麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2022年第7期

• 小麦TaCTSB基因在小麦-条锈菌互作中的功能研究

  蒋军，岳明星，於立刚，康振生，王晓杰，汤春蕾

  为明确小麦组织蛋白酶B基因TaCTSB在小麦与条锈菌互作中的功能，采用PCR技术扩增获得TaCTSB基因的完整编码区序列；通过qRT-PCR技术检测TaCTSB基因的表达情况；利用农杆菌介导瞬时表达体系在烟草叶片上进行亚细胞定位，并验证其是否能够诱导细胞坏死；利用VIGS技术瞬时沉默TaCTSB，解析其对小麦与条锈菌互作的影响。结果表明，TaCTSB基因编码344个氨基酸，N端含有1~19 aa的信号肽，无跨膜结构；qRT-PCR结果显示，TaCTSB基因在小麦与条锈菌非亲和互作早期上调表达。瞬时表达分析发现，烟草叶片上瞬时表达TaCTSB基因能够诱导细胞坏死，且质壁分离后TaCTSB分泌到细胞外。在TaCTSB瞬时沉默植株上接种条锈菌毒性小种CYR31，产孢量变化不显著；而接种条锈菌无毒性小种CYR23，产孢量升高；组织细胞学观察发现，在小麦叶片中瞬时沉默TaCTSB，其活性氧面积和坏死面积显著下降，菌丝面积及菌丝长度均有所增加，表明沉默TaCTSB减弱了小麦对条锈菌的抗性。

• 矮秆基因在中国不同麦区小麦品种中的分布及其对赤霉病抗性的影响

  徐晴，许甫超，秦丹丹，彭严春，朱展望，董静

  为研究矮秆基因在中国不同麦区的分布，以及株高和小穗密度与赤霉病抗性的相关性，本研究通过分析3个矮秆基因 Rht1、 Rht2和 Rht8在211份不同麦区小麦自然群体中的分布，并结合其在不同环境下株高、小穗密度以及赤霉病抗性的调查数据，分析矮秆基因 Rht1、 Rht2和 Rht8对赤霉病抗性的影响。结果表明：（1）不同麦区矮秆基因的分布频率差异较大， Rht1主要分布在长江中下游麦区， Rht2和 Rht8主要分布在黄淮麦区；（2）与野生型品种相比，携带 Rht1、 Rht2和 Rht8的小麦品种，株高均显著或极显著降低；（3）携带 Rht2和 Rht8的小麦品种，赤霉病抗性均极显著低于野生型品种，而携带 Rht1的小麦品种，赤霉病抗性则极显著高于野生型品种；（4）携带 Rht2和 Rht8的小麦品种，小穗密度显著大于野生型品种，而携带 Rht1的小麦品种，小穗密度则显著降低。因此，不同矮秆基因对小穗密度性状的遗传差异可能是导致小麦赤霉病抗性和不同麦区矮秆基因选择利用差异的部分原因。

• 四倍体小麦株高和穗长性状的QTL定位及其遗传效应分析

  陈黄鑫，李聪，吴坤燕，王岳，牟杨，唐华苹，唐力为，兰秀锦，马建

  株高和穗长是影响小麦高产稳产的重要农艺性状。为进一步发掘控制株高和穗长的主效QTL，以硬粒小麦矮兰麦和野生二粒小麦LM001构建的F8代重组自交系（RIL）群体为材料，基于小麦55K SNP芯片构建的遗传连锁图谱，并结合5年8个生态环境的株高和穗长表型数据，进行QTL定位和遗传解析。结果表明，在RIL群体中，株高和穗长均呈现正态分布，符合数量性状遗传特征。共检测到24个QTL，其中7个与株高相关，分布在2A、2B、4B、5A、6A和7A染色体上，可解释7.46%~20.03%的表型变异；17个与穗长相关，分布在2A、2B、3A、4A、4B、5A和6B染色体上，可解释6.52%~17.10%的表型变异。控制株高的 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A以及控制穗长的 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4能够同时在单环境和多环境分析中检测到，为稳定的主效QTL，分别解释了9.17%~20.03%、10.44%~ 14.48%、10.41%~16.29%和7.54%~11.70%的表型变异。此外，在RIL群体子代中存在超亲分离现象，进一步的QTL聚合效应分析表明，株高位点 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A的聚合或者穗长位点 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4的聚合均能极显著地提高株高和穗长表型，表明鉴定到的控制株高和穗长的QTL位点具有累加效应。

• 小麦强、弱势籽粒品质研究进展

  吴云飞，段玉仁，张勇，王磊磊，余徐润，熊飞

  小麦籽粒因所处穗位和粒位的不同而存在明显的异步灌浆过程，并分为强、弱势籽粒。源库理论是小麦生长与发育的关键理论基础，且对小麦产量和淀粉品质影响较大。为充分了解小麦强、弱势籽粒的发育机制，本文从发育、生理、遗传和分子生物学角度，归纳了小麦强、弱势籽粒的概念及形成假说，并总结了小麦强、弱势籽粒淀粉生长发育过程中的差异，分析了源库协调对小麦强、弱势籽粒的影响，指出了某些方面（如源库协调性、内源激素变化、营养物质等在强、弱势籽粒中的差异）研究的不足，也为今后更深入地研究小麦强、弱势籽粒中淀粉的合成过程理清思路，为提高小麦产量及品质提供相关知识，同时为作物遗传改良提供参考。

• 施氮量对小麦籽粒淀粉粒的效应

  蔡文璐，李可，简超群，郑路敏，唐树鹏，徐云姬

  为探明氮肥对小麦籽粒淀粉粒的影响，以扬麦16和扬麦20为材料，设置120 kg·hm-2（120N）、180 kg·hm-2（180N）、240 kg·hm-2（240N）和300 kg·hm-2（300N）4个氮肥水平，分析不同处理下小麦灌浆期强、弱势粒中free-PAs含量、淀粉合成酶活性及成熟期淀粉粒度分布特征。结果表明，随施氮量增加，小麦灌浆期弱势粒的游离亚精胺（free-Spd）和精胺（free-Spm）含量、淀粉合成酶活性及成熟期中淀粉粒（5~50 μm）的体积和表面积分布比例、淀粉积累量和粒重呈先升后降的趋势，大淀粉粒（> 50 μm）粒度分布比例呈先降后升趋势；强势粒的各指标无显著变化。籽粒游离腐胺（free-Put）含量、小淀粉粒（<5 μm）的粒度分布比例、中淀粉粒的数量和长度分布比例对施氮量无明显响应。Free-Spd和free-Spm含量、淀粉合成酶活性、淀粉积累量和粒重与中淀粉粒的体积和表面积分布比例呈显著或极显著正相关，与大淀粉粒的粒度分布比例呈极显著负相关。喷施Spd或Spm增加了弱势粒内源free-Spd或free-Spm含量、淀粉合成酶活性、中淀粉粒的体积和表面积分布比例、淀粉积累量和粒重，降低了大淀粉粒的分布比例，而喷施其抑制剂的结果相反。综上所述，氮肥主要影响小麦弱势粒的中淀粉粒和大淀粉粒，合理施氮下小麦淀粉粒度分布的改善得益于free-Spd和free-Spm对淀粉合成酶活性的正调控作用。

• 不同土壤肥力下施氮量对小麦产量和品质的影响

  孙梦,冯昊翔,张晓燕,刘世洁,韩志栋,韩潇杰,李尊,马耕,王丽芳，王晨阳

  为探究氮肥在不同土壤肥力条件下对小麦的增产提质效应，以强筋小麦品种丰德存麦5号和中筋小麦品种百农207为供试材料，分别在三个地点设置0、180 、240和300 kg·hm-2 四个施氮水平，研究了不同施氮量对冬小麦籽粒产量和品质的影响。结果表明，地点、品种和施氮量均对小麦产量有显著影响，其中地点的影响最大，其次是施氮量，品种最小。在高肥力麦田，施氮量为180 kg·hm-2时产量最高，中高肥力麦田和低肥力麦田均以施氮量为240 kg·hm-2时产量最高。不施氮肥条件下，品质指标以高肥力麦田较高，低肥力麦田最低，表明基础肥力高有利于改善小麦品质。施用氮肥均显著提高了小麦籽粒中的蛋白质含量、蛋白质产量、沉淀值和湿面筋含量，延长了形成时间和稳定时间，各试验点表现一致。利用主成分分析将小麦品质性状转化为蛋白质因子和面粉粉质因子，结果表明，在低肥力麦田，施氮量对蛋白质因子的增强效应较大，在中高肥力麦田，施氮量能均衡提高蛋白质因子和粉质因子；在高肥力麦田，施氮量对小麦粉质因子的增强效应较大。不论土壤肥力高低，均以施氮量为240 kg·hm-2时小麦品质性状最优。

• 外源水杨酸对高温胁迫下小麦籽粒灌浆特性的影响

  樊永惠，葛婷，杨咏，李宇星，武倩倩，秦博雅，杨文俊，黄正来

  为探究外源水杨酸（SA）对高温胁迫下小麦产量形成特性的影响，以扬麦18为试验材料，于2018-2020年进行盆栽试验，分别在小麦抽穗期（SAHG）、开花期（SAAG）、花后5 d（SA5G）以及花后10 d（SA10G）对其喷施水杨酸（SA），在灌浆期(花后15~19 d)采用被动式模拟增温方法对其进行高温胁迫，分析不同处理对小麦产量及其相关指标的影响。结果表明，与常温对照（NN）相比，灌浆期高温胁迫（NG）显著降低了小麦的产量和千粒重，不同时期喷施SA显著降低了高温胁迫下产量和千粒重的下降幅度，不同处理缓解效果表现为SAAG＞SA5G＞SA10G＞SAHG。外源SA处理缓解了高温胁迫对小麦不同穗位强、弱势粒粒重的损害，对上部小穗及弱势粒粒重的影响较为显著，从而缓解了高温胁迫下小麦产量的降低。喷施SA显著降低了灌浆期高温胁迫下籽粒蔗糖含量、可溶性糖含量、蔗糖合成酶（SS）活性的降低幅度，提高了籽粒中吲哚乙酸（IAA）、脱落酸（ABA）、细胞分裂素（CTK）的含量。推测喷施SA通过调控小麦籽粒内源激素水平提高籽粒糖类物质含量，进而缓解高温胁迫对产量影响。

• 干旱胁迫下外源褪黑素对小麦生长和光系统活性的影响

  李春雨，陈春宇，毛浩田，张怀渝，陈洋尔

  为了从光系统活性探讨褪黑素对干旱胁迫下小麦生长的调节作用，通过石英砂盆栽试验，设置对照（CK）、5 μmol·L-1褪黑素处理、25 μmol·L-1褪黑素处理、100 μmol·L-1褪黑素处理、干旱胁迫处理、5 μmol·L-1褪黑素+干旱胁迫处理、25 μmol·L-1褪黑素+干旱胁迫处理及100 μmol·L-1褪黑素+干旱胁迫处理，分析了根施褪黑素对干旱胁迫下小麦叶片生理和光合作用的影响。结果表明，干旱胁迫显著降低了小麦叶片的相对含水量、地上部生物量及光合效率，抑制了植株的生长，而干旱胁迫下25 μmol·L-1褪黑素处理最为显著地增加了小麦叶片相对含水量、地上部生物量及叶绿素含量，并显著提高了小麦叶片的净光合速率、气孔导度、光系统Ⅱ（PS Ⅱ）的最大荧光、PS Ⅱ最大光化学效率、远红光适应下的最大P700改变量、光系统I（PSⅠ）的实际光能转换效率及PSⅠ供体侧限制引起的非光化学能量耗散的量子产量。相反，CO2浓度和PSⅠ受体侧限制引起的非光化学能量耗散的量子产量下降。蛋白免疫杂交分析表明，外源褪黑素处理可显著减少干旱胁迫下Lhca2蛋白含量的下降。由此表明，干旱胁迫下褪黑素可通过改变叶片的水分状况和提高叶片的光合能力来减轻干旱胁迫对小麦植株生长的抑制作用。

• 盐胁迫下褪黑素对小麦种子萌发和幼苗生理特性的影响

  刘佳奇,李丽,杨红红,孙敏,冯汉青

  盐碱地会严重影响小麦种子的萌发和幼苗的生长。为了探究褪黑素对盐胁迫下小麦种子萌发和幼苗生长的影响，研究了NaCl（100 mmol·L-1）胁迫下不同浓度的褪黑素（5、50、100、150、250 μmol·L-1）对小麦种子萌发、幼苗生长、光化学活性、叶绿素含量以及根细胞活力的影响。结果发现，100 μmol·L-1褪黑素能够显著缓解NaCl胁迫对小麦种子萌发的抑制作用；100~150 μmol·L-1褪黑素可明显改进盐胁迫下小麦幼苗的生长状况，显著缓解盐胁迫对PS （光系统）Ⅱ光化学活性的抑制和小麦幼根细胞死亡的发生；150 μmol·L-1褪黑素显著促进了小麦叶片叶绿素合成。综合分析表明，施用外源褪黑素可有效缓解盐胁迫对小麦造成的萌发率、光化学活性、叶绿素含量下降、生长迟缓、根细胞死亡等不利影响，以100~150 μmol·L-1褪黑素的缓解效果最为明显。

• 油菜素内酯对寒地冬小麦越冬期生理代谢的影响

  丁美云，刘丽杰，于梦迪，王璐瑶，孙玉婷，金忠民，李珊珊，张东向

  为探讨油菜素内酯对不同品种冬小麦在越冬期生理代谢的影响，以冬小麦强抗寒性品种东农冬麦1号和弱抗寒性品种济麦22为试验材料，在三叶期对叶片喷洒不同浓度的油菜素内酯(brassinolide，BR) （0.01 mg·L-1、0.1 mg·L-1和 mg·L-1），对照组用蒸馏水进行喷洒，在室外连续10 d平均最低温达到 5、0、-10和-25 ℃时对小麦分蘖节进行取样，分别用NBT显色法、比色法及高锰酸钾滴定法测定抗氧化酶SOD、POD及CAT的活性，分别利用TBA比色法、考马斯亮蓝法和磺基水杨酸法测定渗透调节物质可溶糖、可溶性蛋白及脯氨酸含量，利用TBA比色法测定膜损伤指标MDA含量，利用比色法测定光合色素含量。结果表明，随着温度的降低，东农冬麦1号和济麦22分蘖节的抗氧化酶活性和渗透调节能力都有所降低；BR处理后，两个品种的分蘖节抗氧化酶活性和渗透调节能力与对照组相比均呈现升高趋势；对照组MDA含量随着温度的降低而逐渐升高，膜质损伤程度逐渐加深，BR处理的MDA含量与对照组相比显著降低；BR处理后叶绿素含量高于对照组，但效果不显著。总之，在越冬期低温下BR能够提高冬小麦抗寒性，最适浓度为0.1 mg·L-1，对强抗寒品种东农冬麦1号的效果好于弱抗寒品种济麦22。

• 基于高光谱遥感的小麦黄花叶病害等级监测研究

  刘梦冉，张海艳，齐双丽，孙炳剑，段剑钊，贺利，郭天财，冯伟

  为了构建小麦黄花叶病的遥感监测技术，在小麦返青期、拔节前期和拔节后期测定了不同黄花叶病等级下的冠层反射率，并同步调查与病害等级相关的小麦株高、含水量、氮含量、色素含量等农学参数，筛选出适宜监测小麦黄花叶病的植被指数，并构建病害等级监测模型。结果表明，小麦黄花叶病的反射光谱敏感波段在返青期和拔节前期集中于560～720 nm范围，而拔节后期则集中于800～900 nm区域。随病害等级的增加，光谱反射率在可见光波段逐渐增加,而在近红外波段区域降低。植被指数与病害等级相关性在不同生育时期间存在显著差异，整体上以拔节前期最好，决定系数(r)为0.72～0.82，而拔节后期模型精度急剧下降(r=0.26～0.72)。在植被指数中，整体上以表征色素变化的mND705模型预测精度最好，r和RMSE分别为 0.59～0.68和0.79～0.98。采用偏最小二乘回归(PLSR)建立黄花叶病害分级模型，三个时期的模型精度均高于植被指数模型，且整体上以返青期和拔节期前期估算效果较好，模型验证r为0.93～0.97，RMSE为0.24～0.32。因此，利用PLSR模型可以准确评价返青至拔节期前期小麦黄花叶病害等级。

• 基于红边特性和连续小波变换的冬小麦叶绿素含量估算

  陈倩，常庆瑞，郭松，张佑铭

  为充分利用高光谱数据红边区域对冬小麦叶绿素含量进行估算，以关中地区冬小麦为研究对象，基于红边波段反射率的一阶导数进行连续小波变换，对变换后得到的小波系数与叶绿素含量进行相关性分析，选取相关性较好的小波系数分别结合偏最小二乘法（PLS）、BP神经网络（BPNN）算法、随机森林（RF）算法和XGBoost算法构建冬小麦叶绿素含量估算模型。结果表明：（1）通过对建模数据和验证数据的决定系数（R）、均方根误差（RMSE）和相对分析误差（relative predictive derivation，RPD）进行比较，利用XGBoost算法构建的估算模型表现最好；（2）通过XGBoost算法的特征重要性分析得到13个有效小波系数，将其与7个红边指数共同作为自变量代入XGBoost算法发现，优化后的模型精度得到显著提高，建模集决定系数（R=0.91）和验证集决定系数（R=0.802）分别提高了1.34%和11.54%。这说明该方法可以作为一种挖掘高光谱敏感特征信息的途径来估算冬小麦叶绿素含量。

• 江淮部分地区麦田日本看麦娘对精噁唑禾草灵的抗性及其交互抗性

  许锦程，毕亚玲，李君君，戴魏真，许孟桃，谷承文

  江淮地区是我国重要的小麦产区之一。为明确该地区麦田日本看麦娘对精噁唑禾草灵的抗性情况，采用整株水平生物测定法检测了该地区的10个种群对精噁唑禾草灵的抗性水平；扩增和比对了高抗种群（AH-40、JS-19）、中抗种群（AH-41、JS-20）与敏感种群（AH-7）的ACCase CT区域基因片段差异，并测定了GSTs、P450s酶抑制剂对精噁唑禾草灵的增效作用及4个抗性种群对8种除草剂的抗性。结果表明，高水平抗性种群数量占供试种群总数的50%，抗性指数为13.14~18.54；测序结果表明，高抗和中抗种群中均未发现已报道可引起靶标抗性的位点突变。AH-40种群在施用GSTs代谢酶抑制剂（灭草环、三聚氯氰、NBD-Cl）和P450s酶抑制剂（PBO、马拉硫磷）后均可显著提高其对精噁唑禾草灵的敏感性，增效倍数分别为1.68、1.68、2.45、1.64、2.03；JS-19种群在施用GSTs酶抑制剂（灭草环、三聚氯氰、NBD-Cl）后GR50有所下降，增效倍数为1.71、1.94、1.71；供试酶抑制剂未对其他抗性种群产生明显增效作用。抗性检测结果显示，4个抗性种群均对炔草酯和甲基二磺隆高抗，AH-41、JS-19高抗高效氟吡甲禾灵，JS-20高抗烯禾啶，但均对唑啉草酯、啶磺草胺、氟唑磺隆和异丙隆敏感。

• 全球燕麦生产时空演变规律及对中国的启示

  冯文豪，佟越强，杨亚东，葛军勇，臧华栋，曾昭海

  燕麦是世界第七大栽培作物，也是中国北方重要的粮饲兼用作物，因其具有抗旱、耐瘠薄等特性，在中国旱作区农业发展中占有举足轻重的地位。明确全球燕麦生产时空演变规律，可为中国燕麦种植结构调整和优化提供重要参考依据。本研究基于1961-2019年全球燕麦生产数据，利用线性回归模型、贡献率以及优势指数分析全球燕麦生产时空演变规律。结果表明，近59年来，全球燕麦收获面积和总产量均呈降低趋势。欧洲是全球燕麦生产中心，1961-1980、1981-1998和1999-2019年三个阶段的总产量分别占世界总量的58.2%、67.4%和62.6%；中国燕麦在这三个阶段的收获面积和总产量总体呈下降趋势，但同期总产量的世界占比却不断增加，从2.0%增长至3.0%。其中，2019年中国燕麦总产量达49.6万t，位列世界第十位。与美国、加拿大、芬兰和澳大利亚等主产国相比，中国燕麦生产的规模优势指数和效率优势指数虽处于不断上升趋势，但整体仍处于劣势地位。因此，优化调整燕麦种植规模，提高单产水平，对中国燕麦产业的可持续发展具有重要意义。