麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2021年第12期

• 小麦 TaWRKY51基因的克隆及其参与SQ-1诱导小麦花粉败育过程的表达模式研究

  吴国丽，魏霁桐，段江丽，盛呈泽，宋齐鲁，郭佳林，张亚敏，牛娜，王军卫，马守才，张改生，宋瑜龙

  为进一步深入解析化学杂交剂SQ-1诱导小麦花粉败育的机理，本研究从SQ-1诱导的生理型雄性不育系PHYMS-1376及其对照可育系CK-1376各时期花药转录组测序筛选出差异表达基因TraesCS1D02G362900.1，与小麦基因组数据库比对发现，该基因编码的氨基酸与 TaWRKY51同源度为97%，说明该差异表达基因为 TaWRKY51对其进行生物信息学分析、亚细胞定位、转录激活活性与花药表达模式研究，结果表明， TaWRKY51开放阅读框全长663 bp，可编码220个氨基酸，含有WRKY结构域和锌指结构，分子量约为23.34 kD，等电点为6.42；启动子区包含与光响应、茉莉酸甲酯响应、脱落酸响应等7类顺式作用元件，且TaWRKY51蛋白被定位在细胞核内，具有一定的转录激活活性；与CK-1376相比，PHYMS-1376植株花药中 TaWRKY51的表达量在5个发育时期均高于CK-1376，且在四分体时期、单核晚期、二核期和三核期与CK-1376的差异均达极显著水平，表明该基因与PHYMS-1376花粉败育密切相关。

• 小麦miRNA启动子的基因组分析

  任治鹏，王多佳，田宇，娄贵成，李畅，王政委，张达，苍晶

  MicroRNA(miRNA)是一类非编码RNA，与植物的生长发育及胁迫响应密切相关。为给小麦miRNA的转录调控以及新miRNA的预测提供参考依据，本研究通过小麦miRNA基因定位、启动子预测以及顺式作用元件鉴定等方法对小麦miRNA启动子进行了基因组分析，结果表明，小麦基因组中有105个pre-miRNA位于150个基因座上，大部分为单拷贝。148个miRNA基因座具有潜在启动子区域，其中115个miRNA基因至少能够预测到一个启动子。保守性及基因位置不同的miRNA的启动子转录起始位点（TSS）分布也稍有不同，但大多数位于上游序列近端区域。对miRNA基因TSS上游序列的顺式作用元件分析发现，miRNA启动子区域存在与胁迫响应相关的基序，且小麦中存在3个miRNA启动子特异性基序。61.4%的小麦miRNA启动子区域有CpG岛分布。

• 小麦乙烯响应转录因子基因 wfzp突变体颖果发育的研究

  冉莉萍，夏敏洁，姚慧慧，余徐润，陈刚，熊飞

  小麦WFZP基因编码的乙烯响应因子是植物中特有的转录因子，参与果实成熟、花叶器官衰老、脱落和种子发育等过程。为探明 wfzp基因突变对小麦颖果发育的影响，以甲基磺酸乙酯诱变的两个 wfzp基因突变体（ wfzp1和 wfzp2）和野生型小麦品种济麦22为材料，运用树脂超薄切片和显微观察技术观察小麦WFZP基因突变体颖果的形态结构发育特征。结果显示， wfzp突变体颖果发育有如下特征：（1）在颖果发育早期，两个突变体的外果皮发育进程较快，中果皮降解时间提前； wfzp1内果皮管细胞消失较快，与 wfzp1突变体相比， wfzp2突变体的管细胞发育缓慢；（2）两个突变体胚乳细胞的分化和发育明显较快，细胞中淀粉和蛋白体的积累量明显增多，细胞的充实度高，尤其在 wfzp2突变体中表现较为明显；（3）两个突变体胚乳传递细胞与糊粉层传递细胞的生长分化进程加快。研究结果为进一步探究乙烯响应转录因子调控小麦颖果发育提供了形态学参考。

• 小麦WRKY转录因子的鉴定及其在胚性愈伤组织形成中的表达分析

  楚宗丽，张睿男，李亮杰，孙君艳，王付娟，周强，仝胜利

  为研究WRKY转录因子在小麦胚性愈伤组织形成中的功能，以小麦基因组信息和愈伤组织形成发育过程中的转录组数据为基础，利用生物信息学方法，在全基因组范围内进行小麦WRKY转录因子的鉴定，并对小麦胚性愈伤组织形成过程中TaWRKY基因的表达模式进行分析。结果表明，在全基因组范围内共鉴定到270个小麦WRKY转录因子（TaWRKY01~TaWRKY270），根据WRKY保守结构域数量和锌指结构域类型可分为I、II、III三组，分别包含41、145和84个。在愈伤组织转录组文库中，鉴定到39个TaWRKY基因，其中27个与在全基因范围内鉴定到的TaWRKY基因相同，12个在小麦愈伤组织中特异表达。差异表达分析表明，11个TaWRKY基因差异表达，大部分在胚性愈伤组织培养3～15 d时下调表达，且在胚性愈伤组织中比同时期非胚性愈伤组织中表达量高，推测部分TaWRKY基因可能参与小麦胚性愈伤组织的形成。

• 黄淮麦区71个小麦品种的赤霉病抗性与基因型分析

  胡文静，高德荣，江伟，廖森，马红勃，张晓祥

  为筛选出黄淮麦区抗赤霉病优异品种（系），以黄淮麦区71个主栽小麦品种（系）为材料，于2016-2017和2017-2018两年度采用单花滴注接种的方法，以苏麦3号、郑麦9023、淮麦22和济麦22分别作为抗、中抗、中感和感赤霉病对照品种，在赤霉病重发病区扬州对供试品种（系）进行赤霉病抗性鉴定，同时利用与抗赤霉病基因位点 Fhb1、 Fhb2、 Fhb4、 Fhb5和 QFhs.crc-2DL紧密连锁的分子标记进行基因型分析。结果显示，西农511等5个品种（系）的赤霉病抗性均达到中抗水平，淮麦30等17个品种（系）表现为中感，其他49个品种（系）表现为感病。对照品种苏麦3号同时携带 Fhb1、 Fhb2基因和 QFhs.crc-2DL位点；淮麦40和徐麦DH9可能同时携带 Fhb1基因和 QFhs.crc-2DL位点；太麦198可能携带有 Fhb4基因；明麦16、皖麦32可能携带有 QFhs.crc-2DL位点。有17个赤霉病抗性较好的品种（系）均不携带本研究所检测的抗病基因/QTL。

• 人工合成六倍体小麦耐盐种质资源的筛选及评价

  李小康，吴崇宁，王维，李文淑，KISHIIMASAHIRO，田纪春，邓志英

  为从人工合成六倍体小麦中筛选出耐盐种质，对来自墨西哥玉米小麦改良中心（CIMMYT）的141份人工六倍体小麦材料，采用水培法，在小麦芽期和苗期进行不同浓度NaCl胁迫处理（0、100、150和200 mmol·L-1），筛选适合耐盐性鉴定的盐胁迫浓度，并通过表型及生理指标测定、相关性分析、主成分分析、隶属函数分析、系统聚类等方法对人工合成六倍体小麦芽期和苗期的耐盐性进行综合评价。结果表明，盐胁迫对人工合成六倍体小麦的多数形态指标和生理指标均有不同程度的影响，根系干重和鲜重及根冠比受盐胁迫影响较大，对盐胁迫敏感性较强。100 mmol·L-1NaCl为人工合成六倍体小麦耐盐性筛选的理想鉴定浓度。通过系统聚类将141份材料划分为四类，其中高耐盐材料17份（占12.06%），耐盐材料61份（占  43.26%），中度耐盐材料48份（占34.04%），盐敏感材料15份（占10.64%）。

• 不同产量潜力小麦品种氮素积累与转运的差异

  樊玉参，石玉，于振文，张永丽

  为探明不同产量潜力小麦品种氮素积累与转运的规律，于2019-2020年度小麦生长季，以3个产量潜力不同的小麦品种烟农1212、济麦22和良星99为供试材料，分析了3个小麦品种氮素积累、转运和籽粒产量的差异。结果表明，烟农1212在小麦拔节至开花期和开花至成熟期植株氮素积累速率显著高于济麦22和良星99，开花期和成熟期植株氮素积累量也显著高于其他两个品种；在开花后0~7 d，籽粒氮素积累量和积累速率在3个品种间无显著差异，花后7~14 d，两个指标在烟农1212和济麦22间无显著差异，但均显著高于良星99，花后21~35 d，烟农1212的籽粒氮素积累量和积累速率显著高于其他两个品种。烟农1212花前氮素转运量和开花后氮素积累量均最高。相关分析表明，籽粒产量与开花期和成熟期的氮素积累量呈极显著正相关，烟农1212较济麦22和良星99分别增产9.32%和14.10%，获得最高的氮素吸收效率、氮素收获指数和氮肥偏生产力。在本试验条件下，烟农1212是开花期和成熟期氮素积累量、花前氮素转运量和产量最高的小麦品种。

• 光照对黑青稞萌发过程中褪黑素、酚类物质含量和抗氧化活性的影响

  朱雪洋，孟想，徐宁莉，陶谨，张莉方，张国强

  为研究光照对青稞萌发过程中功能成分的影响，以隆子黑青稞为材料，采用酶联免疫吸附法和分光光度计法测定了不同光照时间处理下黑青稞萌发过程中褪黑素、总酚和总黄酮含量及其抗氧化活性；同时测定了黑青稞发芽率、胚根和胚芽长度，并对避光萌发5 d的芽苗进行了感官评定。结果表明，随萌发时间的延长，青稞芽苗中褪黑素、总酚和总黄酮含量与种子相比均显著增加，且不同光照时间下芽苗中各被测指标增幅有显著性差异。避光条件下萌发5 d时芽苗的褪黑素含量最高，为13.11 ng·g-1 ，是种子的2.2倍；避光萌发第7天时芽苗中总酚和总黄酮含量最高，分别为842.81±3.33和157.31±0.53 mg·100 g-1，是种子的2.8倍和3.9倍。抗氧化活性因为测定方法的不同略有差异，但不同光照时间均增加了种子抗氧化活性，避光萌发第7天，芽苗中FRAP、DPPH自由基和ABTS自由基清除能力最大，分别是种子的3.2倍、4.9倍和  4.6倍；羟自由基清除能力在避光萌发第5天达到最大，是种子的8.0倍。黑青稞发芽率和胚芽长不受光照时间的影响，避光处理下胚根平均长度最长；避光萌发5 d的黑青稞芽苗感官评定整体可接受性为7级-中等喜欢。综上，避光萌发显著增加了黑青稞活性成分含量和抗氧化活性，为黑青稞相关功能产品的开发提供了数据支撑和理论参考。

• 氮肥基追比例对春小麦茎鞘非结构碳水化合物及产量的影响

  王海琪,蒋桂英,黄艺华,王荣荣,马艳梅,晏世杰

  为探明氮肥不同基追比例对新疆滴灌春小麦茎鞘非结构性碳水化合物（NSC）在不同节中的积累和运转动态规律及其对籽粒产量贡献率的影响，以强筋小麦新春37号、中筋小麦新春6号为材料，采用裂区设计，以品种为主区，以氮肥处理（总施氮量250 kg·hm-2）为副区，设置0∶0、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5共5个氮肥基追比，分析了两个小麦品种不同节（穗下节、倒二节、其余节）的干重、NSC及果聚糖的积累运转、果聚糖含量、果聚糖相关酶活性与籽粒特性及其差异。结果表明，两品种不同节位的茎鞘干重、NSC及果聚糖积累和运转量、果聚糖相关酶活性、籽粒产量均随氮肥基追比例的增加呈先增后降趋势，以基追比3∶7处理表现最佳。不同节位比较，以其余节中的茎鞘干重、NSC及果聚糖积累、运转量最大，其干重、NSC及果聚糖对粒重的贡献率分别为22.16%、53.94%和  43.42%。两品种比较，新春37号茎秆中干物质运转效率高于新春6号，其干重、NSC及果聚糖对粒重贡献率分别比新春6号高59.03%、26.00%和27.75%。综上，NSC代谢及籽粒产量以基追比3∶7处理为最优，可作为新疆春小麦施氮模式。

• 减氮模式对稻茬中筋小麦籽粒产量、品质和氮肥效率的影响

  牛轶男，申丹丹，丁永刚，李子豪，朱敏，李春燕，朱新开，丁锦峰，郭文善

  为给稻茬小麦大面积提质增效生产提供参考，以中筋小麦徐麦818为材料，在水稻秸秆全量还田条件下以施氮量225 kg·hm-2、基肥和拔节肥各50%模式为对照，在此模式基础上进行减少追氮量和平衡减少基肥和追肥施氮量（简称平衡减氮），探讨减氮模式对稻茬中筋小麦籽粒产量、品质、氮肥效率和经济效益的影响。结果表明，追氮减少10%~20%能提高氮肥效率，对穗数、穗粒数、籽粒产量、经济效益、籽粒容重、硬度、出粉率、湿面筋含量、沉降值、蛋白质及其组分含量、淀粉及其组分含量、淀粉糊化特性和粉质特性均无显著影响。平衡减少基肥和追肥施氮量各10%能提高氮肥效率、经济效益、面团稳定时间和粉质质量参数，对产量及其构成因素和其余品质参数影响均不显著。在平衡减氮20%基础上追氮各分50%于拔节期和孕穗期施用，能显著提高千粒重、籽粒产量、经济效益、氮肥表观利用率、氮肥农学效率、籽粒容重、湿面筋含量、面团稳定时间和粉质质量参数。过多减氮会导致籽粒产量、品质、氮肥生理效率、氮肥农学效率和经济效益不同程度降低。综上，本试验条件下，减氮20%不会造成减产，可实现优质增效目标，且平衡减氮效果优于减少追氮处理。

• 有机肥替代不同比例化肥对土壤有机碳组分的影响

  张久明，匡恩俊，刘亦丹，迟凤琴，张一雯，宿庆瑞，石艳香

  东北黑土是我国宝贵的耕地资源，是重要的商品粮基地。为了明确东北春麦区有机肥替代化肥的最佳用量，提升土壤质量，在田间开展了有机肥替代部分化学氮肥研究，试验共设不施肥（CK）、有机肥替代100%化学氮肥(M)、有机肥替代50%化学氮肥(M1N1)、有机肥替代25%化学氮肥(M2N2 )和全化学氮肥处理(N)5个处理，分析了不同化肥处理对小麦收获期耕层土壤（0～20 cm）有机碳组分的影响。结果表明，土壤总有机碳含量以M处理最高，为24.30 g·kg-1；N处理下土壤全氮含量显著高于其他处理，为2.70  g·kg-1；施用有机肥能够增加土壤C/N比例。有机无机配施能显著增加土壤活性有机碳组分含量，土壤ROC和MBC含量均以M2N2处理含量最高，分别为4.69 g·kg-1及317.40 mg·kg-1；土壤DOC含量以M处理最高，为325.97 mg·kg-1，M2N2处理次之，为307.83 mg·kg-1；土壤POC含量以M1N1处理最高，为1.38 g·kg-1。分析土壤有机碳组分对施肥的敏感性指数得出，各活性碳SI值均高于SOC，以M2N2处理下MBC的敏感性最高。经相关性分析，ROC、MBC、POC之间存在极显著相关关系（P<0.01）。在东北春小麦种植区域，采用有机肥替代25%～50%化肥能够增加土壤有机碳组分含量，提高C/N。MBC对施肥反应最为敏感，可作为指示该地区土壤有机物早期变化的指示物。

• 不同土壤肥力麦田小麦干物质生产和产量的差异

  张晶晶，石玉，于振文，张永丽

  为明确不同土壤肥力下小麦干物质生产和产量的差异，于2019-2020年小麦生长季，选择了产量潜力分别为10 500 kg·hm-2和9 000 kg·hm-2的超高产土壤肥力和高产土壤肥力两种麦田，以济麦22为材料，比较分析了不同土壤肥力麦田小麦的群体动态、干物质生产、籽粒灌浆特性、穗部特征和产量构成的差异。结果表明，与高产土壤肥力相比，超高产土壤肥力增加了小麦拔节至成熟期的干物质积累量及成熟期干物质在籽粒中的分配量，促进了小麦开花前营养器官储存同化物在开花后向籽粒的转运量和开花后的光合物质同化量，提高了收获指数；超高产土壤肥力使籽粒在灌浆中后期维持较高的灌浆速率，延长了活跃灌浆期，提高了粒重。超高产土壤肥力通过增加单位面积的穗数和千粒重，实现小麦高产。

• 春季灌水和追氮对北京冬小麦生长发育和产量的影响

  周吉红，毛思帅，孟范玉，满杰，佟国香，刘国明，罗军，解春源

  为明确灌水模式及追氮量对北京小麦生长发育和产量的影响,通过裂区试验,分别以灌水和追氮量为主副区。其中，灌水在各处理均灌溉越冬水600 m·hm-2和灌浆水450 m·hm-2基础上，设置4种春季灌水模式即返青水300 m·hm-2+拔节水450 m·hm-2(W1)、返青水750 m·hm-2 (W2)、起身水750 m·hm-2(W3)、拔节水750 m·hm-2(W4)；追氮量设75、120、165、210和255 kg·hm-2 5个水平（分别用N1、N2、N3、N4、N5表示）。通过田间调查和室内考种分析了不同水氮条件下小麦群体和个体性状及产量的差异。结果表明,不同水氮处理相比,起身期灌水追氮促进了小麦植株基部第一节间的伸长,进而导致株高增加,加大了倒伏风险；返青期+拔节期灌水追氮有利于小麦穗发育,获得较少不孕小穗数和较高穗粒数。在所有处理中，返青+拔节两次灌水追氮处理的产量较高,其中W1N2处理的产量最高（7 728.0  kg·hm-2）。因此，在北京地区小麦种植中可采用春季返青期+拔节期两次灌水追氮的水氮管理模式。

• 基于APSIM模型的旱地春小麦生育期的播期和耕作效应分析

  雒翠萍，聂志刚，王钧，董莉霞，逯玉兰，李广

  为对不同播期和耕作条件下旱地春小麦生育期进行准确预测，利用甘肃省定西市安定区凤翔镇安家沟村2015-2016年大田试验数据及研究区1971-2017年气象数据，通过穷举试错法校准APSIM模型的相关参数，再用相关性分析检验，进而基于模型模拟数据分析播期和耕作措施对旱地春小麦生育期的影响。结果表明，春小麦全生育期及各生育阶段持续天数模拟值与实测值相关系数大于0.9，均方根误差（RMSE）为0.7～3.0 d，归一化均方根误差（NRMSE）为2.34%～6.93%，说明APSIM模型精度较高。随着播期的推迟，春小麦从种子萌发阶段到器官建成阶段（播种-开花）持续天数明显减少，籽粒形成阶段（开花-成熟）播期对持续天数影响不大。不同播期下，耕作措施对春小麦生长阶段持续天数影响都不显著。

• 多光谱与热红外数据融合在冬小麦产量估测中的应用

  兰铭，费帅鹏，禹小龙，李雷，夏先春，肖永贵，孟亚雄

  为了解多光谱与热红外数据融合对冬小麦产量估测精度的影响，以30个黄淮麦区冬小麦品种为材料，利用三种灌溉处理（处理1、处理2和处理3灌水量分别为240、190和145 mm）下冬小麦拔节期、挑旗期、抽穗期与灌浆期的无人机多光谱和热红外动态数据，构造了多个光谱指数，以支持向量机构建冬小麦产量估测模型，并验证其精度。结果表明，植被指数与籽粒产量的相关性受溉水量影响，处理1下植被指数与籽粒产量均呈正相关，处理2下植被指数除土壤调整植被指数（SAVI）和转化叶绿素吸收反射指数（TCARI）外均与籽粒产量呈正相关，处理3下植被指数与籽粒产量均呈负相关。通过多光谱和热红外数据融合构建的冬小麦产量估测模型的预测精度比仅使用多光谱数据构建的模型提高8%。不同灌溉条件下，通过多光谱与热红外数据融合构建的模型的预测精度存在差异，在处理1、处理2和处理3下拔节期、挑旗期、抽穗期和灌浆期验证决定系数（R）最高值分别为0.63、0.68和0.56，均方根误差（RMSE）最低值分别为0.60、0.24和0.41 t·hm-2，且在三种灌溉条件下灌浆期预测效果均最佳。因此，利用无人机光谱对小麦品种产量估测时应将多光谱与热红外数据融合，用支持向量机（SVM）算法构建产量估测模型，且模型在灌浆期具有较高预测  精度。