麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2022年第1期

• 野生二粒小麦PYL基因家族的鉴定及其在逆境胁迫下的表达特性分析

  王振宇，杨光，赛娜，潘文秋，宋卫宁，聂小军

  脱落酸(ABA)是一类重要的植物内源激素，在调控植物生长发育和胁迫响应等方面发挥着关键作用。Pyrabactin resistance 1(PYR)-like(PYL)基因作为ABA的受体，在ABA信号转导过程中发挥着重要作用。为深入发掘野生二粒小麦PYL基因，本研究利用生物信息学对野生二粒小麦的PYL家族进行全基因组鉴定与分析。结果在野生二粒小麦基因组中共鉴定到24个PYL基因（TdPYLs），分布在1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A、4B、7A 和7B染色体上，且所有成员均含有PYR-PYL-RCAR-like功能域；系统进化分析发现，24个TdPYL基因可分为3个亚家族，同一亚家族成员间具有相似的基因结构和保守结构域；对这些PYL基因的启动子顺式元件进行预测，发现它们含有大量与逆境胁迫、光调节和ABA响应相关的元件；基于RNA-seq数据的表达特性分析发现，它们在不同组织中以及逆境胁迫下表达差异明显，并鉴定到多个与组织特异性以及胁迫响应相关的PYL基因；进一步对PYL基因的单倍型组成进行分析，发现在野生二粒小麦、栽培二粒小麦和硬粒小麦中PYL基因的遗传变异和单倍型组成具有明显的差异，发生了显著的遗传分化。本研究为深入揭示野生二粒小麦PYL基因的调控功能及其进化机制研究提供了有益信息。

• ω-黑麦碱基因表达缺失的1BL/1RS易位系种质创新

  张士昌，李亚青，张楠，彭义峰，李孟军

  1BL/1RS易位系是小麦育种的重要亲本，但1RS Sec-1 位点表达的ω-黑麦碱是导致小麦加工品质不佳的重要因素。为消除ω-黑麦碱的不良影响，进一步挖掘1BL/1RS易位系的育种潜力，本研究利用低能N+离子束处理1BL/1RS易位系小麦干种子，利用醇溶蛋白酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳（A-PAGE）筛选ω-黑麦碱表达缺失突变株系，1RS染色体特异引物鉴定携带1RS染色体的突变株系，结果共创制出9个ω-黑麦碱基因 Sec-1 位点表达缺失的新的1BL/1RS易位系种质。农艺性状和品质性状分析结果表明，这些1BL/1RS易位系新种质的籽粒蛋白含量、面筋指数、稳定时间等加工品质性状显著提高，株高、穗数、千粒重等农艺性状无显著变化。ω-黑麦碱表达缺失突变体的育成为培育优质抗逆小麦品种提供了新的方法。

• 低温胁迫下冬小麦JA合成相关基因的研究

  邢津溥，赵欣，梁佳文，苍晶，张达

  植物激素JA在植物响应低温胁迫中发挥重要的作用。本课题组前期研究发现，东农冬麦1号(Dn1)的强抗寒性与JA信号转导有关，为了探讨Dn1抗寒性的提高是否与内源JA合成基因的表达有关，以Dn1为试验材料，外施MeJA处理，对不同温度胁迫下JA合成基因( TaLOX1 、 TaLOX2 、 TaLOX3 、TaAOS、TaAOC、 TaOPR2 、 TaLOX2A 、 TaLOX2B 和 TaLOX2D ）的表达量进行实时荧光定量分析，并结合生物信息学分析对 TaLOX2A、TaLOX2B和TaLOX2D蛋白功能进行预测。结果表明，低温胁迫提高了Dn1分蘖节中 TaLOX1 、 TaLOX3 、TaAOC和 TaOPR2 的相对表达量，在 -10 ℃表达量达到最大值；外源MeJA处理显著提高了0 ℃下分蘖节中 TaLOX1 、 TaLOX2 、 TaLOX3 、TaAOS、TaAOC的相对表达量； TaLOX2A 、 TaLOX2B 和 TaLOX2D 基因均位于小麦5号染色体上，编码的蛋白均定位于细胞质中，属无规则卷曲蛋白，结构相似，保守结构域相同，蛋白功能相同或相似。本研究为进一步揭示JA合成基因在冬小麦响应抗寒中的作用奠定了 基础。

• 153份四川小麦主推品种和后备品系抗病基因的分子检测

  张华，任勇，何员江，郑首航，吴舸，邹凤亮，雷加容，杜小英，陶军，欧俊梅

  为了解四川现有主栽小麦品种的抗病现状，发现并推广多抗性小麦品种，选用四川省153份小麦主要推广品种和后备品系，采用条锈菌接种诱发鉴定的方法于2018－2019和2019-2020年度进行条锈病成株期抗性鉴定与分析，同时利用已知抗病基因 Yr5 、 Yr9 、 Yr10 、 Yr15 、 Yr18 、 Yr26 、 Pm21 和 Fhb1 的分子标记分别对其进行抗条锈病、赤霉病和白粉病基因检测。结果显示，在153份供试小麦材料的条锈病成株期抗性鉴定中，两年度均表现为抗病的材料有122份，占供试材料的79.7%。分子标记检测结果表明，可能携带抗条锈病基因 Yr5 、 Yr9 、 Yr10 、 Yr15 、 Yr18 和 Yr26 的小麦材料分别有12、25、77、12、4和90份，分别占供试材料的7.8%、16.3%、50.3%、7.8%、2.6%和58.8%；可能携带抗白粉病基因 Pm21 的小麦材料有40份，占供试材料的26.1%；可能携带抗赤霉病基因 Fhb1 的小麦材料有12份，占供试材料的7.8%；有15份抗病材料未检测到本研究所测基因。

• 新疆新源县小麦条锈菌生理小种鉴定

  刘琦，马泽宇，曾明昊，吴伟，董裕生，陈利

  为了明确新疆新源县小麦条锈菌生理小种的构成，于 2018 年在新源县采集 100 份小麦条锈菌标样，利用 19 个中国鉴别寄主对标样进行生理小种鉴定。结表果明，37份标样未明确鉴定，63 份明确鉴定的标样中鉴定出 23 种已知生理小种类型，其中条中 33号、条中 32 号和条中 34 号发生频率较高，其频率分别为17.5%、11.1%和 11.1%，为当地的优势生理小种，其余的生理小种鉴出频率低于 7%；致病类群以水源 11、Hybird 46和贵农22 类群为主，出现的频率分别为33.3%、25.4%和22.2%；毒性基因 v9 、 vsu、 v3b +[QX(Y15]4b 和 v10 的发生频率分别为 85.7%、79.3%、43.0% 和 22.2%，其中 v9 和vsu 发生频率高于 75%，表明抗性在逐渐丧失。新疆新源县的小麦条锈菌生理小种类型丰富，但演化过程滞后于内地；条中 34号生理小种已呈显著上升趋势。监测结果可对预测新疆小麦条锈病的发生流行及抗病育种提供理论依据。

• 紫糯小麦籽粒石蜡切片制作技术优化及淀粉粒累积分析

  刘娟，夏文荣，李运，李妍，朱元刚，戴忠民

  为了探明糯性小麦授粉后籽粒淀粉粒的累积情况，以山农紫糯2号授粉后不同天数的籽粒为试验材料，通过对传统石蜡切片技术的脱水、透明和浸蜡等环节进行改进，制作切片后对小麦籽粒结构发育进行观察研究。结果显示，与传统石蜡切片方法相比较，技术改良70%乙醇和无水乙醇脱水时间与逐级透明和渐进式浸蜡环节后，小麦籽粒（授粉后0~14 d）不皱缩变形,石蜡切片完整，且染色分明，结构显示清晰。授粉后0~2 d，果皮中已经开始积累少量淀粉粒，随着授粉后天数推移而逐渐增多；授粉后第6天，胚乳内部逐渐由游离核期向细胞化过渡；授粉后第8天，胚乳细胞进一步增大，淀粉粒开始累积，但体积较小；授粉后第10~12天，胚乳细胞向无核化发展，不同部位胚乳细胞和淀粉粒的排列分布呈现明显差异；授粉后第14天，胚乳细胞中几乎完全充满淀粉粒。表明改进的石蜡切片制作方法适合于早期小麦籽粒的结构研究。

• 小麦面团粘性定量评价方法的建立

  曹颖妮，赵光华，刘继红，辛玉杰，余大杰，胡卫国，裴金花，冯丹，柴慧娟，郝学飞

  为建立可量化的面团粘性评价方法，提高面团粘性鉴定的准确性和科学性，利用改良的方法对96个河南省区域试验参试小麦进行粘性测定，以面团粘性感官鉴定结果为依据评价改良法量值鉴定结果，并对其与小麦主要品质性状的相关性进行了分析。结果表明，改良方法可以准确定量小麦面团粘性值并对其进行分类。不同粘性等级面团间的‘能量’和‘延伸性’存在极显著差异，‘最大拉伸阻力’在等级间存在显著差异；不同粘性等级的面团在改良拉伸仪上呈现不同的图谱；改良方法鉴定的面团粘性结果与面团感官鉴定结果一致，其中‘能量’和‘延伸性’与面团粘性感官鉴定等级呈极显著正相关，相关系数分别达到0.960 0和 0.961 2；面团粘性与蛋白质含量、容重、湿面筋含量、降落数值和吸水量相关性不显著，与沉淀指数、稳定时间、能量、拉伸阻力、延伸性和最大拉伸阻力呈极显著负相关，与弱化度呈极显著正相关。因此，利用改良方法对小麦面团粘性进行量值鉴定是可行的；面团粘性主要取决于蛋白质质量。

• 干旱胁迫对中亚大麦农艺性状的影响及其相关基因定位

  聂石辉，王仙，向莉，张金汕，李志强，任毅，方伏荣

  干旱是影响大麦产量的主要非生物胁迫之一。挖掘大麦干旱响应基因，有利于大麦耐旱品种的改良。本研究以167份中亚大麦品种为材料，测定正常灌水（出苗期、拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期各灌水1次）、灌水2次（出苗期、孕穗期各灌水1次）以及灌水1次（出苗期灌水1次）处理下大麦的株高、穗长、单株穗数和主穗小穗数，结合群体分子信息，对这4个性状进行全基因组关联分析（genome-wide association study，GWAS）。结果表明，167份中亚大麦没有明显的地理亚群。全基因组关联分析共鉴定到8个与性状关联的位点，筛选到17个与大麦抗旱性相关的潜在候选基因，其中，调控大麦株高、穗长、主穗小穗数和单株穗数的候选基因分别有7、4、4和2个。同时，对耐旱系数（drought tolerance index，DI）进行GWAS关联分析，鉴定到7个与大麦耐旱相关的QTL，分布在1H、4H、5H和7H染色体上，存在96个潜在候选基因。该研究为后期大麦分子育种和抗旱功能基因克隆提供了基础数据。

• 大麦籽粒大小的遗传多样性与稳定性评价

  洪益，朱娟，于国琦，姚佳延，杨天赐，吕超，郭宝健，许如根

  为了解大麦籽粒大小的遗传多样性与稳定性，以185份大麦种质资源为材料，测定了7个试验环境下籽粒的长度、宽度、长宽比及千粒重等性状，对其遗传多样性和稳定性进行了分析评价。结果表明,所有试验环境下二棱大麦粒长、粒宽及千粒重均值均大于六棱大麦，籽粒长宽比均值均小于六棱大麦；二棱大麦与六棱大麦千粒重、粒长、粒宽及籽粒长宽比在品种（系）间及环境间差异均极显著，且品种（系）与环境之间存在极显著的互作效应，籽粒大小在环境间差异程度因性状而异，其中以千粒重的差异程度最大。依据10级分类分布频次法则，千粒重和粒宽分布比较集中，六棱大麦集中分布在3、4等级，二棱大麦集中分布在7、8等级；粒长和籽粒长宽比分布比较分散，六棱大麦粒长和籽粒长宽比分别分布在1~10等级和2~10等级范围内，二棱大麦粒长和长宽比分别集中分布在4~8等级和2~7等级范围内。千粒重与粒长、粒宽及粒长与籽粒长宽比呈极显著正相关，粒宽与籽粒长宽比呈极显著负相关；粒长与粒宽及千粒重与籽粒长宽比的相关性因棱型不同而异。二棱大麦千粒重的稳定性小于六棱大麦，而粒长和籽粒长宽比的稳定性恰好相反，粒宽的稳定性与棱型无关；皮大麦千粒重稳定性小于裸大麦，其余籽粒大小性状的稳定性与皮裸无关。通过熵权法TOPSIS对大麦籽粒大小进行综合评价，筛选出籽粒饱满且稳定的品种川52209，其可作为大麦籽粒性状改良的优异种质。

• 皮裸燕麦胚乳淀粉形态结构及理化性质的比较

  陈刚，文婷，张萍，余徐润，吴云飞，熊飞

  燕麦作为血糖生成指数较低的食品，被广泛应用于食品、医药工业。为比较皮、裸燕麦胚乳淀粉理化性质的差异，探究皮、裸燕麦在食品等加工利用方面的不同，以2个裸燕麦品种（白燕2号，坝燕18）以及2个皮燕麦品种（蒙燕1号，塔娜）为材料，通过扫描电镜观察燕麦胚乳淀粉颗粒的形态，采用X-射线衍射分析（XRD）、傅里叶变换远红外光谱、以及13C 固体核磁共振等方法研究淀粉的理化性质，同时测定其支链淀粉链长和淀粉的消化速率。研究结果表明，燕麦胚乳中淀粉同时以复粒淀粉和单颗粒淀粉形式存在，复粒淀粉在淀粉提取中易破裂，形成不规则的多面体颗粒，粒径多在5~8 μm。4个燕麦品种胚乳的淀粉均为A型晶体，但膨胀势和溶解度存在差异，裸燕麦坝燕18膨胀势最高，溶解度最低。皮、裸燕麦在淀粉晶体结构方面存在差异，皮燕麦淀粉较裸燕麦有更高的结晶度和表层有序度，裸燕麦淀粉无定形比例和表观直链淀粉含量更高，导致皮、裸燕麦在食品加工方面的差异。皮、裸燕麦支链淀粉链长分布不同，裸燕麦的长支链分布少，慢速消化淀粉（SDS）含量高，尤其坝燕18的SDS含量明显高于其他三个品种，更适合作为减肥食品。

• 外源褪黑素对盐碱胁迫下小黑麦种子萌发幼苗生长、抗氧化能力的影响

  左月桃，董玲，任晓松，刘赵月，左师宇，李晶

  为了解外源褪黑素对盐碱胁迫条件下小黑麦种子萌发、幼苗生长及抗氧能力的影响，以小黑麦品种东农96026为材料，通过种子萌发试验和水培试验分析了盐碱胁迫（NaCl、NaHCO3摩尔比1∶1混合）条件下外源褪黑素（浓度200 μmol·L-1）添加后，小黑麦种子萌发指标、生长指标、渗透调节物质含量、抗坏血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循环系统相关酶活性和物质含量的变化。结果表明，外源褪黑素可显著提高盐碱胁迫条件下小黑麦的种子发芽率、发芽势和发芽指数，增加幼苗地上部分和根系的生物量，提高根系可溶性糖和可溶性蛋白含量。褪黑素可显著增强盐碱胁迫下小黑麦幼苗单脱氢抗坏血酸还原酶、脱氢抗坏血酸还原酶、抗坏血酸过氧化物酶及谷胱甘肽还原酶活性，提高AsA和GSH含量及AsA/DHA和GSH/GSSG比值。由此说明，外源褪黑素能促进盐碱胁迫下小黑麦种子萌发和幼苗生长，提高渗透调节能力和抗氧化能力，从而有效地缓解盐碱胁迫对小黑麦生长发育的抑制效应。

• 全生育期增温对冬小麦物侯期、产量和水分利用效率的影响

  郑孟静,吕丽华,申海平,姚海坡,贾秀领

  为明确太行山山前平原地区冬小麦生长发育、产量形成及水分利用对气候变暖的响应，以冬小麦品种藁优5218为材料，于2017-2018和2018-2019连续两个冬小麦生长季在旱棚内采用开放式增温系统（free air temperature increase,FATI）模拟气候变暖趋势，分析了FATI的增温效果及全生育期增温对冬小麦物候期、茎秆发育、产量及水分利用效率的影响。结果表明，与自然条件(CK)相比，增温后冬小麦穗分化进程加快，整个生育期缩短4~6 d，主要表现为越冬—拔节期的生育进程缩短，而灌浆期的持续时间延长；增温导致冬小麦茎秆基部变细薄，降低节间横截面维管束数目及木质化程度，增加倒伏风险；增温降低了冬小麦产量和水分利用效率（WUE），两个生长季分别减产10.4%和5.3%，WUE分别下降16.1%和12.7%。因此，气候变暖不利于该区域小麦产量和WUE的提高，可通过栽培管理措施或品种改良来使冬小麦生产系统适应增温趋势，实现稳产提效。

• 基于植被指数时序动态的冬小麦氮素营养诊断方法

  李鑫格，项方林，吴思雨，刘小军，田永超，朱艳，曹卫星，曹强

  为构建冬小麦冠层临界植被指数时序模型，探究实时、无损诊断冬小麦全生育期氮素营养状况的可能性，基于冬小麦不同生育时期氮营养指数（nitrogen nutrition index，NNI）与相对产量的关系确定NNI临界值，并利用归一化红边植被指数（normalized difference red edge，NDRE）与NNI的定量关系确定临界NDRE值，进而以累积生长度日为时间驱动因子，利用双Logistic函数构建临界NDRE时序模型并用于诊断，且对诊断结果进行了验证。结果表明，NNI与冬小麦相对产量在不同生育时期均呈现明显的线性加平台关系（R在0.76以上），在开花—灌浆期表现最好；NNI与NDRE呈显著的幂函数关系（R在0.76以上），在孕穗—开花期表现最好；临界NDRE时序诊断模型在拔节后期、孕穗期、开花期的诊断精度较高；适期播种时冬小麦在180 kg·hm-2施氮水平下整个生育期均处于轻微氮亏缺或氮适宜状态，为较优施氮量。适期播种时冬小麦氮素营养状况主要受施氮水平的制约；过晚播时受播期的影响，不同施氮水平下冬小麦全生育期均处于氮亏缺状态。综上，依据氮营养指数与相对产量所构建的临界NDRE时序模型能够较准确地实时诊断冬小麦不同生育时期的氮素营养状况，并为作物氮肥精确管理提供技术方法。

• 环境因素对青藏高原栽培大麦穗粒数空间分布的影响

  田朋佳，王飞标，王建林，廖文华

  为了探究环境因素对青藏高原栽培大麦穗粒数的影响，利用121个样点的地理、气候、土壤因子数据，研究了青藏高原栽培大麦穗粒数的分布特征。结果表明：在地理水平方向上，青藏高原栽培大麦穗粒数呈现斑状交错分布的格局，栽培大麦穗粒数的高值主要集中在西藏林芝地区和山南地区，穗粒数的低值主要集中在四川地区；在地理垂直方向上，青藏高原栽培大麦集中分布在海拔3 500～4 000 m，以海拔2 500 m以下的栽培大麦穗粒数最多，随着海拔的升高，栽培大麦穗粒数逐渐增加，在海拔3 500～4 000 m达到最大值，此后，随着海拔的升高，栽培大麦穗粒数逐渐降低，海拔4 500 m以上的穗粒数最少。环境因素对栽培大麦穗粒数的影响表现为土壤速效磷含量>年均降水量>日平均气温≥0 ℃积温>地理纬度>土壤pH含量>土壤全钾含量>土壤速效氮含量>海拔高度。