麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2021年第7期

• 小麦生理型雄性不育系花药内源JA与ABA含量动态变化及其代谢通路差异基因表达研究

  魏霁桐，吴国丽，李慧敏，郭佳林，宋齐鲁，张亚敏，牛娜，王军卫，马守才，张改生，朱峰，宋瑜龙

  为了进一步阐明化学杂交剂SQ-1诱导小麦花粉败育的分子机制，以西农1376为材料，采用RNA-seq技术，对PHYMS-1376及其对照可育系CK-1376四分体、单核早期、单核晚期、二核期、三核期花药进行转录组测序，筛选出差异表达基因，进行GO富集、KEGG富集和GSEA富集分析，并利用高效液相法分别检测了PHYMS-1376及CK-1376上述五个时期花药中ABA和JA含量，通过qRT-PCR技术分析了ABA和JA通路关键差异基因的表达模式。结果发现，与CK-1376相比，在PHYMS-1376花药中共筛选出了 36 058个差异表达基因，主要富集到植物激素信号传导、苯丙素生物合成、淀粉和蔗糖代谢、氨基酸的生物合成4个通路；JA含量在PHYMS-1376四分体花药中显著降低（P<0.05），至单核早期显著升高，单核晚期又显著降低，二核期显著升高，三核期显著降低；ABA含量在PHYMS-1376四分体至三核期花药中含量均高于CK-1376，其中在单核早期、单核晚期和二核期差异显著，可能与不育系各时期花药中PP2C关键基因TraesCS1D02G271000表达量过低相关，致使PP2C蛋白含量减少，进一步激活BIN2/BILs激酶，使SnRK2s磷酸化，促进ABA含量增加。上述结果表明：PHYMS-1376各发育时期花药中JA含量的异常波动与ABA含量的显著增加及上述2个通路关键基因的差异表达可能与SQ-1诱导小麦花粉败育密切相关。本研究为深入揭示SQ-1诱导小麦生理型雄性不育机理提供了一定的理论基础。

• 土耳其小麦种质条锈病抗性评价和抗病基因分析

  焦韩轩,孙晓媛，黄硕，刘胜杰，秦华，吴建辉，曾庆东，王长发，李海峰，康振生，韩德俊

  为鉴定177份土耳其小麦种质对中国当前条锈菌流行小种的抗病性水平，分析其条锈病抗性基因的存在情况，在杨凌人工诱发病圃（CYR32、CYR33、CYR34）及江油和天水自然诱发病圃对供试材料进行了成株期条锈病抗性鉴定，选用小麦条锈菌致病型PST-Lab.1、PST-Lab.2、PST-V26.1在温室进行苗期分小种抗病鉴定，利用 Yr5、 Yr7、 Yr9、 Yr10、 Yr15、 Yr17、 Yr18、 Yr26、 Yr29、 Yr30、 Yr32、 Yr36、 Yr46、 Yr76、和 Yr81共15个条锈病抗性基因的分子标记进行分子检测筛查。结果表明，全生育期抗病材料有10份，其中7份由已知基因介导，3份未检测到已知基因；对部分致病型失去抗性的全生育期抗病材料有40份，其中36份由已知基因介导，4份未检测到已知基因；成株期抗病材料有47份，其中37份由已知基因介导，10份未检测到任何已知基因。初步明确了供试土耳其小麦种质的条锈病抗性水平和可能携带的抗病基因，17份可能含有未知新基因的材料有待进一步研究分析。

• 小麦条锈菌鉴别寄主中4抗条锈性的转录组学分析

  汤亚琪，苏文文，李莹，王保通，李强

  为解析中4的抗条锈性分子机制，通过转录组测序，以侵染0 h为对照，分析条锈菌侵染12、24和48 h后差异基因的表达情况。结果共获得5 151个持续上调表达差异基因，其中，4 482个基因获得定位信息（A、B、D染色体组各占30.75%、35.27%、33.98%），669个为新基因（无法确定其染色体位置）。GO功能注释分类将这些基因分成3大类46个亚类，主要涉及催化活性、转运活性、细胞部件、细胞、细胞器、代谢过程、细胞过程、单有机过程等；KEGG通路分析结果显示，获得定位信息的上调表达差异基因主要涉及剪接体、苯丙氨酸代谢、过氧化物酶体、半乳糖和氨基酸代谢等通路；新基因主要涉及糖的合成与代谢、氨基酸的代谢等通路。植物与病原菌互作通路共发现33个持续上调表达差异基因，编码抗病蛋白、MLO类蛋白、NAC和WRKY转录因子等。本研究结果为进一步解析中4抗条锈病的作用机制奠定了基础。

• 小麦矮秆基因 Rht-B1b和 Rht-D1b的检测及其验证

  刘娟，张凯，范胜男，韩洋，冯玉梅，李星岩，韩冰，杨燕

  为研究矮秆基因 Rht-B1b、 Rht-D1b在小麦品种中的分布及其对株高的影响，以3个小麦群体（中国冬麦区白粒小麦品种、中国小麦历史品种、春小麦育种材料）共321份小麦品种为材料，检测矮秆基因 Rht-B1b和 Rht-D1b的分布频率，并分析比较它们对春小麦育种材料株高的影响。结果表明，在检测的321份材料中，共有193份材料含有 Rht-B1b矮秆基因，分布频率为60.1%，其中，中国冬麦区白粒小麦品种、中国小麦历史品种、春小麦育种材料中含有 Rht-B1b矮秆基因的材料分别有29、77和87份，分布频率分别为 34.5%、72.6%和66.4%；共有135份材料含有 Rht-D1b矮秆基因，分布频率为42.1%，其中，中国冬麦区白粒小麦品种、中国小麦历史品种、春小麦育种材料中含有 Rht-D1b 矮秆基因的材料分别有41、21和73份，分布频率分别为48.8%、19.8%和55.7%；共有78份材料同时含有 Rht-B1b和 Rht-D1b矮秆基因，分布频率为 24.3%，其中，中国冬麦区白粒小麦品种、中国小麦历史品种、春小麦育种材料中同时含有 Rht-B1b和 Rht-D1b矮秆基因的材料分别有15、17和46份，分布频率分别为17.6%、15.9%和35.1%。对已被鉴定株高表型的91份春小麦育种材料进一步分析发现，同时携带 Rht-B1b和 Rht-D1b矮秆基因的材料株高较低。

• Sec-1位点缺失对1BL/1RS易位系籽粒品质的影响

  昝香存，李正玲，常莹莹，董海滨，高崇，韩留鹏，郭瑞，赵明忠，胡琳，许为钢

  为了解 Sec-1位点缺失对1BL/1RS易位系品质的影响，用 Sec-1位点缺失突变体与郑麦7698多次回交，系谱法辅助分子标记多代选择后得到 Sec-1位点缺失的1BL/1RS易位系（简称 Sec-1位点缺失易位系）和正常1BL/1RS易位系（简称正常易位系），并进行品质性状、抗病性及农艺性状鉴定。结果表明，蛋白质含量、湿面筋含量、干面筋含量和中峰值高度在 Sec-1位点缺失易位系和正常易位系之间差异不显著，而 Sec-1位点缺失易位系的面筋指数、面团形成时间、稳定时间、粉质质量指数、和面时间、中峰值宽度和8 min尾宽显著高于正常易位系。正常易位系的吸水率和衰落角显著大于 Sec-1位点缺失易位系。 Sec-1位点缺失易位系的条锈病抗性和白粉病抗性均低于正常易位系，但二者之间条锈病的病情指数差异不显著，而白粉病的病情指数差异达显著水平。正常易位系与 Sec-1位点缺失易位系间的千粒重、穗粒数、产量水平差异均不显著。综上所述， Sec-1位点缺失对小麦籽粒品质的正向调控作用显著，而对农艺性状的负面效应不显著， Sec-1位点缺失突变体是研究和改良小麦籽粒品质的优良遗传材料。

• 52份波兰小麦种子性状分析

  沈吉成，李亚鑫，赵彩霞，叶发慧，刘德梅，刘瑞娟，张怀刚，陈文杰

  为了解波兰小麦籽粒及其品质性状，对52份波兰小麦品种籽粒性状进行了测定，并对其品质性状间的相关性进行了分析。结果表明：（1）供试波兰小麦籽粒千粒重变异系数最高为42.27%，其次为粗蛋白、湿面筋含量，变异系数分别为11.47%和11.74%；较高原448，10号的籽粒千粒重提高46.95%，20号的粗蛋白含量提高105.83%，2号的湿面筋含量提高94.31%，这些品种可以作为较高千粒重和籽粒品质的重要种质资源；供试小麦籽粒长度、宽度与千粒重呈极显著正相关，籽粒大小可以作为千粒重选择的指标。（2）主成分分析表明，波兰小麦面粉的形成时间对其品质影响的权重最高（W=0.24），其次是稳定时间对品质的影响（W=0.23）；面粉的稳定时间和形成时间与籽粒含水率、粗蛋白含量呈显著或极显著负相关，与籽粒千粒重呈极显著正相关，湿面筋含量与面粉形成时间呈显著正相关。可选择千粒重较大、籽粒含水率较低、粗蛋白含量适宜的波兰小麦作为我国小麦遗传基础拓展和品种改良的亲本材料。

• 籽粒镉低积累小麦材料的筛选及稳定性分析

  冯亚娟，黄议漫，余海英，张锡洲

  为筛选出在不同试验条件下籽粒镉（Cd）低积累且稳定的小麦材料，以2年大田试验获得的籽粒Cd积累存在差异的30份小麦材料为研究对象，采用不同Cd浓度的盆栽试验和不同Cd污染程度的大田试验对小麦材料籽粒Cd积累差异进行研究。结果表明，盆栽试验中，小麦籽粒Cd含量随土壤Cd浓度的增加而增加，且在材料间差异明显；聚类分析发现，有7份小麦材料（30389、MY1848、XK066-1、77782、HW2-2、中梁22、绵麦37）在不同Cd浓度下均表现出Cd低积累特性。在成都平原区和川南丘陵区大田试验中，30份小麦材料籽粒Cd含量变化范围分别为0.07~0.94 mg·kg-1和0.23~0.69 mg·kg-1，且在材料间与不同试验地点间差异均明显；聚类分析发现，有8份材料（30389、77782、良麦2号、12N551、济麦22、蜀麦375、中梁22、绵麦37）在不同试验地点均呈现籽粒Cd低积累特性。综合盆栽试验和大田试验结果，筛选到4份稳定的籽粒Cd低积累型小麦材料（30389、77782、中梁22和绵麦37），可用于中轻度Cd污染农田的安全生产。

• 大麦籽粒苯丙氨酸含量QTL初步定位分析

  严苓方，杨晓梦，杜娟，孙正海，普晓英，杨加珍，曾亚文

  为挖掘控制大麦籽粒苯丙基酸含量的QTL，以紫光芒裸二棱和Schooner构建的包含193个家系的重组自交系（RIL）为材料，测定RIL群体及亲本籽粒苯丙氨酸含量，并结合SSR标记和完备区间作图法构建遗传连锁图谱，对大麦籽粒苯丙氨酸含量进行QTL定位。结果表明，紫光芒裸二棱籽粒苯丙氨酸含量为1.23 mg·g-1，Schooner籽粒苯丙氨酸含量为0.60 mg·g-1，群体籽粒苯丙氨酸含量在0.59~1.24 mg·g-1之间；所构建的大麦遗传连锁图谱包含180对SSR标记，总遗传距离为2 671.03 cM，平均标记间距为14.84 cM；共检测到4个控制大麦籽粒苯丙氨酸含量的QTL，均为新发现的QTL，除 qPHE-4H加性效应来自母本紫光芒裸二棱外，其他3个QTL加性效应均来自父本Schooner。 qPHE-2H和 qPHE-7H为主效QTL，分别位于2H和7H染色体上，表型贡献率分别为12.32%和15.45%。该研究结果为大麦籽粒苯丙氨酸含量QTL精细定位奠定了基础。

• 徐麦35高产高效增密减氮途径及其碳氮代谢调控机制

  易媛，刘立伟，刘静，赵娜，张会云

  为探究增密减氮栽培途径的可行性及其碳氮代谢调控机制，于2019-2020年以徐麦35为材料，设置不同密肥组合，研究增密减氮对产量和氮效率的调控作用。结果表明，适当减少施氮量，徐麦35的氮素农学效率（NAE）、氮肥偏生产力(PFP)、氮素生理效率（PE）、氮收获指数（NHI）均显著增加。开花期和成熟期的碳氮比（C/N）与产量、NAE、PFP、PE均呈显著正相关。密度240×10·hm-2~300×10·hm-2、施氮量180 kg·hm-2时产量可达到8 500 kg·hm-2以上，高于180×10·hm-2和270 kg·hm-2密肥组合下的产量水平。同时，NAE、PFP、氮肥吸收效率（RE）、和PE分别提高了62.1%~67.9%、57.6%~59.1%、5.1%~14.4%和41.6%~59.4%。返青期施用控释肥（A1）较拔节期施用尿素(A2)的氮肥吸收效率平均提高了6.8%，有利于实现江苏淮北麦区节本增效绿色轻简化栽培。

• 稻茬过晚播扬麦25产量形成与氮素积累利用特征

  王梦尧,马泉,陶源，张明伟,丁锦峰,朱敏,李春燕，朱新开,郭文善

  为明确过晚播种（较适播期晚30 d左右）对小麦产量及氮素积累与利用的影响,2018―2020年以长江中下游地区主栽品种扬麦25为供试材料,在11月1日（适期播）和12月1日（过晚播）条件下设置 225×10株·hm-2和375×10株·hm-2两种种植密度，分析过晚播和适期播小麦产量、氮素积累与分配和氮素利用效率的差异。结果表明,与适期播相比，过晚播小麦的播种至出苗阶段延长9 d，出苗至成熟阶段缩短36 d，总生育期缩短27 d，单穗重降低。适期播条件下低密度的小麦产量较高；过晚播小麦在低密度下与适期播相比两年平均减产20.37%，过晚播高密度小麦较适期播低密度处理平均减产12.41%。过晚播条件下增加密度有利于小麦产量提升，平均产量达8 129.80 kg·hm-2。过晚播小麦各生育时期氮素积累量较适播小麦下降，密度增加至375×10株·hm-2能显著提高各生育时期氮素积累量和分蘖至拔节、开花至成熟期的阶段氮素吸收量，与适播低密度处理相比各时期氮素吸收量虽降低，但花后氮素吸收速率与百分比均显著提高，因此过晚播小麦氮肥吸收利用能力显著提升。在本研究条件下，11月1日适期播种时，扬麦25采用密度225×10株·hm-2，产量可达9 000 kg·hm-2以上，氮肥表观利用率在45%左右；12月1日过晚播种时，采用密度375×10株·hm-2，可以协调产量构成三因素，产量达8 000 kg·hm-2以上，氮肥表观利用率在40%左右。

• 小麦苗期和灌浆中期根系性状与地上形态及产量性状的相关性

  刘佳熠，魏迪，张璇，杨阳，柴永懋，陈亮，胡银岗

  为探究小麦根系性状与地上形态及产量性状的关系，促进小麦根系性状的改良，本研究选用48个遗传背景丰富的冬小麦品种，用室内卷纸法测定小麦苗期根系性状，用电容法测定小麦灌浆中期根系电容值，并利用大田挖掘法测定13个苗期根系差异较大的小麦品种灌浆中期的总根长、总根表面积和总根体积等根系性状，分析小麦根系性状与地上部形态及产量性状间的关系。结果表明，灌浆中期小麦根系电容值与苗期各根系性状均呈显著正相关，与灌浆中期总根长和总根表面积呈显著正相关；进一步分析表明，灌浆中期小麦根系电容值与株高、穗下茎长和旗叶长均呈极显著正相关，而与旗叶宽呈显著负相关，与小穗数、千粒重和单株产量均呈极显著正相关。基于根系电容值高低将小麦分为3类，其中，高电容值小麦和低电容值小麦在上述地上形态及产量性状上均存在显著差异。小麦苗期根系性状和小麦灌浆中期根系电容值均与千粒重和小穗数有较高的相关性。综上可见，小麦根系电容值可较好地反映小麦生长后期根系性状，与根系电容值显著相关的地上形态及产量性状如株高、小穗数、千粒重等可考虑作为小麦根系的替代性状。

• 施氮对花后遮光条件下小麦产量与蛋白质含量的影响

  郭振清，付陈陈，李婧实，张敏，张玉春，李清瑶，郭双双，蔡瑞国

  为探讨施氮对花后弱光逆境下小麦籽粒产量和蛋白质含量的影响，选用2个对弱光敏感性不同的小麦品种（济麦22和济核916），设置3个施氮水平（0、120和240 kg·hm-2），在花后遮去60%的自然光条件下研究了施氮量对小麦籽粒产量与蛋白质含量的调控效应。结果表明，增施氮肥可延缓花后遮光条件下两个小麦品种旗叶叶绿素下降，使PSⅡ实际光化学效率和净光合速率维持较高水平，促进旗叶可溶性糖含量合成，提高籽粒灌浆速率，增加穗数、穗粒数和籽粒产量。增施氮肥提高了遮光条件下两个小麦品种旗叶硝酸还原酶活性、籽粒谷氨酰胺合成酶活性和籽粒游离氨基酸含量，增加籽粒蛋白质含量。济麦22的籽粒产量以240 kg·hm-2施氮处理最高，籽粒蛋白质含量在120 kg·hm-2和240 kg·hm-2施氮处理间无显著差异；济核916的籽粒产量和蛋白质含量均以120 kg·hm-2施氮处理最高。由此可见，在花后遮光条件下适量施氮可提高小麦光合能力和促进碳氮代谢，最终增加籽粒产量和蛋白质含量。

• 耕作方式对河南小麦产量和水分利用效率影响的Meta分析

  赵凯男,吴金芝,黄明,李友军,赵广才,付国占,王春平,张振旺,侯园泉,杨中帅

  为了明确在河南不同生产条件下实现小麦高产高效的耕作技术，通过CNKI和Web of Science进行文献检索，共获得45篇相关大田文献和192组试验数据，以常规耕作（翻耕）为对照，采用Meta分析方法，定量分析了不同区域、不同降雨量、不同施氮量、不同土壤类型下旋耕、深松耕、免耕对河南小麦产量及水分利用效率的影响。结果表明，与常规耕作相比，旋耕小麦的产量和水分利用效率分别降低3.08% （P0.05），深松耕提高10.46%（P0.05）和8.32%（P600 mm下，旋耕小麦产量均显著降低，降幅分别为6.30%、4.20%、 3.33%，水分利用效率均无显著变化；深松耕产量均显著提高，增幅分别为13.68%、7.19%、11.45%，水分利用效率分别提高9.23%（P0.05）、16.79%（P<0.05）；免耕小麦产量在年降雨量500~600 mm条件下提高6.23%（P600 mm条件下提高10.87% （P240 kg·hm-2条件下均显著提高，产量增幅分别为12.41%和 9.65%，水分利用效率增幅分别为8.98%、11.69%和11.21%；免耕小麦的产量和水分利用效率在施氮量≤150 kg·hm-2条件下分别提高8.88%和11.10%。与常规耕作相比，在潮土和砂姜黑土条件下旋耕小麦产量均显著降低，降幅分别为9.48%和9.25%，而在黄土条件下免耕小麦产量和水分利用效率均显著提高，增幅分别为8.38%和9.21%；深松耕在不同土壤类型下均能提高小麦产量和水分用效率，且在壤土和黄土条件下效果较好。综上，旋耕在河南不同生产条件下均会降低小麦产量和水分利用效率；除豫南外，深松耕均可提高河南小麦产量和水分利用效率；免耕显著提高了总体水分利用效率，尤其在豫西地区、施氮量≤150 kg·hm-2以及黄土质地条件下效果显著。因此，采用深松耕技术有利于提高河南除豫南外地区的小麦产量和水分利用效率，在豫西地区、施氮量≤150 kg·hm-2或黄土条件下也可以应用免耕技术。

• 基于高光谱的冬小麦不同生育时期地上部生物量监测

  李岚涛，郭宇龙，韩鹏，王丹丹，王宜伦

  为实现冬小麦不同生育时期地上部生物量的高光谱监测，2017-2019年分别在河南省鹤壁市、原阳县和温县布置冬小麦氮肥梯度田间试验，分别于分蘖期、拔节期、抽穗期和灌浆期测定冬小麦地上部生物量及其冠层原位高光谱反射率（400～950 nm），并采用Pearson相关分析明确两者间定量回归关系，再分别利用支持向量机（support vector machine, SVM）和偏最小二乘回归（partial least square, PLS）建立预测模型并进行精度验证，以确定最优光谱监测时期和有效波段。结果表明，冬小麦地上部生物量与冠层高光谱反射率在可见光区（400～715 nm）呈负相关，在近红外区（715～950 nm）呈正相关，且相关性表现为分蘖期<拔节期<灌浆期≤抽穗期。生育时期间模型精度差异较大，抽穗期效果最优，SVM和PLS模型的验证决定系数分别为0.877和0.859，相对分析误差分别为2.429和2.340；灌浆期次之，决定系数分别为0.835和0.830，相对分析误差分别为2.416和1.814；分蘖期最低，决定系数分别为0.693和0.750，相对分析误差分别为1.063和0.894。同时，冬小麦地上部生物量有效波段在生育时期间具有明显的异同性，分蘖期时有效波段在可见光-近红外区均有明显的均衡分布，至拔节期时产生明显的短波“蓝移”现象，抽穗期“蓝移”现象更显著，而至灌浆期则表现出明显的长波“红移”特征。此后，再次构建基于有效波段的冬小麦不同生育时期地上部生物量SVM和PLS监测模型，决定系数和相对分析误差分别高于0.72和1.40，预测精度较理想，能够满足无损和精准监测需求。

• 宽幅条播和种植密度对燕麦抗倒伏性及产量的影响

  冯学颖,米俊珍，刘景辉,赵宝平，王英，田露，陈晓晶，王欣欣

  为明确宽幅条播对燕麦抗倒伏性和产量的调节作用及其适宜种植密度，于2019-2020年，通过裂区试验，设置2种播种方式（宽幅条播和常规条播）和三个种植密度水平［300×10株·hm-2（D1）、450×10株·hm-2（D2）、600×10株·hm-2（D3）］，分析了播种方式与种植密度对燕麦植株抗倒伏性和籽粒产量的影响。结果表明，同一种植密度下，宽幅条播的燕麦茎秆机械强度、茎粗、壁厚均显著高于常规条播。在籽粒灌浆期，与常规条播相比，宽幅条播的燕麦基部第二节间机械强度在 D1、D2、D3下分别提高9.3%、11.6%和17.0%，茎粗分别增加7.3%、7.6%和7.3%，株高分别降低2.3%、1.9%和3.0%，重心高度分别下降 6.5%、7.8%和 6.0%。相比于常规条播，燕麦宽幅条播主要通过增加穗数来增产。在D1、D2、D3下，宽幅条播的两年平均产量较常规条播分别增加了8.6%、9.3%和14.5%。随着种植密度的增加，两种播种方式下燕麦茎秆机械强度、茎粗、壁厚均呈减小趋势，株高、重心高度、节间长均呈增加趋势，但宽幅条播的各指标变化幅度均小于常规条播。因此，生产中采用宽幅条播可显著提高燕麦茎秆抗倒伏能力和籽粒产量，适当增加种植密度，可实现燕麦抗倒性与产量协同提高；本试验条件下，宽幅条播燕麦达到最高产的密度为600×10 株·hm-2。