麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2024年第8期

• 小麦TaLEA_4-1D基因的克隆及功能验证

  刘金轲，刘玉秀，郭娇娇，张治惠，耿强，赵常乐，杨群慧，武军

  干旱胁迫是影响小麦生长和产量的主要因素之一。胚胎发育晚期丰富蛋白（LEA）能够响应多种非生物胁迫，在提高植物抗逆性方面发挥重要功能。为了探索LEA蛋白在小麦抵御干旱胁迫中的作用，本研究通过对小麦耐旱材料H611干旱胁迫前后的RNA-seq数据进行分析，筛选出10个TaLEA蛋白基因；克隆了TaLEA_4-1D基因，并对其进行生物信息学分析、表达分析和亚细胞定位，同时构建TaLEA_4-1D过表达拟南芥株系进行功能验证。结果表明，TaLEA_4-1D编码214个氨基酸，含有一个LEA_4保守结构域，蛋白分子量为21.97 kD，等电点为8.89，是亲水的稳定蛋白；二级结构和三级结构预测表明，此蛋白主要由α-螺旋（85.98%）和无规则卷曲（11.21%）组成。顺式作用元件分析发现，TaLEA_4-1D含有多个与植物激素诱导、生长发育和逆境胁迫响应相关的顺式调控元件。系统进化树分析显示，TaLEA_4-1D基因与节节麦、大麦、二穗短柄草、水稻等的LEA亲缘关系较近；亚细胞定位显示该蛋白位于细胞核和细胞质中。干旱胁迫下，过表达TaLEA_4-1D转基因拟南芥根长显著增加，其对干旱胁迫的耐受性增强，过表达植株表型优于野生型。

• 野生二粒小麦粒重相关基因GW2的克隆及其单倍型分析

  王利，魏新雨，杨文琪，贾彦哲，李冰冰，吕树作，聂小军

  野生二粒小麦作为普通小麦A、B基因组供体，具有遗传类型多、变异丰富，以及粒重、粒大、抗病、耐逆等优良特性，一直是小麦遗传改良重要的种质资源和基因库。GW2（grain width 2）基因是调控水稻、小麦等谷类作物籽粒重量和宽度的关键基因，对高产育种具有重要价值。为了明确野生二粒小麦GW2基因的遗传变异，挖掘其优异单倍型，本研究克隆了野生二粒小麦的GW2基因并进行了序列特征和基因结构等分析。结果显示，在野生二粒小麦中，GW2基因具有A和B两个同源拷贝，分别命名为TdGW2-A和TdGW2-B，两者均编码一个425 aa的蛋白序列，并具有一个Ring结构域。基于公共数据库的重测序数据分析发现，野生二粒小麦、栽培二粒小麦和硬粒小麦的GW2-A/GW2-B的π值分别为0.297 239/0.332 527、0.295 072/0.296 317和0.264 839/0.198 636，推测两个同源拷贝在四倍体小麦驯化过程中均发生了遗传瓶颈效应，其B拷贝受到的瓶颈效应更强。单倍型分析发现，TdGW2-A和TdGW2-B分别具有4种单倍型;栽培二粒小麦和硬粒小麦A拷贝具有5种单倍型，B拷贝只有3种单倍型;3种四倍体小麦的GW2-A和GW2-B主要单倍型占比分别为58%/63%、65%/83%和77%/67%，暗示驯化和人工选择趋向于主要单倍型。本研究克隆了野生二粒小麦粒重基因GW2并初步分析了其在四倍体小麦中的遗传分化和单倍型，为进一步挖掘野生二粒小麦粒重优异单倍型和功能性分子标记开发奠定了基础。

• 不同类型燕麦种质蛋白质形成的生理机制分析

  杨澳，刘景辉，米俊珍，李英浩，赵宝平，王莹，王千军

  为探究不同燕麦种质资源蛋白质含量的生理差异，以高蛋白燕麦种质A34和低蛋白燕麦种质B23为材料，采用大田试验分析了籽粒蛋白质含量及花后相关代谢酶活性的动态变化规律。结果显示，种质资源A34和B23籽粒蛋白质含量在开花后的变化规律相似。与B23相比，A34的旗叶谷氨酰胺合成酶活性在花后5~15 d显著降低，花后20~30 d显著升高；花后5~30 d，A34旗叶的硝酸还原酶、丙酮酸磷酸二激酶、谷氨酸合成酶、天冬酰胺合成酶活性以及游离氨基酸含量显著升高，籽粒谷氨酸丙酮酸转氨酶活性和可溶性糖含量显著降低。这表明种质资源A34通过调控叶片和籽粒蛋白质相关代谢酶活性促进籽粒蛋白质的积累。

• 黄淮南部地区小麦品种矮秆基因的组成及其对茎秆特性的影响

  刘晓宇，禹海龙，裴星旭，梁秋芳，岳超，程西永，许海霞，詹克慧

  为研究矮秆基因及其组合对小麦茎秆特性的影响，以黄淮南部地区490个小麦品种（系）为材料，采用分子标记检测了小麦矮秆基因Rht-B1b、Rht-D1b、Rht8、Rht9、Rht12和Rht24，并连续2年测定了小麦株高、重心高度、节间长度、直径、折断力等茎秆特性，分析了矮秆基因的组成及其对茎秆特性的影响。结果表明，在490份材料中，携带Rht-B1b、Rht-D1b、Rht8、Rht9、Rht12和Rht24的材料分布频率分别为7.25%、92.24%、39.18%、42.86%、72.65%和95.31%，共得到了40种基因组合，其中分布频率较高的组合有Rht-D1b+Rht9+Rht12+Rht24(20.2%)、Rht-D1b+Rht12+Rht24（19.8%）、Rht-D1b+Rht8+Rht12+Rht24（16.3%）、Rht-D1b+Rht8+Rht9+Rht12+Rht24（8.4%）、Rht-D1b+Rht24（7.3%）、Rht-D1b+Rht9+Rht24（6.5%）、Rht-D1b+Rht8+Rht24（4.7%）和Rht-D1b+Rht8+Rht9+Rht24（3.9%）。矮秆基因对降低小麦株高的效应大小依次是Rht-D1b、Rht9、Rht8、Rht12和Rht-B1b，且基因间存在累加效应，但Rht8与Rht9或Rht12结合不能起到明显的降秆作用。基因组合Rht-D1b+Rht9+Rht12+Rht24对降低茎秆重心高度和基部前3节间长度以及增强基部前3节间折断力的效应最大，基因组合Rht-D1b+Rht8+Rht9+Rht24对降低穗下节长度的效应最大，基因组合Rht-D1b+Rht8+Rht12+Rht24对增大茎秆基部前3节间直径的效应最大。矮秆基因可以有效降低小麦的株高和重心高度，缩短基部第2、3节间长度，提高基部前3节间直径和折断力，可作为小麦的抗倒伏育种的重要依据。

• 河南省小麦品种（系）粒重相关基因等位变异的鉴定与分析

  董海滨，任伟，韩留鹏，昝香存，赵明忠，王松峰，高崇，张煜

  小麦粒重是影响小麦产量的重要因素之一，培育高粒重品种是小麦育种的重要目标之一。本研究以395份河南省小麦品种（系）为材料，结合2021-2023连续两年千粒重测定结果，利用分子标记技术对其粒重相关基因（TaCwi-A1、TaSus2-2B、TaGw8-B1、TaGS-D1）的等位变异进行了鉴定，分析4种粒重基因不同等位变异及其不同组合类型对千粒重的影响。结果表明，TaCwi-A1、TaSus2-2B、TaGw8-B1和TaGS-D1位点在供试材料中均存在2种等位变异，共具有15种不同粒重等位基因组合类型。综合分析不同粒重等位基因及其组合类型与千粒重关系，等位基因TaSus2-2Ba对粒重的正向作用效应显著，而等位基因TaCwi-A1a和TaGS-D1a分别对粒重的正向效应不显著。TaCwi-A1b+TaSus2-2Ba+TaGS-D1b+TaGw8-Bla、TaCwi-A1a+TaSus2-2Ba+TaGS-D1a+TaGw8-B1a、TaCwi-A1b+TaSus2-2Ba+TaGS-D1a+TaGw8-B1a这3种基因组合类型为小麦高粒重优势基因型。

• 不同大麦品种籽粒营养成分分析

  罗平，杨晓梦，普晓英，李霞，杨丽娥，杨砚斌，杨加珍，曾亚文

  为发掘更多高营养成分大麦品种和优质亲本，以526份国内外大麦品种为材料，鉴定了其皮裸性、棱型、籽粒颜色等性状，使用近红外光谱法和分光光度法测定其籽粒β-葡聚糖、蛋白质、淀粉、直链淀粉、总黄酮、生物碱、γ-氨基丁酸和抗性淀粉8种营养成分含量。结果表明，基因型对大麦籽粒营养成分含量影响显著（P＜0.05）。二棱皮大麦的β-葡聚糖含量显著高于六棱裸麦；二棱黄色大麦蛋白质含量显著高于六棱非黄色大麦，淀粉含量显著低于六棱黄色大麦；裸大麦直链淀粉含量显著高于皮大麦，六棱非黄色裸大麦γ-氨基丁酸、总黄酮含量显著高于二棱黄色皮大麦；六棱非黄色皮大麦生物碱含量显著高于二棱黄色裸大麦；非黄色裸大麦抗性淀粉含量显著高于黄色皮麦。526份大麦品种被聚类为5个类群。8个营养成分最高大麦品种分别为CBSS05Y00293S（高β-葡聚糖）、福贡白青稞（高蛋白质）、云啤21号（高淀粉）、云啤10号（高直链淀粉）、宽颖大麦（高γ-氨基丁酸）、冬青17号（高总黄酮）、碧江大麦-1（高生物碱）和景东米大麦（高抗性淀粉）。

• 小麦小孢子培养影响因素研究

  付亮，徐鹏亮，李洋，周思远，范永胜，马华平，郭战备，李永珍，蒋志凯，胡卫国

  为优化小麦小孢子培养技术，建立实用化的小麦小孢子培养技术体系，以冬小麦品种新麦35和西农059及春小麦品种Bobwhite为供试材料，研究了预处理方式和不同分离液对小麦小孢子活力及形成胚性小孢子的影响，并对不同培养密度下小孢子形成愈伤组织的诱导率进行分析，比较了两种分化培养基对胚状体和愈伤组织分化率的影响。结果表明，与高温加甘露醇预处理相比，对麦穗进行低温预处理12 d的胚性小孢子数量多，小孢子活力最高；采用NPB-99培养基作为小孢子分离液不影响梯度离心，得到的小孢子活力较高，活力小孢子比率达31.96%，远高于单一甘露醇分离液和NPB-99无机盐分离液的3.62%和4.59%；小孢子培养密度为0.5×104个·mL-1时诱导产生的愈伤组织较多，诱导率为60.22%；在GEM培养基上愈伤组织分化率相对较高，分化率为6.80%。因此，低温预处理12 d的麦穗以NPB-99培养基作为小孢子分离液操作简单、效果好，小孢子培养密度对胚状体/愈伤组织诱导率具有显著性影响，基因型对愈伤组织诱导率和分化率具有极显著影响，培养基对分化率有显著影响。

• 代谢组分析青稞芳香族酚胺响应白粉病胁迫

  黄昱箫，黄思曙，占传松，刘贤青，许从萍，曾兴权，罗杰

  大麦专化型白粉菌（Blumeria graminis f. sp. hordei，Bgh）引起的白粉病对青稞的产量和质量造成了严重影响。本研究采用广泛靶向代谢组学技术，对青稞品种G72（白粉病敏感型）和K69（白粉病高抗型）进行了分析，旨在探究青稞抵御白粉病的相关代谢物途径。结果表明：共鉴定出406种代谢物，包括氨基酸衍生物、黄酮类化合物、酚胺、苯丙烷、脂类、有机酸、核苷酸等次生代谢物；主成分分析（PCA）显示，高抗品种和易感品种在白粉菌侵染后的代谢物积累模式存在差异； KEGG富集分析表明，与G72相比， K69在苯丙烷和类黄酮等生物合成途径上代谢物显著富集；在白粉菌接种24 h后，高抗性青稞品种K69和大麦品种WDM00496在类黄酮途径中的代谢物含量均显著提高，而K69的酚胺类化合物，尤其是芳香族酚胺的积累显著增加。外源喷施芳香族酚胺的实验发现，芳香族酚胺的积累可以增强青稞抵御白粉菌侵染的能力。综上所述，芳香族酚胺是青稞抗白粉病的关键代谢物，其在白粉菌的诱导下积累，从而增强了青稞的抗白粉病能力。

• 高温干旱复合胁迫下冬小麦叶片和冠层尺度SIF与光合作用的关联变化特征研究

  王超，李萌，褚荣浩，商东耀，成林，薛昌颖

  为探究高温干旱复合胁迫下叶片和冠层尺度日光诱导叶绿素荧光（solar-induced chlorophyll fluorescence，SIF）与植物光合作用的关系，开展冬小麦高温干旱复合胁迫田间试验，共设置三种水分条件\[严重干旱（50%~60%田间持水量）、轻度干旱（65%~75%田间持水量）和正常供水对照组（80%~90%田间持水量）\]和三个温度水平（半包式增温、全包式增温和大田环境温度对照组），分析不同胁迫处理下冠层和叶片尺度SIF、冠层总初级生产力（gross primary productivity，GPP）和叶片净光合速率（net photosynthetic rate，Pn）的日变化和季节变化特征，探讨小麦叶片SIF与Pn和冠层SIF与GPP之间的关联性。结果表明，高温干旱复合胁迫下日尺度和季节尺度叶片和冠层SIF总体均呈现出单峰型变化特征，季节尺度冠层SIF对干旱胁迫的响应比叶片SIF明显，且高温干旱复合胁迫对叶片和冠层SIF的影响均大于单一高温或干旱胁迫。Pn和GPP总体分别呈现出双峰型和单峰型变化特征。高温干旱复合胁迫下叶片SIF与Pn的相关性（R2=0.42）小于冠层SIF与GPP的相关性（R2=0.52），随着单一胁迫的增强，二者之间的相关性逐渐降低，且干旱胁迫对二者关系以及Pn和GPP的影响均大于高温胁迫。此外，环境变量中温度对SIF与Pn关系的影响最大，其次是饱和水汽压差（vapor pressure deficit，VPD），光合有效辐射（photosynthetic active radiation，PAR）影响最小，且SIF与Pn之间的相关性随温度的增加逐渐降低，随VPD的增大先降后升，随PAR的增加先升后降。高温干旱复合胁迫下冠层和叶片SIF大小与植物光合作用强弱有一定关联性，并受环境变量影响。

• 不同硝态氮水平下钙对小麦根系发育的影响

  王盛锋，陈磊，江华波，高丽丽，乙引，汪洪

  为探讨不同硝态氮供应水平下外源钙对小麦根系生长发育的影响，通过水培实验，在不同浓度硝态氮（0、2.5、50.0 mmol·L-1）下设置0 mmol·L-1 CaCl2（缺钙）、2 mmol·L-1 CaCl2（正常供钙）和2 mmol·L-1 CaCl2+6 mmol·L-1 EGTA（Ca2+螯合剂）三个外源钙梯度，比较分析了不同处理下小麦地上部鲜重及根系长度、表面积等形态指标的差异。结果表明，与2.5 mmol·L-1硝态氮处理相比，0和50 mmol·L-1（高浓度）硝态氮供应下，小麦地上部鲜重、侧根长度、根系表面积、根系体积均明显减少，根系生长受到抑制。无硝态氮(0 mmol·L-1)供应下，缺钙与EGTA施用对小麦根系侧根长度、侧根总数、次生根数、平均侧根长度均无明显影响。在硝态氮供应条件下，缺钙与EGTA施用后小麦根系伸长受抑，初生根长度、侧根长度、根系总长度均显著变短；一、二级侧根数及侧根总数和根系表面积均明显减少；直径>0.45 mm的根系所占比例增加，根系变粗。缺钙和添加EGTA对小麦根系生长发育影响表现一致。综合分析，硝态氮供应水平对小麦根系生长发育具有重要调控作用，外源钙可能参与了硝态氮的这一生物学功能。

• 磷肥种类及施磷水平对冬小麦生长发育和土壤磷库的影响

  牛帅帅，郭大勇，杜鹃，周子琪，刘海燕，刘雪涛，沈艺歌，杜金磊，陈丰，李亚娟

  为了探讨石灰性土壤上两种肥效较好的磷肥聚磷酸铵（APP）和磷酸一铵（MAP）在不同施磷水平上对冬小麦苗期生长发育和土壤磷库的影响，采用盆栽试验，设置P2O5 0、30、60、90、120和150 mg·kg-1六个施磷水平，分析了不同施磷水平下两种磷肥间小麦分蘖数、地上部植株干重、植株磷含量以及土壤速效磷和无机磷含量等指标差异。结果表明，施用APP和MAP条件下土壤速效磷含量与施磷量之间均呈线性正相关。在P2O530~120 mg·kg-1施磷范围，施用APP的土壤速效磷含量均高于施用MAP。土壤Ca2-P含量与施磷水平及土壤速效磷含量均呈显著正相关（P＜0.05）。与不施磷肥相比，施用APP和MAP均显著增加冬小麦的分蘖数、生物量和磷素吸收量。通过对生物量（y）和施磷水平（x）进行线性加平台的函数拟合分析，最大生物量时APP和MAP的P2O5施用量分别为90.53和97.34 mg·kg-1。施用MAP和APP的冬小麦分蘖数显著高于不施磷处理，APP的施用量与冬小麦分蘖数呈线性正相关，在P2O560 mg·kg-1以上水平下施用APP的冬小麦分蘖数均有高于施用MAP的趋势；两种磷肥下冬小麦的植株磷含量和磷吸收量与施磷水平均呈显著线性正相关（P＜0.01），施用APP的冬小麦植株磷含量和磷吸收量均高于施用MAP且在P2O5150 mg·kg-1水平下差异显著。由此可见，本试验条件下APP和MAP的P2O5最适施用量分别为90.53和97.34 mg·kg-1，此时土壤速效磷含量分别为30.71 和30.27 mg·kg-1。相比于施用MAP，施用APP对冬小麦植株磷含量、磷吸收量和土壤速效磷含量的提高效果更佳，肥效更好。

• 基于GF 1卫星影像数据融合的冬小麦田空间信息提取

  韩振强，毛星，李卫国，李伟，马廷淮，张宏，刘力源

  为给高标准农田建设规划和粮食安全生产措施的制定提供准确信息，在对国产GF-1/PMS卫星影像进行辐射定标、大气校正、几何校正和裁剪等预处理的基础上，经过影像融合提取了高标准麦田多地物的点像元光谱信息，通过分析不同地物光谱特征，利用波段反射率、归一化差值植被指数（NDVI）和差值植被指数（DVI）构建植被光谱特征指标阈值，进而对冬小麦田及非麦田进行分类，以获取高标准麦田的空间分布信息。结果表明，光谱特征指标选择BR4＞0.3、NDVI＞0.619和DVI＞0.317，可以较准确地从影像中识别出冬小麦田，并减少田间道路被误判为冬小麦田像元。在非麦田分类中，选择BR3＞0.15和BR4＞0.2，可将建筑用地与河流（沟渠）区分开。利用田间样方统计面积和遥感提取面积进行精度验证，总体精度可达97.33%，说明通过中、高空间分辨率遥感数据融合，结合多重光谱特征指标建立合理的分类阈值，可以准确提取冬小麦田及非麦田的分布信息。

• 基于植被指数融合的无人机冬小麦LNC反演

  愿彬彬，汪洋，武红旗，康镱梁，谷海斌，骆俊腾，王帅帅

  为了解无人机遥感平台用于快速、准确地监测冬小麦叶片氮含量（LNC）中的可行性，利用无人机遥感平台获取新疆喀什地区新疆农业科学院小麦育种基地冬小麦冠层光谱图像，分析和筛选可见光植被指数、多光谱植被指数与LNC的相关性，建立融合植被指数，比较多元线性回归（MLR）、逐步线性回归（SMLR）、随机森林回归（RF）在冬小麦各生育时期对叶片氮含量的适用性，筛选最优冬小麦叶片氮素含量估测模型。结果表明，小麦LNC与可见光植被指数（ExR、IKAW、VARI )、多光谱植被指数（RVI、RDVI、MSR、NDRE、RERDVI）、融合植被指数（ExR×RERDVI、IKAW×RERDVI和VARI×RERDVI）具有较高相关性，遥感监测效果在抽穗期最佳，灌浆期次之，成熟期最差。以融合植被指数作为自变量，采用随机森林回归模型构建的LNC估测模型在抽穗期的预测精度最佳，建模r2、RMSE和nRMSE分别为0.866、0.95 g·kg-1和6.23%，模型验证r2、RMSE和nRMSE分别为0.71、1.61 g·kg-1和10.83%。这说明基于无人机遥感平台利用融合植被指数能够实现对冬小麦LNC的快速、准确估测。

• 锰元素影响小麦生长发育、产量和品质的研究进展

  王佳惠,李旭光,张弛,王鑫鑫,王红,张瑞芳

  锰元素对小麦生长、产量及品质形成有重要作用。合理施用锰肥对小麦有明显的增产提质效果。本文总结了近年来关于锰元素对小麦影响的相关研究结果，阐述了锰元素的生物学功能，对小麦生长发育、产量及品质的影响，小麦锰含量的影响因素以及锰肥合理施用方法，探讨了锰元素对小麦生长发育的影响机制以及限制因子，旨在为小麦高产优质栽培中合理施锰提供参考。