麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2024年第10期

• 黄淮麦区小麦杂交坏死基因的检测及效应分析

  岳超，裴星旭，禹海龙，刘晓宇，宋腾钊，许海霞，程西永，詹克慧

  杂交坏死会导致小麦叶片或植株过早死亡，影响小麦的育种进程。为明确杂交坏死基因的遗传与表型效应，本研究选取了黄淮麦区部分品种（系）资源进行Ne基因的分子标记检测与表型鉴定，并选择携带不同Ne基因等位变异的品种（系）构建遗传群体，明确等位变异类型，分析不同等位变异组合的剂量效应和表型效应。结果表明，在检测的807个小麦品种（系）中，259个携带Ne1基因（32.09%），202个携带Ne2基因（25.03%），346个不携带Ne基因（42.88%）。在181个检测到Ne2基因等位变异的品种（系）中， 91个携带Ne2w/m，占50.28%，42个携带Ne2ms，占23.20%，48个携带Ne2s，占26.52%。不同地区培育的小麦品种携带Ne基因频率存在差异，安徽省品种的Ne1基因频率最高，山东省品种的Ne2基因频率最高，安徽、河南和山东的小麦品种携带Ne基因的比例均超过50.00%。对构建的F2群体及其亲本进行表型鉴定和分子标记检测，发现在47个亲本品种（系）中，8个携带Ne2m，5个携带Ne2s，2个携带Ne1w，7个携带Ne1m，2个携带Ne1s。表型鉴定发现了枯死型、黄枯型和黄化型3种坏死症状类型，坏死效应为枯死型>黄枯型>黄化型，坏死症状出现时期分别为2叶期、3~4叶期和分蘖期。Ne1等位变异的杂交坏死效应为Ne1s>Ne1m>Ne1w，其基因型的杂交坏死效应为Ne1sNe1s>Ne1mNe1m>Ne1sne1>Ne1mne1>Ne1wNe1w>Ne1wne1;Ne2等位变异的杂交坏死效应为Ne2s>Ne2m，其基因型的杂交坏死效应为Ne2sNe2s>Ne2mNe2m>Ne2sne2>Ne2mne2。不同基因型的杂交坏死效应均为Ne1Ne1Ne2Ne2>Ne1ne1Ne2Ne2>Ne1Ne1Ne2ne2>Ne1ne1Ne2ne2，4种基因型下不同等位变异组合的杂交坏死效应均表现为Ne1m/Ne2s>Ne1s/Ne2m>Ne1m/Ne2m>Ne1w/Ne2s。双纯合基因型与强等位变异s是导致叶片枯死的关键;随着基因型与等位变异坏死强度的降低，叶片枯死逐渐减少直至完全消失，叶片坏死症状类型转为黄化型。

• 黄淮麦区小麦中类燕麦蛋白的分类、等位基因及质量评价

  晁岳恩,李文旭，王沙沙，王亚欢，汪庆昌，黄超

  类燕麦蛋白（ALPs，avenin-like proteins）是一类富含半胱氨酸残基的非典型面筋蛋白，对小麦面团强度具有重要作用。为明确ALPs在黄淮麦区小麦品种中的表达类型、等位基因数量及可能的面粉品质效应，本研究以黄淮麦区的40个栽培品种为研究对象，选取灌浆中期的籽粒并根据品质不同分别组成2个混合池进行转录组测序。结果表明，在40个品种的转录产物中，鉴定到14个ALPs基因和24个ALPs的等位基因；14个ALPs基因在4AL、7DS和7AS染色体分别有5个、5个和4个。聚类分析表明，14个ALPs蛋白可以分为A、B两个大类，细分为A1、A2、B1、B2和B3五个亚类。ALP基因的表达水平在强筋群体和中筋群体间存在差异，两个A类ALPs基因在强筋群体中显著上调表达，B3亚类ALP显著下调。面粉品质效应评估表明，14个ALPs对面团强度性状的贡献存在差异，但除B1亚类外，其他所有蛋白对面筋强度贡献值都不低于高分子麦谷蛋白，推测ALPs可能也是影响中国黄淮麦区面团强度的重要蛋白类型。

• 宁春4号优选系改良的遗传机制研究

  杨长刚，MomalBaloch，柳娜，张雪婷，李前荣，陶媛，韩蕾，王世红，杨春武

  近年来，育种家在长期种植的宁春4号的群体里，使用“五圃法”提纯复壮了宁春4号，获得了宁春4号优选系（YX），其产量、品质及适应性均明显优于原始宁春4号。本研究利用55K芯片分析了原始宁春4号和YX系的遗传相似度，通过比较二者光合作用、转录组和代谢组，揭示YX系农艺性状改良的代谢及基因表达调节差异。全基因组55K芯片遗传分析发现，YX系和原始宁春4号在全基因组范围内仅有1 170个SNP位点，两者的遗传相似度为97.79%，充分证明经过农民长期种植和五圃法提纯复壮后，YX系并未发生较大的遗传变异。表型分析表明，YX系的光合作用在分蘖期和抽穗期均高于原始宁春4号。代谢分析结果表明，与原始宁春4号相比，YX系叶中代谢水平增强的7种代谢物均是糖类化合物，在YX系根中也有11种糖类化合物水平被增强。光合碳同化速率增强及糖类物质水平提高可能是YX系产量超越原始宁春4号的主要生理原因。转录组分析结果表明，YX系根和叶中有大量编码生长调节因子的基因上调表达，说明YX系可能通过上调某些生长调节因子提高产量和适应性。

• BS型小麦光温敏雄性不育系开颖规律研究

  岳洁茹，秦志列，侯起岭，郝小聪，白秀成，杨吉芳，白建芳，张风廷，赵昌平，孙辉

  BS型小麦光温敏雄性不育系的异交性能直接影响杂交小麦的制种产量，而开花习性是衡量不育系异交性能的重要指标。为了明确开颖率、开颖角度对不育系异交结实率的影响，本研究以15个不育系为材料，同时选取3个配合力好、制种性状优良的恢复系作为父本,分析了不育系在开花过程中开颖率和开颖角度的变化规律及其与异交结实率的相关性。结果表明，在开花过程中，不育系开颖率基本都呈先升后降的变化趋势，且中部和上部穗位开颖较早，但在盛花期，下部穗位开颖角度较大且开颖主要集中在中部穗位，开颖性状较好的不育系为BS278-2、BS185、BS126、BS163、BS136。相关性分析表明，开颖率与开颖小花异交结实率呈极显著正相关，开颖角度与异交结实率呈显著正相关。这说明开颖性状是影响不育系异交结实率的重要因素之一，选育开颖性状好的不育系对提高杂交小麦制种产量具有重要意义。

• 大麦不同抗旱品种抗氧化酶活性及其相关基因表达分析

  郭姜维，姚立蓉，司二静，汪军成，马小乐，李葆春，王化俊，郭传虎，万广有，孟亚雄

  干旱是影响大麦生产的主要环境胁迫因子。为了解干旱胁迫下大麦抗氧化酶活性及相关基因表达变化规律，本试验以大麦抗旱品种ZDM5430和干旱敏感品种IL-12为材料，在大麦苗期进行干旱胁迫21 d后复水7 d处理，研究不同大麦品种在干旱胁迫及复水后叶片中抗氧化酶活性及基因表达的差异。结果表明，与对照相比，干旱胁迫下两个大麦品种的叶片相对含水量（RWC）和叶绿素（Chl）含量显著下降，丙二醛（MDA）、超氧阴离子自由基（O2-·）和过氧化氢（H2O2）含量显著升高，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和过氧化氢酶（CAT）活性显著增加。与抗旱品种ZDM5430相比，干旱胁迫下敏感品种IL-12的RWC和Chl含量降幅更大，MDA、O2-·和H2O2含量增幅更大，二者间SOD、POD、APX和CAT活性差异不显著。干旱胁迫下，抗旱品种ZDM5430的抗氧化基因GPX4、CAT、Cu/Zn-SOD、2-Cys POD、Cyt-APX和DHAR表达水平高于干旱敏感品种IL-12；复水后，ZDM5430和IL-12各生理指标均表现出不同程度的补偿效应，RWC和Chl含量升高，MDA含量、O2-·含量、H2O2含量、SOD活性、POD活性、APX活性和CAT活性下降，GPX4、CAT、Cu/Zn-SOD、2-Cys POD、Cyt-APX和DHAR基因表达量均显著下降。

• 彩色小麦品系农艺性状与营养品质分析

  叶君，吴晓华，王小兵，崔国惠，李元清，刘文景，张海斌，赵轩微，刘娟，李梁，代亚博，张德健，路战远，史学芬，赵贤

  为鉴选彩色小麦优异种质，以29份彩色小麦品系为试验材料，测定其生育期、株高、穗粒重、穗粒数、千粒重、蛋白质含量、淀粉含量、铁含量、锌含量和钙含量等农艺性状与营养品质指标，并对测定指标进行相关性分析、主成分分析及聚类分析。结果显示，供试材料的生育期平均为99.45 d，株高为99.45 cm，穗粒数为49.15，穗粒重为2.12 g，千粒重为42.10 g，蛋白质含量为15 %，淀粉含量为65 %,Fe含量为33.59 mg·kg-1，Zn含量为35.05 mg·kg-1，Ca含量为309.88 mg·kg-1。蛋白质、淀粉和锌含量的遗传多样性最高，均为2.05。相关性分析表明，蛋白质含量与锌含量呈极显著正相关（R=0.58），与淀粉含量呈极显著负相关（R=-0.30）。通过主成分分析将10个参数降维至3个主成分，第一主成分的主效因子为蛋白质含量，第二主成分的主效因子为株高，第三主成分的主效因子为千粒重、铁和钙含量。通过主成分因子的综合评分，评分较高的品系有20TS020-6、20TS116-1和20TSJ012。聚类分析表明，供试彩色小麦品系可划分为3大类群，第Ⅰ类群有9份品系，蛋白质含量、株高、千粒重、铁和钙含量较高；第Ⅱ类群有12份品系，蛋白质含量、株高、千粒重、铁和钙含量居中；第Ⅲ类群有8份品系，蛋白质含量、株高、千粒重、铁和钙含量较低。粒色对产量相关的农艺性状没有显著效应，但紫粒小麦和蓝粒小麦的淀粉和钙含量较高。

• 小麦新品系苗期的耐热性评价

  张闪闪，张旭斌，田仁美，高志鹏，陈亮，胡银岗

  为筛选小麦耐热性鉴定指标，促进耐热品种（系）的鉴定及利用，以32份小麦新品系为材料，在两叶一心期进行热胁迫，热胁迫结束后调查苗高、根系长度等14个形态及生理性状，计算各性状的耐热系数并对其进行主成分分析和聚类分析。结果表明，热胁迫对苗高、叶绿素含量、电导率、苗鲜重、苗干重、根干重、干重根冠比、最大根系长度、根系总长度、根系表面积、根系直径和根尖数共12个性状均产生显著影响（P<0.05），不同性状间耐热系数相关显著或极显著，如电导率与苗鲜重和苗干重显著相关。通过主成分分析提取到3个主成分，累计贡献率达到了82.982%，主要反映了苗高、电导率、苗干重、干重根冠比、根系总长度与根系表面积等指标信息。通过隶属函数法计算出各品系的综合耐热指数H值并进行聚类分析，筛选出西农902-1、西农902-2等耐热小麦新品系，可为其进一步利用提供参考。

• 宽窄行播种对滴灌冬小麦干物质积累及产量的影响

  王晨，唐江华，徐文修，李珊珊，邱琳，文一鸿，葛松豪

  为探索提高滴灌冬小麦产量的适宜播种行距，于2021—2023年设置3种宽窄行和15 cm等行距（CK）田间试验，宽窄行播种行距分别是13.3 cm+13.3 cm+13.3 cm+20 cm（M1）、10 cm+10 cm+10 cm+30 cm（M2）、10 cm+10 cm+10 cm+20 cm（M3），分析不同播种行距对滴灌冬小麦的叶面积指数、干物质积累及产量构成因素的影响。结果表明，宽窄行播种方式能维持小麦较高的叶面积指数，提高干物质积累能力及花后干物质对籽粒贡献能力；M2处理产量最高，为8 984.90 kg·hm-2，分别较CK、M1、M3处理提高了12.16%、6.78%、6.63%。在本试验条件下，10 cm+10 cm+10 cm+30 cm 宽窄行播种更有利于新疆滴灌冬小麦干物质积累和产量的提高。

• 氮肥运筹对晚播强筋小麦产量及品质的效应

  王慧，张晓，朱冬梅，刘大同，高致富，李曼，李东升，高德荣

  为探索适宜的稻茬晚播小麦高产优质栽培技术，于2019-2021年在晚播条件下（较适播期推迟20 d播种），以强筋小麦扬麦29为材料，设置二因素随机区组试验，探究两种施氮量（210 kg·hm-2和270 kg·hm-2）和3种基追比（基肥∶分蘖肥∶拔节肥分别为7∶1∶2、5∶1∶4和3∶3∶4）对晚播强筋小麦籽粒产量和品质的影响及其较优组合。结果表明，施氮量和氮肥基追比对扬麦29籽粒产量的影响均达极显著水平（P＜0.01）。施氮量由210 kg·hm-2增至270 kg·hm-2，扬麦29穗数、穗粒数及产量增加；随氮肥后移，穗粒数、千粒重、产量均呈增加趋势，其中基追比3∶3∶4处理两年平均产量分别比5∶1∶4和7∶1∶2高2.27%和7.69%。施氮量和氮肥基追比对蛋白质含量、湿面筋含量、面团形成时间、稳定时间、面包体积和面包评分等品质指标有极显著影响，而对籽粒硬度、吸水率、水SRC和蔗糖SRC影响不显著。增加施氮量或氮肥后移有利于提高蛋白质含量、湿面筋含量、面团形成时间、稳定时间、面包体积和面包评分等指标，在270 kg·hm-2施氮量或210 kg·hm-2施氮量、基追比3∶3∶4运筹下的面包评分均大于80分，达到优质强筋小麦标准。综上所述，晚播条件下，强筋小麦扬麦29在施氮量270 kg·hm-2、基肥：壮蘖肥：拔节肥为3∶3∶4可实现产量与品质的协同提高。

• 盐碱胁迫下燕麦根际与非根际土壤微生物多样性研究

  鲍鑫茹，米俊珍，刘景辉，赵宝平，徐忠山，李星岩，苑志强

  为探究不同程度盐碱胁迫对燕麦抽穗期根际和非根际土壤微生物多样性及群落组成的影响，采用盆栽试验，以耐盐碱品种白燕2号为材料，设置土壤盐碱浓度为0 g·kg-1（CK）、3 g·kg-1(Y1)、5 g·kg-1(Y2)、7 g·kg-1(Y3)共4个处理，分析不同盐碱胁迫下土壤微生物多样性和群落组成及其与土壤化学性状及盐碱胁迫的关系。结果表明，根际土壤碱解氮和速效磷含量整体高于非根际土壤，且随盐碱胁迫程度增加显著降低（P＜0.05）；根际土壤的pH和电导率低于非根际土壤。土壤电导率是影响优势菌群的重要因素。燕麦根际土壤细菌群落的丰富度和多样性、真菌丰富度均低于非根际土壤。随盐碱浓度的增加，根际土壤与非根际土壤的细菌多样性指数均降低。各处理下，两种土壤中优势细菌门均为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteriota）、拟杆菌门（Bacteroidota），且拟杆菌门相对丰度随盐碱浓度变化的增加增幅较大，根际土壤中变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteriota）相对丰度均高于非根际土壤；两种土壤中，优势细菌属均为鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas），优势真菌门均为子囊菌门（Ascomycota），优势真菌属均为镰刀菌属（Fusarium）。不同程度盐碱胁迫对燕麦根际与非根际土壤微生物群落组成有一定影响；在重度盐碱胁迫下，燕麦根际土壤鞘氨醇单胞菌属（Sphingobacterium）等表现出良好的耐受力，或可成为盐碱条件下燕麦栽培及盐碱土壤改良的可利用资源。

• 低温胁迫及灌水对不同抗低温小麦品种根系生长和活性的影响

  张烁，李向东，靳海洋，周苏玫，胡乃月，贺德先，杨习文

  为了解春季低温胁迫下小麦根系形态性状和生理功能的变化及其与品种抗低温能力的关系，同时明确低温灾害来临前灌水对小麦根系伤害的缓解效应，采用室外盆栽方式，以强抗低温品种百农207和弱抗低温品种周麦18为材料，研究了不同抗低温小麦品种的根系生长发育特征及灌水对低温胁迫的缓解效应。结果表明，拔节期低温胁迫（T1）处理下，小麦单株总根长、根体积、根干重和根系活力随生育期的推进均呈先升后降的变化趋势，单株次生根数呈下降趋势；孕穗期T1处理下，单株总根长、根体积、次生根数和根干重均呈下降趋势，根系活力呈上升趋势。拔节期和孕穗期T1处理下，强抗低温品种百农207的根系性状变化幅度较小，单株次生根数、根系活力和产量均显著高于弱抗低温品种周麦18。相对于T1处理，灌水+低温胁迫（T2）处理下单株次生根数增加，其中弱抗低温品种周麦18变化显著。经相关分析、多元逐步回归和通径分析，春季T1处理下，抗低温品种具有较高的单株次生根数和根系活力，其中拔节期和孕穗期的T1处理下孕穗期根系活力、开花期单株根干重及孕穗期单株次生根数对产量贡献较大，T2处理下孕穗期和蜡熟期的单株次生根数贡献较大。综合来看，春季低温胁迫下，较高的根系活力和单株次生根数对小麦产量具有重要作用，而低温胁迫前灌水主要通过提高小麦生育后期的单株次生根数而增加产量。

• 河南省冬小麦主要籽粒品质对气象因子的响应

  商东耀，成林，马青荣，李筱涵，薛昌颖

  为了解河南省小麦品质与气象条件的关系，利用2017—2019 年河南省72 个县（区）强筋和非强筋小麦品种的287 份小麦样品品质测定资料、对应年份逐旬气象因子和小麦生育期观测数据，通过Pearson 相关分析、线性相关、二次曲线相关和逐步回归等方法，分析了气象因子对小麦主要籽粒品质形成的影响，构建了籽粒粗蛋白含量预报模型，探寻影响河南省强筋和非强筋小麦主要品质指标的关键气象因子。结果表明，河南省强筋小麦粗蛋白、湿面筋含量和降落值都高于非强筋小麦。两类筋型小麦降落值与拔节期以后的温度、日照时数和气温日较差关系密切，其中非强筋小麦降落值与气象因子的关联度较高。籽粒湿面筋含量与气温日较差密切相关，不同筋型小麦湿面筋含量对四月份部分气象因子的响应存在显著差异。从小麦籽粒粗蛋白含量预估模型可知，两类小麦粗蛋白含量均受气象条件的影响，但影响因子有所不同，非强筋小麦粗蛋白含量预估模型较为复杂。

• 遮阴程度对小麦旗叶内源激素含量、抗氧化酶活性及光合特性的影响

  张永强，雷钧杰，陈传信，徐其江，聂石辉，段留生

  为探究不同遮阴程度下小麦旗叶内源激素含量、抗氧化酶活性变化规律及其光合参数相关关系，于2019-2020年，采用不同透光率的黑色遮阳网模拟果树不同程度遮阴，在大田条件下，设置了拔节期遮阴10%+抽穗期遮阴25%（S1）、拔节期遮阴20%+抽穗期遮阴50%（S2）、拔节期遮阴30%+抽穗期遮阴75%（S3）和自然光对照（S0）4个不同程度遮阴处理，分析了遮阴程度对小麦旗叶内源激素含量、酶活性、光合特性和产量的影响。结果表明，随着遮阴程度的增加，小麦旗叶内源激素Zt、IAA和GA3含量呈先降后升趋势，均以S1处理最低，而ABA含量呈先升后降趋势，以S1处理最高；POD、APX活性呈先升后降趋势，且均以S2处理最高；CAT和GR活性则呈先降后升趋势，且均以S3处理最高；SOD活性以S2处理最大，S3处理次之，S1最小。小麦旗叶Pn、Gs和Tr随着遮阴程度的增加均逐渐降低，而Ci呈增大趋势。与S0处理相比，旗叶RuBPCase活性在S1和S2处理下降低，S3处理下明显升高；遮阴提高了旗叶PEPCase的活性，以S2处理最高。S0处理下籽粒产量最高（8 467.70 kg·hm-2），S1、S2和S3处理的产量较S0处理分别降低26.56%、52.22%和69.13%。综合来看，在南疆麦区果树对下层小麦遮阴程度未达到或达到S1时可以种植小麦，遮阴程度达到S2时勉强可以种植小麦，遮阴程度达到S3时不建议种植小麦。

• 基于高光谱的小麦产量岭回归估测模型研究

  赵佳雯，熊燕玲，罗铮，李子洪，欧星雨，马尚宇，樊永惠，黄正来，张文静

  为探究基于岭回归分析在小麦产量预测上的可行性，以苏隆128、扬麦20、皖西麦0638和宁麦13为供试材料，利用高光谱获取4个关键生育时期（拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期）的光谱数据，将植被指数和岭回归分析分别与LAI结合构建小麦产量预测模型，并比较其预测精度。结果表明，各生育时期基于岭回归分析的小麦LAI预测模型比基于植被指数的小麦LAI预测模型的精确度整体偏高；相比于植被指数与LAI构建的小麦产量预测模型，各生育时期基于岭回归分析的小麦产量预测模型精度均较高，预测模型的r2均在0.83以上，且RMSE、MAPE整体较低，尤其在拔节和开花期模型精度更高。因此，岭回归分析能够有效提高小麦产量预测模型的精准性与稳定性。

• 基于CNN-LSTM-Attention网络的河南省冬小麦产量预测

  姜宇，马廷淮

  为探讨利用时空建模的深度学习方法提高大区域冬小麦产量预测精度的可行性，从县级冬小麦产量预测角度出发，使用卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)从气候和土壤数据中提取与作物产量密切相关的特征数据，利用注意力机制（attention mechanism）捕捉特征数据之间的相互依赖性，最后将重新加权的特征与长短期记忆网络(long short-term memory network, LSTM)从年产量中捕获到的时间依赖性结合来预测县级冬小麦产量。结果表明，注意力机制模块能够有效地考虑到从CNN中提取的特征之间的相对重要性；模型 RMSE为686.82 kg·hm-2，相较于支持向量机（SVR）、深度全连接（DFNN）和随机森林（RF）模型分别降低了43%、30%和67%，且R2在0.755以上，MAPE低于14.11%，预测精度均优于传统方法。这说明将注意力机制、CNN和LSTM结合建立的预测模型具有良好的泛化能力和空间平稳性，可用于大区域冬小麦产量预测。