麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2021年第11期

• 小麦EPF/EPFL基因家族的全基因组鉴定及 TaEPF1-2B与气孔性状的关系分析

  魏迪，常平，刘佳熠，杨阳，张璇，陈亮，胡银岗

  表皮模式因子EPF/EPFL基因家族编码一类植物中特有的分泌类蛋白，在植物生长发育特别是形态建成过程中发挥着重要作用。为挖掘和利用小麦EPF/EPFL家族基因，对小麦该家族基因进行了系统鉴定，并利用生物信息学技术对其基因结构、蛋白质结构域、系统进化及表达特性进行分析。结果表明，在小麦全基因组水平共鉴定到35个TaEPF/EPFL基因家族成员，含有1~4个外显子，分布在除1A、5B外的19条染色体上，全基因组复制事件是导致该基因家族扩张的主要原因。蛋白结构分析显示，其编码蛋白的C端包含6个相对保守的半胱氨酸残基，N端存在信号肽剪切位点，且亚细胞定位在胞外基质中，属于一类胞外分泌蛋白。系统进化分析发现，TaEPF/EPFL基因在单子叶和双子叶植物分化之前就已形成。表达模式分析发现，大多数TaEPF/EPFL基因在小麦幼嫩组织和穗部表达量较高，部分TaEPF/EPFL基因响应干旱、高温等非生物胁迫。进一步分析 TaEPF1-2B不同单倍型与气孔性状的相关性，发现TaEPF1-2B不同单倍型的气孔密度、气孔长度、气孔宽度和气孔面积均存在极显著差异，净光合速率存在显著差异，其中单倍型Hap A具有较低的气孔密度和较高的光合速率，是优势单倍型。本研究结果为进一步改良小麦的抗旱性和光合效率提供了候选基因。

• 八倍体小偃麦与普通小麦杂交后代中小麦染色体相互易位类型的鉴定

  李军帅，黄美瑕，宋敏，付体华

  易位是一种常见的染色体变异类型，在小麦进化及育种进程中发挥了较大的作用。为给小麦育种改良提供新的材料，本研究采用非变性原位杂交（ND-FISH）技术，对八倍体小偃麦与普通小麦品种川麦107杂交产生的高代稳定品系进行分析鉴定。结果发现，4个小麦品系TC、19Y-145、19Y-185和19Y-200分别在7B与3D、2D与3B、7B与4D和3B与3D染色体之间发生了相互易位。在TC、19Y-145中，易位断裂点发生在着丝粒区域，分别形成3DS·7BS和3DL·7BL、2DS·3BS和2DL·3BL相互易位染色体。在19Y-185中，易位断裂点发生在7B染色体的长臂和4D染色体的短臂上，构成4DS-7BS·7BL和4DL·4DS-7BL相互易位染色体。在19Y-200中，易位断裂点发生在3B染色体和3D染色体的长臂上，形成3DL-3BS·3BL和3DS·3DL-3BL相互易位染色体。在这4种易位类型中，除3B与3D染色体易位有报道外，其余3种均为新的易位类型。推测这些染色体相互易位类型可能与四川独特的环境气候有关。本研究获得的小麦染色体有益相互易位类型，不仅能够拓宽小麦的遗传基础，也可为研究小麦的染色体变异和种质创新提供新的材料。

• 小麦果糖激酶基因TaFRK与TaPFT的互作分析

  张露凡，宋普文，毋柳柳，胡海燕，李成伟

  小麦赤霉病是全球性病害，严重威胁着中国的小麦粮食安全。目前已经明确的抗赤霉病位点有7个（ Fhb1~ Fhb7）。 其中 Fhb1位点是3BS染色体上稳定性和效应最大的抗扩展位点。 TaPFT是 Fhb1位点上的抗性基因之一，但其抗性机理并不清楚。本研究以TaFRK为诱饵蛋白通过酵母双杂交技术筛选小麦酵母双杂交文库，从而得到互作基因 TaFRK，其编码蛋白为果糖激酶。进一步通过构建酵母双杂交载体和双分子荧光互补载体分析 TaFRK与 TaPFT之间的互作关系，并通过qPCR分析 TaFRK受到禾谷镰刀菌孢子诱导后的表达模式。通过酵母双杂交试验发现，共转pGBKT7 - TaPFT和pGADT7 - TaFRK 的酵母菌株Y2HGlod在含有X-α-Gal和金担子素A（Aureobasidin A,AbA）的四缺培养基SD/-His-Leu-Trp-Ade上长出蓝色菌落，证明 TaFRK与 TaPFT在酵母中互作。通过双分子荧光互补试验发现，在共转YN- TaPFT和YC- TaFRK表达载体的烟草叶片中可观察到强烈的黄色荧光信号，表明 TaFRK与 TaPFT在植物细胞中能够发生相互作用。实时荧光定量PCR分析发现，禾谷镰刀菌孢子侵染抗性小麦后， TaFRK基因表达量升高，说明 TaFRK基因的表达受禾谷镰刀菌侵染诱导。本研究结果对进一步研究 TaPFT的赤霉病抗性机制具有一定的参考  价值。

• 小麦茎秆强度关联位点及优异等位变异分析

  卢杰，田胜明，王胜，陈璨，司红起，常成，马传喜

  为发掘与小麦茎秆强度紧密关联标记位点的优异等位变异和携带优异等位变异的载体资源，本研究以126份小麦种质为材料，基于混合线性模型（mixed linear model，MLM）对2011-2012、2012-2013和2013-2014三个年度的茎秆强度进行标记位点关联分析，并对关联住点等位变异的表型效应进行分析。结果表明，wmc83(2B)、gwm539(2D)、barc358(5A)、barc59(5B)和barc134(6B)均与茎秆强度显著关联，且可在3个环境下同时检测到，表型解释率均大于8%；共发掘出11种优异等位变异，分别为wmc83-A110、wmc83-A147、wmc83-A151、gwm539-A120、barc358-A179/161、barc358-A185/161、barc358-A185/179、barc358-A190/161、barc59-A182、barc59-A191和barc134-A194，其中wmc83-A110的增效效应最大。供试材料的茎秆强度随优异等位变异聚合数目的增多而增大，其中黄淮南片麦区、黄淮北片麦区、长江中下游麦区和西南麦区的供试材料中携带2（40.3%）、1（27.8%）、1（35.3%）和4（50.0%）种优异等位变异的分布频率最高。内麦10号等9份材料聚合4种及以上的优异等位变异，且茎秆强度较高，可作为相应麦区小麦茎秆强度遗传改良的种质资源。

• 湖北省近20年审定小麦品种的产量、品质性状及抗病性分析

  张华崇，赵树琪，闫振华，黄晓莉，戴宝生，李蔚

  为给湖北省高产优质小麦新品种的选育提供理论参考，以该省2001-2020年审定的57个小麦品种为材料，对其重要产量、品质性状和抗病性进行了分析。结果表明，品种产量逐年增加，年平均增产  39.29 kg·hm-2，产量构成因素中有效穗数呈升高趋势，穗粒数和千粒重随年份呈缓慢下降趋势。相关分析显示，产量与有效穗数和千粒重呈极显著正相关，与产量相关程度表现为有效穗数（0.549 1）>千粒重  （0.392 7）>株高（-0.333 2）>穗粒数（0.110 4）。偏相关分析结果表明，产量构成各因素与产量间均呈极显著正相关，与主要性状相关程度表现为有效穗数（0.821 0）>千粒重（0.811 8）>穗粒数（0.783 6）>株高（-0.162 6），且产量构成因素间均呈极显著负相关，表明今后要在适当降低株高基础上，提高有效穗数和千粒重，兼顾穗粒数，协调三因素间关系。品质性状分析显示，供试小麦品种主要以中筋为主，弱筋小麦所占比例呈增加趋势。"十三五"期间共审定了6了弱筋品种，占比全部弱筋小麦的66.67%。此外，楚襄1号和华麦1168达到国家强筋标准，强筋小麦有了突破，小麦品质也更多样化。抗病性状分析表明，供试小麦品种缺少高抗赤霉病、白粉病和纹枯病品种，抗性亟需加强。直接亲本统计分析，发现利用4个高使用频率直接亲本育成品种主要集中于"十三五"期间，占全部审定品种24.56%，表明20年湖北省审定品种遗传基础较狭窄。建议加强不同来源种质资源收集、利用和创新，以选育出高产、优质和多抗小麦新品种。

• 大麦旗叶长和宽的QTL分析

  姚琦馥，魏佳泰，李水琴，刘航，马建

  为解析调控大麦旗叶大小的遗传机制，以1个大麦重组自交系(RIL)群体(由J36528和BMJ89为亲本构建，包含125个F10代)为材料，利用447个DArT和8个SSR标记绘制遗传连锁图谱，结合4年2点共6个生态环境下测得的旗叶长和宽表型数据，鉴定旗叶长和宽相关的QTL。结果表明，所构建的遗传图谱包含7个连锁群，总长1 034.96 cM，平均每条染色体147.85 cM，标记密度为2.27 cM。共检测到7个旗叶长QTL和5个旗叶宽QTL，分布在2H、4H、5H、6H和7H染色体上。其中，有2个旗叶长主效位点 QFll.sicau-JB-5H.2和 QFll.sicau-JB-6H.1，能够在多环境下稳定表达，表型变异解释率范围分别为12.02%~  19.95%和16.69%~16.99%；二者累加对旗叶长具有增加效应，聚合这2个位点对大麦旗叶长的调控和产量提升具有潜在价值。另外，有1个旗叶宽主效位点 QFlw.sicau-JB-4H在多环境下能够稳定表达，表型变异解释率为15.03%~23.99%。将主效QTL锚定到大麦参考基因组后比对发现， QFll.sicau-JB-6H.1可能为新位点，而 QFll.sicau-JB-5H.2可能与小麦第五部分同源群检测到的旗叶长位点具有同源性。本研究鉴定获得的与旗叶长和宽相关的稳定表达的主效QTL对大麦不同旗叶形态基因的精细定位和分子辅助育种提供了依据。

• 缓释肥配比与密度互作对冬小麦产量及品质的影响

  刘虹丹，刘文成，顾颖慧，朱敏，李天兵，朱新开

  为了探究不同缓释肥配比与基本苗互作对冬小麦生产的影响，以中筋小麦扬麦25为材料，于2019-2020年在江苏省仪征市进行田间试验，设置100%普通尿素（S1）、50%缓释肥与50%尿素配施（S2）、100%缓释肥（S3）3种施肥处理及4种氮密模式［施氮（纯N）量225 kg·hm-2、密度225×10株·hm-2（A1）；施氮量191.25 kg·hm-2、密度258.75×10株·hm-2（A2）；施氮量157.5 kg·hm-2、密度292.5×10株·hm-2（A3）；施氮量123.75 kg·hm-2、密度326.25×10株·hm-2（A4）］，研究不同处理对冬小麦产量及其构成因素、品质的影响。结果表明，氮肥类型和氮密模式均对产量有极显著效应；与 A1处理比较，A2处理的穗数和穗粒数较高，千粒重下降，继续增加种植密度、减少施氮量后，穗数与穗粒数显著下降；产量以S2A2与 S3A2组合处理较高。S2与S3处理的氮肥利用率与氮素农学效率均优于S1处理，A4模式的氮素农学效率最高，不同氮密模式处理间的氮肥利用率差异不显著。氮肥类型与氮密模式对出粉率、容重与硬度影响不显著，对湿面筋含量、沉降值、面团形成时间、面团稳定时间与吸水率有极显著影响， A1和 A2处理的品质表现较好，S2与S3处理的小麦二次加工品质优于S1处理；氮肥类型与氮密模式互作对籽粒蛋白质含量与产量有极显著影响。本试验条件下，50%缓释肥与50%尿素配施或100%缓释肥处理下，施氮量191.25  kg·hm-2、密度258.75×10株·hm-2（A2），施用基肥与返青肥，有利于小麦减氮稳产、改善品质、提高氮肥利用率。

• 氮肥对豆茬冬小麦氮素利用及产量的影响

  范合琴，杨冰美，连延浩，杜飞波，任永哲，辛泽毓，王志强，林同保

  为探明黄淮海地区大豆茬口（S）冬小麦的最佳施氮策略，以玉米茬口（M）为对照，研究了不同施氮水平（0、180、240、300 kg·hm-2）下大豆茬口对冬小麦干物质积累动态、氮素吸收利用特征及产量的影响。结果表明，与玉米茬口相比，大豆茬口可显著提高不施氮处理下的小麦干物质积累速率及积累量，尤其在生育后期（开花至成熟期）；可以提高0和180 kg·hm-2施氮水平下冬小麦植株氮素吸收量，成熟期小麦籽粒氮素积累量分别提高了32.1%和9.5%，但当施氮量达到300 kg·hm-2后，豆茬小麦的生长及氮素积累均受到显著抑制，总体呈现"低氮促进，高氮抑制"的氮肥效应。两种茬口冬小麦产量均在240  kg·hm-2施氮量达到最高；在0和180 kg·hm-2施氮量下，大豆茬口较玉米茬口均显著增产（P<0.05，  25.8%和13.1%），在240和300 kg·hm-2施氮量下，减产幅度分别为5.13%和13.9%，后者差异显著。豆茬小麦的氮肥利用率、生理效率及产量效应均低于玉米茬口。综上，豆茬冬小麦的施氮量应适当低于玉米茬口，黄淮海地区推荐施氮量不宜超过240 kg·hm-2，采用豆-麦部分替代玉-麦模式种植，可实现该地区减氮增效目标。

• 秸秆还田与药剂拌种互作对稻茬小麦产量和品质的影响

  周冬冬，张军，李福建，李必忠，张永进，刘忠红，葛梦婕，朱晓欢，李春燕

  为探讨秸秆还田和药剂拌种互作对稻茬小麦产量形成与籽粒品质的影响，以淮麦40为材料，采用二因素裂区设计，以稻秸全量旋耕还田（R1）、稻秸不还田（R0）2种模式为主区，2.5%咯菌腈（F）、6%戊唑醇（T）、45%烯肟·苯·噻虫（FDT）、4.8%苯醚·咯菌腈（DF）和清水对照（CK）5个拌种处理为副区，分析了稻秸还田与药剂拌种对小麦种子萌发和幼苗素质、群体结构、纹枯病防效、产量和籽粒品质的影响。结果表明，稻秸还田降低了小麦出苗率，平均下降了8.4%，且一定程度上影响了麦苗素质，导致穗数显著减少，穗粒数和千粒重有所增加，产量略有下降，但与秸秆不还田处理间无显著差异。药剂拌种可促进小麦生根，根系生长量平均增加了6.45%，药剂拌种对根系生长量的影响大于地上部分，利于改善幼苗素质和群体性状；可控制小麦纹枯病前期发生程度；通过提高叶面积指数，增加花后干物质积累量，从而提高小麦产量。秸秆还田与药剂拌种均可改善小麦籽粒品质，且秸秆全量还田条件下进行药剂拌种处理对小麦品质改善更为明显。综上表明，在稻-麦轮作地区，稻秸秆全量还田条件下，用4.8%苯醚·咯菌腈播前拌种可减轻小麦纹枯病害、提高群体抗性和产量，并可改善籽粒品质，为该地区稻茬小麦绿色高效种植模式。

• 农田施氮对冬小麦产量、根-冠氮素积累及其利用效率的影响

  王丽芳，康娟，马耕，王家瑞，申圆心，刘世洁，王晨阳

  为探讨施氮对冬小麦产量、根-冠氮素积累及其利用效率的影响，通过定位试验，在河南省许昌设置0、180、240和300 kg·hm-24个施氮水平，利用2015-2018年三个小麦生长季的试验数据，分析了不同氮素供应条件下冬小麦产量、根-冠氮素积累以及氮肥利用特征。结果表明，在三个生长季中，施氮均可显著提高小麦株高、产量、穗数和穗粒数，促进根系、地上部干物质和氮素积累，增加籽粒氮素含量和积累量。氮肥农学利用效率和偏生产力随着施氮量的增加而降低，施氮对氮素利用效率和百千克籽粒吸氮量分别有负向和正向效应。综合来看，各指标在三个施氮处理间差异相对较小，多数未达到0.05显著水平，因此认为在河南中高产麦田施氮180 kg·hm-2既可保证高产，也有利于氮肥高效利用。

• 新疆杂草黑麦的光合特性分析及综合评价

  崔敬，穆云森，温晓蕾，杨燕萍，魏莱，车永和

  为探究新疆杂草黑麦光合特性，筛选出高光效优异种质资源，对15个新疆杂草黑麦居群在开花期进行了光合参数的测定及分析。结果表明，新疆杂草黑麦居群间光合性状存在显著差异。通过主成分分析将5个光合性状简化为2个综合指标，分别反映光合能力和水分利用，可反映全部信息的88.67%。通过聚类分析将15个居群分为3大类，其中第Ⅲ大类的居群材料89R6、89R30、89R33、89R59、89R66的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用率均较高，其产量相关性状也表现较好，可作为麦类作物高光效种质加以利用。

• 长江中下游地区小麦品种初生根数和根角度差异

  董金鑫，王美玲，徐东忆，朱新开，李春燕，朱敏，丁锦峰，郭文善

  为探究长江中下游地区小麦品种根系特征，以该地区71个历史和现代主推品种为材料，采用改进透明盆播法种植小麦，在苗期观测初生根数量和角度。结果表明，不同品种间初生根角度和根数存在显著差异。小麦品种初生根平均数量和平均角度分别为4.8条和106.9°，变化范围分别为3.6～5.6条和  78.8～124.1°。植株的初生根系数量和角度分别为3～6条和54.2～143.3°。不同品种的初生根数与角度呈显著线性正相关，但5条与6条初生根的植株间初生根角度差异不显著。初生根角度和根数在半冬性与春性品种间均未表现出显著差异，不同育成年代品种间也无显著差异。

• 小麦冠层氮素含量光谱估算研究进展

  郭燕，井宇航，贺佳，王来刚，冯伟，刘海礁

  氮素作为作物生长和产量形成的首要元素，约占作物体干重的0.3%~5.0%，有生命元素之称。小麦是世界上种植面积最大、商品率最高的粮食作物，面积和总产量均占世界粮食作物的1/3左右，小麦氮素含量估算技术的现代化、信息化水平与农业的现代化、信息化密切相关，快速、准确、无损地获取作物氮素含量对制定合理施肥策略和农业可持续发展具有重要意义。本文首先对小麦冠层氮素含量光谱估算的原理进行了介绍，然后对目前氮素含量估算采用的数据类型和方法进行了总结分析，并在此基础上分析了目前小麦冠层氮素光谱估算存在的问题，对未来小麦冠层氮素光谱快速估算前景进行了展望。

• 基于图像和改进U-net模型的小麦赤霉病穗识别

  邓国强，王君婵，杨俊，刘涛，李冬双，孙成明

  为了快速、有效地监测小麦赤霉病的发生情况，利用数码相机对人工接种赤霉病菌的小麦田进行RGB图像获取，在图像预处理基础上，利用深度学习网络U-net来对人工标记好的发病麦穗图像进行训练。通过深度学习数据集的构建与测试，建立了基于RGB图像和改进U-net网络模型的小麦赤霉病识别与监测模型，并对模型识别结果进行了验证。结果表明，U-net可以很好地提取图像波段信息，但对于比较复杂的麦穗图像，在使用Keras方法进行图像语义分割时，需要对U-net网络结构进行改进，即在下采样部分加入Dropout层。与人工标记结果相比，模型识别结果的一致性较好，具有较高的监测精度。该模型平均精度为0.969 4，损失函数值为0.075 9，平均交并比MIoU为0.799。上述结果说明改进的U-net模型可以很好地识别和监测小麦图像中的发病麦穗，并在发病麦穗的分割上具有很好的效果