麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2023年第1期

• 氮代谢和贮藏蛋白生物合成对小麦面筋品质形成的影响

  赵力烨，宋利军，李立群，李学军

  为探讨不同类型小麦品种面筋品质形成的机制，以面筋强度不同的西农20、西农836、周麦18和西农977为材料，比较分析其面筋结构特性、籽粒灌浆过程蛋白组分积累动态、氮代谢和贮藏蛋白合成相关基因表达的差异，并从生理水平和转录水平探究氮代谢和贮藏蛋白生物合成相关基因表达对小麦面筋品质形成的影响。结果表明，西农20的面团形成时间、稳定时间、蛋白质弱化度最高，其次是西农836、周麦18、西农977；西农20的面筋中二硫键和β-折叠含量最高，而表面疏水性和α-螺旋/β-折叠最低，表现为面筋微观网络交联更加致密；籽粒灌浆期间醇溶蛋白、谷蛋白、谷蛋白大聚体（GMP）快速积累，成熟期西农20籽粒中总蛋白质、醇溶蛋白、谷蛋白及GMP含量比其他三个品种都高；旗叶和籽粒中谷氨酰胺合成酶（GS）和谷丙转氨酶（GPT）活性及其基因表达水平在西农20中最高，从而加强了其旗叶和籽粒中氨基酸代谢；贮藏蛋白合成相关基因 x/y-HMW、 LMW-A/B/D、 TaGAMyb、 TaPBF、 TaSPA、 TaPDIL2-1、 TaSUMO1和 TaPPIase的表达水平也在西农20中最高。这说明小麦籽粒灌浆期间氮代谢和贮藏蛋白生物合成相关基因的高水平表达可促进籽粒贮藏蛋白的合成与聚集，从而提高小麦面筋的品质。

• 小麦温光发育及相关基因研究进展

  王一钊，刘玉秀，孟天琪，魏仕，张正茂

  春化作用和光周期现象是影响小麦抽穗、成花转变的重要因素，与小麦的适应性密切相关。温光发育特性是决定小麦适应性的重要生态因素，其影响小麦种植区域分布、引种以及栽培措施的选择。小麦温光发育受4个春化主效基因 Vrn-1、 Vrn-2、 Vrn-3和 Vrn-4及3个光周期基因 Ppd-D1、 Ppd-B1和 Ppd-A1的调控。丰富的春化、光周期基因等位变异，可提高小麦的遗传多样性和广泛适应性。本文综述了近年来小麦温光发育与分子基础研究进展，主要包括小麦春化发育特性、光周期发育与温光互作效应、春化和光周期基因的分子机理以及等位变异类型与地理分布，并分析了小麦冬春性与温光互作分子机理研究中存在的问题，以期为小麦温光发育的分子研究、品种遗传改良和引种提供理论依据。

• 小麦PHO基因家族全基因组鉴定及表达分析

  郝小聪，王伟伟，汪德州，房兆峰，柳珊，朱文根，逄子剑，张胜全，赵昌平，张风廷，唐益苗

  PHO基因家族主要参与磷酸盐的转运，在植物生长发育中起重要作用。为研究小麦PHO基因家族成员的潜在功能，本研究从小麦全基因组中鉴定PHO基因家族成员，并利用生物信息学手段对其基因结构特征、蛋白结构域、系统进化、顺式作用元件及表达特性进行分析。结果在小麦全基因组中共鉴定到12个PHO基因家族成员，所有成员均含有SPX和EXS结构域。系统进化、保守结构域和基因结构分析发现，小麦PHO蛋白与拟南芥PHO1-H1蛋白以及水稻PHO1蛋白亲缘关系较近；除TaPHO7、TaPHO10、TaPHO11和TaPHO12蛋白缺少部分基序外，其余小麦PHO蛋白均具有完整基序，且同一亚组内的成员具有相似的蛋白保守结构域和基因结构，说明PHO亚家族成员间高度保守。顺式作用元件分析发现，小麦PHO基因启动子区域含有与磷调控相关的激素诱导、光响应、低温响应等元件。基于RNA_seq数据的组织特异性分析发现，大部分PHO基因在根中的表达量较高。qRT-PCR分析发现，低磷胁迫处理下磷高效小麦品种小偃54地下部分（根） TaPHO7和 TaPHO8基因的表达量显著高于对照。

• 黄淮麦区部分强筋小麦品种的遗传差异分析

  张勇，沈业松，杨子博，杜莹莹，周羊梅，王安邦，刘畅，顾正中

  为明确黄淮麦区现有强筋小麦品种遗传组成，本研究利用SDS-PAGE、KASP技术和35K SNP芯片技术对黄淮麦区具代表性的27个强筋小麦品种进行了高分子量谷蛋白鉴定、品质相关基因检测及遗传多样性分析。HMW-GS鉴定结果显示，供试品种在 Glu-A1、 Glu-B1和 Glu-D1位点优质亚基分布频率分别为85.2%、74.1%和81.5%。从位点间亚基组合看，含有三个、两个及两个以下优质亚基的品种数为14个、10个和3个，分别占比51.9%、37.0%和11.1%。1BL/1RS、PPO活性和黄色素含量基因鉴定结果显示，优势单倍型非1BL/1RS、 Ppo-A1b（低PPO活性）、 Ppo-D1a（低PPO活性）、 Psy-A1b（低黄色素）和 Psy-B1b（低黄色素）分布频率分别为66.7%、66.7%、29.6%、48.1%和51.9%。同时含两个低PPO活性单倍型（ Ppo-A1b/ Ppo-D1a）的品种有7个，占比25.9%；同时含两个低黄色素单倍型（ Psy-A1b/ Psy-B1b）的品种有9个，占比 33.3%。籽粒硬度基因鉴定显示，供试品种基因型较为单一，除西农529（ Pina-D1b/ Pinb-D1b）外，其余品种基因型均一致（ Pina-D1a/ Pinb-D1b）。从多基因聚合结果看，供试品种中未检测到聚合了以上所有优势单倍型的品种，表明现有的强筋小麦品种在遗传上仍有较大改良潜力。遗传多样性分析结果表明，供试强筋小麦品种遗传背景较为狭隘，品种间遗传距离为0.028~0.495，平均仅为0.397；供试品种分为三大类，分别有11个、7个和9个品种，聚类结果基本符合地域来源和亲缘关系特征。

• 河南省308份小麦新品系的茎基腐病抗性评价

  王会伟，李国领，高飞，李春盈，李居政，张天兴，张建周

  为给河南省抗茎基腐病品种合理布局提供品种支撑，以河南省小麦茎基腐病的高致病力假禾谷镰孢菌菌株PY20-20为接种物，对参加河南省主要区域试验的308个小麦新品系进行苗期抗病鉴定。结果发现，供试品系中，95.7%的品系表现为高感（病情指数大于30.00），仅1.95%的品系表现为中抗（病情指数在10.01~20.00之间），3.25%的品系表现为中感（病情指数在20.01~30.00之间），无免疫和高抗品种，表明参加河南省小麦区域试验的新品系对小麦茎基腐病的整体抗性水平较低。为获得茎基腐病抗性稳定的品系，对苗期表现为中抗和中感的品系进行了2次重复验证，发现6个中抗品系（西农1125、郑麦9134、中研麦906、阜麦1008、泰禾麦6号和民研186）和4个中感品系（徐麦14017、周麦36、新麦9389和囤麦257）的抗性水平较为稳定。进一步对6个中抗品系进行成株期抗性鉴定，发现这些品系的病情指数在12.67~15.50之间，成株期对小麦茎基腐病的抗性也达到了中抗水平。综上，西农1125、郑麦9134、中研麦906、阜麦1008、泰禾麦6号和民研186这6个中抗茎基腐病的品系可以在小麦生产中布局，建立屏障，减少小麦茎基腐病对小麦产量的损失。

• 成株期抗纹枯病小麦种质的发掘

  刘彩云，张巧凤，郭炜，付必胜，李伟，杨学明，陈怀谷，吴纪中

  小麦纹枯病是一种危害小麦茎基部的土传真菌病害，近年来在我国长江中下游和黄淮麦区发生日趋严重，限制了小麦的高产稳产。当前生产上推广品种对纹枯病的抗性普遍较差且抗病育种进展缓慢，究其主要原因是纹枯病抗源匮乏。为发掘小麦纹枯病稳定抗源，本研究采用土表接菌法和滚动鉴定的方式，连续10年在3个环境（南京大田、六合大棚和水泥池）下，对共计384份小麦种质资源进行了成株期纹枯病抗性鉴定。结果表明，携带小麦近缘种属遗传物质的近缘种质抗性较好，国外引进种质次之，国内育成品种（系）抗性较差。鉴定出成株期对纹枯病呈稳定抗性的种质3份，分别为小黑麦09R1-29、美国引进种质Glacier和Steele；鉴定出呈稳定中抗的种质44份，包括淮麦920等育成品种（系）11份，辉县红等地方品种2份，Scout等引进种质11份，来源于黑麦、簇毛麦、偃麦草、人工合成小麦等的近缘种质20份。这些小麦成株期纹枯病新抗源可为抗纹枯病研究和抗病新品种培育提供种质资源。

• 大麦阶段性低温诱导白化突变体的转录组分析

  王容，李博，刘刚，蔡海亚，张硕，何永刚，焦春海，徐延浩

  叶色突变体是研究叶绿素代谢、叶绿体发育和光合作用的重要材料。本研究从大麦鄂啤2号（野生型）7Li离子突变体库中筛选获得一份大麦阶段性低温诱导白化突变体（SLTW），该突变体受低温诱导后，于五叶期叶片开始出现白化现象，温度升高后于拔节期逐步恢复为绿色。与野生型相比，该突变体叶片中叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均显著下降。SLTW突变体与野生型的转录组比较分析表明，差异表达基因显著富集到类胡萝卜素合成、四吡咯结合、血红素结合、铁结合、氧化还原过程、光合作用等通路上。叶绿素合成基因（ID号为 HORVU.MOREX.r2.2HG0174230）和类胡萝卜素代谢基因（ID号为HORVU.MOREX.r2.5HG0354290）在SLTW突变体与野生型中的表达量均差异显著，且均检测到SNP突变，推测这些基因可能与大麦阶段性白化有关。编码光合作用-天线蛋白、细胞色素P450、跨膜转运（ABC转运）蛋白及转录因子也可能是调控大麦阶段性白化的潜在候选基因。

• 不同季秸秆还田对冬小麦干物质积累分配及氮素利用率的影响

  倪芊芊，蔡洪梅，吴宇，江港，许波，魏凤珍，陈翔，李金才

  为了解不同季秸秆还田对小麦产量形成和氮素利用的效果，以安徽淮北平原砂姜黑土麦区主栽小麦品种烟农19为供试材料，设置W0M0（小麦、玉米双季秸秆均不还田）、W0M1（小麦秸秆不还田，玉米秸秆还田）、W1M1（小麦、玉米双季秸秆还田）和W1M0（小麦秸秆还田，玉米秸秆不还田）4个处理，比较分析了不同季秸秆还田对冬小麦干物质积累分配及氮素利用率的影响。结果表明：（1）与W0M0处理相比，秸秆还田处理（W0M1、W1M1和W1M0）的冬小麦开花期和成熟期干物质积累量分别增加了7.9%~25.4%和 17.0%~33.3%，花前干物质转运效率提高了4.5~9.7个百分点，花前干物质对籽粒产量贡献率增加了 10.8~18.5 个百分点；（2）秸秆还田处理可增加冬小麦产量4.3%~12.7%，且W1M0处理增产效果最显著；（3）W0M1和W1M0处理均能提高冬小麦氮素利用效率和氮肥生产效率。总体而言，单季小麦秸秆还田有利于实现淮北平原砂姜黑土区冬小麦高产与氮高效。

• 氮肥和密度互作对冬小麦石4366群体、茎秆特性和产量的影响

  傅晓艺，史占良，单子龙，张士昌，韩然，张铁石，曹巧，高振贤，高新梅，何明琦

  为探索施氮量和种植密度互作对冬小麦品种石4366生长特性的影响，2020-2021年度在长期氮肥定位试验田通过裂区试验，设置4个施氮水平（施氮量分别为75 kg·hm-2、150 kg·hm-2、225 kg·hm-2和300 kg·hm-2，分别用N75、N150、N225和N300表示）和5个种植密度水平（分别为225×104株·hm-2、300×104株·hm-2、375×104株·hm-2、450×104株·hm-2和525×104株·hm-2，分别用D225、D300、D375、D450和D525表示），比较分析了不同处理间该品种旗叶面积、穗部发育、群体动态、秸秆特性和产量的差异。结果表明，施氮量和种植密度对石4366群体、茎秆特性和产量均有显著影响。N75条件下穗长、总小穗数和旗叶面积最小，与其他氮素水平间均差异显著。N225D375处理下，穗长和总小穗数最多，不孕小穗数最少。茎秆基部第二节间充实度在N150和N225条件下最高，第三节间充实度在N225条件下最高，第二和第三节间充实度均在低氮和高氮条件下最低，且差异不显著，说明氮素供应不足或过量施氮均不利于石4366茎秆发育。茎秆基部三个节间的充实度均在D450和D525条件下较低，其中以D525条件下最低，茎壁厚度也最小。N300D450处理下最高群体、成熟期穗数和成穗率最高。N300下产量最高，N75下最低。产量在D525和D225条件下分别最高和最低。穗粒数在N150~N300间差异不显著，N75条件下穗粒数最低，千粒重最高。综合分析，小麦品种石4366产量和茎秆特性受施氮量、密度及二者互作影响，在本试验中N225D525和N300D300处理下，石4366产量、茎秆特性可同步提高,同时获得较高的经济效益。

• 不同供磷水平对小麦苗期干旱胁迫适应性的影响

  李刚，张祥池，李诚，李春艳

  为探讨不同磷供应水平下小麦应对干旱胁迫的适应性机制，选用新疆冬小麦主栽品种新冬20号为供试材料，在正常磷（CP：1.0 mmol·L-1）和低磷（LP：0.05 mmol·L-1）两种水平下进行水培试验，并施加15% 聚乙二醇-6000（PEG-6000）模拟干旱胁迫，分别测定干旱胁迫0、3、5、7 d及复水3 d的幼苗相关生理生化指标、干旱7 d及复水3 d的离子组变化，并通过芯片检测干旱7 d后根系中相关基因表达水平。结果表明，与CP相比，LP对小麦植株干重产生抑制作用，且对地上部的影响大于根系；LP对总根长、总根表面积和总根体积有较好的促进作用。干旱胁迫后LP对根系相关生长指标的影响表现为先抑后促；复水后LP下植株的恢复能力更强。LP对根系丙二醛（MDA）、植株可溶性糖和含水量也有抑制作用；但干旱胁迫后，与同时期CP相比，LP对小麦地上部MDA含量、过氧化物酶（POD）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性和含水量以及根系POD活性均有促进作用。与CP相比，LP处理中根系和地上部矿质元素含量均大部分下降。通过芯片检测，干旱胁迫7 d后，与CP相比，LP下根系中硅转运蛋白基因和硫转运相关基因显著上调，抗逆相关基因极显著上调，相关热激蛋白编码基因均极显著下调。综上所述，低磷环境下小麦根系的觅养行为通过调节生理过程、离子和基因水平得到一定程度的补偿，对干旱胁迫有一定的耐受性，对干旱胁迫的适应性增强，有助于复水后较快恢复。

• 影响不同种皮颜色小麦种子休眠的生理原因

  高珊，周晗，彭小爱，宋有洪，何贤芳，朱玉磊

  为了解小麦种皮颜色和休眠性的关系，分别选取红皮和白皮小麦品种各15个，测定其种皮颜色和休眠水平，对影响不同种皮颜色小麦种子休眠差异的生理原因进行分析。结果表明，基于数码相机图片提取的RGB数值推导出的指标色调（H）、饱和度（S）和强度（I）均可反映小麦种皮颜色的深浅度。R、H、S和I值与种子休眠性呈显著负相关，R/(R+G+B)与籽粒休眠性呈显著正相关，即籽粒种皮颜色越深，其休眠性越强（PR1>W15>R15趋势。种子内部可溶性糖含量、蛋白质消耗量和GA3含量表现出相同趋势；而ABA含量恰好相反，表现为R15>W15>R1>W1。在育种过程中，R、H、S、I值可以用来快速鉴别红皮和白皮小麦，间接辅助筛选出抗穗发芽品种，含水量、α-淀粉酶活性、β-淀粉酶活性、酸性磷酸酶活性、可溶性糖含量和ABA含量可作为穗发芽抗性鉴定的生理参考指标。

• 中国冬小麦品质时空变异特征及关键气象因子分析

  马明明，李迎春，薛澄，张蕾，赵运成，马欣，韩雪，居辉，张馨月

  为精准解析中国冬小麦品质的变异特征及其影响因素，利用地理信息系统（GIS）研究中国冬小麦籽粒品质在2006-2019年的时空分布特征，探究影响冬小麦籽粒品质的关键气象因子，分析冬小麦品质与关键气象因子的空间异质性。结果表明，中国冬小麦籽粒蛋白含量、湿面筋含量和沉淀值在空间上总体呈东北高西南低的变化趋势，各指标在时间上没有一致的变化特征。籽粒蛋白含量与开花至成熟期间最高气温大于30 ℃的天数呈极显著正相关，空间上具有一定正相关特征；湿面筋含量与开花至成熟期的平均气温呈极显著正相关，空间上具有一定正相关特征；沉淀值与开花至成熟期的日照时数呈显著负相关，空间上呈现出明显的负相关。因此，根据影响冬小麦品质形成的关键气象因子，合理布局冬小麦种植区划，制定冬小麦优质发展的气候适宜区，有利于冬小麦品质提升的气候资源高效利用。

• 湖北襄阳小麦条锈菌夏孢子数量的周年动态

  户雪敏，陈富华，陆可心，李拥军，石磊，李宇翔，胡小平

  条锈病是小麦的主要病害之一，严重威胁小麦的安全生产。湖北襄阳是我国小麦条锈菌的主要冬繁区之一，可以向我国东部和北部麦区提供菌源。为明确襄阳地区小麦条锈菌夏孢子数量动态变化规律，更科学制定小麦条锈病的监测预警和防控策略，本研究利用孢子捕捉仪及TaqMan RT-qPCR方法，2019-2021年对襄阳地区空气中条锈菌夏孢子数量进行了连续监测。结果表明，襄阳地区条锈菌夏孢子数量高峰出现在4-5月和10-11月，且不同年份孢子数量和高峰期持续时间差异较大。相关性分析发现，条锈菌夏孢子数量与空气温度及日照时数呈显著正相关关系（P<0.05）。