麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2023年第6期

• 小麦-十倍体长穗偃麦草双重异代换系的分子细胞遗传学及抗条锈病鉴定

  刘文豪，尚立辉，王斯文，杨晓莹，程小方，赵继新，邓平川，陈春环，吉万全，王长有

  十倍体长穗偃麦草［Thinopyrum ponticum (Popd.) Barkworth and Dewey］具有抗寒、抗旱、耐盐碱、茎秆粗壮、穗长花多等优异性状，是小麦遗传改良的重要基因资源。本课题组从小麦与十倍体长穗偃麦草的杂交后代中筛选出一份抗条锈病的衍生系CH18067，本研究对其进行形态学、细胞学、原位杂交、分子标记、抗条锈病性等综合鉴定。细胞学观察结果显示，CH18067的体细胞染色体数目为42条，在减数分裂中期Ⅰ的染色体构型为2n=21Ⅱ，在减数分裂后期Ⅰ同源染色体可均等分离，表明其细胞学遗传稳定。利用寡核苷酸探针Oligo-pTa535（红色）和Oligo-pSc119.2（绿色）对CH18067进行FISH鉴定，结果显示，CH18067缺失小麦2D和4D染色体，同时含有2对具有特殊带型的染色体；通过对CH18067进行FISH-GISH、mc-GISH、液相芯片以及染色体核型分析，发现2对具有特殊带型的染色体中，在长臂和短臂末端均呈现Oligo-pTa535探针红色带型的染色体为十倍体长穗偃麦草的2J染色体，在着丝粒位置和长臂末端均呈现Oligo-pTa535探针红色带型的染色体为十倍体长穗偃麦草的4JS染色体，说明CH18067为小麦-十倍体长穗偃麦草2J（2D）+4JS（4D）双重异代换系。在第二部分同源群和第四部分同源群分别筛选出3个特异性标记，可用于追踪小麦遗传背景中长穗偃麦草的2J和4JS染色体。形态学和条锈病抗性鉴定结果显示，CH18067具有矮秆、长粒等特性，且在成株期高抗小麦条锈病。以上结果表明，CH18067可作为小麦条锈病抗性育种和遗传研究的候选种质。

• 聚合7OE亚基1B/1R易位系材料的创制及其品质研究

  姚楚玄，张磊，秘彩莉，周硕，董福双，刘永伟，杨帆，焦博，柴建芳

  为提高小麦1B/1R易位系的加工品质，本研究选用高分子量麦谷蛋白亚基组成为1/7+9/2+12的小麦1B/1R易位系品种科农199为母本，与高分子量麦谷蛋白亚基组成为1/7OE+8*/5+10的强筋春小麦品种津强6号杂交，利用分子标记在F4代株系中筛选到一个7OE亚基基因与黑麦碱基因聚合在同一条染色体上的1B/1R易位系材料。PCR结果显示，该聚合材料和非聚合材料在Glu-A1和Glu-D1位点没有差异。在温室种植条件下，对这些聚合材料和非聚合材料及其亲本进行麦谷蛋白溶胀指数（SIG）测定，结果表明，与1B/1R易位系亲本科农199比较，聚合5+10优质亚基后SIG值显著提高，聚合7OE优质亚基后，SIG值进一步显著提高，部分聚合材料达到了强筋亲本津强6号的水平。将聚合材料和非聚合材料及其亲本种植于大田，发现聚合5+10和7OE优质亚基株系的乳酸-SDS溶剂保持力（LA-SDS SRC）和SDS沉降值均显著高于只聚合5＋10优质亚基的株系，但未达到强筋亲本津强6号的水平。综合来看，聚合了7OE亚基的1B/1R易位系材料的加工品质显著提升。本研究为改良我国众多1B/1R易位系的加工品质提供了一项新的育种策略。

• 小麦-滨麦衍生系18DM134的分子细胞遗传学及赤霉病抗性鉴定

  尚立辉，刘文豪，王斯文，杨晓莹，程小方，邓平川，陈春环，赵继新，王长有，吉万全

  滨麦［Leymus mollis (Trin.) Pilger］作为小麦的野生亲缘种之一，具有抗寒、抗旱、耐盐碱等优良特性，同时对多种小麦病害具有良好抗性，是小麦遗传改良的重要基因资源。本研究前期从八倍体小滨麦M842和硬粒小麦D4286的杂交后代中筛选出一个抗赤霉病的衍生系18DM134，为给该材料的利用提供依据，本研究利用细胞遗传学、原位杂交、液相芯片、分子标记等技术对其染色体组成进行鉴定，并对其农艺性状和赤霉病抗性进行调查。细胞学观察结果显示，18DM134的染色体构型为2n=42=21Ⅱ。原位杂交结果显示，18DM134含有38条小麦染色体、2条完整的Ns染色体以及2条易位染色体，其中整条6A染色体和5DS染色体缺失，2条Ns染色体片段易位到3DS染色体，2条3DL染色体易位到5DL染色体。液相芯片和分子标记分析结果显示，18DM134中来自滨麦的6Ns染色体替换了小麦6A染色体，部分5Ns染色体片段与3DS染色体发生了易位，5DS染色体缺失。因此，18DM134为小麦-滨麦代换易位系，其染色体组成为12A+14B+10D+2（6Ns）+2（T3DS-5Ns片段）+2（T3DL-5DL）。农艺性状和赤霉病抗性鉴定结果显示，18DM134具有矮秆、大穗和高千粒重等特性，且对小麦赤霉病具有良好的抗性。因此，18DM134可应用于小麦赤霉病抗性的遗传改良和育种研究。

• 黑麦GIF基因家族全基因组鉴定及其表达分析

  杨赟杰，苗涵，魏莱，杨燕萍，车永和

  生长调节互作因子（GRF-interacting factor，GIF）是植物体内一类转录共激活因子，在植物生长发育过程中起重要作用。为挖掘和利用黑麦GIF家族基因，利用同源比对方法对黑麦GIF基因家族进行了鉴定，并系统分析了黑麦与其他禾本科植物及模式植物拟南芥GIF基因的系统发育关系、蛋白结构域、基因结构和共线性关系。结果显示，在黑麦基因组中共鉴定到3个GIF基因家族成员，分布在4R和5R染色体上；系统进化分析发现，黑麦GIF基因家族成员与小麦和大麦的亲缘关系更近。蛋白结构域和基因结构分析发现，GIF基因家族成员在黑麦及其他禾本科植物中的蛋白结构域和基因结构相对保守，均含有4个外显子。共线性分析发现，黑麦ScGIF1基因与其他禾本科植物GIF基因间均存在共线性关系，其中与小麦间共线基因数最多。Ka/Ks分析发现，黑麦GIF基因家族成员在进化中受到纯化选择。此外，在黑麦穗部鉴定到一个特异性高表达的GIF基因（ScGIF1），其编码的蛋白含有多个磷酸化位点，推测ScGIF1蛋白可能是通过磷酸化来调控黑麦麦穗的发育和粒型的。

• 新疆春小麦品种种子耐老化评价

  于洋,朱长安,李召锋,周广立,崔凤娟,朱连春,王皓辰,刘仕志

  为筛选出耐老化春小麦品种，采用高温高湿（41 ℃，95%RH）人工老化法对33份新疆春小麦品种进行种子老化处理，分析了老化对春小麦种子发芽势、发芽率、发芽指数及活力指数的影响，以耐老化系数为基础，运用加权隶属函数和聚类分析法对参试品种的种子耐老化性进行了综合评价及分类。结果表明，品种间种子耐老化能力差异显著。与对照相比，种子发芽势和发芽率分别下降41.16和30.96个百分点，发芽指数和活力指数分别降低50.29%和64.77%，差异均达极显著水平。通过加权隶属函数和聚类分析，将33份材料划分为4种耐老化类型，其中新春6号、新春30号、新春40号、新春41号、新春43号、新春47号等6份品种种子耐老化能力突出，可以作为小麦耐老化育种的亲本。

• 大麦表皮蜡质组分及晶体结构的差异性分析

  康朝麒，朱娟，洪益，张宇航，吕超，郭宝健，王菲菲，许如根

  为了解不同大麦品种(系)表皮蜡质组分及结构的差异,以7个大麦品种(系)开花期的倒二叶、穗下节及穗为材料，利用GC-MS和S-4800场发射扫描电子显微镜测定不同器官表皮蜡质组分,观察其晶体结构。结果表明，大麦不同器官表皮蜡质均是由烷烃、初级醇、醛、脂肪酸、二酮等20种物质组成，不同品种及不同器官表皮蜡质组分种类无明显差异，但组分含量差异显著；同一品种(系)，表面有白霜覆盖器官蜡质总量明显高于无白霜覆盖器官。穗下节表皮蜡质及穗部白霜型品种(系)表皮蜡质的二酮含量最高，穗部无白霜品种(系)(QS、FR、SYR01)表皮蜡质以烷烃和初级醇为主，二酮含量显著低于白霜型品种；叶片表皮蜡质则以初级醇为主，含量明显高于其他组分，且品种(系)间差异显著。电镜观察结果表明，参试品种(系)倒二叶近轴面和远轴面表皮蜡质晶体均呈片状结构；穗下节表皮蜡质晶体结构均呈棒状，SYR01穗下节蜡质晶体附着密度远小于其余6个穗下节有白霜覆盖品种(系)。白霜型大麦品种(系)穗部表皮蜡质完全为棒状，非白霜型品种(系)穗部表面仅有少量片状蜡质晶体或无蜡质晶体附着。

• 不同抗寒性小麦品种生长点发育进程及生理指标差异分析

  刘畅，杜羽晨，李宁辉，陆霄光，赵烈，付连双，刘鑫，刘君，王晓楠

  为了解不同抗寒性小麦品种在寒地越冬期间分蘖节生长点发育进程及生理指标的差异，筛选适宜的抗寒指标，以抗寒性差异显著的3个小麦品种（中国春、济麦22和东农冬麦1号）为材料，在小麦生长期、驯化期和封冻期检测分蘖节生长点的分化进程、叶片的相对电导率和PSⅡ光化学效率(Fv/Fm)，并测定叶片和分蘖节的丙二醛(MDA)含量以及抗氧化酶活性进行检测。结果表明，强抗寒性小麦品种东农冬麦1号的返青率较高，生长点分化较为缓慢，封冻期时生长点仍处于单棱期；而弱抗寒性小麦品种济麦22和不抗寒小麦品种中国春的生长点在2019年驯化期和2020年封冻期均已进入二棱期。2019年东农冬麦1号的叶片相对电导率以及2019和2020年叶片和分蘖节中MDA含量在封冻期均显著低于中国春和济麦22。此外，东农冬麦1号叶片和分蘖节的过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性在封冻期均显著高于中国春和济麦22，且其叶片的Fv/Fm显著高于中国春，但与济麦22无显著差异。总之，强抗寒性小麦品种生长点分化进程缓慢，封冻期时仍处于单棱期；且该时期叶片和分蘖节的MDA含量较低，POD和CAT活性较高，这些指标均可作为品种抗寒性的评价指标。

• 裸燕麦膳食纤维组成含量研究及优异资源筛选

  秦琳，李曦，赵珊，黄世群，刘龙龙，仲伶俐

  为了研究裸燕麦不同品种间膳食纤维组成、含量与营养品质的多样性，完善裸燕麦营养品质评价体系，筛选出优异资源，测定了24个裸燕麦品种籽粒的膳食纤维组成（β-葡聚糖、半纤维素、果胶、纤维素、低聚糖和抗性淀粉）和营养品质指标（蛋白质、淀粉、灰分和脂肪），并运用主成分分析和聚类分析方法对24个裸燕麦品种的营养品质进行综合评价。结果表明，β-葡聚糖和半纤维素占总膳食纤维的比例范围分别为31.2%～49.0%和25.8%～48.7%，是裸燕麦膳食纤维的主要组成成分。主成分分析结果表明，蛋白质、半纤维素、β-葡聚糖和果胶可作为裸燕麦营养品质评价的核心指标；品质综合评价前10名的燕麦品种分别为张莜8号、迪燕1号、白燕16号、坝莜13号、魏都莜5号、白燕2号、晋燕17号、坝莜16号、坝莜18号和白燕18号。聚类分析结果表明，24个裸燕麦品种可划分为5类，类群Ⅲ中品种的蛋白质、β-葡聚糖和脂肪含量最高，类群Ⅳ中品种的半纤维素含量较高。综合品质评价前十名的燕麦品种有1个来自类群Ⅲ，2个来自类群Ⅱ，有3个来自类群Ⅳ，有4个来自类群Ⅰ，这10个品种可用于改良燕麦籽粒品质性状的优异材料。

• 面包面条兼用型强筋小麦主要品质性状分析与评价

  杨雪峰，宋维富，刘东军，赵丽娟，宋庆杰，张春利，辛文利，肖志敏，白光宇，孙雪松，仇琳，王晓楠

  为明确面包面条兼用型强筋小麦主要品质水平，对32份集聚Ax2*/Bx7+By8或By9/Dx5+Dy10亚基和wx-B1b基因的春小麦品种(系)进行面粉品质相关指标分析。结果表明，供试品种（系）面筋指数平均为94.4%，能量平均为122 cm2，延伸性平均为146 mm，最大拉伸阻力平均为654 EU；糊化温度平均为63.7 ℃，峰值粘度平均为1 125 BU，峰值温度平均为87.4 ℃，各品质指标表现优良。对近年审定的4个品种进行面制品评分发现，面包评分平均为84.3，面条评分平均为86.2，饺子皮评分平均为84.3，均属于优质面包面条兼用型品种。对品质指标进行相关性分析发现，面筋指数、拉伸参数等与淀粉糊化特性相关不显著，面筋质量与淀粉特性可实现同步改良。Ax2*/Bx7+By8或By9/Dx5+Dy10/ wx-B1b可作为兼用型强筋小麦优质基因集聚类型之一，在品质改良中加以利用。本研究中，龙19-9859、龙19-9876、龙19-9878、龙18H2305、龙蒙麦9030、龙麦77、龙麦86及龙麦94为优异面包面条兼用型品种(系)。

• 灌浆期郑麦1860旗叶的光合速率及叶绿体超微结构分析

  宋宇航，张孟寒，周瑞祥，陈新宜，华夏，齐学礼，汪月霞，李艳

  为了解郑麦1860在灌浆前中期（花后15~21 d）旗叶叶绿体超微结构以及光合速率，选取百农207和周麦18为对照，通过光合仪测定三个小麦品种花后15~21 d叶片的光合参数，并利用实时荧光定量PCR对灌浆期蔗糖和淀粉合成相关基因的表达量进行分析，进一步通过透射电子显微镜观察叶绿体的超微结构。结果表明，花后15~21 d郑麦1860的净光合速率 (Pn)、细胞间隙CO2浓度 (Ci) 和气孔导度 (Gs) 总体上显著高于百农207和周麦18，且保持较高的ATP酶活性、NADPH酶含量和叶绿素含量。与百农207和周麦18相比，郑麦1860花后15 d的淀粉含量也相对较高，但花后21 d的淀粉含量较花后15 d显著降低，而蔗糖含量却显著提高。实时荧光定量PCR分析表明，花后15~21 d郑麦1860旗叶蔗糖合成相关基因TaFBA、TaSS和淀粉合成相关基因TaSSⅡ均能保持较高的表达水平。透射电子显微镜观察发现，花后21 d郑麦1860叶绿体的类囊体片层排列清晰有序，堆砌紧密，嗜锇颗粒较少，也未观察到淀粉粒，表明该品种在灌浆前中期一直保持着较稳定的光合结构。这些结果表明，与百农207和周麦18相比，郑麦1860在灌浆前中期能够维持较完整的叶绿体结构，对光能的吸收和转化利用能力更强，可以捕获更多的光能进行光合作用；同时，可将旗叶中的光合产物更快地转运到籽粒中，降低旗叶中的光合产物浓度，从而维持较高的光合速率。

• 菌肥与腐熟秸秆对盐碱地燕麦渗透生理特性及产量的影响

  卢培娜，白健慧，米俊珍，李立军，赵宝平，刘景辉

  为明确菌肥和腐熟秸秆对盐碱地燕麦渗透生理及产量的调节作用，以燕麦品种白燕2号和草莜1号为材料，分析了菌肥（F）、腐熟秸秆(S)及二者配施(FS)对燕麦不同生育时期植株K+、Na+ 、可溶性糖、有机酸含量及株高和产量的影响。结果表明，苗期和拔节期燕麦各器官K+和Na+ 积累量较高，且茎和叶的K+、Na+ 积累量均明显高于根部。与空白对照（CK）相比，S和FS处理均显著提高各时期燕麦根、茎、叶K+含量，显著降低Na+ 含量。F、S和FS处理对各时期两个燕麦品种植株可溶性糖含量也有显著影响。F处理显著增加了抽穗期和灌浆期两个品种植株总有机酸含量，尤其是草酸、乙酸、柠檬酸比例提高；S和FS处理下抽穗期燕麦植株总有机酸含量在第一年较CK显著提高，而第二年显著降低，主要是由草酸变化引起。F、S及FS处理在第二年均显著提高两个品种的籽粒、鲜草和干草产量，其中FS处理的增产效果最好。这说明腐熟秸秆配施菌肥有助于增强盐碱地燕麦植株的渗透调节能力，提高其适应性，促进其生长，并显著提高其产量，适宜在盐碱地区进行推广应用。

• 外源甜菜碱和脯氨酸对盐胁迫下大麦种子萌发及幼苗生长的影响

  刘丽苹,汪军成,司二静,姚立蓉,鲁宗辉,祁天涛,马小乐,王化俊,李葆春,赵池铭,尚勋武,孟亚雄

  为探讨盐胁迫条件下外源甜菜碱（GB）和脯氨酸（Pro）对不同大麦品种种子萌发及幼苗的效应，以课题组前期筛选到的耐盐品种中川大麦和盐敏感品种ZY218为材料，在萌发期和苗期以200 mmol·L-1NaCl为胁迫条件，分别施加浓度为0、0.5、1.0、5.0、10.0 mmol·L-1的外源GB和浓度为0、5.0、15.0、30.0、45.0 mmol·L-1的外源Pro进行处理，测定并分析了不同处理下大麦萌发及幼苗相关指标。结果表明，与不添加外源物质的对照相比，施加外源GB和Pro均可有效缓解盐胁迫对大麦种子萌发及地上部分生长的抑制作用；提高叶片过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性及叶绿素含量；外源Pro可以显著增加幼苗的总根长、总根体积和总根表面积，有效缓解盐胁迫对大麦幼苗根系生长的抑制作用，且对盐敏感品种效应更大。因此，施加外源GB或Pro可有效缓解盐胁迫对大麦种子萌发和幼苗生长的抑制作用。

• 浙江省不同生态条件对小麦产量和品质的影响

  施德云,徐波,王其飞,华为,沈华中,张良成,朱靖环

  为了解浙江省不同生态条件对小麦产量和品质的影响，选择11个小麦品种（系）为材料，以扬麦20为对照，分别种植在具有代表性的浙江省3个生态环境 （嘉兴秀洲、绍兴上虞和丽水缙云），对不同生态环境下小麦产量和品质进行分析和评价。结果表明，生态环境、品种（系）及二者互作对小麦产量的影响均达极显著水平(P＜0.01)，其中生态环境对小麦产量的贡献率最大（80.54%）。由北向南，秀洲的小麦平均产量最高，上虞次之，缙云最低，不同生态环境间差异均极显著。缙云的小麦产量与有效穗呈显著的正相关，秀洲和上虞的小麦产量均与千粒重呈显著正相关。12个小麦品种（系）中，缙云、上虞和秀洲分别有8、6和1个品种（系）品质完全符合弱筋小麦标准，秀洲有4个品种（系）的品质达到中筋水平。 从高产优质角度看，浙南和浙中地区适宜弱筋小麦生产，浙北适宜中筋小麦生产；浙南可选择分蘖强、有效穗多的品种种植，而浙中和浙北可选择种植千粒重高的品种。

• 基于等距拆分和随机森林算法的皖北小麦始花期气象预报

  李德，乐章燕，陈文涛，史锡军，马嘉炜，陈伟，孙朋，邱虎森

  为探讨基于等距拆分和随机森林算法用于皖北小麦始花期气象预报的可行性，利用1980-2019年皖北地区7个农业气象观测站的冬小麦始花期原位观测物候数据和平行观测的气象数据，采用相关系数法，筛选影响始花期早迟的特征变量，采用有序等距离抽样法，拆分出训练集和测试集。基于随机森林算法（RF），从4月10日到4月15日，每日训练1个预报模型，实现小麦始花期逐日滚动气象预报，并与基于类神经网络（ANN）、线性支撑向量机（LSVM）、多元回归（RG）和支持向量机（SVM）4种算法训练的预报模型进行比较。结果表明，由平均气温、最高气温、日照时数3类气象要素构成的40个关键气象因子与小麦始花期早迟密切相关；训练出的6个始花期逐日气象预报模型中，4月10-14日5个模型入选特征变量均为40个，4月15日模型入选特征变量为39个；6个气象预报模型训练集与测试集的平均正确率分别为93.3%和80.4%，平均均方根误差（RMSE）分别为1.860～1.960和2.510～2.709，平均决定系数分别为0.944和0.841；基于RF算法训练的预报模型3项检验指标均优于ANN、LSVM、RG和SVM算法训练的预报模型；利用RF算法模型在2020年和2021年进行预报，提前7～9 d准确预报出当年始花期。由此可见，采用有序等距离抽样拆分出训练集，再基于RF算法构建的皖北地区小麦花期气象预报模型，能够以较高精度对小麦始花期进行预报。

• 基于卷积神经网络的田间麦穗检测方法研究

  张合涛，赵春江，王传宇,郭新宇，李大壮,苟文博

  为提高卷积神经网络对麦穗的识别检测精度，在YOLOv5检测模型基础上提出改进的识别检测模型YOLOv5-αTB，在特征提取网络末端部分加入Transformer模块，强化特征提取网络对小麦麦穗图像的颜色、纹理、几何等特征的提取，在特征融合部分将路径聚合网络（path aggregation network，PANet）替换成加权双向特征金字塔（bidirectional feature pyramid network，BiFPN），进一步优化多尺度特征的融合。针对边界框回归损失函数的计算方式IoU的局限性，引入了α-CIoU加强了边界框回归的效果。利用YOLOv5-αTB检测模型在测试集上得到的精确度（precision）、召回率（recall）和平均精度(average precision，AP)分别是99.95%、81.86%和88.64%，在平均精度上相比于传统的YOLOv5模型提升2.92个百分点。该模型检测统计麦穗数量对比人工计数结果，识别检测精度约为97.00%。