麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2024年第12期

• 小麦CSase基因家族的鉴定及表达分析

  冯永佳，王燕，李杰，李培华，刁邓超，李云丽，孙玉晨，孟祥宇，李春莲，吴建辉，曾庆东，韩德俊，冯帆，郑炜君

  半胱氨酸合成酶(CSase)基因家族在植物的生长发育和非生物胁迫抗性方面发挥重要作用。为了探究TaCSase在高温下的的表达特性，通过生物信息学方法对小麦CSase家族成员进行全基因组鉴定和分析，并通过转录组数据以及转化酵母初步研究其耐热功能。结果表明，小麦基因组鉴定出29个TaCSase基因，分布在17条染色体上，可划分为6个亚组，相同亚组内的成员具有相似的理化性质、基因结构和保守基序。共线性分析表明，TaCSase在小麦中以片段复制作为进化驱动力，在不同物种间可能存在不同的进化方式。顺式作用元件和GO富集分析发现，TaCSase含有大量非生物胁迫响应元件，在GO富集分析中TaCSase在半胱氨酸合成功能中被富集。qRT-PCR分析结果表明，TaCSase主要在根中表达，受高温胁迫诱导。酵母转化试验表明，转化SCS和CysB亚组成员的转基因酵母在高温下具有更好的生长势。这说明小麦TaCSase基因具有耐热功能，可用于小麦耐热育种。

• 不同程度、频率干旱锻炼对冬小麦水分生产力的影响

  张乾惠，霍一帆，董梦琪，李府阳，王晓云，李亮，蔡焕杰

  为探究不同程度、频率干旱锻炼对冬小麦生理指标、产量和水分利用效率的影响，筛选出合理的干旱锻炼模式，以小偃22为试验材料，选择2种干旱胁迫水平（轻度干旱胁迫：50%~60%FC；中度干旱胁迫：40%~50%FC。FC为田间持水量）和2种干旱锻炼模式（单次干旱锻炼和反复干旱锻炼），以全生育期充分供水（CK，70%~80%FC）为对照（CK），设置仅在抽穗期轻度干旱胁迫（ND-1）、抽穗期中度干旱胁迫（ND-2）、分蘖期轻度干旱胁迫+抽穗期轻度干旱胁迫（D-1）、分蘖期中度干旱胁迫+抽穗期中度干旱胁迫（D-2）、分蘖期轻度干旱胁迫及反复锻炼+抽穗期轻度干旱胁迫（DRD-1）、分蘖期中度干旱胁迫及反复锻炼+抽穗期中度干旱胁迫（DRD-2）共7个处理。通过桶栽试验，测定分析了不同干旱锻炼处理下小麦的光合相关指标、抗氧化参数、渗透调节物质含量、产量和水分利用效率。结果表明，与CK相比，ND-1、ND-2处理下冬小麦产量和水分利用效率显著降低，其中产量降幅分别为13.9%和21.2%,水分利用效率降幅均为5.9%；D-1处理下冬小麦的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、光合活性、热耗散能力、叶绿素a含量和叶绿素b含量分别提高13.7%、31.4%、24.7%、1.4%、5.0%、2.7%和4.7%，DRD-1处理下分别提高14.9%、36.1%、27.1%、2.3%、5.1%、12.0%和13.0%。与ND-1处理相比，D-1、DRD-1处理的超氧化物保护酶和脯氨酸的反应速度以及可溶性糖的生成速度均显著加快，D-1处理增幅分别为19.7%、68.3%和31.8个百分点，DRD-1处理增幅分别为24.0%、76.0%、和34.3个百分点；两个处理的过氧化物酶活性均显著减小，降幅分别为8.3%和10.3%；抽穗期复旱对净光合速率、光能转化效率、光化学猝灭系数以及光合色素含量均未产生显著影响，说明超氧化物歧化酶活性和脯氨酸可用于评价作物的抗旱性，轻旱锻炼提高了冬小麦的抗旱性。干旱锻炼对冬小麦增产效果表现为轻度干旱锻炼>中度干旱锻炼，反复干旱锻炼>单次干旱锻炼>不进行干旱锻炼，其中分蘖期轻度单次和反复干旱锻炼均显著增产，产量增幅分别为5.7%和11.4%，使水分利用效率分别提高8.7%和10.9%。综合认为，分蘖期轻度反复干旱锻炼是提高冬小麦抗旱性、产量和水分利用效率的合理调亏灌溉措施。

• 高产滴灌春小麦茎鞘非结构碳水化合物代谢及其对产量的贡献

  杨龙龙，王荣荣，赫芳芳，蒋桂英，郭柔谷，雷琪琪

  为明确新疆焉耆地区高产滴灌春小麦不同茎节茎鞘非结构碳水化合物（NSC）向籽粒转运的水氮响应机制，采用裂区试验设计，以高产小麦品种新春 38号（XC38）、新春 45号（XC45）为材料，亏缺灌溉（W1，4 500 m3·hm-2）和适宜灌溉（W2，6 000 m3·hm-2）为主区，施氮量N0（0 kg·hm-2）、N1（300 kg·hm-2）、N2（400 kg·hm-2）为副区，分析了不同处理滴灌春小麦穗下节、倒二节、其余茎节中果聚糖(DP≥4)、蔗糖和NSC的积累、转运特性及其对产量的贡献。结果表明，随生育期的推移，两品种各茎节茎鞘中蔗糖磷酸合成酶（SPS）、蔗糖合成酶（SS）和蔗糖果糖基转移酶（SST）活性、果聚糖（FC）、蔗糖（SC）和NSC含量均呈先升高后降低的趋势，果聚糖外切水解酶（FEH）活性则呈现降低趋势，SPS、SS活性和SC含量均以W1N1处理最优，其他指标以W2N1处理表现最优。不同茎节相比，其余茎节中果聚糖、蔗糖含量及其代谢酶活性、NSC含量最大，其NSC对产量的贡献率比倒二节、穗下节分别高23.12%~26.42%，70.43%~85.43%。两品种比较，XC45茎鞘中贮藏物质转运率高于XC38，其NSC对产量贡献率比XC38高1.36%~24.70%。产量与SPS、SS、FEH和SST活性及SC、FC、NSC含量均呈显著正相关；SC含量与SPS、SS活性均呈显著正相关，FC含量与FEH、SST活性均呈显著正相关。FC、NSC含量和SS活性对产量的正效应最大；增加NSC、FC含量和SST活性，降低SC含量和SPS活性，可提高两品种产量。水氮互作对NSC花前、花后转运率及其对产量的贡献率的影响显著，且NSC花前转运率及对产量的贡献率大于花后。在本试验条件下，灌水量6 000 m3·hm-2和施氮量300 kg·hm-2有利于滴灌春小麦茎鞘NSC代谢、产量形成。

• 基于BP神经网络与模糊控制的小麦灌溉系统

  马世骄,吴文涛,柴向俐,谢青山,周永,杨庭瑞,赵经华

  为了提高农业用水的利用效率，实现新疆灌区精准灌溉，在新疆阿勒泰地区福海县阔克阿尕什乡浑沃尔海，根据春小麦的生长环境和各生育时期需水量，设计了基于BP神经网络与模糊控制的小麦灌溉系统。该系统通过田间微型气象站监测、麦田传输数据，利用BP神经网络预测出小麦需水量；以需水量和土壤实际湿度的差值和差值变化率作为模糊系统的输入量，灌溉时间作为输出量。将2017年人工灌溉数据与灌溉控制系统相结合利用PYTHON做对比试验，检验灌溉系统优化的效果。结果表明，BP神经网络对春小麦需水量的预测效果较好，验证集决定系数R2为0.854，相对分析误差RPD为2.014，预测结果满足春小麦实际需水标准。模糊控制系统相比于传统控制系统不会出现较大的超调量，有更好的稳定性。 BP神经网络与模糊控制灌溉系统比人工灌溉节水约23.9%，说明该灌溉系统能够提高水资源的利用率，对实现精细化农业有着重要的参考意义。

• 基于机器学习算法和ARIMA模型的旱地春小麦产量预测

  董莉霞，张博，李广，燕振刚，逯玉兰

  为探究机器学习算法与时间序列结合预测春小麦产量的可行性，使用HP滤波算法，将1971-2021年甘肃省定西市安定区和2014-2021年定西市渭源县的产量数据分离为气象产量和趋势产量，利用研究区的气象数据，分别基于随机森林（random forest, RF）、循环神经网络（recurrent neural network, RNN）、支持向量机（support vector machine,SVM）、反向传播神经网络（back propagation neural network，BPNN）和长短期记忆网络（long short-term memory，LSTM）5种机器学习算法实现春小麦气象产量的预测对比；构建了ARIMA时间序列模型，探究旱地春小麦趋势产量的最佳预测模型。结果表明，旱地春小麦产量中气象产量占比大，趋势产量占比小，且气象产量的变化趋势基本与总产量一致。LSTM模型对研究区内气象产量的模拟效果最佳。通过参数率定，获得最优的趋势产量预测模型为ARIMA（4,1,2）模型，其残差基本为白噪声，符合正态分布。利用LSTM和ARIMA（4,1,2）模型组合，对2014-2021年渭源县的春小麦产量进行预测，并与研究区的实际产量数据比较，预测结果与实际值接近，模型精度较高，其R2为0.96，MAPE为1.22%，MAE为32.12 kg·hm-2，RMSE为35.32 kg·hm-2。在本研究条件下，LSTM和ARIMA（4，1，2）组合模型具有良好的预测精度，可实现旱地春小麦产量的预测。

• 1981-2020年陕西安康冬小麦生育期对农业气象条件的响应

  张全军，吴东丽，宏观，张波，段后浪

  为了明确陕西安康地区冬小麦生育期演变规律及主要影响因素，基于该地区农业气象观测站点的气象观测和小麦生育期观测数据，利用线性倾向估计法和线性多元回归法分析了1981-2020 年陕西安康冬小麦生育期变化趋势以及冬小麦生长季（每年10月至翌年6月）气象要素的变化趋势，解析了冬小麦生育期变化与气象因子的关系。结果表明，1981-2020年陕西安康冬小麦生长季日平均气温、日平均地温、气温日较差、降水量和日照时数均呈现上升趋势，相对湿度呈下降趋势（P<0.001），其中3月份日平均气温上升幅度最明显，升幅达0.82 ℃·10 a-1，1和3月份相对湿度下降趋势最明显，降幅分别达1.62和1.65个百分点·10 a-1。1981-2020年，陕西安康冬小麦各生育时期的日期均显著提前，平均每10 a约提前3.18~12.69 d。营养生长期持续时间平均每10 a缩短8.11 d，营养生殖生长期持续时间平均每10 a延长7.67 d。冬小麦生育期变化和气象因子极显著相关。其中生育期与温度相关性最强。冬小麦10个生育时期日序数与气温、地温呈显著负相关，乳熟期日序数与气温日较差呈显著负相关（P<0.001）。各生育时期日序数与相对湿度均呈正相关关系，与降水量、日照时数呈负相关（P<0.001）。影响陕西安康冬小麦生育期的主导气象因子主要是气温、地温和气温日较差（P<0.01），相对湿度、降水和日照时数影响较小。综上所述，温度升高可能是导致陕西安康冬小麦生育期日期提前、营养生长期持续时间缩短和营养生殖生长期延长的主要原因。

• 种植密度对宽幅播种小麦开花后旗叶光合特性和干物质积累与转运的影响

  孔令英，张振，赵俊晔，石玉，于振文

  为明确种植密度对宽幅播种小麦开花后旗叶光合特性和干物质积累与转运的影响，以济麦22为材料，设置4种种植密度，分别为9.0×105株·hm-2（M1）、1.8×106株·hm-2（M2）、2.7×106株·hm-2（M3）、3.6×106株·hm-2（M4），分析不同种植密度下小麦开花后旗叶光合特性和干物质积累与转运的差异。结果表明，与M1、M4处理相比，M2处理下小麦灌浆中后期旗叶叶绿素相对含量显著提高，开花后0~28 d平均最大光化学效率分别提高3.55%和4.65%，实际光化学效率分别提高10.57%和14.85%，光化学猝灭系数分别提高3.81%、8.00%，花后0~28 d旗叶平均蔗糖含量分别提高11.78%和15.74%，磷酸蔗糖含量分别提高23.95%和43.29%。 M2处理的开花期和成熟期小麦干物质积累量、籽粒产量、花后光合物质积累量及其对产量的贡献率均显著高于其他处理。由此可见，适宜的种植密度能够改善宽幅播种小麦花后旗叶光合特性，促进花后光合物质生产和积累，进而获得高产。本试验条件下宽幅播种小麦以种植密度为1.8×106株·hm-2最优。

• 有机肥与氮肥配施对土壤氮素转化及冬小麦籽粒产量和品质的影响

  刘亥扬，刘红恩，聂兆君，秦世玉，张雯雯，张玉鹏，许嘉阳

  为探究有机肥与化肥配施比例对土壤氮素转化及冬小麦籽粒产量和品质的影响，通过连续两个生长季的定点试验，设置不施肥（CK）、不施氮肥（N0）、施氮肥（N180，180 kg·hm-2）、25%有机肥替代氮肥（T25）、50%有机肥替代氮肥（T50）和100%有机肥替代氮肥（T100）6个处理，分析不同处理下麦田土壤氮含量、氮转化酶活性、小麦产量及小麦籽粒中铵态氮、硝态氮、蛋白质、游离氨基酸、谷氨酰胺和天冬酰胺含量的差异。结果表明，与N180处理相比，T25、T50和T100处理降低了0～20和20～40 cm土层铵态氮含量，T50处理显著增加0～20和20～40 cm土层硝态氮含量。与CK和N180处理相比，施有机肥能提高表层土壤有机氮含量。T25、T50和T100处理均提高了土壤脲酶、蛋白酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的活性。T50处理下小麦产量、籽粒铵态氮含量、蛋白质含量、谷氨酰胺含量和天冬酰胺含量均最高。综上，在豫北潮土小麦种植区，50%有机肥替代氮肥可以促进土壤氮素转化并有效提高冬小麦产量和营养品质。

• 氮肥管理及氮素形态对强筋冬小麦产量、品质及氮肥利用效率的影响

  聂浩亮，黄少辉，杨军芳，张静，杨云马，卢萍萍，岳增良，贾良良

  为研究氮肥管理模式及形态对强筋小麦植株生长、籽粒蛋白及产量的影响，选用强筋小麦品种师栾02-1在河北省柏乡县进行田间试验，在相同形态氮肥（尿素）下设置不施氮肥、施氮总量270 kg·hm-2+基追比1∶1、施氮总量210 kg·hm-2+基追比1∶1、施氮总量150 kg·hm-2+基追比1∶1、施氮总量210 kg·hm-2+基追比1∶2和施氮总量210 kg·hm-2+基追比1∶3六种氮肥管理模式，以及在相同施氮模式下（施氮总量240 kg·hm-2+基追比1∶1）设置三种形态氮素（硝态氮、铵态氮、酰胺态氮），分析不同氮肥施用量、基追比例及氮素形态条件下强筋冬小麦产量、加工品质和氮肥利用效率的差异。结果表明，氮肥用量、基追比例和氮素形态对小麦产量和加工品质均影响显著。在相同氮素形态和基追比情况下，在0~270 kg·hm-2范围内，小麦穗数和千粒重随施氮量的增大分别呈增加和降低趋势。在相同总施氮量下，随追施比例的增加，小麦穗数、千粒重和氮肥农学效率均先升后降，且以基追比1∶2最大。与铵态氮和酰胺态氮相比，施用硝态氮可显著提高穗数、氮肥吸收效率及氮肥农学效率。利用主成分分析法将小麦加工品质指标分为蛋白质质量因子和磨粉质量因子，粗蛋白质含量、湿面筋含量等蛋白质质量因子均随施氮量的增大而增加，基追比为1∶2时施氮对小麦加工品质提升效应最大，施用铵态氮时小麦加工品质性状最优但产量较低，硝态氮肥和酰胺态氮肥对产量和品质的效应无明显差异。综上所述，氮肥施用量为210 kg·hm-2、基追比为1∶2且为硝态氮，是强筋冬小麦实现高产、提质、增效协同的最佳氮肥管理模式。

• 肥料穴施位置、深度及间距对春小麦产量及养分利用的影响

  李炳浩，玉素甫江·玉素音，马红友，史转辉，张佑银，王火焰，张小龙，王晓春，张燕，张国荣

  为探寻春小麦根区一次施肥最佳施肥位置的技术参数，在新疆哈密市巴里坤县进行田间试验，设置行间居中施肥（肥料距种子7.5 cm、深10 cm、穴间距15 cm，L7.5H10D15）、偏行施肥（肥料距种子5 cm、深10 cm、穴间距15 cm，L5H10D15）、加深施肥（肥料距种子7.5 cm、深15 cm、穴间距15 cm，L7.5H15D15）、减小穴间距施肥（肥料距种子7.5 cm、深10 cm、穴间距12 cm，L7.5H10D12），以行间居中施肥（不施氮肥）为对照（CK），分析了不同施肥位点及穴间距对春小麦产量、养分利用和土壤养分平衡的影响。结果表明，根区施肥条件下施肥位置对小麦籽粒产量及其构成因素影响显著，其中L5H10D15处理的产量较其他处理分别增加了3.7%~24.7%，穗粒数的增加是其高产的主要原因；L5H10D15处理提高了籽粒和植株氮积累量及籽粒钾积累量，L7.5H10D12处理提高了成熟期籽粒和植株磷积累量及茎叶、植株钾积累量；L5H10D15处理的氮素利用效率最高，氮肥利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力分别为38.8%、8.7 g·kg-1和44.2 g·kg-1，与L7.5H10D15、L7.5H15D15和L7.5H10D12处理相比，增幅分别为19.2~28.8个百分点、20.8%~148.6%和3.8%~13.6%。土壤养分表观平衡中，L5H10D15处理的氮表观平衡和盈余率均最低，但磷钾表观平衡和盈余率均较高，说明该处理在实现小麦高产、稳产的同时保证了土壤养分不损失。综上所述，本试验条件下，根区一次穴施位置对小麦产量和土壤养分平衡有显著影响，施肥点距种子5 cm，深10 cm，穴间距15 cm最有利于提高了小麦籽粒产量，促进养分积累和高效利用，在获得小麦高产、稳产的同时保证土壤养分不损失。

• 二氢赤霉素对不同种植密度下小麦抗倒伏能力及产量的影响

  刘雨杭，赵书宏，祝婷婷，梁振宇，杨洪坤，黄秀兰，黄林，樊高琼，伍碧华

  为探究新型赤霉素抑制剂二氢赤霉素（2HGA5）对不同种植密度下小麦植株抗倒伏能力和产量的影响，在2021-2022和2022-2023两个生长季，选用小麦品种蜀麦133在成都平原大邑县开展二因素裂区试验，主区设置250万株·hm-2（B1）、300万株·hm-2（B2）、350万株·hm-2（B3）、400万株·hm-2（B4）4个种植密度，副区于拔节期设置100 mg·L-1二氢赤霉素（C2）、200 mg·L-1二氢赤霉素（C3）2个喷施水平，以喷施清水（CK0）和多效唑 甲哌鎓混合药剂（CK1）为对照。结果表明，随种植密度的增大，小麦倒伏率、倒伏等级、第二节间长度、株高和重心高度均增加，而第二节间直径、壁厚、木质素含量和抗折力均降低。喷施2HGA5显著提高小麦抗倒伏能力。与CK0相比，在B4条件下C3的第二节间长度、株高和重心高度分别降低31.1%、6.6%和10.7%，第二节间直径、壁厚、充实度分别增加11.3%、17.3%和52.6%，木质素含量、苯丙氨酸解氨酶活性、络氨酸解氨酶活性、4 香豆酸:CoA 连接酶活性、肉桂醇脱氢酶活性和茎秆抗折力分别增加12.2、18.4%、42.6%、27.5%、51.7%和61.4%；与CK1相比，C3的株高和重心高度差异不显著，第二节间长度降低13.9%（P<0.05），直径、壁厚和茎秆充实度分别提高4.5%、4.3%和19.0%（P<0.05），木质素含量和抗折力分别提高9.4%和7.2%。同一种植密度下，有效穗数、产量及收获指数整体表现为C3＞C2＞CK1＞CK0，C3的穗粒数显著高于其他处理；同一喷施浓度下，有效穗数随种植密度的增大整体呈增加趋势，穗粒数、千粒重呈下降趋势，产量呈先增后降趋势，且在B2下达最大。综上所述，在300万株·hm-2种植密度下配施200 mg·L-1二氢赤霉素可以实现小麦抗倒能力和产量的协同增长。

• 不同改良剂对土壤盐渍化特性及燕麦生物排盐作用的影响

  郭丽琢，陈文涛，高玉红，剡斌

  为探讨不同土壤改良剂在旱区盐渍土上的应用效果，通过单因素随机区组试验，以不施改良剂（T0）为对照，探究粉煤灰（T1）、生物炭（T2）、普通有机肥（T3）、糠醛渣（T4）、蚯蚓粪（T5）、腐殖酸（T6）六种改良剂单施以及分别使用单施用量的1/2进行不同改良剂粉煤灰+有机肥（T7）、粉煤灰+糠醛渣（T8）、生物炭+糠醛渣（T9）、蚯蚓粪+腐殖酸（T10）配施对土壤盐渍化特性和燕麦盐分积累的影响。结果表明，与T0处理相比，T1~T10处理下土壤Na+、HCO3-、Cl-和SO42-含量分别降低37.18%~67.83%、35.25%~78.10%、45.16%~69.51%和6.60%~13.94%，K+、Ca2+和Mg2+含量均增加；土壤全盐含量和钠吸附比（SAR）分别降低8.41%~15.97%和41.94%~69.70%；施用改良剂后土壤的pH值不同程度降低，T1、T2处理因改良剂自身的碱性导致土壤pH值降低效果不显著，T3~T10处理的土壤pH值较T0处理降低了5.09%~8.61%。改良剂配施对土壤Na+、HCO3-、Cl-、SO42-含量、全盐含量及SAR、pH值的降低程度均优于单施，其中T7处理的降低效果最好。施用改良剂提高了燕麦的干草产量、地上部分的含盐量和盐分积累量。除T6处理外其他处理的燕麦盐含量较T0处理增加了1.43%~3.52%；T1~T10处理的燕麦盐分积累量增加了14.92%~34.64%，且盐分积累量增加幅度亦表现为配施大于单施。施用改良剂加速了耕层土壤的脱盐，T1~T10处理的脱盐率是T0处理的5~9倍，T7处理的脱盐率较T1~T5处理提高了4.99%~7.41%。综合来看，供试改良剂的单施及四种配施均具有降低试区盐渍土耕层土壤的盐度和碱化度的作用，且提升了燕麦的生物排盐作用；以粉煤灰与普通有机肥配施对耕层土壤盐渍化程度的降低效果最好。

• 褪黑素引发对小麦种子萌发期和苗期抗旱性的影响

  李波，昝亚玲，杨青珍，王霞，孙晶

  为了解褪黑素对小麦种子萌发期和苗期抗旱性的调节作用，以小麦品种运旱20410为试验材料，测定和分析了不同浓度（10、50、100、300、500和800 μmol·L-1）褪黑素引发处理后在聚乙二醇（PEG）胁迫条件下小麦种子萌发指标和幼苗生长参数的变化。结果表明，在PEG胁迫条件下，10～800 μmol·L-1褪黑素引发增强了小麦种子发芽能力，缓解了PEG胁迫对幼苗生长发育的抑制作用，促进了种子萌发和植株生长。随着褪黑素浓度的升高，种子发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均呈先升后降趋势，以100 μmol·L-1褪黑素处理的种子发芽力和活力最强，引发效果最明显；各褪黑素处理的幼苗根长、株高和鲜重均显著大于对照（无褪黑素），但不同浓度褪黑素处理间无明显差异。10～300 μmol·L-1褪黑素引发提高了干旱胁迫下苗期植株抗旱性，加速脯氨酸积累的同时降低了丙二醛（MDA）含量，其中100 μmol·L-1褪黑素处理下叶片中脯氨酸和MDA积累量分别最高或最低。由此可见，褪黑素引发可增强小麦种子萌发期和苗期的抗旱性，以100 μmol·L-1褪黑素效果最佳。