麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2023年第2期

• TaHIPP32与 TaHAK1表达及小麦缺钾胁迫耐性的关系

  李鸽子，刘金，张丹丹，肖向红，王永华，郭天财，康国章

  钾是植物生长发育必需的三大营养元素之一。高亲和性钾转运蛋白（HAK）能加强植物在缺钾胁迫时钾的吸收和转运。本课题组前期研究发现，小麦 TaHAK1基因在缺钾胁迫条件下显著上调表达，并筛选得到可能调控 TaHAK1基因表达的上游转录因子基因 TaHIPP32，但这两个基因在缺钾胁迫中的作用机制尚不清楚。本研究首先对 TaHIPP32基因进行了系统发育和亚细胞定位分析，然后利用双荧光素酶验证 TaHIPP32和 TaHAK1基因的互作，并以河南省大面积推广的小麦品种百农207为试验材料，利用大麦条纹花叶病毒诱导基因沉默（BSMV-VIGS）技术分析缺钾胁迫处理下 TaHIPP32基因沉默对小麦植株的影响。系统发育和亚细胞定位分析表明， TaHIPP32基因与水稻 OsHIPP33基因的亲缘关系最近，且其编码的蛋白定位于细胞膜上。双荧光素酶试验表明，TaHIPP32蛋白能够与 TaHAK1基因启动子互作。通过BSMV-VIGS技术瞬时沉默 TaHIPP32基因，发现该基因沉默后，小麦植株对缺钾胁迫更为敏感，植株生长受到抑制，干重显著降低，丙二醛(MDA)含量显著提高；缺钾胁迫处理下，沉默 TaHIPP32基因的植株中， TaHAK1和 TaHIPP32基因的表达均被抑制，且植株体内钾元素从地下部到地上部的转移系数显著降低，说明 TaHIPP32基因通过调节 TaHAK1基因的表达来影响植株体内钾元素的转运。

• 大麦 PHT1基因家族的鉴定及表达特性分析

  张康康,陆雯佳，宋美妮，马增科，陆浩，张艺凡，李存炯，姚立蓉，孟亚雄，王化俊，汪军成

  植物磷转运蛋白1(phosphase transporter protein 1，PHT1)家族在植物磷吸收和转运中发挥着重要作用。为研究大麦 PHT1基因家族成员的特性，利用生物信息学方法在全基因组范围内对大麦 PHT1家族成员进行鉴定，结果共鉴定到14个大麦 PHT1（ HvPT1～ HvPT14）基因，分布在2H、4H、5H和7H染色体上。根据系统发育关系、基因结构和保守蛋白基序，可将14个大麦 PHT1基因分为3个亚群。基于RNA seq数据对大麦品种GN121(磷高效基因型)根和叶片中12个 PHT1基因的表达模式进行分析，发现在低磷胁迫处理下，根中 HvPT1、 HvPT7、 HvPT10和 HvPT12基因以及叶片中 HvPT13基因均上调表达。进一步利用荧光定量PCR技术对大麦品种GN121和GN42（磷低效基因型）根中10个 PHT1基因的表达模式进行分析，发现两个品种根中 HvPT7、 HvPT8、 HvPT10、 HvPT12和 HvPT14基因在磷恢复后第3 d的表达量均显著低于低磷处理第22 d的表达量，推测这5个基因在低磷胁迫下参与磷的吸收和转运；此外 HvPT5基因在磷恢复后第3 d的GN42根中表达量显著下降，而在GN121根中的表达量显著上升，说明 HvPT5基因的表达与品种类型有关。

• 大麦根系响应湿害胁迫的转录组分析

  栾海业，王春吉，陈昌宇，王鸿，杨力，张英虎，乔海龙，杨红燕，沈会权，臧慧

  湿害是影响大麦产量和品质的主要非生物胁迫之一。为进一步明确大麦响应湿害胁迫的应答机理，本研究以耐湿大麦品种泰兴9425为材料，利用高通量转录组测序（RNA-seq）技术，比较不同湿害胁迫时间下的基因表达差异。结果表明，湿害胁迫12 h后获得1 436个差异表达基因，而胁迫48 h后获得2 090个差异表达基因，其中共同上调表达基因286个。GO富集分析发现，涉及代谢过程、细胞膜、催化活性等的差异表达基因占比最多。KEGG富集分析发现，差异表达基因主要富集于糖酵解、类黄酮生物合成、乙烯合成等代谢通路。对7个耐湿相关的候选基因进行qRT-PCR分析，发现差异表达基因的表达量变化趋势与RNA-seq结果一致。

• 小麦背景中黑麦遗传物质的快速检测方法

  张蔚，熊自颖，段延玲，罗涛，罗杰，唐宗祥，符书兰

  黑麦(Secale cereale L.)基因资源在小麦(Triticum aestivum L.)品种改良方面具有很大的利用潜力。建立一种高效鉴定小麦背景中黑麦染色体的细胞学标记方法，有利于黑麦优良基因/遗传物质的追溯和高效利用。本研究利用核仁组织区（NOR）核糖体DNA（rDNA）串联重复序列，开发了一种新的寡核苷酸探针Oligo-1RNOR。非变性荧光原位杂交(ND-FISH)试验表明，该探针可专化性识别黑麦1R染色体的NOR区域，并产生强于Oligo-5BL.46的信号。同时，为了提高外源遗传物质细胞学鉴定的效率，建立了一种快速、简便制备小麦间期细胞的方法。利用基于Oligo-1RNOR、Oligo-pSc200和Oligo-pSc250探针的ND-FISH对制备的间期细胞滴片进行分析，结果与中期染色体细胞滴片的FISH结果相同，均能够清楚地判定材料中是否含有黑麦染色体。该方法无需制备中期染色体，叶片和根尖均可用于制备间期细胞，避免了常规细胞学根尖组织制片的预处理和固定程序，为检测小麦背景中的黑麦遗传物质或小麦-黑麦易位染色体提供了更方便的技术手段。本研究建立的方法不足之处在于，要求小麦背景中的黑麦片段必须含有高拷贝数的串联重复序列。

• 青稞籽粒长和宽的差异性

  杨可涵，康宇宇，刘新春，严俊，王睿珅，蔡羽，杜娟，冯宗云

  为了解青稞籽粒长、宽在品种（系）间的差异，以来自国内外的214份青稞品种（系）为材料，对粒长、粒宽进行鉴定分析。结果表明，青稞粒长、粒宽在品种（系）间均存在显著差异。粒长的变异范围为4.125~8.117 mm，平均值6.075 mm，总变异系数10.906%；籽粒较长的材料有北青2号（青海海北）、长芒裸大麦（云南昆明）、白青稞（西藏隆子）、山青7号（西藏山南）和喜马拉4号（西藏仁布），以喜马拉4号最长；籽粒较短的材料有湟中六棱青稞（青海湟中）、扎骨（西藏左贡）、褐青稞（青海）、米大麦（云南晋宁）和米如红（西藏南木林），以湟中六棱青稞最短。粒宽变异范围为1.670~3.553 mm，平均值2.596 mm，总变异系数13.721%；籽粒较窄材料有米如红（西藏南木林）、白青稞（西藏昌都）、丹巴黑青稞（四川丹巴）、冬207（西藏拉萨）和白青稞（西藏隆子），其中最窄品种为米如红；较宽材料为Bang Iu（墨西哥）、紫青稞（西藏穷结）、繁29（青海）和喜马拉6号（西藏日喀则），最宽材料为喜马拉6号。从材料来源看，青稞粒长在不同地区间也差异显著，但粒宽差异不显著；甘肃材料的粒长平均值最大（6.273 mm），云南材料的最低（5.737 mm）；最大值 （8.117 mm）出现在西藏材料中，最小值（2.560 mm）在青海材料中。粒宽以来自国外的材料平均值最高 （2.744 mm），云南材料的平均值最低（2.315 mm），最大值（3.553 mm）与最小值（1.670 mm）均出现在西藏材料中。通过聚类分析，根据粒长将214份材料聚类可分为较长粒型、较短粒型、短粒型和长粒型四类；根据粒宽也可划分为较宽粒型、宽粒型、窄粒型和较窄粒型四类；综合粒长和粒宽筛选出四个大粒品种（系）即拉萨蓝青稞（西藏拉萨）、奶玛（西藏波密）、北青2号（青海海北）和长芒裸大麦（云南昆明）。

• 反相超高效液相色谱分析小麦麦谷蛋白组分研究

  郭雷，陈怡菲，李世权，王卿儒，王萍萍，蒋志凯，高欣

  为利用反相超高效液相色谱（RP UPLC）分离、定量分析小麦麦谷蛋白组分，研究了流动相比例、洗脱时间、柱温、流速和进样量对色谱分离结果的影响，并利用新建立的分离麦谷蛋白亚基的方法分析了基因型及环境对麦谷蛋白组分的影响。结果表明，最优的洗脱程序为79%的流动相A（含0.08%三氟乙酸的超纯水）和21%的流动相B（含0.08%三氟乙酸的乙腈溶液）洗脱5 min，在25 min内，流动相A逐渐降低至48%，流动相B逐渐增加至52%，最后维持5 min，柱温、流速和进样量分别为55 ℃、0.5 mL·min-1和16 μL，该方法可以精确分离至少11种高分子量麦谷蛋白亚基（HMW GS）。单个HMW GS的相对含量和HMW GS与低分子量麦谷蛋白亚基（LMW GS）的比值均受基因型和环境的影响，且基因型的影响大于环境。

• 安徽麦区软质小麦籽粒品质和终端制品品质评价

  郑文寅，胡泽林，程颖，王磊,王月娥，赵莉，汪建来

  为明确安徽大田生产环境下软质小麦籽粒和终端产品品质表现，评价优质软麦品种的加工适用性，本研究选取该区当前推广种植的24个软质小麦品种，对其籽粒和面粉的主要品质性状及其制品南方馒头和曲奇饼干的品质进行差异性、相关性分析，并以美国软白麦近五年的主要品质性状平均值为理想指标进行灰色关联度比较。结果表明，供试材料的硬度、面粉色泽b*、湿面筋含量、面团形成时间、稳定时间等籽粒品质性状变异系数较大，而容重、面粉L*值和吸水率变异系数较小。南方馒头品质性状中，白度差异最小，比容差异最大；曲奇饼干品质性状中，感官评分变异系数较大，饼干直径均值和变异系数都较小。蛋白质含量、湿面筋含量、稳定时间均符合弱筋标准(GB/T 17320 2013）的样品数为0。相关分析表明，容重、降落值、面粉L*、b*、白度与大部分性状间相关性不显著；籽粒硬度与水SRC和乳酸SRC均呈显著正相关，与湿面筋含量和面粉a*值均呈显著负相关。蛋白质含量与面粉a*值等7个指标均呈显著正相关，与面粉b*、碳酸钠SRC和面团稳定时间均呈显著负相关；4种溶剂保持力均与吸水率均呈显著正相关；面筋性能指数GPI与蛋白质含量等6个性状均呈显著正相关。南方馒头比容与籽粒硬度、面团形成时间和稳定时间均呈显著负相关，与蛋白质含量、湿面筋含量和面粉a*值均呈显著正相关性；曲奇饼干直径、直/厚比与湿面筋含量、水SRC间均呈显著负相关。灰色关联度结果显示，紫麦19、百农201、豫麦158、隆平麦968、荃麦725共5个品种与美国软白麦关联度均超过 0.900，其总体品质表现与美国软白麦较接近，是较好的饼干和南方馒头小麦品种。

• 种子发芽指标及其测算方法

  王朔楠,孙静,郭嘉莹,韩丽童,邱念伟,周峰

  种子发芽是植物生长和农业生产的第一步和关键环节，农作物生产和植物学研究中经常测定种子发芽能力。种子发芽能力可从种子发芽力和种子活力两个方面进行量化分析，每个方面又包含多种量化指标。这些指标分散于不同的文献中，存在着指标的含义不明确、测定方法不规范、公式及符号混乱、计算方法错误等问题。本文以小麦发芽数据为例，系统整理了衡量种子发芽能力常用指标的来源及含义，统一了它们的计算公式和符号，规范了它们的测定及计算方法，为发芽指标的推广应用提供参考。

• 秸秆带状覆盖对旱地冬小麦秸秆带状覆盖对旱地冬小麦旗叶水势及产量的影响

  李亚珍，陈志丕，叶元生，马建涛，马菊花，常磊，黄彩霞

  为探究黄土高原西部旱农区秸秆带状覆盖对冬小麦生产的效应，以地膜覆盖（PM）和露地（CK）为对照，设4种秸秆带状覆盖SM3（覆盖度59%）、SM4（覆盖度50%）、SM5（覆盖度42%）和SM6（覆盖度37%），分析了不同处理对小麦花后旗叶水势、旗叶相对含水量、土壤含水量、产量及水分利用效率（WUE）的影响。结果表明，秸秆带状覆盖下冬小麦花后旗叶水势、旗叶相对含水量、旗叶含水量和0~40 cm土壤含水量较CK分别提高9.2%、6.6%、3.6%和30.0%；地膜覆盖下0~40 cm土壤含水量较CK提高15.1%，旗叶水势6.0%、旗叶相对含水量和旗叶含水量则分别降低6.0%、3.2%和4.1%。冬小麦花后7~28 d，旗叶水势日变化总体呈早、晚高、午间低的V型趋势；秸秆带状覆盖早、中、晚旗叶水势较CK分别提高10.6%、9.8%和7.7%，地膜覆盖分别降低4.6%、7.9%和4.8%，差异均显著。秸秆带状覆盖下冬小麦籽粒产量较CK增加3.0%~ 6.5%，WUE提高6.4%~17.5%，且差异达到显著水平。秸秆带状覆盖处理中，SM5具有最高的产量 （3 866.6 kg·hm-2）和WUE（15.7 kg·hm-2·mm-1）。产量与穗数（r= 0.693**）、WUE （r=0.615**）均呈极显著正相关，穗数与WUE（r=0.690**）和0~40 cm土壤含水量（r= 0.570*）分别呈极显著和显著正相关。综上所述，在干旱年份土壤含水量低时，通过覆盖可增加土壤表层含水量，改善冬小麦旗叶供水情况，进而增加穗数和WUE；覆盖度为42%的秸秆带状覆盖在干旱年份增产效果最优，是适宜于西北旱作农业绿色可持续发展的种植方式。

• 灌水量对强筋小麦上三叶氮素代谢和籽粒加工品质的影响

  郭双双，张敏，付陈陈，徐东娜，史金平，毕经鑫，王文政，蔡瑞国，张保仁

  为探究强筋小麦上三叶氮素积累与转运特征及氮代谢酶活性、籽粒产量和加工品质对灌水量的响应，本研究选用中麦998和津农7号2个强筋小麦品种，分析了灌水量［春季不灌水（W0）；春灌拔节水和开花水，每次250 m3·hm-2（W25）；春灌拔节水和开花水，每次500 m3·hm-2（W50）］对强筋小麦氮代谢酶活性、上三叶氮素积累与转运、籽粒蛋白质含量、籽粒产量及水分利用效率、面粉加工品质的影响。结果表明，在相同生育时期，NR和GS活性、花前氮素转运量及花前氮素对籽粒氮素的贡献率均表现为旗叶>倒二叶>倒三叶；增加灌水量提高了籽粒、旗叶和倒二叶的NR和GS活性，但对倒三叶的NR活性影响不显著；W25处理的旗叶开花期的氮素积累量和花前氮素转运量均显著高于其他2个处理，但倒二叶和倒三叶上述两个指标均以W50处理最高；随灌水量的增加，蛋白质产量先上升后下降，籽粒产量增加，而水分利用效率显著降低；W25处理的面筋指数、吸水率、形成时间、稳定时间、拉伸阻力、延伸性和拉伸面积指标最优或位居第二。综上所述，拔节和开花期各灌水250 m3·hm-2有利于强筋小麦旗叶花前氮素积累及其向籽粒再分配，有利于蛋白质含量、产量和水分利用效率的协同提高，可改善籽粒加工品质。

• 长期定位施氮条件下种植密度对冬小麦石4366品质和氮肥利用的影响

  傅晓艺，何明琦，赵彦坤，张士昌，单子龙，韩然，张铁石，史占良

  为探究长期施氮条件下种植密度对冬小麦品质特性和氮肥利用的调控作用，在长期定位试验的基础上，2020-2021年度采用裂区试验设计，主区为施氮量，设75 kg·hm-2（N75）、150 kg·hm-2（N150）、225 kg·hm-2（N225）和300 kg·hm-2（N300） 4个水平；副区为种植密度，设225×104 株·hm-2（D225）、300×104株·hm-2（D300）、375×104株·hm-2（D375）、450×104株·hm-2（D450）和525×104株·hm-2（D525）5个水平；分析了不同施氮条件下种植密度对石4366产量、粉质特性、RVA特性、拉伸特性及氮肥利用率的影响。结果表明，不同施氮量和密度组合下籽粒产量和品质相关指标有较大差异，施氮量对氮肥农学效率和氮肥偏生产力有显著影响。小麦产量随着施氮量的升高而增加，施氮量225 kg·hm-2、密度范围375×104~525×104株·hm-2和施氮量300 kg·hm-2、密度范围225×104~450×104株·hm-2组合下均能获得较高产量。蛋白质含量、容重和湿面筋含量随着施氮量增加呈升高趋势；稳定时间和粉质质量指数随着施氮量增加呈先升高后降低的趋势，N225下粉质参数最高。小麦籽粒品质和面粉粉质指标均随种植密度的增加而增加。施氮量225 kg·hm-2、密度525×104株·hm-2组合是小麦粉质指标最优组合。淀粉RVA参数在施氮量225 kg·hm-2、密度225×104株·hm-2处理下最好。拉伸特性在施氮量225 kg·hm-2、密度450×104~525×104株·hm-2组合和施氮量300 kg·hm-2、密度225×104株·hm-2组合下较好。氮肥农学效率和氮肥偏生产力在施氮量225 kg·hm-2、密度375×104~525×104株·hm-2组合下较高。综合籽粒产量、品质相关指标和氮肥利用效率的结果，本试验条件下，施氮量225 kg·hm-2、种植密度450×104~525×104株·hm-2可作为石4366高产、优质的较佳肥密组合。

• 播种方式和种植密度对冬小麦根系生长和产量的影响

  王凯，贾永红，罗四维，王润琪，郝立冬，张金汕，石书兵

  为探究播种方式和种植密度对冬小麦根系生长和产量的影响，以新冬22号为材料，采用二因素裂区试验设计，主区设条播（DR）和匀播（UN）2种播种方式，副区设150万粒·hm-2（D150）、225 万粒·hm-2（D225）、300万粒·hm-2（D300）和375万粒·hm-2（D375）4种种植密度，比较分析了不同播种方式和种植密度下冬小麦根系形态特征、根系伤流量和产量的差异。结果表明，随种植密度的增加，小麦总根干重、总根长呈先增后减趋势，单株次生根数、根系伤流量呈减小趋势。与条播相比，匀播下小麦总根干重、总根长显著增加，差异主要在0~30 cm土层；单株次生根数、根系伤流量增加，差异主要在生育中后期；产量显著提高（增幅9.89%），其中以D225处理最大。综上，匀播能够促进小麦根系的生长，提高根系活性，有利于高产；在本试验条件下匀播小麦以225万粒·hm-2种植密度最佳。

• 外源γ 氨基丁酸调控小麦灌浆生理机制

  张云秀，吕雪梅，张燕，杜琬莹，孔令安

  为探讨γ-氨基丁酸（GABA）对小麦灌浆期旗叶同化物生产与转运以及产量的影响，以济麦22为材料，采用大田试验在小麦花后叶面喷施GABA，测定小麦灌浆期旗叶中内源激素含量、总抗氧化能力（T-AOC）、丙二醛（MDA）含量、碳氮代谢相关酶活性，以及茎秆中蔗糖和游离氨基酸（AA）含量，并分析这些指标变化对成熟期小麦产量的影响。结果表明，与对照（喷施清水）相比，小麦旗叶中脱落酸（ABA）含量于喷施GABA后7 d、赤霉素（GA3）和细胞分裂素（CTK）含量于喷施后21 d、T-AOC于喷施后14和21 d均显著提高，MDA含量于喷施后14和21 d显著降低，α-淀粉酶活性、酸性蛋白酶（ACP）活性于喷施后7 d、β-淀粉酶活性于喷施后7和21 d、谷草转氨酶（GOT）和谷丙转氨酶（GPT）活性于喷施后7和14 d、碱性蛋白酶（AKP）活性于喷施后14 d均显著增强，而中性蛋白酶（NP）活性于喷施后21 d显著降低；茎秆中蔗糖含量于喷施后7和14 d显著增加，天冬氨酸（Asp）含量于喷施后7、14和21 d、游离氨基酸（AA）含量于喷施后21 d均显著降低，谷氨酸（Glu）含量在喷施后各时间点与对照差异均不显著。叶面喷施GABA的小麦千粒重和产量均显著增加，增幅分别为6.23%和9.09%。这说明GABA可能通过调节叶片内源激素含量以及增强总抗氧化能力，减少小麦叶片氧化损伤，提高碳氮代谢相关酶活性，促进光合同化物装载以及向籽粒转运，最终提高小麦千粒重和产量。

• 河南省洛阳市小麦籽粒中元素富集特征研究

  周建川，宋延斌，王喜宽，周刊，侯进凯，赵瑞

  为了解洛阳市小麦籽粒元素富集特征基于土壤元素含量的关系，对洛阳市土壤硒高背景区种植的小麦和土壤进行了系统采集，测定了土壤25项全量指标、6种元素的有效态指标、7种元素的形态指标及小麦籽粒12种微量元素含量，分析了土壤和小麦籽粒中有益元素和重金属元素的含量特征、富集规律以及小麦籽粒微量元素与土壤元素的相关性。结果表明，研究区土壤富集硒和钼，小麦籽粒中钼、锌、硒、铜的富集系数均大于15%，富硒小麦的比例为69.11%，籽粒镉、砷、铅、汞、铬含量均低于全国平均值。小麦籽粒中硒、钼、砷含量与土壤pH值均呈显著正相关，镉、铬、镍含量与土壤pH值均呈显著负相关，锗含量与土壤pH值呈正相关，铜、锌含量与土壤pH值呈负相关，汞、铅、氟含量与土壤pH值均无相关性。研究区小麦籽粒具有有益元素丰富、有害元素含量低的特征，因而该地区是富硒富钼同时锌铜丰富的特色小麦有利地区。

• 基于连续小波变换耦合CARS算法的冬小麦冠层叶片含水量估算

  李铠，常庆瑞，陈倩，陈晓凯，莫海洋，张耀丹，郑智康

  为实现干旱地区冬小麦冠层叶片含水量的快速测定，以陕西省乾县为研究区，基于野外冬小麦冠层高光谱数据和实测叶片含水量，对原始光谱进行连续小波变换（continuous wavelet transform，CWT）后得到的小波能量系数与实测含水量进行相关性分析；并通过竞争性自适应重加权采样（competitive adaptive reweighted sampling，CARS）过滤冗余变量，筛选与叶片含水量相关性较好的波长变量，作为优选变量集；通过粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)对BP神经网络模型进行优化，构建冠层叶片含水量预测模型并进行分析。结果表明，从尺度1到尺度10，小波系数与冬小麦叶片含水量整体相关性先升后降，中等分解尺度在光谱波段去除噪声、提高相关性方面最佳；基于CARS优选变量集所建的两种模型中，BP-PSO模型预测能力明显优于普通BP神经网络模型，其决定系数可达0.82，均方根误差为0.86%，相对误差为0.82%。这说明CWT-CARS-BP-PSO耦合算法在提升相关性、过滤冗余波段、提高模型预测精度方面效果显著，可用于冬小麦叶片含水量预测。