，中亲优势和超亲优势分别为0.22%～12.50%和-13.51%～3.61%，其中正中亲优势组合最低比例为50%，正超亲优势组合最高比例可达81.25%；（3）粒形与旗叶面积呈显著正相关，与穗长、小穗数、穗粒数呈显著负相关；（4）从通过主成分分析得到的F1代综合得分看， P型和Y型细胞质背景下的AK58不育系与R2726的杂交组合F1表现最好；（5）通过聚类分析可将F1分为两大类，其中第二大类包含除AS细胞质背景的AK58异质不育系与恢复系R2726组配的杂交组合，其共同的特征是籽粒表面积大、千粒重高及旗叶性状较好，表型性状的综合表现优于第Ⅰ类群，说明杂交种的性状受恢复系和不育系核背景影响较大。

• 不同小麦品种（系）抗倒伏性状多样性分析

  苏亚蕊,孙少光,刘浩婷,郭春强,曹燕燕,黄杰,王君,张振永,齐双丽,廖平安

  为了综合评价不同小麦材料的不同生育时期抗倒性，明确影响小麦倒伏的关键因素，以147份我国育成的主推小麦品种及新育成的小麦品种（系）为研究对象，在开花期、灌浆期和乳熟期测定其10个倒伏性相关性状，并利用主成分分析和聚类分析法对这些小麦材料抗倒性进行综合评价。结果表明，10个抗倒伏相关性状在不同基因型间、气候因素间及生育时期间均存在显著的变异；在不同生育时期，性状间的相关性基本一致，均表现为基部茎节壁厚度、实心度、茎秆强度对小麦的抗倒伏性具有一定的积极作用，株高、重心高度、基部茎节长度、髓腔直径具有一定的消极作用。主成分分析显示，茎秆强度是影响植株抗倒性的最关键性状。基于三个生育时期主成分的综合因子得分的聚类分析显示，有70份材料的综合抗倒性优良，其中部分新育成小麦材料抗倒性表现优异，可作为小麦强秆抗倒改良育种资源使用。

• 冬小麦不同冠层叶片光合蒸腾和水分利用效率变化特征及对灌溉的响应

  周青云，燕琪琦，张宝忠，尹林萍

  为了解冬小麦不同冠层叶片光合和蒸腾作用特征以及随水分条件的变化规律，通过田间试验，以冬小麦京冬22为试验材料，设置0 mm（T0）、220 mm（T1）、280 mm（T2）3种水分处理，比较分析了冬小麦不同冠层叶片净光合速率、蒸腾速率及水分利用效率对光合有效辐射和灌溉响应的差异。结果表明，三种水分处理下，冬小麦不同冠层叶片的蒸腾速率和光合速率随光合有效辐射的增加而增加，随后趋于平缓。不同冠层叶片蒸腾速率、光合速率对光合有效辐射的响应表现为上层>中层>下层；不同冠层叶片WUE对光合有效辐射的响应表现为上中层>下层。光合有效辐射相同时，灌水处理（T1和T2）的叶片光合蒸腾速率均高于不灌水处理（T0）。T1、T2处理下，叶片光合速率对光合有效辐射响应在整个生育期内表现为灌浆期>抽穗期>成熟期>拔节期，蒸腾速率对光合有效辐射响应在整个生育期内表现为抽穗期>灌浆期>拔节期>成熟期；T0处理下，叶片光合速率对光合有效辐射响应在整个生育期内表现为灌浆期>拔节期>抽穗期>成熟期，蒸腾速率对光合有效辐射响应在冬小麦整个生育期内表现不显著。因此，在进行小麦叶片到单株光合蒸腾尺度拓展估算时，应考虑冠层位置和水分条件对拓展结果的影响。

• 微喷灌条件下不同水氮处理对冬小麦水氮利用和产量的影响

  郭曾辉，雒文鹤，刘朋召，师祖姣，王瑞，李军

  在关中平原冬小麦生产中，降雨分布不合理和肥料利用效率低制约了农业的发展。为提高该地区小麦产量和水氮利用效率，于2017-2019年在陕西杨凌西北农林科技大学曹新庄试验站进行冬小麦田间试验，供试品种为普冰151，采用施氮和灌水二因素裂区设计，灌水量为主区（W0:0m·hm-2；W1:600  m·hm-2；W2:12 00 m·hm-2），灌溉方式为微喷灌；施氮量为副区（N0:0 kg·hm-2；N1:75 kg·hm-2；N2:150 kg·hm-2；N3:225 kg·hm-2；N4:300 kg·hm-2），研究了灌溉量和施氮量对冬小麦产量和水氮利用效率的影响。结果发现，灌溉量和施氮量对冬小麦产量、经济效益和水氮利用效率有显著影响；灌溉能提高氮肥偏生产力和水分利用效率，灌溉水利用效率随着灌溉量增加而降低，水分利用效率随着灌溉量增加先升高后降低。施氮量超过150 kg·hm-2，水分利用效率、灌溉水利用效率和冬小麦产量不会显著增加，氮肥偏生产力随着施氮量升高而降低。因此，施氮量150 kg·hm-2配合越冬灌水600 m·hm-2，能够在保障高产的基础上，提高水、氮利用效率，降低种植投入成本，增加农民收入，实现关中平原小麦高产高效水氮运筹的目标。

• 喷施硒肥对黑小麦籽粒产量及硒含量的影响

  贾亚琴，董飞，杨峰，鲁晋秀，王苗，闫秋艳，申艳婷，李峰

  为探究叶面喷施硒肥对黑小麦籽粒产量和硒含量的效应，以临黑131和冬黑1206两个黑小麦品种为材料，分别在拔节期（4月17日）、孕穗期（4月28日）和灌浆期（5月14日）3个时期喷施0、10、20、30 mg·L-14个浓度的亚硒酸钠溶液，分析叶面喷施不同浓度硒对黑小麦籽粒产量及硒含量的影响。结果表明，拔节期和孕穗期喷施硒肥对黑小麦有增产效果，而灌浆期喷施硒肥增产效果不明显；孕穗期和灌浆期喷施硒肥浓度为10 mg·L-1至20 mg·L-1时，黑小麦籽粒可达到富硒标准（0.15～0.30 mg·kg-1）。综上所述，在黑小麦孕穗期叶面喷施浓度介于10 mg·L-1至20 mg·L-1之间的Na2Se03溶液，在不减少产量的前提下，可显著提高黑小麦籽粒中的硒含量，使黑小麦籽粒达到富硒水平，增加黑小麦的营养价值。

• 播量对宽幅条播冬小麦群体结构和干物质积累分配的影响

  王鑫炜，任爱霞，孙敏，林文，张蓉蓉，赵杰，高志强

  为明确宽幅条播的适宜播量，于2017-2018年在山西省闻喜县（冬小麦试验示范基地）开展大田试验，采用宽幅条播，设150、225、300、375和425  kg·hm-2共5个播量处理，研究播量对小麦群体结构、干物质积累和分配的影响。结果表明，播量从150  kg·hm-2增加至300  kg·hm-2，可增加冬小麦越冬期、拔节期群体分蘖数、越冬-拔节阶段群体分蘖增加量；增加各生育时期地上部干物质积累量，尤其生育中、后期；提高开花期和成熟期叶片、穗轴+颖壳干物质积累量所占比例；增加花前叶片、穗轴+颖壳中干物质积累量，显著提高花后干物质积累量及其对籽粒贡献率，从而提高了穗数（5%~13%）、千粒重（0.3%~5.0%），并显著提高产量（4%~19%），但播量超过300  kg·hm-2则趋势相反。相关分析表明，冬小麦成熟期穗数与生育前期群体分蘖数密切相关，千粒重与花前干物质积累量和花后干物质积累量密切相关，尤其是花后干物质积累量。总之，山西南部冬小麦采用宽幅条播，播量为300  kg·hm-2时，利于冬小麦前期形成较多的有效分蘖，增加中后期干物质积累量，尤其叶片、穗轴+颖壳积累比例；利于增加花前叶片、穗轴+颖壳干物质转运量；促进花后干物质积累及其对籽粒的贡献，提高穗数和千粒重，实现增产。

• 不同播期下水热因子对燕麦生长、产量和品质的影响

  周磊，王璐，米俊珍，王凤梧，焦伟红，刘景辉，赵宝平

  为了解不同播期下水热因子变化对燕麦生长、产量和品质的影响，以白燕2号裸燕麦品种为材料，于2018-2019年探究了5个不同播期（4月18、4月28日、5月8日、5月18日、5月28日）对燕麦生长、产量和品质的影响。结果表明：（1）随着播期的推后，燕麦生育期缩短5~14 d；播期每推迟10 d，营养生长期平均推迟5~9 d；燕麦拔节到抽穗期的降雨分配、全生育期降雨总量和苗期积温提高。（2）拔节到抽穗期的降雨量和整个生育期降雨总量增加有利于燕麦产量提高，分蘖到拔节期积温和拔节到抽穗期的降雨量与粗蛋白含量呈显著正相关，抽穗到灌浆期的降雨量与粗脂肪含量呈显著正相关，但灌浆到成熟期期间降雨不利于燕麦产量和品质的形成。（3）5月28日播种的燕麦生长表现最佳，株高、茎粗和籽粒产量分别较4月18日播种提高了21.57%、25.12%和24.91%；燕麦品质以5月18日播种表现最优，β-葡聚糖、粗蛋白和粗脂肪含量分别较4月18日播种平均提高了43.11%、9.22%和14.65%。总之，我国北方燕麦主产区不同的播期主要因为各生育时期的降雨量不同而影响燕麦产量和品质，其中拔节到灌浆期间的降雨量增加有利于燕麦粗脂肪和粗蛋白含量提高，燕麦全生育期总降雨量增加有利于产量形成。

• 不同播种方式对有机小麦产量及田间杂草的影响

  赵志伟，吴强，李琦，高飞雁，董晋源，张永平

  为探明不同幅宽条播和覆膜穴播对河套灌区有机春小麦的产量、开花期农艺性状、杂草发生程度及经济效益的影响，设置覆膜穴播（FM）、宽幅16 cm条播（KF16）、宽幅7 cm条播（KF7）、窄幅窄行11 cm条播（ZF11）、窄幅宽行15 cm条播（ZF15）共5种不同播种方式，研究了不同处理下有机小麦开花期农艺性状、籽粒产量、杂草密度及各生育时期杂草干物质量和经济效益的差异。结果表明，与ZF15处理相比，FM处理显著提高了有机小麦开花期株高、旗叶长、旗叶面积、单株叶面积、旗叶SPAD值，KF16处理明显改善了旗叶光合速率，而KF7和ZF11处理的叶面积指数显著低于其他处理；FM、KF16、ZF11、KF7处理的籽粒产量较ZF15处理分别提高了33.0%、27.2%、21.5%、14.9%；KF16和FM处理的杂草总密度和杂草干物质量较ZF15降低了  75.6%、92.8%和73.9%、81.4%，纯收益分别增加了7 680.4元·hm-2和7 246.7元·hm-2。经相关分析，杂草干物质量与有机小麦产量呈显著或极显著负相关。综上所述，宽幅16 cm条播和覆膜穴播可有效降低杂草密度及干物质量，促进小麦生长发育，提高有机小麦籽粒产量。

• 基于无人机多时相遥感影像的冬小麦产量估算

  申洋洋，陈志超，胡昊，盛莉，周洪奎，娄卫东，沈阿林

  为高效准确地预测小麦产量，以浙江省冬小麦为研究对象，利用四旋翼无人机精灵4多光谱相机获取冬小麦5个关键生育时期（拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期）的冠层多光谱数据，选取多光谱相机的五个特征波段计算各生育时期的72个植被指数，分别通过逐步多元线性回归（SMLR）、偏最小二乘回归（PLSR）、BP神经网络（BPNN）、支持向量机（SVM）、随机森林（RF）构建不同生育时期的产量估算模型，最后采用决定系数（R）、均方根误差（RMSE）和相对误差（RE）对估算模型进行评价，筛选出最优估算模型。结果表明，基于随机森林建立的模型估算效果最优，SMLR、PLSR和SVM三种方法建立的模型估算效果接近。利用随机森林算法所建拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期模型的R、RMSE和RE分别为0.92、0.35、11%；0.93、0.33、10%；0.94、0.32、9%；0.92、0.36、9%；0.77、0.67、33%。模型验证时，抽穗期估算效果最好（R、RMSE和RE分别为0.91、0.35和15%），拔节期、孕穗期、灌浆期估算效果接近且有很好的估算能力，成熟期估算精度最差（R、RMSE和RE分别为0.71、0.47和13%）。由此说明，结合机器学习算法和无人机多光谱提取的植被指数可以提高小麦产量估算效果。

• 基于无人机可见光影像与生理指标的小麦估产模型研究

  王嘉盼，武红旗，王德俊，轩俊伟，郭涛，李永康

  为及时、准确地掌握小麦产量动态信息，基于无人机遥感平台，分别分析了小麦4项生理指标［地面实测叶面积指数、叶片含氮量、叶片含水量及叶片叶绿素相对含量（SPAD值）］及10项植被指数与产量的相关性，以筛选出与产量最为敏感的生理指标与植被指数，并比较了3种建模方法（一元回归UR、多元逐步回归SMLR和主成分回归PCAR）在小麦各生育时期估产的适用性，进而得到小麦最优估产模型。结果表明：（1）不同生育时期两类变量与产量的相关性变化特征一致，均表现为抽穗期>灌浆期>成熟期；不同生理指标、植被指数与产量的相关性在各生育时期均存在差异，生理指标表现为叶片含氮量>LAI>SPAD>叶片含水量；而植被指数在各时期表现不同；（2）以生理指标与植被指数为自变量，采用SMLR模型构建的抽穗期估产模型拟合精度最高，R、RMSE和nRMSE分别为0.828、362.53 kg·hm-2和12.35%；（3）小麦估产模型在各生育时期的预测精度表现为抽穗期>灌浆期>成熟期。