麦类作物学报杂志

麦类作物学报杂志2026年第3期

• 小麦PLD基因家族鉴定及其表达分析

  董海滨，郝向阳，付一涵，齐学礼，张煜，胡琳，许为钢

  磷脂酶D（PLD）作为一类重要的脂质代谢酶，广泛参与信号转导、膜结构重塑、逆境响应等生理过程，尤其在植物免疫防御和非生物胁迫中扮演关键角色。为了解小麦PLD家族成员的功能，利用全基因组扫描结合保守结构域分析对小麦PLD基因家族成员进行鉴定并进行系统发育分析,同时通过转录组数据对其表达模式进行了全面分析。结果表明，在小麦中共鉴定出51个TaPLD基因，这些基因可分为α、β、φ、δ、κ、ζ 共6个亚族，其中α亚族成员最多，且序列保守性最高；每个TaPLD蛋白中至少包含1个HKD（His Lys Asp）基序（PLD特征结构域）；大多数TaPLD被预测定位于细胞质，少数定位于叶绿体、内质网或液泡。TaPLD基因主要分布在1号、5号、7号染色体上，其在小麦基因组内部、物种间存在多种基因复制现象。通过转录组数据分析，11个TaPLD基因在花药中特异性表达，接种小麦壳针孢菌、白粉病菌和条锈病菌后，TaPLDα9、TaPLDα10、TaPLDα11、TaPLDβ5等多个基因被诱导表达。低温处理后，TaPLDζ1、TaPLDζ2和TaPLDζ3显著上调表达。干旱和高温处理后，TaPLDα9、TaPLDα10、TaPLDα11显著上调表达，干旱处理后这3个基因的相对表达量更高。本研究首次预测了小麦PLD基因的分子特征及其在小麦生长发育、免疫防御和非生物胁迫中的作用，可为小麦生长发育、抗病和抗逆分子机制研究提供新视角。

• 冬小麦TaIPT9A基因的克隆及抗寒功能分析

  宋慧珊，孙晨，刘亚赟，孙青川，张达

  细胞分裂素（CKs）在植物生长发育和逆境应答中发挥重要的调控作用，异戊烯基转移酶（IPTs）是CKs生物合成的重要限速酶。为了探究小麦IPT编码基因在植物低温胁迫应答中的作用，从强抗寒冬小麦品种东农冬麦1号（Dn1）分蘖节中克隆了TaIPT9A基因（TraesCS7A02G560300），对其进行生物信息学分析、低温下启动子活性分析，并采用农杆菌介导法将其转入水稻冷敏感品种龙粳11中，对创建的含有TaIPT9A的株系的抗寒功能进行初步分析。结果表明，TaIPT9A基因的CDS为1 362 bp，编码453个氨基酸；小麦与粗山羊草IPT蛋白亲缘关系最近；TaIPT9A启动子区含有响应低温、光、ABA、MeJA等顺式作用元件，TaIPT9A启动子活性受低温诱导。与野生型相比，过表达TaIPT9A基因水稻的叶片在低温胁迫下更翠绿、生长状态更好；叶片的脯氨酸（Pro）含量、过氧化氢酶（CAT）活性、抗氧化酶相关基因（OsCATC、OsSOD1、OsSOD2和OsAPX1）及抗寒相关基因（OsCATC、OsDREB1A）的表达量显著提高。这说明TaIPT9A基因增强了水稻幼苗的抗寒性。

• 国家黄淮旱地审定小麦品种农艺和品质性状演变规律

  邬志远，张俊灵，闫金龙，冯丽云，张东旭

  为进一步探讨国家黄淮旱地小麦品种演变规律，以2006-2023年国家审定的67个黄淮旱地小麦品种为试验材料，对其主要农艺性状（株高、有效穗数、穗粒数、千粒重、产量）和品质性状（蛋白质含量、湿面筋含量、稳定时间、容重、吸水率）进行变异分析、线性分析、相关性分析、通径分析和聚类分析。结果表明，2006-2023年国家审定的67个黄淮旱地小麦品种指标中，稳定时间变异系数最大，为72.31%，其他农艺和品质性状变异系数较小（2.23%~14.37%）。随时间推移，株高、千粒重呈逐渐降低趋势，年均分别下降0.21 cm和0.03 g；穗粒数、有效穗数和产量均呈稳步上升趋势，年均分别增长0.11粒、4.71×104穗·hm-2和28.73 kg·hm-2；蛋白质含量和湿面筋含量呈逐年下降趋势，年均分别下降0.04%和0.03%；稳定时间、容重和吸水率呈缓慢递增趋势，年均分别增长0.2 min、1.48 g·L-1和0.04%。经相关性分析，产量与千粒重、穗粒数和有效穗数呈显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）正相关，株高与产量呈显著负相关，蛋白质含量与湿面筋含量呈极显著正相关，容重与吸水率呈显著正相关。通过通径分析，对产量的直接贡献大小表现为有效穗数（0.488）＞千粒重（0.356）＞穗粒数（0.303）＞株高（-0.069）。按照品质指标将67个品种分为4类，第I类品种的稳定时间和容重表现最优；第II类品种的吸水率、湿面筋含量和蛋白质含量均值最高；第Ⅲ类品种数量最多，其蛋白质含量和稳定时间均值在4个类群中最低；第Ⅳ类品种容重最低。综上所述，黄淮旱地小麦育种需在适当降低株高的前提下，通过增加有效穗数、穗粒数和千粒重提高产量，并注重品种品质提升，实现高产优质。

• 青稞籽粒硬度基因HvHinb-1鉴定及其表达特性分析

  郭凤贵，彭雅婷，王燕，谢润东，姚有华，姚晓华

  为获得青稞籽粒硬度相关基因HvHinb-1的优异基因型，选取硬度差异显著的青稞品种苏马（硬度值：14.66±1.55）和南木林（硬度值：21.42±1.83），通过PCR克隆并测序获得HvHinb-1基因序列，分析不同基因型序列特征、蛋白理化性质及表达模式；分析HvHinb-1在21份硬度不同的青稞品种的分布及基因型,并利用实时荧光定量PCR（qRT-PCR）技术检测HvHinb-1在籽粒发育不同阶段（乳熟早期、中期和晚期）的表达量。结果表明，从青稞品种苏马和南木林中均可克隆到HvHinb-1基因，其编码蛋白序列一致性为98.64%，存在2个氨基酸差异。HvHinb-1为亲水性碱性蛋白，等电点8.69，分子量16.12~16.14 kDa，二级结构组成以α-螺旋和无规卷曲为主。经系统进化分析，青稞与大麦HvHinb-1亲缘关系最近。在12份硬度较小（硬度：9.04~15.04）青稞材料中，HvHinb-1的氨基酸序列在第78和94处为H，9份硬度较大（硬度：18.93~22.76）青稞材料中，其氨基酸序列在第78和94处为Q。通过qRT-PCR分析，在乳熟早期籽粒中，HvHinb-1在苏马中的表达量显著高于南木林，而在乳熟中期，在南木林中表达量极显著高于苏马，说明该时期可能是籽粒硬度形成的关键阶段。

• 基于营养品质性状的青稞核心种质构建

  卢露，徐金青，王蕾，甘雅文，王寒冬，陈同睿，边海燕，王一航，唐有林，尤恩，扎西罗布，沈裕虎

  青稞是青藏高原地区极具经济与生态价值的农作物，构建基于营养品质的核心种质资源库，对于推动青稞种质遗传改良与资源高效利用具有重要意义。本研究选取286份青稞种质资源，基于总黄酮含量等15个品质性状，结合2种遗传距离、3种取样方法、7种取样比例、8种聚类方法的多维组合策略，构建青稞核心种质子集。通过对比各种质子集的均值差异率、方差差异率、极差符合率和变异系数变化率，以均值差异率小于20%，且方差差异率、极差符合率和变异系数变化率越大越好的原则，筛选出构建青稞核心种质的最优取样策略为欧式距离、多次聚类偏离度取样法、10%取样比例、最短距离法，构建了含有28份基于营养品质性状的青稞核心种质库。进一步分析原始种质与所筛选的核心种质在15种营养品质性状上的关键统计参数，包括均值、方差、极差、变异系数和多样性指数，通过主成分分析和聚类分析验证了采用此方法所构建核心种质的代表性。结果表明，核心种质的15个营养品质性状均值与原始种质均无显著差异，各性状的方差均不低于原始种质；核心种质的平均多样性指数符合率达到93.12%；通过主成分检验，核心种质累计贡献率为82.04%，原始种质累计贡献率为64.34%；通过聚类分析将28份核心种质划分为五个类群。本研究构建的核心种质具有较强的异质性，在较好保留原始种质的大部分遗传信息的同时能有效代表原始种质，可用于青稞营养品质研究，促进种质资源高效利用。

• 新疆春小麦氮高效品种筛选与氮效率评价

  吴定平，任毅，程宇坤，白斌，雷斌，耿洪伟

  为探索新疆春小麦成熟期氮效率评价方法与指标，筛选氮高效种质资源，以期为小麦氮高效品种的选育提供参考。以适宜新疆广泛种植的20个春小麦品种为研究对象，设置0 kg·hm-2（N0）、100 kg·hm-2（N1）、200 kg·hm-2（N2）、300 kg·hm-2（N3）共4个施氮水平，测定不同施氮水平下小麦成熟期茎干重、叶干重、穗重、穗粒数、千粒重、籽粒产量、株高、叶绿素含量等11个性状，利用主成分分析法、隶属函数法对小麦品种进行综合评价并划分氮效率类型。结果表明，与N2、N3处理相比，N0、N1处理下小麦成熟期株高降低、茎叶细小且籽粒产量降低；N0、N1处理下多数指标的变异系数均大于N2、N3处理。相关性分析显示，4个施氮水平下茎干重与穗重、穗粒重均呈显著正相关；单位面积穗数与茎干重、穗重、穗粒重、千粒重均呈显著负相关。两年在4个施氮水平下分别提取4个主成分，其累计贡献率为75.63%~82.20%。根据不同氮水平下氮效率综合值（G）的大小将供试小麦品种分为氮高效型、氮低效型、低施氮量氮高效型、高施氮量氮高效型4类。综合氮效率综合值与籽粒产量，筛选出核春137、粮春1242、粮春1354、新春38号、新春47号、新春48号和新春6号共7个高产氮高效型品种。

• 播种方式和施氮量对小麦群体干物质和氮素积累及垂直分布的调控效应

  叶杨春，李乔，马瑞琦，徐哲莉，刘希伟，李辉利，王艳杰，邱红伟，王德梅，雷钧杰，张永强，杨玉双，赵广才，常旭虹

  为明确播种方式与施氮量对小麦群体干物质、氮素积累与再分配及其垂直分布的影响，于2022—2024年在石家庄市农林科学研究院赵县实验基地开展裂区试验,以冬小麦品种轮选103为材料，主区设立体匀播和常规条播，副区设0、180、240和300 kg·hm-24个施氮量,开花期与成熟期对植株地上部按冠层自上而下每隔20 cm分层（H1~H4），测定不同器官干物质与氮素积累、花前转运量及其效率，并分析对籽粒贡献特征。结果表明，与常规条播相比，立体匀播显著提高小麦开花期植株干重、花前干物质和氮素转运量、转运效率及其对籽粒产量和氮素的贡献率，而花后干物质和氮素积累量及其贡献率有所降低；开花期茎秆+叶鞘、叶片的干物质和氮素分配比例增加，成熟期穗轴+颖壳的干物质和氮素的分配比例有所降低。与常规条播相比，立体匀播下茎秆+叶鞘的花前干物质转运量在H1~H4层下分别提高14.84%、24.19%、16.85%和11.31%，氮素运转量分别提高21.97%、16.89%、28.27%和24.27%；叶片花前干物质转运量分别提高33.65%、16.17%、28.16%和23.81%，氮素运转量分别提高17.63%、10.63%、8.20%和22.57%。立体匀播下小麦群体垂直各层的茎秆+叶鞘花前干物质转运效率较常规条播增幅大小表现为H2>H4>H1>H3，氮素转运效率增幅大小表现为H3>H2>H1>H4；各层叶片的花前干物质增幅大小表现为H3>H1>H4>H2。随施氮量的增加，两种播种方式下粒重、干物质转运量、干物质和氮素转运效率均呈先增加后降低的趋势，均在240 kg·hm-2施氮量下最高；花后干物质积累量、籽粒氮素积累量和氮素转运量整体均呈上升趋势。综上分析，立体匀播主要是通过提高中上层（H2和H3层）茎秆+叶鞘及中下层（H3和H4层）叶片干物质与氮素的再分配能力，促进籽粒干重和氮素积累量的增加，本试验条件下240 kg·hm-2为最适施氮量。

• 外源油菜素内酯调控小麦小花退化、促进籽粒形成的生理机制研究

  余徐润，董觐闻，任清铭，冉莉萍，韦加固，王海博，霍佳怡，郄如意，熊飞

  为探明外源油菜素内酯调控小麦小花退化与籽粒形成的生理机制，以春小麦扬麦15为试验材料，在小麦孕穗期分别喷施0、0.1、0.2、0.4 mg·L-1的油菜素内酯（Brassinolide，BR）。结果表明,与未喷施BR相比，喷施BR显著降低小花退化率，提高了穗粒数和穗粒重，其中0.2 mg·L-1BR处理效果最佳，穗粒数增加了4.76粒，穗粒重提升了7.58%；喷施BR显著提高喷施后第5天-第25天的叶绿素的含量、最大光化学效率和净光合速率；喷施BR促进光合同化物的积累及其向穗部转运，喷施后第10天，0.2 mg·L-1BR处理的穗部蔗糖含量增加10.47%，蔗糖合成酶活性上升，并上调TaSUT1、TaSUS1、TaCWI、TaAGPL1等蔗糖代谢关键基因表达；调控穗部内源激素平衡，0.2 mg·L-1BR处理的赤霉素含量提升13.42%，脱落酸含量下降34.86%，IAA/ABA和GA3/ABA分别显著提高37.10%和42.71%；喷施BR改善籽粒胚乳发育，花后胚乳细胞中淀粉体和蛋白体相对面积显著增加，其中0.2 mg·L-1BR处理下分别显著提高27.12%和18.98%。综合来看，喷施外源BR通过增强小麦植株的光合能力、优化同化物分配、调节蔗糖代谢及内源激素平衡，有效减少小花退化并促进籽粒形成，从而提高穗粒数和穗粒重，最终实现增产。在本试验条件下，0.2 mg·L-1为最佳喷施浓度。

• 不同聚丙烯酸钾施用量对黑青稞籽粒灌浆特性、产量及其构成因素的影响

  漆文静，黄慧云，付甜甜，张毅，许明龙，冯西博

  为了探明聚丙烯酸钾（K-PAM）施用量对黑青稞籽粒灌浆特性及产量形成的影响，以黑青稞品种六棱为材料，采用随机区组设计，设置0、6、12、18和24 kg·hm-2共5个K-PAM施用量（分别记为CK、T1、T2、T3、T4）进行大田试验。结果表明，与CK相比，施用K-PAM能显著提升黑青稞千粒重，T1、T2、T3和T4处理的千粒重分别提高0.92%、10.64%、5.27%和8.03%。T2处理下黑青稞最大灌浆速率Rmax显著高于CK，增幅为7.56%，籽粒产量、有效穗数和穗粒数分别提高了17.61%、20.92%和22.42%。施用K-PAM有助于黑青稞籽粒灌浆，促进穗数、穗粒数和千粒重的协同提升，增加籽粒产量。在本试验条件下，K-PAM最佳施用量为12 kg·hm-2。

• 不同灌溉方式对麦田土壤呼吸及碳平衡的影响

  杨明达，张素瑜，黄洁，李帅，王玉梅，郑东方，杨慎骄，吕仿杰，陈金平，马守田

  为明确不同灌溉方式对麦田生态系统碳平衡的影响，筛选适宜华北平原小麦生产的节水、减排与增产协同的高效灌溉模式，设置传统地面灌溉（FI）、隔畦交替灌溉（ABI）和微喷灌（MSI）3种灌溉方式，并在微喷灌条件下设置20 mm（MSI20）、30 mm（MSI30）和40 mm（MSI40）微喷定额，探究不同灌溉方式和微喷量对麦田土壤呼吸、农田生态系统净碳值和土壤碳排放效率的影响。结果表明，与FI处理相比，MSI处理均能降低小麦抽穗之前土壤的呼吸速率，提高灌浆阶段土壤的呼吸速率；ABI处理的灌溉量较低，其土壤呼吸速率整体偏低。各处理灌溉耗电碳排放量占生产资料碳排放总量的60.3%~75.8%，是灌溉农业投入中的主要碳源。与FI处理相比，MSI20和MSI30处理两年的平均小麦产量分别提高6.5%和8.1%，且在2022—2023年其麦田生态系统净碳值分别提高20.2%和15.5%，土壤碳排放效率分别提高9.4%和2.9%；虽然ABI处理获得相近甚至更高的农田生态系统净碳值和土壤碳排放效率，但其产量较FI处理降低5.1%~9.8%。随微喷量的提高，冬小麦的产量未显著增加，并且在灌浆中期降雨较多情况下，较高微喷量（2022—2023年MSI40处理）冬小麦的产量、麦田生态系统净碳值和土壤碳排放效率均显著降低。本试验条件下，综合考虑节水、减排、产量及环境效益，微喷灌定额20 mm是最优的灌溉管理模式。

• 基于植被指数和纹理特征的小麦籽粒蛋白质含量预测

  杜冰笑，郑大圣，叶钰澜，崔志峰，杨露露，梁楠楠，王瑞

  为实现冬小麦收获前籽粒蛋白质含量的快速预测，基于2022—2024年的氮肥运筹试验数据，结合灰度共生矩阵提取纹理参数，通过多光谱植被指数与纹理特征的融合，构建小麦叶片氮含量预测模型，再通过叶片氮含量将光谱模型和籽粒蛋白质含量连接起来，建立冬小麦籽粒蛋白质含量预测模型。结果表明，利用灌浆初期剔除土壤背景后的植被指数和纹理特征数据能较好预测小麦叶片氮含量，其模型为y=0.281exp (0.097x)，r2为0.787，RMSE为0.221 g·kg-1；冬小麦开花期、灌浆初期、灌浆中期和灌浆后期的叶片氮含量与籽粒蛋白质含量相关性均达到极显著水平（P<0.01），相关系数分别为0.780、0.810、0.704和0.714；灌浆初期，利用指数函数构建的籽粒蛋白质预测模型的精度最优，其函数模型为y=7.160exp (0.018x)，r2为0.697，RMSE为0.096 g·(100 g)-1。因此，可以基于植被指数、纹理特征和灌浆初期叶片含氮量间接实现冬小麦籽粒蛋白质含量预测。

• 堆肥替代化肥比例及种植密度对小麦茎秆抗倒伏性能的影响及基于无人机影像的抗倒预测研究

  舒晨晖，岳子涵，李凯伟，任兰天，郑甲成，甄凤贤，邵庆勤

  为探究肥替代化肥比例及种植密度对小麦茎秆抗倒伏性能的影响，于2022—2024年以小麦品种淮麦43为材料，采用裂区设计，设置4个堆肥替代化肥比例\[0（T0）、10%（T1）、20%（T2）、30%（T3）\]和3个种植密度\[150万株·hm-2（D1）、300万株·hm-2（D2）、450万株·hm-2（D3）\]，探究其对茎秆抗倒性能的影响并采集无人机多光谱影像数据进行抗倒预测。结果表明，同一种植密度下，随着堆肥替代比例的增加，小麦株高呈先降后升趋势，重心高度呈波动变化，且均在T2处理下最低；抗倒伏指数、鲜重、机械强度及基部第二节间的大、小维管束数目和面积、基部节间半纤维素、纤维素、木质素含量均呈先升后降趋势，且在T2处理下最大。同一堆肥替代比例下，随着种植密度的增加，小麦株高和重心高度整体上均呈上升趋势；抗倒伏指数、鲜重、机械强度、基部第二节间的大、小维管束数目和面积均呈下降趋势；基部节间半纤维素、纤维素和木质素含量均呈先升后降趋势，且在D2处理下最高。选用植被指数（NDVI、RVI、TVI、DVI、RDVI）为自变量，运用3种模型方法（SMLR、PLSR、PCAR）共同构建抗倒伏指数的预测模型，得出通过SMLR构建抗倒伏指数的模型精度和反演效果均最优，R2分别为0.43和0.76。综上所述，在20%堆肥替代化肥比例和150万株·hm-2的种植密度下小麦具有较好的抗倒伏能力；基于SMLR模型，利用植被指数可实现对小麦抗倒伏指数的预测。

• 基于无人机多光谱影像和冠层形态的冬小麦叶绿素含量监测研究

  王文辉，田超，鲁圣权，安月颖，王晓琦，赵松阳，袁盛华

  为了明确冠层形态和其他模态信息的耦合对冬小麦叶绿素含量（leaf chlorophyll content，LCC）监测的影响，以小麦品种石农086和和麦2020为材料，通过设置4个施氮水平（0、120、240、360 kg·hm-2）的冬小麦大田试验，应用低空无人机遥感平台搭载的多光谱影像机获取冬小麦关键生育时期光谱数据，结合数字高程模型（digital elevation model，DEM）计算冠层形态效应，并应用随机森林回归（random forest regression，RF）、分类提升决策树（categorical boosting，Catboost）和极端梯度提升决策树（eXtreme gradient boosting，XGBoost）3种机器学习算法分析光谱信息、植被指数信息和冠层形态相结合的多模态数据对冬小麦LCC监测的贡献。结果表明，相较于光谱和植被指数特征，冠层形态特征可以提高LCC的监测精度（r2=0.66），且DEM对模型估测的影响优于坡度。相较于RF和XGBoost，利用Catboost构建的LCC模型在单一特征、多源特征耦合、多生育时期的情况下均可获得较高的监测精度，尤其是以单一冠层形态特征作为输入变量的情景下。多源特征耦合并不能够显著提高LCC的监测精度，但冠层形态特征与其他特征耦合在一定程度上可以提高监测精度。

• 基于CWDI的河西春小麦干旱特征分析

  杨华，蒋菊芳，丁文魁，齐月，程倩，李兴宇，张金丹

  干旱是影响河西走廊春小麦生长的主要农业气象灾害，准确识别其干旱特征对当地春小麦科学田间管理和防灾减灾非常重要。基于1995-2023年武威气象站逐日气象数据及农业气象试验站春小麦发育时期、土壤相对湿度（Rsm）和产量数据，计算春小麦生育期内有效降水量（Pe）、作物需水量（ETc）及作物水分亏缺指数（CWDI），并采用回归分析、Spearman相关分析、Mann-kendall（M-K）检测等方法，分析了春小麦水分供需状况及干旱特征。结果表明，1995-2023年河西春小麦生育期ETc远高于Pe，无灌溉条件下水分供需失衡，拔节—抽穗期水分亏缺峰值达58.7 mm。经干旱频率分析，无灌溉条件下春小麦全生育期旱灾频发，拔节—抽穗期重旱频率高达86%；有灌溉时仅播种—三叶期重旱频率为55%，但实际减产率仅2.7%~9.4%。1995—2023年河西CWDI年际波动显著，无灌溉时春小麦全生育期持续干旱，抽穗—乳熟期CWDI高达85%，并以9.5%·a-1速率极显著上升（P<0.01），2014-2015年发生突变；灌溉条件下CWDI呈单谷型变化，整体上升速率减缓至1.4%·a-1，但三叶—拔节期为52.0%·a-1的显著下降趋势（P<0.05），播种—三叶期CWDI为81%，但冬灌保障了土壤墒情，水分基本满足春小麦生长需求。气候变化加剧了春小麦水分胁迫，在春小麦需水关键期采用滴灌等精准灌溉技术，能够有效缓解气候变化导致的春旱及春末夏初干旱对作物的负面影响，保障春小麦正常生长发育，稳定产量。