麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2025年第2期

• 小麦TaPBF3-5D的基因克隆及生物信息学分析

  邓云颢，李鲁华，徐灵，王忠妮，洪鼎立，邰成江，徐如宏

  PBF因子是小麦胚乳特异基因表达调控蛋白因子之一，在调控小麦种子贮藏蛋白基因表达方面有着重要作用。本研究以小麦种质ZY96-3为材料，利用RT-PCR技术克隆获得TaPBF3-5D的CDS序列，对其进行了生物信息学和基因表达分析。结果表明，TaPBF3-5D基因CDS序列共有909 bp，编码302个氨基酸；其编码的蛋白为一个非跨膜的不稳定性亲水蛋白，无信号肽，共含36个磷酸位点；预测其定位于细胞核；通过系统进化树以及多重序列比对，TaPBF3-5D与来自于普通小麦中国春的PBF在亲缘性上更为接近。经荧光定量分析，TaPBF3-5D基因在根、茎、叶和籽粒中均有表达，以籽粒中表达最高，其次是叶和茎，根中表达最低。这进一步说明TaPBF3-5D基因参与调控小麦籽粒贮藏蛋白基因表达，调节籽粒发育。

• 新疆近40年春小麦品种(系)重要性状的遗传分析

  张景灿，徐其江，张永强，曾潮武，毕海燕，雷钧杰，陈传信，聂石辉，徐文修，李杰，陈慧

  为探究新疆近40年春小麦品种（系）重要性状的遗传规律，以1985-2024年审定的65份不同年代春小麦品种以及2个待审品系为材料，对小麦主要性状进行遗传变异、相关性、聚类及主成分分析，并进行综合评价。结果表明，不同品种（系）间农艺性状具有丰富的遗传多样性，67份小麦材料多样性指数在1.96~2.08，多样性指数整体较优，其中千粒重最大为2.08，穗下节长最小为1.96。穗粒数与株高、旗叶宽、旗叶面积和穗长均呈极显著正相关，与穗下节粗、旗叶长均呈显著正相关；千粒重与穗下节粗、旗叶宽均呈极显著正相关，与旗叶面积呈显著正相关。通过主成分分析将9个性状转化为3个主成分，累计贡献率达72.049%。结合3个主成分因子的贡献率权重，综合得分排名前10的材料依次为新春35号、新春45号、新春41号、新旱688、粮春1571、新春8号、新春20号、粮春1242、新春18号和新春16号，可作为优良品种推广种植。

• 大麦分枝穗突变体及其遗传研究进展

  王梦玥，李美玲，毛孝强，周洪斌，魏红霞，高洪铭，赵海云，罗振蒙，陈升位

  在大麦花序发育进程中分枝穗基因的功能已被成功抑制，通过基因突变可重新激活大麦分枝穗发育，并可导致小穗及其小花在分枝穗轴节上异位表达、单穗单花小穗增多、小花育性下降等。大麦分枝穗为隐性性状，受1对核基因控制。已报道的大麦分枝穗基因分布在Chr2HS、Chr3HL和Chr4HS上，属不同的转录因子基因家族，其遗传功能、表达模式和互作特性均存在差异。本文对已报道的大麦分枝穗突变体的创制方法、农艺性状与遗传特性，及其分枝穗基因的功能和表达特征等研究结果进行归纳，并探讨了大麦分枝穗突变体遗传研究需要解决的科学问题和应对策略。

• 燕麦皂苷合成积累的研究进展

  张丽娜，李嘉宁，霍滢睿，杨文平，高志强，杨珍平

  燕麦作为唯一同时积累三萜皂苷和甾体皂苷的禾谷类作物，具有多种药用功能和保健功能。本文通过系统概述国内外相关文献，对燕麦皂苷的相关研究进行综述。燕麦皂苷的构型及含量因器官组织和生长发育时期的不同而呈现出多样性，燕麦地下部分以三萜皂苷为主，而地上部分则以甾体皂苷为主。燕麦皂苷的合成和积累受品种基因型调控，同时也受环境因子和栽培措施的影响。通过梳理总结燕麦皂苷生物合成途径中的关键步骤，挖掘参与关键步骤的相关酶（如鲨烯环化酶、法尼基焦磷酸转移酶、糖基转移酶等），以促进燕麦的深度开发及利用。

• 长江中下游小麦新品系赤霉病和白粉病抗性评估与抗病基因检测

  汪尊杰，胡文静，高德荣，赵仁慧，张笑晴，徐瑶，王玲，陈甜甜，李东升，李韬，吴宏亚

  了解长江中下游麦区小麦的抗病育种现状，并鉴定筛选优异抗病品系，对近6年长江中下游麦区参加国家区域试验和江苏省区域试验的414个品系进行抗病鉴定，同时利用抗赤霉病基因Fhb1和抗白粉病基因Pm21/PmV的分子标记进行基因型分析。结果表明，在供试品系中，赤霉病抗性为抗（R）和中抗（MR）的品系分别占比10.1%和62.3%，其中扬15 9、扬17021、宁20419连续两年鉴定结果均为R。经系谱分析，抗病品系的亲本多为宁麦9号和扬麦158及其衍生品种。在供试品系中，白粉病抗性为免疫（IM）、高抗（HR）和MR的品系分别占比23.4%、1.9%和8.5%，其中扬15 9、瑞华麦505、盐麦0916、宁红1761、盐H1902、东麦1901连续三年鉴定结果均为IM。有15个品系的赤霉病和白粉病抗性同时为R或IM，可在小麦育种中作为后备亲本使用。经抗病基因分子标记鉴定，携有抗赤霉病基因Fhb1的品系有63个，其中88.0%品系的赤霉病抗性达到MR以上；赤霉病抗性为R的品系中仅35.7%被检测出携有Fhb1基因，赤霉病抗性为MR的品系中仅14.9%被检测出携有Fhb1基因； 143个品系携有Pm21/PmV基因，占供试材料的34.5%，其中有73个品系抗性鉴定结果为IM至HR。97个品系免疫白粉病，其中70.10%携有Pm21/PmV基因，其他品系的抗白粉病基因有待挖掘；10个品系同时携有Fhb1和Pm21/PmV基因，对两种病害的抗性均在MR以上，可直接作为抗源利用。长江中下游小麦抗病育种中，Pm21/PmV基因可继续使用, 将Fhb1基因与扬麦品种的赤霉病抗性基因相结合可进一步提高品系对赤霉病的抗性。

• 矮败小麦在新品种培育和种质创新中的应用进展

  赵丽娟，宋维富，杨雪峰，刘东军，仇林，宋庆杰，张春利，辛文利

  矮败小麦是显性核不育基因（Ms2）和显性矮秆基因（Rht-D1c）紧密连锁、具有表型遗传标记的特异种质，是群体改良和相关遗传研究的理想工具。利用其构建的育种技术体系在小麦育种实践中不断发展、创新和完善。该技术结合单倍体育种和分子标记辅助选择等手段，可快速培育具有目标性状的导入系，实现多个目标基因在优良遗传背景下的聚合和定向构建轮回选择群体，加快小麦重要性状的改良速度，对选育有突破性状的新品种及创制遗传背景丰富的优良育种材料有重要价值。

• 氮硫互作对冬小麦干物质积累和籽粒产量的影响

  董文楠，兰会杰，郝倩倩，秦保平，张敏，蔡瑞国，杨晴，李昊昱，杨敏

  为探明冀东地区氮硫肥对冬小麦干物质积累和籽粒产量的互作效应，选用冬小麦品种石农952为材料，通过裂区试验，以施氮量为主区［0 kg·hm-2（N0）、180 kg·hm-2（N1）、240 kg·hm-2（N2）和300 kg·hm-2（N3）］、施硫量为副区［82.5 kg·hm-2（S1）、112.5 kg·hm-2（S2）、142.5 kg·hm-2（S3）和172.5 kg·hm-2（S4）］，分析了不同处理下冬小麦旗叶叶绿素相对含量（SPAD）、叶面积指数（LAI）、干物质和氮素转运特性及籽粒产量的差异。结果表明，施氮量和施硫量显著影响冬小麦LAI和旗叶SPAD值。N1S2处理的开花期旗叶SPAD值最高，与N2S2和N3S2以外的其他处理差异显著；增施硫肥有利于冬小麦孕穗期LAI的提高，在各施氮水平下均以S2最高。施用氮硫肥对小麦花前干物质和氮素转运以及花后干物质和氮素积累均有显著影响，二者存在明显的互作效应。小麦籽粒产量为7 364.71~10 078.20 kg·hm-2，且随施氮量增加而显著增加，其中N2S3处理显著高于N0和N1水平下的各施硫处理，但与N2和N3水平下的其他施硫处理无显著差异。施硫量对籽粒产量和千粒重均无显著影响。综合来看，适量施用氮硫肥有利于冬小麦获得较高的旗叶SPAD值和LAI，增强叶片光合能力，促进花后干物质积累和花前氮素转运，最终增加冬小麦产量，其中施氮240 kg·hm-2和施硫82.5 kg·hm-2是本试验条件下最适宜氮硫肥用量组合。

• 磷肥后移对倒春寒下小麦主茎穗结实特性的影响

  吴兆晨，秦成磊，尹鹏程，孙铭赫，徐凯琳，郑宝强，陈翔，李金才

  为探究施磷模式对倒春寒下小麦穗部结实特性的影响，于2022-2023年选用抗倒春寒性弱的小麦品种新麦26和抗倒春寒性强的烟农19为供试材料，采用大田盆栽种植的方式，利用低温光照培养箱进行倒春寒模拟试验，分析了常温+磷肥全部基施、常温+50%磷肥后移、倒春寒+磷肥全部基施和倒春寒+50%磷肥后移处理下两个小麦品种的主茎穗结实特性。结果表明，与常温相比，倒春寒显著降低了新麦26和烟农19主茎穗结实粒数和单穗重，单穗结实粒数降幅分别为25.63%和23.43%，单穗重降幅分别为26.74%和20.65%，其中两个品种下部小穗的结实粒数降幅均最大（降幅分别为40.21%和31.91%）,结实粒数降幅最大的粒位分别为第3和第4粒位（降幅分别为40.00%和80.77%)。常温条件下，磷肥后移后两个品种主茎单穗重较磷肥全部基施分别提高了9.37%和19.48%，结实粒数分别提高了11.17%和8.45%，结实粒数增幅最大的小穗位分别为下部和上部小穗（增幅分别为30.93%和31.25%)，烟农19千粒重显著增加（增幅12.49%）。与磷肥全部基施相比，倒春寒危害下磷肥后移显著增加两个品种的主茎穗结实粒数和单穗重，结实粒数增幅分别为22.53%和14.20%，单穗重增幅分别为25.94%和10.96%，新麦26结实粒数增幅最大的小穗位和粒位分别为下部小穗和第3粒位（分别增加了101.72%和42.86%）；而烟农19结实粒数增幅最大的小穗位为上部小穗（增加73.68%）。综上所述，倒春寒会降低小麦主茎穗结实粒数和单穗重， 磷肥后移可通过提高主茎穗结实粒数和单穗重减轻倒春寒对小麦穗部结实的影响。

• 节水灌溉下减氮配施丛枝菌根真菌对旱地灌区小麦灌浆期光合生理及氮代谢的影响

  蒋长明，冉新民，叶万玉，陈云香

  为了解节水灌溉下减氮配施丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）在小麦生产中的应用效果，以春小麦品系兰大211为材料，通过裂裂区试验，在两个灌溉量（常规灌溉400 mm和节水灌溉280 mm）和3个施氮水平［常规施氮（250 kg·hm-2）、减施氮肥20%（200 kg·hm-2）和减施氮肥40%(150 kg·hm-2)］下设置AMF接种［菌种为摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae，FM）］和不接种处理，分析了不同处理间小麦灌浆期生长特性、光合生理、氮代谢过程以及产量的差异。结果表明，FM能够侵染小麦根系，并形成稳定的共生关系。与常规灌溉相比，节水灌溉下FM的菌根侵染率、丛枝着生率、侵入点位数和泡囊数均降低。与常规灌溉下常规施氮处理相比，节水灌溉下减氮20%并接种FM处理对小麦群体干物质积累量和叶面积无显著影响，株高和群体总茎数均下降；小麦叶绿素含量、叶绿素荧光参数以及气体交换参数与正常灌溉下常规施氮处理无显著差异，但显著高于节水灌溉下减氮40%和减氮40%并接种FM处理。与常规灌溉下常规施氮处理相比，节水灌溉下减氮20%并接种FM处理的小麦旗叶全氮含量、游离氨基酸含量和可溶性蛋白含量及氮代谢过程中硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酸丙酮酸转氨酶和谷氨酸合成酶活性均无显著差异。节水灌溉下减氮20%并配施FM处理小麦产量达7 786.0 kg·hm-2，与常规灌溉下常规施氮处理的产量无显著差异。本试验条件下，节水灌溉下减氮20%并配施FM能维持小麦灌浆期叶绿素含量以及光合作用，保持小麦氮代谢酶活性以及代谢产物含量，是旱地灌区节水、省肥、保持高产的绿色水肥管理模式。

• 耕作方式和生物炭用量对冬小麦产量、土壤氮碳的影响

  陈海情，张凯，黄超，王鹏飞，孟晔，安佳慧，刘栩辰，马守田，王兴鹏，刘战东

  为探讨旋耕和深松条件下生物炭施用量对冬小麦产量和土壤碳氮的影响，探寻冬小麦最佳耕作方式和生物炭施用量组合，2021-2023 年通过二因素随机区组试验，设置旋耕和深松两种耕作方式，以及0、4.5和9 t·hm-2三个生物炭施用水平，比较分析了不同处理间冬小麦产量和土壤碳氮的差异。结果表明，耕作方式和生物炭施用量对麦田土壤硝态氮残留量、总碳含量、全氮含量和微生物量碳、氮含量均有显著影响，两者的交互作用对土壤全氮含量和微生物量碳含量的影响分别在2022和2023年均达到显著水平。在0~20 cm土层，与旋耕相比，深松下土壤总碳含量和全氮含量分别提高13.9%和29.5%，同时深松对20~30 cm土层土壤微生物量碳、氮含量均有促进作用，使土壤硝态氮残留量显著降低8.5%。与不施生物炭相比，施用生物炭对0~30 cm土层土壤微生物量碳、氮含量均有促进作用，并减少0~50 cm土层土壤硝态氮残留量，使总碳和全氮含量增加22.4%和6.7%。在2022和2023年，深松下冬小麦产量较旋耕均显著增加，增幅分别为15.8%和12.0%，其中SSB2处理产量均最高。综合分析表明，深松+9 t·hm-2生物炭效果最好，是高产和提高土壤肥力的耕作与生物碳施用组合，可以应用推广。

• 基于植被指数特征优选的冬小麦叶片含水量估算

  马宇欣，胡笑涛，王亚昆，范晓懂，彭雪莲，孙骏，陈洪

  为进一步提升利用高光谱数据快速监测叶片含水量的能力，以关中地区冬小麦为研究对象，分别获取2022和2023年孕穗期、抽穗期及灌浆期冬小麦叶片含水量，并同步监测叶片高光谱信息。通过波段组合的形式构建植被指数，并利用相关性分析进行初步筛选，再以ReliefF算法优选得到输入特征变量，然后分别利用随机森林（random forest, RF）、长短期记忆（long short-term memory, LSTM）网络和基于粒子群（particle swarm optimization，PSO）优化的反向传播神经网络（back propagation neural network, BPNN）构建冬小麦叶片含水量估算模型，并进行精度评价。结果表明，通过相关性分析与ReliefF算法结合优选变量，能够较单独通过相关分析明显提升LSTM和PSO-BPNN模型的建模精度，但对RF模型则无法优化变量。相关性分析与ReliefF结合后PSO-BPNN模型在各生育时期均取得最佳预测结果，其中孕穗期、抽穗期和灌浆期验证集r2分别为0.816、0.736和0.806，RMSE分别为0.546%、0.899%和1.531%，NRMSE分别为0.681%、1.195%和2.185%。由此可见，在相关分析的基础上，通过ReliefF算法优选特征变量能够提升特定模型对冬小麦叶片含水量的估算精度，其中对PSO-BPNN模型的效果最好。

• 强筋小麦物质积累和产量形成对春季滴灌量的响应

  张灵鑫，李秉昌，张敏，毕经鑫，王文政，柳明阳，杨敏，蔡瑞国

  为筛选冀东地区强筋小麦春季适宜的滴灌量，选用中麦886和中麦998两个强筋小麦品种，在拔节期和开花期进行春季滴灌，设置每次灌水0、300、450、600和750 m3·hm-2共5个处理（分别用W0、W1、W2、W3和W4表示），比较分析了不同春季滴灌量下强筋小麦旗叶SPAD值、干物质积累与转运、籽粒灌浆速率、产量及其构成因素的差异。结果表明，强筋小麦花后旗叶SPAD值和籽粒灌浆持续时间均随滴灌量的增大而增加，干物质积累转运量和籽粒产量在0~600 m3·hm-2范围内对灌水量产生正向反应，当灌水量达到750 m3·hm-2时均显著降低。水分利用效率随灌水量的增加而降低。W3处理下，两个强筋小麦品种穗数、穗粒数、千粒重、产量均表现最优。综合考虑籽粒产量和水分利用效率，冀东地区强筋小麦拔节期和开花期滴灌量以每次600 m3·hm-2为最佳。

• 滴灌次数和滴水量对春小麦产量和水分利用的影响

  邵雪志，吴强，康健，王砚涵，李赛如，张永平

  为探明河套灌区春小麦适宜的高产节水滴灌措施，以巴麦13号为供试材料，在田间设置裂区试验，主区为滴灌次数，副区为3个滴水量（300、450、600 m3·hm-2），以畦灌模式为对照，分析不同滴灌次数和滴水量处理下小麦耗水特性、产量形成及水分利用效率的差异。结果表明，土壤蒸发量从播种—拔节期明显增加，拔节期—灌浆期逐渐减少，灌浆期—成熟期明显增加；小麦生育期耗水量呈先升后降趋势，在分蘖期—拔节期达到最大。随滴灌次数和滴水量的增加，蒸发量和耗水量逐渐增加，小麦产量呈先增后降趋势。相较于对照，少量多次滴灌可显著降低土壤蒸发量和耗水量。生育期滴灌6次、每次300 m3·hm-2处理的灌水量较对照减少50%，耗水量降低了26.3%；产量和水分利用效率则分别提高16.3%和57.6%，差异均显著。河套灌区滴灌小麦高产、高效生产的适宜灌溉措施为分蘖期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆初期、灌浆中期进行滴灌，每次滴水量300 m3·hm-2。

• 基于无人机图像和SHAP特征筛选的小麦田间产量预测方法研究

  朱志畅，葛焱，臧晶荣，李庆，金时超，徐焕良，翟肇裕

  为了探寻适宜的小麦产量预测模型并提高其精度，从冬小麦灌浆期的无人机多光谱和RGB图像中提取了14种光谱参数和28种形态参数作为特征变量，利用线性回归、随机森林、神经网络等10种机器学习方法构建小麦田间产量预测模型，并比较了模型间预测能力的差异；同时，引入机器学习事后可解释性方法SHAP对输入的特征变量进行重要性分析和筛选，了解其提高模型预测能力的效果。结果表明：（1）10种机器学习模型中，误差逆传播神经网络BPNN的产量预测表现最好（r2=0.826，RMSE=0.094 t·hm-2）；（2）根据SHAP确定的特征变量重要性排序，花青素反射指数ARI和三维冠层体积Volume对于预测结果的影响最大，占全部特征重要性总和的45.48%；（3）经过SHAP特征筛选后，确定了在BPNN产量预测模型上表现最优的9个特征变量，其预测结果r2为0.865，RMSE为0.075 t·hm-2， 比使用全特征的BPNN和事前Pearson相关性分析方法在预测精度上均有提升。因此，在优选产量预测模型基础上，可采用SHAP机制对特征变量的重要性进行筛选和分析，以此进一步提高田间小麦产量预测精度。