麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2024年第11期

• 普通小麦CONSTANS-LIKE（COL）基因家族的鉴定和表达分析

  马浩森，朱婷，王淑婷，苏展，雷天珍，万懿杰，牛娜，马翎健

  为探究小麦COL基因在生长发育过程中的潜在功能，以中国春为研究对象，采用生物信息学方法在小麦全基因组水平鉴定TaCOL基因并进行系统分析，并利用qRT-PCR检测其在不同组织及不同胁迫条件下的表达。结果显示，在小麦全基因组水平上一共鉴定到48个COL基因，在进化关系上被分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三组；亚细胞定位预测表明，所有TaCOL蛋白均定位在细胞核中。染色体定位发现，它们不均等地分布在小麦的16条染色体上，其中有4个TaCOL基因组成了4个片段复制基因对。基因结构和保守基序分析发现，相同亚组的TaCOL在基因结构和保守基序组成上类似，其中Motif 1和Motif 2分别是构成B-box和CCT两个保守结构域的主要基序。此外，在TaCOL基因的启动子区分布着许多光调节、激素响应、生长发育等多种类型顺式作用元件。qRT-PCR分析发现，所有的TaCOL基因在小麦的不同组织中均有表达，且大部分基因在叶片中的表达水平较高；多数TaCOL基因响应非生物胁迫和激素的诱导，不同光周期处理也能显著影响TaCOL基因的表达水平。本研究为进一步研究TaCOL基因在小麦的生长发育和作物遗传改良方面奠定了基础。

• 中国紫粒小麦品种（系）染色体多样性的FISH分析

  李依依，董一龙，王利彬，裴自友，尚毅，倪永静，杨学明，亓增军

  彩色小麦富含花青素、酚类等生物活性成分，是改善小麦营养品质的重要基因资源，目前中国已经育成并推广了60多个彩色小麦品种，但对其染色体多样性研究尚缺乏报道。本研究以全国不同地区收集的50个紫粒小麦品种（系）为试材，寡核苷酸探针套#7（ONPM#7）FISH分析发现，49个品种（系）为染色体纯合类型，1个为染色体杂合类型，由此构建了50个核型；共发现113种染色体多态类型，出现频率介于2.0%~100%之间，其中12种多态类型出现频率大于50%，代表中国紫粒小麦的主要染色体类型。染色体多态信息含量分析表明，A染色体组变异最大，其次为B染色体组，D染色体组变异最小；单染色体中6A变异最大，3D和4D变异最小。基于染色体多态性可以将供试材料全部清晰区分，50份紫粒小麦可以分为4个亚群，其中G1-1和G1-2类群分别包含4和8个品种（系），均为T1BL·1RS；G2-1和G2-2类群分别包含12和26个品种（系），均为非T1BL·1RS。ONPM#7产生的丰富染色体带纹为彩色小麦品种识别提供了简单直观的细胞学标记。

• 小麦金属硫蛋白全基因组鉴定及镉胁迫下的表达分析

  苏展，朱婷，马浩森，李文婕，王营坤，孟丽雯，牛娜，马翎健

  为探究小麦金属硫蛋白（metallothionein，MT）基因的潜在功能，以小麦品种中国春、M1019和西农20为材料，采用生物信息学方法，在小麦全基因组水平系统分析和鉴定了TaMT基因，并利用转录组数据分析和qRT-PCR技术检测在镉胁迫条件下，小麦不同组织和不同品种中的表达。结果显示，在小麦全基因组水平上共鉴定到21个TaMT基因，他们在进化关系上被分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三组。TaMT蛋白可定位在细胞不同位置，暗示这些基因可能在不同部位发挥功能。经染色体定位分析，这些基因不均等地分布在小麦的8条染色体上，其中4个TaMT基因形成了4个串联复制基因对。此外，相同亚组的TaMT在基因结构和保守基序组成上表现出相似性，其中motif 3构成了α结构域，而motif 1和motif 4组成了β结构域。在TaMT基因的启动子区分布着多种类型的顺式作用元件，包括植物发育、激素响应、胁迫响应、光调节和其他类型。表达分析表明，TaMT基因在小麦不同组织中均能检测到，同时镉胁迫能够诱导TaMT基因在不同品种和小麦组织中发生差异表达。

• 大麦气孔发育相关基因HvFAMA的克隆及功能初步分析

  孙璐，蔡浩宇，李明，曹高燚，丁博，包曙光，王俊斌，谢晓东，陈小强

  气孔是植物吸收CO2、散失水分的通道，叶片内气孔数目的多少、气孔的开闭程度都直接影响其蒸腾强度和光合作用的强弱。FAMA为碱性的螺旋-环-螺旋转录因子，是促进气孔保卫细胞分化和阻止其直接前体的增殖分裂所必需的，与气孔初始发育关系密切。为揭示其在禾本科作物气孔发育中的功能，本研究以大麦Morex为材料，克隆了大麦FAMA（HvFAMA）基因，并对该基因生物学特性及表达模式进行了分析。结果表明，HvFAMA基因编码区长为1 260 bp，由420个氨基酸构成，相对分子量为45 320.37 Da，理论等电点为5.14，属于亲水性不稳定蛋白；HvFAMA基因编码蛋白属于bHLH 家族成员，其三维结构含有螺旋-环-螺旋（HLH）结构；HvFAMA蛋白二级结构主要含有α-螺旋、延伸链、β-折叠和无规则卷曲，分别占36.04%、10.74%、2.86%和50.36%；HvFAMA蛋白的氨基酸序列含有44个磷酸化位点和65个糖基化位点；HvFAMA∶GFP融合蛋白亚细胞定位于细胞核。系统进化分析显示，大麦HvFAMA蛋白与小麦、二粒小麦、二穗短柄草和山羊草的FAMA亲缘关系相对较近。qRT-PCR结果显示，HvFAMA基因在大麦幼叶中的表达量达到峰值。综上所述，HvFAMA基因可能与大麦气孔初始发育有关。

• 安岳红小麦重组自交系产量相关性状的QTL分析

  王一鸣，张飞飞，任毅，魏育明，陈国跃，耿洪伟，程宇坤

  为解析小麦产量相关性状的遗传效应，以四川本地高抗病、多小穗、高粒重品种安岳红小麦，与台长29杂交后构建114份重组自交系，利用小麦55K SNP芯片进行全基因组扫描，对2年3重复下的小穗数、穗长、有效分蘖、小穗粒数、穗粒数、穗粒重和千粒重7个产量相关性状进行表型鉴定及最佳线性无偏预测（BLUP），对表型数据进行QTL定位。共检测到32个控制小麦产量相关性状QTL，可解释表型变异率为4.67%～24.43%。其中，25个QTL可解释表型变异率超过10%，分布于1A、2A、2B、2D、3A、3D、4A、4D、5A、5D、6B、6D和7D染色体上。位于4D染色体上控制穗长的QSLAYH.Sicau-4D.1，在2个实验点中均能稳定表达。同时发现，1A、3A和4D染色体上分别携带有1个具有一因多效QTL。这说明小麦的产量性状遗传变异丰富，定位的优良等位基因具有增加小穗数、小穗粒数、穗粒数、穗粒重和千粒重的作用。

• 21份湖北省小麦品种抗秆锈基因分析

  孙会言，侯凌晓，王子叶，刘东军，张功俊，宋维富，刘易科，李天亚

  为了明确湖北地区品种抗秆锈性及品种所含抗病基因，选用小麦秆锈菌优势小种34MKGQM和21C3CTHQM，对从该区域征集的21份小麦品种进行了苗期和成株期抗秆锈性评价，并利用与抗秆锈病基因Sr25、Sr26、Sr31和Sr38等紧密连锁的分子标记进行了检测。结果表明，在苗期对34MKGQM和21C3CTHQM表现出抗性的分别有9和3份品种，分别占总品种数的42.86%和14.29%；连续2年的田间成株期抗性评价中未发现对34MKGQM和21C3CTHQM表现免疫的品种，仅有在苗期对这2个小种表现抗病的3个品种表现为抗~中抗，其余18个品种对供试小种表现为中感~感病；分子检测结果表明，在21份品种中仅有2份品种含有Sr31，未检测到含有Sr25、Sr26和Sr38的品种。由此可见，供试的小麦品种对当前中国2个小麦秆锈菌抗性较差，且品种中所含的抗病基因相对较少。

• 新疆小麦品种（系）条锈病抗性与抗病基因分析

  王荣，程宇坤，白斌，孙娜，曹俊梅，张飞飞，耿洪伟

  为明确115份新疆小麦品种（系）对当前条锈菌主要流行生理小种的抗性水平及抗条锈病基因的利用情况，选择CYR32、CYR34两个条锈菌生理小种对供试材料进行苗期鉴定,结合由CYR32、CYR33、CYR34、水源致病类群（Su11-4、Su11-5）、贵农22致病类群（G22-14）构成的条锈菌混合菌种进行成株期抗性鉴定。同时，利用Yr5、Yr9、Yr10、Yr15、Yr17、Yr18、Yr48、Yr65、Yr67等9个已知抗条锈病基因的分子标记对115个小麦品种（系）进行抗病基因检测。结果表明，在苗期和成株期分别有63个（占54.78%）和60个（占52.17%）品种（系）对条锈菌生理小种具有中抗及以上水平抗性,其中拉瓦得朗、新春28号表现为全生育期抗性。从品种（系）来源来看，供试材料综合抗性表现为自育品种（系）>引进品种（系）>地方品种。经分子标记检测，供试小麦材料中携带Yr10、Yr17、Yr18、Yr65、Yr67的品种（系）分别有20个（17.39%）、104个（90.43%）、92个（80.00%）、114个（99.13%）和25个（21.74%），所有材料中均未检测到Yr5、Yr9、Yr15、Yr48基因。由此可见，115份供试小麦品种（系）具有较高的抗条锈病水平,筛选出的60份表现稳定抗性的小麦种质可作为亲本资源在培育小麦持久抗病品种研究中加以利用。

• 花后弱光对软质小麦籽粒产量与淀粉品质的影响

  杨婷婷，闫素辉，AbdulRehman，陈娟，汪建来，李文阳

  为探明花后弱光胁迫对软质小麦籽粒产量、淀粉粒度分布及黏度参数的影响，以软质小麦品种荃麦725和扬麦15为材料，在小麦开花后设置3个弱光处理即S1（遮光10%）、S2（遮光20%）、S3（遮光30%）处理，以自然光照条件为对照，分析花后不同程度弱光条件下软质小麦籽粒产量、淀粉粒度分布与黏度参数的差异。结果表明，与对照相比，花后弱光降低了小麦粒重、穗粒数和产量，提高了籽粒蛋白质含量，但使籽粒淀粉含量、籽粒蛋白质和淀粉积累量显著减少。花后弱光降低了软质小麦B型淀粉粒（粒径≤10 μm）体积、表面积百分比，增加了A型淀粉粒（粒径＞10 μm）体积、表面积百分比，对A、B型淀粉粒数目百分比无显著影响。在B型淀粉粒中，弱光对粒径0.1~2.8 μm的淀粉粒体积百分比的影响较粒径2.8~10 μm的淀粉粒大。在A型淀粉粒中，弱光对粒径＞22 μm的淀粉粒体积百分比的影响大于粒径10~22 μm的淀粉粒。弱光导致小麦籽粒淀粉峰值黏度、低谷黏度、最终黏度、稀懈值、回升值等参数显著下降。花后弱光虽然可增加软质小麦籽粒蛋白质含量，但显著降低籽粒淀粉含量以及蛋白质和淀粉积累量，不利于粒重与产量形成；弱光对B型淀粉粒的影响大于A型淀粉粒，会降低B型淀粉粒体积和表面积占比，但可增加A型淀粉粒体积和表面积占比，降低淀粉峰值黏度等参数。

• 监控施肥配施有机肥和生物炭对小麦产量及籽粒淀粉理化特性的影响

  郝红玉，张统帅，杨那，郑玉娉，王朝辉，翟丙年，李紫燕

  为了明确不同施肥措施对冬小麦籽粒淀粉结构、理化特性和小麦籽粒产量的影响，以小麦品种洛旱6号为材料，通过裂区试验（以农户施肥和监控施肥2种施肥方式为主区，以不配施有机物料、配施有机肥和配施生物炭为副区），分析不同处理下冬小麦籽粒淀粉结构、理化特征及产量的差异。结果表明，与农户施肥方式相比，监控施肥显著增加了小麦籽粒总淀粉含量、直链淀粉含量和直支比，提高了A型淀粉粒的体积和数目百分比，显著提升了平均低谷黏度、最终黏度、稀懈值和回升值。在同一施肥方式下，与不配施有机物料相比，配施有机肥对总淀粉含量、直链淀粉含量、淀粉直支比、A型淀粉粒体积百分比和淀粉黏度参数也均表现出正向效应，同时降低了B型淀粉粒的体积和数目百分比，而配施生物炭对淀粉含量及直支比、A型淀粉粒体积及表面积分布影响均不显著。施用生物炭对淀粉糊化特性影响在不同施肥方式下存在差异，农户施肥+生物炭处理显著降低了峰值黏度、低谷黏度和最终黏度，而监控施肥+生物炭处理显著增加了峰值黏度、最终黏度、稀懈值和回升值。监控施肥对产量影响不显著，但监控施肥+配施有机肥处理显著提高产量。在所有处理中，监控施肥+配施有机肥处理的小麦籽粒淀粉含量、直支比、淀粉粒分布、淀粉黏度参数综合表现最好，说明在监控施肥条件下减少施用化肥同时配施有机肥可改善小麦淀粉品质和增加产量，促进渭北旱地冬小麦高产优质生产。

• 外源褪黑素对软质小麦籽粒灌浆特性及淀粉品质的影响

  葛子菲，毕新铜，杨洋，冯健超，马冬云，谢迎新，王晨阳

  为了解外源褪黑素对小麦籽粒产量和品质的影响，以两个软质小麦品种郑麦825和豫农901为供试材料，在齐穗期喷施不同浓度的外源褪黑素（0、50、100 μmol·L-1），比较分析不同浓度外源褪黑素处理后软质小麦籽粒灌浆特性及淀粉组分和理化性质的差异。结果表明，喷施外源褪黑素可提高籽粒灌浆速率峰值，延长灌浆活跃期，促进籽粒中干物质的积累，最终提高千粒重及产量。喷施褪黑素后，小麦籽粒的总淀粉含量、支链淀粉含量、支直比以及大淀粉粒体积、表面积百分比均呈下降趋势，而直链淀粉含量则呈上升趋势。淀粉晶体特性不受外源褪黑素的影响，并呈现典型的A型特征。随着褪黑素浓度的增加，淀粉相对结晶度呈先升后降的变化趋势；淀粉峰值黏度、谷值黏度、最终黏度、崩解值、回生值在豫农901中呈下降的趋势，在郑麦825中则呈先降后升的趋势。喷施50和100 μmol·L-1褪黑素均能显著改善软质小麦籽粒灌浆特性和淀粉理化特性，且褪黑素浓度为100 μmol·L-1时增产显著。

• 追氮量与密度互作对弱筋小麦产量、品质及氮素利用的影响

  周文银，李文阳，李浩杰，张士雅，雍玉东，郑成岩，郜雪，蔡玉佩，徐乾宇，闫素辉

  为了解追氮量与种植密度在弱筋小麦高产优产中的调节作用，以小麦品种扬麦15为材料，设置5个追氮水平（0、54、48.6、43.2和37.8 kg·hm-2，分别用N0、N1、N2、N3、N4表示）和3个种植密度（1.8×106、2.4×106和3.0×106株·hm-2，分别用D1、D2、D3表示），使用15Ｎ示踪分析技术研究不同追氮水平和种植密度对小麦产量、品质及氮素吸收利用的影响。结果表明，追氮量在0~54 kg·hm-2范围内，小麦开花期植株、成熟期营养器官、成熟期籽粒的氮素积累量均随着追氮量的减少而显著降低，随种植密度的增加而显著上升，且氮素积累量中来源土壤氮的比例大于肥料氮，追施氮肥比例大于基施氮肥。在D1条件下，随追氮量的降低，小麦氮肥生产效率、氮肥利用率、有效穗数和产量均显著降低。在D2和D3条件下，随追氮量的降低，肥料氮转运效率、氮肥生产效率和产量均呈先升后降趋势，均以N2最大。同一追氮量下，随种植密度的增加，氮肥生产效率、氮肥利用效率、穗数和产量均显著增加。减少追氮量和增加种植密度均会降低小麦籽粒沉降值、湿面筋含量和蛋白质含量，提高淀粉含量。本试验条件下，小麦种植密度为3.0×106株·hm-2，追施氮量为48.6 kg·hm-2可在保证弱筋小麦最佳品质前提下，促进小麦对氮肥的吸收利用，协同提高氮素积累、籽粒产量及氮肥生产效率。

• 外源甜菜碱对铝胁迫下小麦幼苗生长及抗氧化能力的调节效应

  张云芳，程智鸿，张心茹，刘聪，陈楚

  为明确甜菜碱对小麦铝毒的缓解效应，以小麦品种济麦22为材料，采用水培方法，比较分析了铝胁迫下（400 μmol·L-1AlCl3）不同浓度甜菜碱（0、1、2、4、8 mmol·L-1）处理后小麦幼苗生长、膜脂过氧化及活性氧代谢的差异。结果表明，铝胁迫抑制了小麦幼苗的生长，显著降低了幼苗的株高、根长及叶绿素含量，提高了丙二醛（MDA）含量及超氧阴离子自由基（O2-·）的产生速率；增施甜菜碱能缓解铝胁迫对小麦幼苗生长的抑制作用，促进铝胁迫下幼苗株高和根系的伸长生长，提高叶片叶绿素含量和抗氧化酶活性，显著降低MDA含量及O2-·产生速率。综合来看，外施甜菜碱可通过调节活性氧代谢、抑制膜脂过氧化来缓解铝胁迫对小麦幼苗生长的抑制及生理损伤，本试验条件下以4 mmol·L-1浓度的甜菜碱缓解效果最好。

• 不同降水年型下旱地春小麦产量及其构成因素对播期和日均温度变化响应的模拟分析

  王志刚，王瑾，刘强

  为探讨播期调控及降水量和日均温度变化对旱地春小产量及其构成因素的耦合效应，基于甘肃省陇中地区气象数据、土壤数据和管理数据，通过APSIM模型对不同播期及日均温度变化情景下春小麦产量和生物量进行模拟分析，并利用试验区2013—2018年大田试验的春小麦产量及生物量数据对该模型进行适用性验证。结果表明，春小麦模拟产量及生物量的NRMSE均在8%以内，模型的有效性均大于0.80，说明模型具有较高的准确度和适用性。使用1970—2018年研究区的气象及土壤数据，设置不同播期及日均温度变化的模拟情景\[早播(3月3日)、正常播(3月18日)、晚播(3月31日)；日平均温度变化范围为降温2.0 ℃～增温2.0 ℃，以温度变化量1 ℃为1个梯度\],经回归分析，小麦产量受影响程度表现为降水量>温度>播期，相同气候条件下小麦产量均表现为正常播>早播>晚播。春小麦在湿润年、正常播、日均温度降低2.0 ℃的条件下可获得最高产量。降水量对春小麦千粒重和籽粒数分别表现出负效应和正效应，温度则分别表现出正效应和负效应，千粒重和籽粒数均随着播期的推迟先增加后减少。综合分析，降水增多可通过增加春小麦籽粒数来提高产量；当地春小麦宜在3月中旬播种且应注重防寒与蓄水保墒，以促进小麦的高产与稳产。

• 播量对超晚播冬小麦基部节间性状、机械强度及倒伏率的影响

  田文强，张强斌，王泓懿，孙刚刚，聂凌帆，张君，连世昊，张金汕，石书兵

  为探究北疆超晚播栽培方式下小麦基部节间结构特点及播期和播量的最佳组合，以新冬18号为试验材料，设D1（10月25日）、D2（11月4日）、D3（11月14日）3个超晚播期及M1（7.50×106粒·hm-2）、M2（1.00×107粒·hm-2）、M3（1.25×107粒·hm-2）、M4（1.50×107粒·hm-2）4个播量，选择当地适宜播期和播量（9月25日、6.00×106粒·hm-2）为对照（CK）,分析了播期和播量对开花期、乳熟期及蜡熟期超晚播小麦基部节间形态结构、3种力学特征及倒伏率的影响。结果表明，小麦开花后抗倒伏性能逐渐降低。与CK相比，超晚播小麦基部节间长度、直径、壁厚、干物质量、茎粗系数、充实度、压碎力、穿刺力及抗折力均减少，表观倒伏率、倒伏级别增加，抗倒伏能力降低。在超晚播条件下，播量相同时，基部节间长度表现为D1＞D2＞D3，基部节间直径和干物质量表现为D1＞D3＞D2，田间表观倒伏率和节间壁厚、茎粗系数、充实度以及3种力学指标均表现为D3＞D1＞D2；播期相同时，增加播量后，基部节间长度、直径、壁厚、干物质量、茎粗系数、充实度、压碎力、穿刺力及抗折力均减少，表观倒伏率、倒伏级别增加；播期与播量对各项指标均不存在互作效应。加大播量后，收获穗数增加，有利于超晚播小麦产量形成。本试验条件下，经综合抗倒伏相关指标和产量考虑，11月4日播种1.00×107粒·hm-2是北疆超晚播小麦适宜的播期与播量组合。

• 小麦抗除草剂冻药害的鉴定评价指标研究

  邱光，刘彩云，付必胜，张巧凤，郭炜，翟文玲，吴纪中

  小麦喷施除草剂后，若短时间内遭遇寒潮或0 ℃以下的低温胁迫，极易发生冻药害，威胁小麦生产安全。为探索小麦除草剂冻药害抗性鉴定评价指标，从15 000份小麦种质资源中，初筛出20份源于国内不同麦区且对除草剂冻药害抗性表现明显差异的小麦种质作为材料，在人工气候室和春化室内，对不同苗龄、药剂处理时间、低温温度、低温处理时间、土壤墒情等条件下麦苗冻药害情况进行分级调查，并统计冻药害指数。结果表明，在小麦3叶1心期、药剂处理3 d、-4 ℃低温处理5 d和适墒（土壤含水率15%～18%）等条件下，参试材料间相对冻药害指数的变异系数和数值离散度最大，材料间差异显著性水平也最高，能够明显地区分出不同参试材料的抗冻药害特性。依据相对冻药害指数变化范围，将抗除草剂冻药害的特性划分为5种抗性类型，分别为高抗（≤0.10）、抗（0.11～0.30）、中抗（0.31～0.50）、感（0.51～0.70）和高感（>0.70）。该鉴定方法可用于小麦抗除草剂冻药害种质资源筛选和抗性品种选育。