旨为明确海河平原春季限水灌溉对冬小麦根系生长及籽粒产量的影响,对减少灌溉用水、提高水分利用效率具有重要的意义。以石麦22为供试材料,设置传统春季2次灌溉(W2)、春季1次灌溉(W1)和春季不灌溉(W0)3个灌水次数处理,其中W1基于春季3,4,5,6叶龄(3L、4L、5L、6L)设置4个单次灌溉时间处理。结果表明,与W2相比,W0和W1产量分别降低54.6%,24.4%,W1在4L灌溉产量最高,产量构成降低效应不显著。限水灌溉降低了冬小麦总根质量密度和根长密度,在开花期W1总根质量密度显著降低17.2%,W0总根质量密度、根长密度分别显著降低47.5%,35.1%。并且W1条件下,4L的根总根质量密度和根长密度最大。根系的垂直分布显示,减少灌溉次数增加了根系在40 cm以下土层的分布,但W1随着灌溉时间的推迟,深层土壤的根系分布减少,根系活力增加。其中,在开花期,4L在120~160 cm土层、160~200 cm土层、200~240 cm土层比6L分别显著高出28.8%,14.2%,36.5%。限水灌溉条件下根系特征和产量的相关性和通径分析表明,拔节—开花期总根质量密度和根长密度对产量有正效应,3L和4L处理开花期总根长密度对产量的直接贡献最大。总体来讲,4L处理在拔节—开花期的根系总量较高,并且增加了40~240 cm深层根系分布和根系活力,穗数和穗粒数较高,有利于缓解限水灌溉导致的冬小麦产量的降低,可作为海河平原冬小麦限水灌溉有效方式。

摘要:四倍体小麦是普通小麦的祖先种,也是重要的粮食作物。发掘四倍体小麦抗病种质并鉴定其携带的抗病基因,旨在为小麦新品种选育提供新抗源。TDI-1是栽培二粒小麦,在多年的田间种植过程中表现出对白粉病免疫的表型。为了确定TDI-1携带的抗病基因,为小麦白粉病抗性遗传提供理论依据,首先将其与表现为感白粉病表型的硬粒小麦TDU-1进行杂交并构建了遗传群体,然后对亲本及其杂交F₁、F₂、F_2:3群体进行了白粉菌小种E09接种试验和抗病性分析,最后利用混合分离群体分析法(BSA)对抗白粉病基因进行了定位。结果表明,TDI-1在苗期对E09表现为感病,在成株期对E09表现为抗病;TDI-1和TDU-1的F₁植株在成株期对E09表现为抗病;F₂群体中,表现为抗病的单株数和感病的单株数的比例符合3:1($χ_{3:1}^{2}$= 0.11,P=0.74);F_2:3家系中,纯合抗病、抗病性分离、纯合感病的家系数目之比符合1:2:1($χ_{1:2:1}^{2}$= 0.47,P=0.79),表明TDI-1成株期白粉病抗性由1个显性基因控制,暂将其命名为PmTDI-1。对TDI-1和TDU-1及其杂交后代F₂群体进行分子标记筛选,发现4个位于2A染色体短臂上的分子标记Xwmc407、NRM-2AS29、NRM-2AS45和NRM-2AS84与PmTDI-1紧密连锁,其中,NRM-2AS45和NRM-2AS84位于两侧,遗传距离分别为1.8,4.6 cM。由此,将成株期抗白粉病基因PmTDI-1初步定位于2A染色体短臂上。研究结果显示,从四倍体小麦TDI-1中鉴定到1个新的显性成株抗白粉病基因PmTDI-1。

钙和钾是小麦重要的矿质营养元素,发掘和探索与其含量相关的遗传机制及效应对于人体营养健康具有重要意义。旨在为小麦籽粒矿质元素生物强化育种提供理论基础,以Avocet/Chilero(AC)构建的164份F₆重组自交系(RILs)和以Avocet/Huites(AH)构建的175份F₆ RILs为材料,分析了2个群体在5个环境下籽粒钙(GCa)和钾(GK)含量的表型变异,结合DArT芯片分型结果,共定位到19个与籽粒钙含量相关的QTL,分别位于1A、1D、2A、2B、3A、3D、4A、4B、4D、5A、5B、7A、7B和7D染色体上,解释了3.23%~16.29%的表型变异,同时共定位到23个与籽粒钾含量相关的QTL,分别位于1B、2A、2B、3A、3B、4A、4D、5A、6A、6B和7D染色体上,解释了3.31%~24.66%的表型变异。其中,QGCa.haust-1A、QGCa.haust-AC-5A和QGK.haust-AC-2A.2可在多环境下被定位到,QGCa.haust-1A和QGCa.haust-AC-5A分别解释了表型变异的7.82%~12.72%和9.68%~15.57%,其物理区间为498.67~532.21 Mb和461.52~486.26 Mb,QGK.haust-AC-2A.2解释了表型变异的8.15%~15.20%,其物理区间为354.61~462.37 Mb。通过对3个位点的遗传效应分析可知,分别携带QGCa.haust-1A、QGCa.haust-AC-5A和QGK.haust-AC-2A.2效应位点能有效增加小麦籽粒中的钙和钾含量,聚合效应分析表明,同时携带QGCa.haust-1A效应位点和QGCa.haust-AC-5A效应位点的株系钙含量极显著高于仅携带单一位点的株系。综上,在1A、2A和5A染色体上定位到3个与籽粒钙和钾含量相关的稳定主效位点,其显著提高了小麦籽粒钙和钾含量。

草甘膦是目前使用最广泛的广谱灭生性除草剂,培育耐草甘膦作物将有助于改善农田杂草化学防控效果、减少用药量和简化防控措施。为充分挖掘小麦耐草甘膦基因位点,利用来自黄淮麦区的484份种质资源进行草甘膦耐药性鉴定,根据小麦15K SNP芯片数据,采用全基因组关联分析的方法,挖掘与小麦草甘膦耐药性相关QTL。结果显示,不同年代培育的小麦品种草甘膦耐药性的变化趋势缓慢,草甘膦耐受性未显著提升;根据表型鉴定结果,筛选出黄淮麦区耐草甘膦小麦种质材料3份,即河农130、冀麦782和泰山23号;利用全基因组关联分析方法,检测到与小麦草甘膦耐药等级显著相关的QTL 7个,包含19个显著性SNPs,分布于小麦1A(0.00~30.48 Mb)、1B(6.57~30.57 Mb)、1D(0.00~22.98 Mb)、4A(656.09~680.09 Mb)、5A(508.19~532.19 Mb)、6A(54.56~85.09 Mb)和6D(12.02~36.02 Mb)染色体上;位于小麦1A和6A染色体上的2个QTL qGlyT-1A和qGlyT-6A是小麦耐草甘膦的主效位点,共包含16个可能与小麦耐草甘膦相关的基因。

为研究TaHis基因对小麦赤霉病的抗性机制,首先克隆了TaHis基因全长编码序列,构建了pGBKT7-TaHis诱饵载体,通过酵母双杂交技术对赤霉病诱导的小麦穗部酵母双杂交文库进行筛选,获得互作蛋白后利用酵母双杂交技术和双分子荧光互补技术验证蛋白质之间的互作,并利用RT-qPCR技术对抗感小麦材料中TaHis互作蛋白的赤霉病诱导表达模式进行分析。结果表明,成功构建了pGBKT7-TaHis诱饵载体,经过酵母双杂交文库筛选后,在四缺选择培养基(SD/-Leu/-Trp/-His/-Ade)上获得了18个酵母单克隆。测序后Blast分析发现,共获得5个可能与TaHis互作的蛋白质,其中在6个酵母单克隆中均鉴定到富含丝氨酸/精氨酸的mRNA剪接因子SR45a类蛋白(TaSR)编码序列。以百农4299为材料,克隆了TaSR基因全长编码区,并构建了pGADT7-TaSR载体,酵母双杂交试验表明,pGADT7-TaSR和pGBKT7-TaHis共转化的酵母细胞在四缺培养基(SD/-Leu/-Trp/-His/-Ade/X-α-Gal/AbA)上可以生长且显蓝色,表明TaSR和TaHis在酵母细胞中直接互作;构建了YC-TaHis、YN-TaSR载体,双分子荧光互补试验表明,共转化YC-TaHis和YN-TaSR的烟草细胞中产生强烈荧光信号,进一步验证了TaSR与TaHis的互作。RT-qPCR分析显示,TaSR 在抗性材料百农4299中受赤霉病诱导后上调表达,在感病材料百农607中受赤霉病诱导后下调表达,表明TaSR基因表达量与小麦赤霉病抗性呈正相关。综上,小麦TaSR与TaHis存在相互作用,且TaSR基因表达量与小麦赤霉病抗性呈正相关。

为了进一步挖掘小麦籽粒相关性状的主效QTL位点,探索籽粒性状之间的遗传关系,利用籽粒性状差异较大的小麦品种安农859和武农988构建的124份DH群体为研究材料,分别测定2 a 7个环境下的粒长、粒宽及千粒质量表型值,开展籽粒性状多元回归分析,并基于DH群体的55K芯片数据进行籽粒相关性状QTL检测。结果表明,多元回归分析中,粒宽对千粒质量的贡献最大。通过完备区间作图对籽粒性状进行QTL定位,除6D和7B染色体外,其他19条染色体上共检测到69个有关籽粒性状的QTL,包括24个千粒质量QTL、28个粒长QTL、17个粒宽QTL,单个QTL的表型解释率为6.87%~27.74%。其中,7A染色体上粒长相关的Qgl.ahau-7A.1在7个环境及BLUP下均被检测到,表型解释率为9.48%~22.26%,加性效应为0.11~0.21 mm,物理区间4.91 Mb(AX-110430243~AX-110442528),可能为新的主效QTL。因此,Qgl.ahau-7A.1位点可作为后续精细定位和分子标记辅助育种重点关注的区域。

为了研究黄淮北部不同冬小麦品种(系)类型的产量与氮素利用、转运和积累的差异,在2021—2022年,2022—2023年分别对黄淮北部麦区29,26个供试冬小麦品种(系)的产量性状和氮素利用效率进行了调查和分析。通过聚类分析,将小麦分成高产型、中高产型、中产型和低产型4种类型。分别在开花期和成熟期对小麦的茎、叶、穗和籽粒(成熟期)进行氮含量测定,分析氮素利用特性相关参数与产量之间的关系。结果表明,2021—2023年高产型、中高产型、中产型和低产型品种(系)间的平均产量差异显著,其中,高产型品种的公顷穗数显著高于其他3种类型。在开花期,各器官的氮积累量和分配率大小表现为茎鞘>叶片>穗;在成熟期,各器官的氮积累量大小表现为籽粒>茎鞘>穗>叶片。不同品种小麦花后氮素积累量、花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率均以高产型品种(系)较高,且花前氮素转运量及其对籽粒的贡献率大于花后氮素积累量及其对籽粒的贡献率。氮素利用效率、氮素收获指数、开花期氮素积累量和成熟期氮素积累量与小麦籽粒产量呈显著正相关。因此,可通过不同品种的氮素吸收转运规律及分配特点进行水肥管理,或者选育氮素利用效率高的小麦品种,以实现小麦高产、高效生产。

为了探讨干旱和品种对小麦灌浆期旗叶下午净光合速率(Pn)、光合关键酶活性和产量的影响,2019—2021年度在池栽全生育期遮雨条件下设置包括重度(W1)、中度(W2)、轻度(W3)干旱和适墒(W4)的4个水分处理,在灌浆前期、中期的14:00—16:00测定了强抗旱性品种晋麦47(JM47)和弱抗旱性品种偃展4110(YZ4110)的旗叶Pn、1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(Rubisco)、Rubisco活化酶(RCA)、ATP合成酶(ATPase)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)和丙酮酸磷酸双激酶(PPDK)活性以及成熟期的产量。结果表明,干旱使小麦灌浆期旗叶下午Pn、多数光合酶活性以及产量降低,总体表现为干旱胁迫程度越大,上述指标的降幅也越大,但其影响效应存在品种和年际差异。W1、W2和W3与W4相比,旗叶下午Pn,JM47分别降低33.6%~40.6%,12.0%~30.5%和5.0%~13.5%,YZ4110分别降低44.0%~52.0%,22.5%~38.1%和11.5%~20.5%;旗叶下午Rubisco活性,JM47灌浆前期降低、灌浆中期增加,而YZ4110分别降低13.3%~25.6%,7.1%~14.0%和11.2%~11.6%;旗叶下午RCA活性,灌浆前期多显著降低,灌浆中期JM47在W2和W3下增加,而 YZ4110在W1和W2下降低;旗叶下午ATPase活性,JM47在W1下降低、W3下提高,而YZ4110分别降低19.3%~48.7%,7.2%~24.2%和0.1%~8.9%。不同水分处理的旗叶下午PEPC活性因生长季和品种而异,但W1与W4相比,JM47和YZ4110的旗叶下午PPDK活性分别降低12.4%~18.8%和16.7%~18.2%。与YZ4110相比,JM47旗叶下午Pn和光合酶活性在适墒下多无显著差异,但干旱下多表现为升高。相关性分析结果表明,产量、旗叶下午Pn与灌浆期旗叶下午ATPase活性和灌浆前期旗叶下午PEPC活性呈极显著正相关,因而在灌浆期下午保持较高的旗叶ATPase和PEPC活性有利于提高小麦旗叶下午Pn和籽粒产量。

有机肥部分替代氮肥是实现作物可持续发展的途径之一,探索了小麦有机氮部分替代化肥氮的适宜配比,以及替代后氮素累积、运转以及利用的特征,以期为河北地区冬小麦氮肥减量增效技术提供依据。2021—2023年在河北宁晋进行小麦大田试验,设置9个处理。T1,无氮,单施化肥磷钾肥;T2,高效施肥,单施化学氮磷钾肥;T3~T7,有机肥分别替代T2的20%,40%,60%,80%,100%的氮肥;T8,传统施肥,单施化学氮磷钾肥;T9,有机肥替代T2 100%的氮肥+液态氮肥。2 a试验结果表明,100%替代率+液态氮处理可获得较高的小麦产量;其次是40%替代率处理,其产量与高效施肥处理相当,且试验第2年远高于传统施肥处理。100%替代率+液态氮处理通过起身期补充速效氮,提高了茎叶中氮素含量,植株氮素累积量与高效施肥和传统施肥处理相当;40%,80%替代率处理同样获得与高效施肥处理相当的氮素累积量。20%~100%替代率处理(包括液态氮处理)可以实现较高的茎叶氮素运转率和对籽粒氮的贡献率,其中100%替代率+液态氮处理肥料氮吸收利用效果好,获得了较高的肥料氮累积量、氮肥利用率和氮收获指数,其效果与高效施肥处理相当或略高;其次是40%替代率处理,其效果与高效施肥处理相当或略低。综上,100%替代率+液态氮处理小麦产量、植株氮素累积量、氮素运转率、籽粒氮素累积量及氮效率俱佳,其次是40%替代率处理。

选育抗性品种是小麦叶锈病防治举措中最经济、可行的方法。为进一步挖掘抗病基因,选取河南、河北、山东等8个省小麦产区50个小麦品种。首先在苗期将16个叶锈菌生理小种(THFS、TGTS、THJS、FHKT、FGJN、KHKS、FCJQ、RFKS、THFM、MHGT、KHGS、KBGT、FHGT、PHHT、FHJT、FCJT)接种在36份小麦抗叶锈病近等基因系材料以及50个供试小麦品种上。因各菌种带有不同毒力,可根据表现型的差异,再将已知抗病基因紧密连锁的特异性分子标记与之结合分析,进而推测50份小麦材料中可能含有的抗叶锈病基因。通过基因推导、分子标记以及系谱分析综合鉴定抗锈性基因,结果表明,在50个品种中共检测出9个(Lr1、Lr2c、Lr10、Lr16、Lr26、Lr34、Lr37、Lr45和Lr46)已知抗叶锈性基因和少量未知基因。含有Lr1基因的有淄麦12等22个品种;含有Lr2c基因的有鲁麦14等10个品种;含有Lr10基因的只有莱州9361一个品种;含有Lr16基因的有科农199等25个品种;含有Lr26基因的有徐州24等15个品种;含有Lr34基因的有宝麦3号和京冬8号;含有Lr37基因的有淄麦12、鹤0927和荷9946;含有Lr45基因的有连麦2号等11个品种;含有Lr46基因的有山农19等38个品种。

JAZ蛋白在植物生长发育和胁迫信号通路中具有关键作用。为探究JAZ蛋白在小麦倒春寒中的调控机制,从小麦幼穗中克隆了 TaJAZ6基因,并对其分子特征、表达特性与亚细胞定位进行分析。结果表明,该基因CDS 序列全长为549 bp,编码178个氨基酸,预测编码蛋白质的分子质量为 18.376 ku,理论等电点为 9.37,不稳定系数为62.44,属于不稳定蛋白。该基因编码蛋白质具有1个 TIFY 结构域和1个CCT_2结构域。系统进化树分析发现,该蛋白质与野生二粒小麦和乌拉尔图小麦TIFY 11b蛋白亲缘关系最近。TaJAZ6基因启动子区除含有CAAT-box、TATA-box等基础作用元件外,还含有激素类响应元件、光响应元件、低温响应元件、防御和应激反应元件等。实时荧光定量PCR分析发现,TaJAZ6 基因在根、茎、叶和幼穗中均有表达,根系中表达量最高。TaJAZ6 基因还受低温和茉莉酸甲酯( MeJA) 的诱导表达,低温胁迫下,TaJAZ6在矮抗58(耐倒春寒)和郑麦366(倒春寒敏感)根、茎和叶中表达趋势相同,均显著升高;喷施300,350 μmol/L的MeJA之后再低温处理TaJAZ6在2个小麦品种中表达量均显著下降。TaJAZ6在低温胁迫后的幼穗中表达量出现相反的趋势,在矮抗58幼穗中表达量显著下降,在郑麦366幼穗中则显著上升,推测该基因可能负调控了小麦倒春寒胁迫防御反应。通过喷施MeJA显著降低了低温胁迫下2个小麦品种幼穗中TaJAZ6基因的相对表达量,同时提高了小麦的结实粒数。亚细胞定位试验显示,TaJAZ6 蛋白定位于细胞核中。以上研究结果表明,TaJAZ6 可能在小麦响应倒春寒胁迫过程中发挥重要作用。

为培育优质专用小麦,需要从育种早代开始品质参数的选择,由于在育种早代种子数量有限,只能选用一些小量品质测定方法。在常用的小量品质测定方法中,麦谷蛋白溶胀指数(SIG)和乳酸SDS溶剂保持力(LA-SDS SRC)2种方法预测小麦品质的效果比较好,目的是对这2种方法进行比较和必要的优化,为提高品质育种效率提供支持。以黄淮麦区培育的8个强筋、中强筋和中筋小麦品种为试验材料,用全麦粉分别测定不同材料的SIG和LA-SDS SRC值并对试验结果进行了比较,并对LA-SDS SRC法进一步做了优化处理。结果表明,SIG和LA-SDS SRC法测定的结果均与这些品种的面筋强度顺序一致,比较而言,LA-SDS SRC法预测面筋强度效果更好,能更好体现强筋品种与中筋品种之间的差异;优化后的LA-SDS SRC法(使用2 mL离心管)与标准LA-SDS SRC法(使用50 mL离心管)的测定结果高度相关,相关系数高达0.986,其预测面筋强度的效果优于使用2 mL离心管的SIG法。标准的LA-SDS SRC法和更小量的LA-SDS SRC法适合作为我国小麦品质育种的早代选择方法。

为了挖掘小麦抗叶锈病基因,为我国小麦抗叶锈病遗传育种基因库提供更多的选择。选取了75份国内外小麦材料以及36份已知抗叶锈基因载体品种,将这些材料在苗期分别接种14个不同毒力的叶锈菌生理小种,分别鉴定这些不同毒力的生理小种在小麦材料上的发病严重程度;同时提取所有材料的新鲜叶片DNA,选取已经确定的抗叶锈病基因相关联的分子标记特异性引物对75份供试材料进行分子标记检测。结合以上2种方法,推测75份小麦材料中含有的抗叶锈病基因。结果显示,75份小麦材料中含有Lr1、Lr2a、Lr2c、Lr10、Lr11、Lr14a、Lr16、Lr18、Lr20、Lr26、Lr34、Lr37、Lr46这13种已知抗叶锈病基因,这些基因以单基因或多基因聚合的方式存在于小麦品种中。其中,Lr1基因和Lr46基因占比较大,分别高达43%,56%。这些基因单独存在于小麦材料中,并不能表现出良好的抗叶锈性;当几个或者多个基因共同存在于小麦材料中,可以表现出远远高于单一基因的抗叶锈性,与前人研究相符。通过分子标记检测到小麦材料大白春小麦S3中含有Lr1、Lr10和Lr46基因,温室苗期鉴定发现该材料对本研究的11种叶锈生理小种表现出抗性,是比较良好的抗叶锈病小麦材料。

为了完善新品种山农38栽培技术以便大面积推广,试验设置了5个基本苗和3个种植行距共15个处理,研究分析不同基本苗和行距对小麦产量形成、相关光合指标和辐射利用率的影响。结果表明:基本苗处理对各指标影响较大,差异显著,行距次之。225万株/hm²基本苗和23 cm行距在本试验条件下产量构成合理,获得高产。同一时期群体光合速率随着基本苗和行距的增加而增加,随生育期光合速率逐渐下降,基本苗和行距的加大使下降幅度降低。气孔导度和蒸腾速率变化规律一致,与胞间CO₂浓度相反,随生育期呈现先增高后降低的趋势,随着基本苗的增加逐渐增加。Fv/Fm只有在B5高密度处理下明显降低,其他处理相差不大。有效辐射量和光辐射截获率随基本苗的增加而增加,随行距的增加而降低,高密度处理下的有效辐射量和光辐射截获率差异不显著,高密度处理下同一基本苗处理下的行距处理差异不显著。

为明确不同品种(系)彩色小麦主要农艺性状的特征及其与籽粒产量的相关关系,筛选出适宜鲁东地区栽培的彩色小麦品种。于2020-2022年2个冬小麦生长季,选用4个紫色小麦品种(系)青研紫麦1号(QYZ-1)、QYZ-2、山农紫麦1号(SNZM1)和农大3753(ND3753),2个蓝色小麦品系20064和20072以及普通白粒小麦品种济麦22(JM22,对照品种)为试验材料,系统研究了不同品种(系)彩色小麦的旗叶SPAD值、叶面积指数、干物质积累与转运、产量及其构成因素等方面的差异,和各农艺性状的稳定性以及产量可持续性。结果表明,各彩色小麦品种产量、千粒质量、开花期叶面积指数、花后SPAD值、开花期干物质积累量、成熟期干物质积累量、花后干物质积累量及收获指数均低于普通白粒小麦品种济麦22。各彩色小麦品种(系)间比较,紫色小麦QYZ-1产量显著高于其他彩色小麦品种(系),单位面积粒数与QYZ-2无显著差异,但其千粒质量显著高于QYZ-2;紫色小麦QYZ-1开花期上三叶叶面积指数显著高于蓝色小麦品系及ND3753,紫色小麦QYZ-1花后旗叶SPAD、成熟期干物质积累量、花后干物质积累量、花前干物质转运量和收获指数均高于其余彩色小麦品种(系);与其他品种(系)比较,JM22和QYZ-1各农艺性状的变异系数(CV)均较小,彩色小麦间比较,QYZ-1的产量均值和产量可持续性指数(SYI)均较高。另外,相关分析表明,产量分别与开花期干物质积累量、成熟期干物质积累量、花后干物质积累量、花前干物质转运量、收获指数、旗叶花后28 d SPAD值、开花期全绿叶叶面积指数和千粒质量呈极显著的正相关关系。综合2 a的结果,表明QYZ-1具有适宜的叶面积指数,并维持了较高的花后旗叶SPAD值,花后旗叶的衰老较慢,开花-成熟时间较长,协同提高了花后干物质积累量和花前干物质转运量、成熟期干物质积累量和收获指数以及单位面积粒数和千粒质量,表现出较高的产量。综上所述,青研紫麦1号产量稳定且可持续性较好,是适宜鲁东地区栽培的彩色小麦品种。

蔗糖是小麦茎秆可溶性碳水化合物的主要运输形式,对小麦生长发育和籽粒灌浆起关键调控作用,属于典型的数量性状,遗传基础复杂。在全基因组水平上挖掘小麦茎秆蔗糖积累转运显著相关的 SNP 位点及候选基因,为相关基因克隆和分子标记辅助选择提供理论依据。在不同环境条件下,通过测定 117 份国内小麦品种开花期、灌浆期和成熟期茎秆蔗糖含量,计算蔗糖花前、花后转运率和对籽粒灌浆的贡献率等 7 个性状的表型,基于 35K SNP 芯片基因型分型,采用混合线性模型 MLM(Q+K)进行全基因组关联分析(GWAS)及候选基因预测。在不同环境条件下,不同小麦品种茎秆蔗糖积累转运相关性状表型变异广泛,变异系数为 9.53%~45.70%,广义遗传力为 0.32~0.49。基因分型表明,SNP 标记多态性信息含量(PIC)为 0.10~0.38,群体结构分析将供试材料分为 4 个亚群。通过 MLM(Q+K)模型检测到 146 个与茎秆蔗糖积累转运相关性状显著关联的 SNP 位点,其中 3 个位点均在 2 个环境中被检测到。对稳定显著关联的 SNP 位点上下游各 200 kb 物理位置范围内进行候选基因挖掘,筛选出 13 个与蔗糖积累转运相关性状有关的候选基因,其中 TraesCS1B02G324100(核苷二磷酸糖转移酶基因)、TraesCS1B02G324200(纤维素合酶基因)、TraesCS1B02G324300(β-1,3-葡聚糖酶基因)与糖代谢相关。

穗长是小麦重要的农艺性状,与产量构成因素密切相关。旨在研究小麦穗长遗传基因,筛选与穗长基因连锁的分子标记,为小麦分子标记辅助育种提供分子支撑。以科大116和科大101为亲本构建的F₂群体为试验材料,通过SSR分子标记,构建覆盖小麦基因组的遗传图谱,并结合完备复合区间作图法对穗长进行QTL定位。采用3 234对引物,共筛选出434对在双亲间具有多态性的引物,多态性引物的检出率为13.42%。通过BSA混池分析,共筛选出28个可能与穗长连锁的分子标记,其中16个标记通过262株群体验证与目标基因紧密连锁。通过QTL-IciMapping软件构建小麦染色体组的遗传图谱,标记间的平均遗传距离为38.66 cM,共检测出7个与穗长相关的QTL位点,分别位于3B、4A、4B和6B染色体上,其加性效应值均为正值,对表型性状遗传变异的贡献率在4.01%~23.16%。在4B染色体上定位出2个主效QTL位点,贡献率为17.59%~23.16%。其中,Qsl4B-2距离其最近的分子标记只有3.5 cM,为连锁最紧密的一个QTL位点,分析发现其可能为新的主效QTL位点。因此,4B染色体上可能存在与穗长相关的基因。通过分析预测,在4B染色体的yzu397456~yzu404917和yzu409422~yzu405167标记区间内,可能存在7个调控小麦穗长的候选基因,在穗中持续高表达。

PEPC可催化磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)生成草酰乙酸(OAA)进入三羧酸循环,对植物的生长发育和逆境适应发挥重要作用。但目前尚无关于PEPC参与植物器官发育的报道。发掘并研究小麦Tappc3A在花发育中的生物学功能,为探究小麦雄蕊同源转化为雌蕊性状的分子机制提供新的线索。通过PCR技术从CM28TP和HTS-1中克隆Tappc3A基因,使用生物信息学工具分析基因序列及系统进化关系,利用qRT-PCR技术分析Tappc3A在小麦幼穗不同发育阶段和不同生殖器官中的表达水平,通过原核表达分析Tappc3A基因编码的蛋白功能是否正常,利用小麦RNA-Seq数据库分析Tappc3A与其他调控花器官发育基因之间的共表达情况。Tappc3A基因的ORF长2 901 bp,编码966个氨基酸残基,具有典型的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPase)保守结构域,N端具有保守的丝氨酸(Ser,S)可逆磷酸化位点(SIDAQLR),C端具有植物型PEPC蛋白特征序列(QNTG),第774位氨基酸为C3植物PEPC典型的丙氨酸。聚类分析也表明,Tappc3A属于C3型PEPC家族。qRT-PCR分析表明,在小麦幼穗发育的3个阶段,二棱期至小花分化期和药隔时期,HTS-1中的Tappc3A基因的表达量高于CM28TP,且Tappc3A在雌蕊(P)和雌蕊化雄蕊(PS)中的表达量显著高于雄蕊(S)。原核表达结果显示,Tappc3A基因编码的蛋白能催化PEP生成OAA,并且在IPTG诱导后活性明显增强。基因共表达分析显示,Tappc3A可能参与了小麦花器官的形态发生。小麦Tappc3A可能参与小麦雌蕊发育,其在雄蕊中的过量表达可能与雄蕊同源转化为雌蕊性状形成有一定的关联。

为给小麦耐渍稳产栽培提供参考,以扬麦25和宁麦13为材料,在拔节期设置了短期轻度渍水(SL,3 d土表下10 cm水层)、短期重度渍水(SS,3 d土表上2 cm水层)、长期轻度渍水(LL,12 d土表下10 cm水层)、长期重度渍水(LS,12 d土表上2 cm水层)处理以及对照处理(CK,保持土壤相对含水量70%~75%),研究了不同程度渍水对不同土层根系干质量和活力、地上部生长、籽粒产量及其构成的影响。结果显示,扬麦25较宁麦13具有显著高的籽粒产量、千粒质量、根系干质量、0~40 cm土层根系活力和根冠比。相比CK,SL和SS减少籽粒产量13.44%~22.45%,LL和LS减产显著增加至28.76%~37.26%,其中SL与SS间、LL与LS间籽粒产量差异均不显著。短期渍水仅轻度减少根冠生长量,且0~20 cm土层根系维持高活力,20~60 cm土层根系活力亦可恢复。长期渍水显著减少根系干质量,导致根冠生长失衡,且根系活力降低,难以恢复;上三叶易早衰,以倒三叶最明显。结果显示,渍水发生后尽快降低水位有助于土壤表层根系维持生长生理活性,降低叶片早衰风险,保障籽粒灌浆光合物质需要。

为了研究旱地条件下不同地理来源小麦品种及同一来源高低产小麦品种的产量和氮磷钾积累利用差异,以来源于中国(58个)、CIMMYT(国际玉米小麦改良中心,42个)和国外其他地区(65个)的165个品种(品系)为材料,分析了小麦产量、产量构成因素,以及成熟期氮磷钾积累分配利用和需求特征。结果表明,与国外其他品种相比,CIMMYT品种的籽粒产量、穗粒数、千粒质量以及氮、磷、钾生理效率分别显著提高21.3%,39.1%,26.4%,33.2%,22.6%,36.1%,中国小麦品种分别提高10.5%,18.1%,24.3%,29.4%,12.1%,24.3%,但二者的穗数,茎叶氮、磷、钾积累量,百千克籽粒需氮磷钾和干物质量均显著降低,且CIMMYT品种的增降幅均高于中国品种。同一地理来源下高产品种较低产品种,中国品种的产量、穗数、穗粒数和生物量分别显著提高122.4%,38.7%,39.3%和96.1%,CIMMYT品种的产量、穗数和生物量分别显著提高97.6%,68.2%和71.7%,国外其他品种的产量、穗数、穗粒数、千粒质量和生物量分别显著提高157.2%,33.0%,43.6%,35.9%和76.4%;中国品种的地上部和籽粒氮磷钾积累量分别显著提高98.8%,101.0%,83.7%和118.8%,104.7%,131.2%,氮磷钾吸收效率显著提高93.6%,84.6%,70.3%,籽粒氮磷钾含量形成的养分需求量显著提高102.8%,109.5%,75.9%,但百千克籽粒需钾、干物质量显著降低16.8%,11.1%;CIMMYT品种的氮磷钾吸收效率显著提高68.5%,71.4%,63.6%,籽粒氮磷钾含量形成的养分需求量显著提高79.2%,81.7%,76.5%,但百千克籽粒需氮、磷量分别显著降低10.7%,10.3%;国外其他品种的氮磷钾生理效率显著提高34.7%,30.2%,60.6%,籽粒氮磷钾含量形成的养分需求量显著提高73.0%,110.8%,52.1%,但百千克籽粒需氮、磷、钾、干物质量显著降低26.7%,23.6%,36.8%,24.7%。综上,不同地理来源小麦品种的产量及其氮磷钾吸收利用特征多表现出了显著差异,CIMMYT品种具有较高的穗粒数、千粒质量、收获指数、籽粒氮积累量、磷钾生理效率,国外其他品种具有较高的穗数、茎叶氮磷钾积累量、地上部氮钾积累量、氮钾吸收效率、百千克籽粒需干物质和氮磷钾量,中国品种的多数指标居于二者之间。同一地理来源高产品种较低产品种提高了产量构成因素、收获指数和氮磷钾吸收效率,但籽粒氮磷钾含量形成的养分需求量也显著提高,在以高产高养分含量为目标的生产体系中应适当增加氮磷钾投入量。

为了选择适合稻茬弱筋小麦高产优质生产的合理施肥模式,以弱筋小麦宁麦13、皖西麦0638为供试品种,设置不施肥(CK)、常规施肥复合肥+尿素(T1)、缓释掺混肥料(T2)、控失肥(T3)、腐殖酸复合肥(T4)、小麦配方肥(T5),在养分供应量相同的条件下,分析对稻茬弱筋小麦干物质分配及转运、灌浆、产量及品质的影响。结果表明:缓释掺混肥料与小麦配方肥较常规施肥能显著提高干物质在籽粒中的分配量及比例、花后干物质转运量并且提高小麦籽粒灌浆速率、延长有效灌浆天数、增加粒质量。缓释掺混肥料、控失肥、腐殖酸肥料、小麦配方肥处理较常规施肥均能显著提高小麦籽粒产量,施用缓释掺混肥料和小麦配方肥增产效果显著,显著增加有效穗数及千粒质量,产量分别较常规施肥增产9.27%~24.30%,11.64%~22.98%。缓释掺混肥料2 a间两品种较常规施肥处理氮肥农学效率平均提高23.14%,36.88%,小麦配方肥2 a两品种较常规施肥平均提高36.31%,39.35%。小麦配方肥处理2个供试小麦品种籽粒品质均达到国家弱筋小麦标准。综上所述,小麦配方肥可作为试验地区稻茬弱筋小麦高产优质生产的施肥模式之一,或适当降低缓释掺混肥料的施用量作为稻茬弱筋小麦的高产优质生产施肥模式之一。

为了明确冬小麦春季限灌1水条件下的最佳灌溉时期,降低限水灌溉对冬小麦群个体质量的不利影响,选用多穗型冬小麦品种藁优2018为材料,设置5个灌溉时期处理,分别在春2叶、春3叶、春4叶、春5叶和春6叶(旗叶)露尖时灌溉(T2~T6),以全生育期不灌水处理作对照(W0),研究不同叶龄期灌水对冬小麦开花后各叶层叶面积指数(LAI)、叶绿素相对含量(SPAD)、群体光合速率、干物质积累转运及产量的影响。结果表明,在春季仅灌1水的条件下,与春2叶—春4叶龄灌水相比,推迟至春5叶—春6叶龄灌溉可显著延缓小麦开花后冠层总叶面积指数的衰退,花后0~10 d,20~30 d的LAI衰退速率分别降低58.93%,14.37%。其中,在花后0~10 d主要表现为晚灌水处理倒3叶、倒4叶和倒5叶的LAI和SPAD衰退速率显著下降,在花后20~30 d主要表现为旗叶和倒2叶的衰退速率显著下降。T5和T6处理较早灌水处理灌浆前期、中期和后期的群体光合速率分别提高19.89%,35.86%,56.08%,花后干物质积累量和花前干物质向籽粒的转运量都有所增加,最终籽粒产量和收获指数分别提高9.73%,18.64%。综上,在本试验年度春季限灌1水的条件下,春5叶或春6叶露尖时灌溉有利于延缓叶片衰退,提高群体光合生产能力和籽粒产量。

植物磺化肽激素受体(PSK receptor,PSKR)在促进植物细胞增殖和非生物胁迫中起着重要作用。为了探讨小麦PSKR的序列特征和生物学功能,采用同源克隆技术,从普通小麦品种晋麦47根组织中克隆出TaPSKR1 3个部分同源基因的cDNA序列,因3个基因分别位于6A、6B和6D染色体上,故分别命名为TaPSKR1-6A、TaPSKR1-6B和TaPSKR1-6D。并且利用生物信息学手段对其基因结构、蛋白理化性质、顺式作用元件、功能结构域及系统进化树进行分析,通过qRT-PCR分析TaPSKR1基因在不同组织以及不同逆境胁迫下的表达模式。结果表明,TaPSKR1-6A、TaPSKR1-6B和TaPSKR1-6D均包含一个外显子,其开放阅读框分别为3 153,3 132,3 156 bp,分别编码1 050,1 043,1 051个氨基酸。生物信息学分析结果表明,TaPSKR1定位在细胞膜上,具有信号肽、跨膜结构域和8个LRRs结构域及胞内激酶结构域,属于PSKR家族成员。系统进化显示,TaPSKR1蛋白与小麦近缘物种及水稻亲缘关系较近,处于同一分支上。实时定量PCR分析结果表明,TaPSKR1基因在根、茎、叶片、穗和种子中均有表达,在根中的表达量极高;逆境胁迫分析表明,干旱和盐胁迫处理下,叶片中TaPSKR1的3个部分同源基因的表达急剧上调,推测TaPSKR1可能在小麦抵抗逆境胁迫过程中起重要的调控作用。

为探究拔节期灌溉和追施氮肥对旱地沟播小麦籽粒产量、品质和氮素积累转运的影响,2019年10月至2020年6月,在沟播种植小麦的基础上,于拔节期设置不灌溉不追氮肥(NIND)、全沟灌溉不追氮肥(EFIND)、隔沟灌溉不追氮肥(AFIND)、全沟灌溉追施氮肥(EFITD)、隔沟灌溉追施氮肥(AFITD)5个处理,分析了小麦产量及其构成因素、主要品质指标和地上部氮素积累转运分配特性。结果表明,拔节期灌溉与否、灌溉方式和追施氮肥均可显著调控旱地沟播小麦产量、品质和氮素积累转运特性,且作用效果有叠加效应。与NIND相比,EFIND、AFIND、EFITD、AFITD 的产量分别显著提高46.57%,67.72%,83.71%,95.88%;开花期氮素积累量、花后氮素积累量、花后氮素积累对籽粒氮素的贡献率均显著提高,从而使成熟期氮素积累量分别显著提高25.94%,41.00%,65.86%,82.64%。与NIND相比,EFIND、AFIND和EFITD显著降低小麦品质,而AFITD的品质不降低甚至显著提高。隔沟灌溉较全沟灌溉,开花期氮素积累量无显著差异,花后氮素积累量显著提高,从而使成熟期氮素积累总量和籽粒氮素积累量显著提高,不追施氮肥时产量显著提高,但除沉降值外各品质指标无显著差异,追施氮肥条件下产量和各品质指标均显著改善。追施氮肥与不追氮肥相比,开花期氮素积累量、花前氮素转运量、花后氮素积累量、花后氮素积累对籽粒的贡献率均显著增加,从而使成熟期地上部氮素积累量、籽粒分配比例显著增加,进而使籽粒产量和籽粒氮素积累量显著提高,品质多表现为显著改善,且隔沟灌溉的提质效应较全沟灌溉大。拔节期隔沟灌溉与追施氮肥结合不仅可显著提高开花期和开花后的氮素积累量,而且可显著提高花前氮素向籽粒的转运量,从而显著提高成熟期籽粒氮素积累量和分配比例,最终在提高产量的同时改善品质,是适宜旱地沟播小麦的灌溉施肥方式。

为了挖掘小麦响应草铵膦胁迫下的关键基因,解析关键基因及其家族成员染色体分布、表达模式等,以冬小麦津农6号为研究对象,喷施不同浓度的草铵膦,观察其药后表型;提取胁迫处理0,3,9 h的小麦叶片总RNA,进行转录组测序,筛选关键基因并对其表达量、结构及表达模式进行分析。结果表明:转录组分析发现草铵膦胁迫诱导TraesCS4A02G044000基因上调表达,序列分析表明,该基因位于小麦第4同源基因A基因组。蛋白结构域分析可知,该基因编码蛋白存在1个信号肽、1个DUF568结构域和1个b561结构域。此外,在该基因家族成员中挖掘出12个同时含有DUF568和b561结构域的基因,位于第4,5,7同源群,其中位于第4同源群A、B、D染色体的TraesCS4D02G265000、TraesCS4B02G265100和TraesCS4A02G044000基因在草铵膦胁迫诱导下显著上调表达,该3个基因均编码细胞色素b561。编码细胞色素b561的TraesCS4A02G044000及其同源基因在草铵膦胁迫下显著上调,表明b561在小麦受到草铵膦胁迫后产生了积极的响应,参与了草铵膦在小麦体内的代谢。

为探究TaTLP8类甜蛋白在小麦抵御叶锈菌侵染过程中的功能,以小麦近等基因系TcLr26及其轮回亲本Thatcher(Tc)为材料,分别与叶锈菌生理小种260组成不亲和与亲和组合。经生物信息学分析、原核表达、亲和层析、动物免疫,制备了TaTLP8的兔源多克隆抗体,并使用制备的抗体,对小麦与叶锈菌互作的不亲和与亲和组合中TaTLP8的表达情况进行了分析。结果表明,小麦TaTLP8与大麦HvTLP8同源性较高且N-端含有信号肽。以无信号肽区段的TaTLP8基因(TaTLP8-nosp)构建重组质粒pET28a-TaTLP8-nosp,并以0.100 mmol/L的最适浓度IPTG对该蛋白在大肠杆菌BL21中进行诱导表达。以纯化后的TaTLP8-nosp重组蛋白免疫新西兰兔制备了抗体。Western Blotting检测发现,该抗体可与小麦中TaTLP8蛋白特异性结合。使用制备的抗体检测了小麦-叶锈菌不同亲和性组合中TaTLP8的表达水平,发现TaTLP8在不亲和组合中自接种叶锈菌8 h后启动表达,其表达量逐渐升高;在亲和组合中,直至叶锈菌接种后48 h才检测到TaTLP8的蛋白信号,并且其表达水平逐渐下降。总体而言,TaTLP8在不亲和组合中的表达水平高于亲和组合,说明TaTLP8在小麦抵御叶锈菌侵染的过程中可能发挥正调控作用。

为进一步探究小麦的TaGAMyb-B不同等位变异基因对茎秆伸长的作用,利用水稻的农杆菌转化体系、RT-qPCR、组织切片和细胞组织特异性分析等方法系统研究TaGAMyb-B基因不同等位变异中84 bp InDel 的功能。结果发现:在TaGAMyb-B超表达的水稻转基因株系中,该基因在种子、根、茎以及叶中均有表达; 转TaGAMyb-Ba-GFP和TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻T₂种子在应对外界NaCl、GA和甘露醇胁迫处理时,其表现的敏感性为TaGAMyb-Bb-GFP大于TaGAMyb-Ba-GFP;转TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻的第一、二和三茎粗,穗长和分蘖数均显著小于转TaGAMyb-Ba-GFP基因型;转基因水稻后代第二茎间的细胞组织切片分析表明:转TaGAMyb-Ba-GFP基因型水稻横切面厚壁组织细胞的平均厚度显著大于转TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻,并且其厚壁细胞的平均长度极显著小于转TaGAMyb-Bb-GFP基因型水稻。以上结果表明,TaGAMyb-B不同等位变异中84 bp序列缺失在转基因水稻中除了增加非生物胁迫抗性和抗倒伏性功能外,还显著增加了穗长和分蘖数。

为探究航天诱变小麦突变体的真伪,以实践十号卫星搭载创制的周麦18 SP₅突变群体为材料,对其籽粒表型进行分析,同时采用42对SSR标记和55K SNP芯片技术对籽粒表型差异较为显著的4个突变体进行真实性鉴定。籽粒表型分析发现,突变群体的千粒质量、粒长差异显著,其中千粒质量变异最为丰富,粒宽差异不显著,且突变群体的平均粒长、粒宽和千粒质量均显著高于野生型,说明航天诱变的有益突变频率较高。SSR标记鉴定发现,突变体ZM18-112与野生型的差异标记为18个,多态性比例高达42.85%,而ZM18-105、ZM18-26和ZM18-7与其野生型的差异标记均不超过3个。SNP芯片鉴定发现,ZM18-112与野生型的差异SNP位点所占比例高达13.3012%,而其他3个突变体与野生型的差异SNP位点所占比例不超过0.7689%。认为突变体ZM18-112是由于异花授粉或机械混杂产生的假突变体,而ZM18-105、ZM18-26和ZM18-7与野生型的遗传背景基本一致,是经过航天诱变而产生的真实突变体。

为了阐明不同抗旱基因对小麦粒质量的影响,以352份黄淮麦区主栽品种(或品系)为试验材料,设置正常灌溉和干旱2个试验处理,从2019-2021年连续3 a进行小麦粒质量数据调查。分别利用1-fehw3、TaDreb-B1和Cwi-4A 3个抗旱基因的KASP标记对试验材料进行检测,研究不同抗旱基因对小麦粒质量的影响。结果显示,3个基因的KASP标记可以对试验材料进行很好的基因分型,1-fehw3和Cwi-4A基因的KASP标记分型效果比TaDreb-B1基因标记更优。1-fehw3、TaDreb-B1和Cwi-4A 3个基因的优势等位基因型分布频率分别为36.9%,41.1%,35.1%。利用1-fehw3、TaDreb-B1和Cwi-4A 3个基因进行单独检测时,在不同年份和不同条件下,抗旱基因型与不抗旱基因型品种间千粒质量均未达到显著水平。当以2个基因进行联合检测时,1-fehw3+TaDreb-B1在2019年正常灌溉和2020年干旱2个环境下抗旱基因型较不抗旱基因型千粒质量达到显著水平;1-fehw3+Cwi-4A在2019干旱和2020干旱2个环境下千粒质量达到显著水平;TaDreb-B1+Cwi-4A在2020年干旱环境下千粒质量达到显著水平。当以1-fehw3、TaDreb-B1和Cwi-4A 3个基因进行联合检测时,除2020年正常灌溉条件之外其余5个环境下抗旱基因型千粒质量均显著高于不抗旱基因型。结果表明,由于抗旱性是由多基因控制的复杂性状,单个抗旱基因对小麦抗旱性的贡献率较小,但通过分子标记辅助选择手段进行多个基因聚合育种,可以显著提高小麦抗旱性。

针对华北平原北部冬小麦生长发育所需温度与实际环境温度间的矛盾,于2019-2021年连续2个生长季,通过大田试验研究了晚冬早春阶段性升温调控小麦源库性能的作用。首个生长季设置4个阶段性升温处理:1月20日(CT1)、1月26日(CT2)、2月1日(CT3)、2月7日(CT4)增温,3月20日结束增温;第2个生长季设置3个阶段性升温处理:1月25日(CT1)、2月1日(CT2)、2月8日(CT3)增温,3月15日结束增温;2个生长季均以常规生产为对照(CK)。结果表明:增温处理增温阶段积温增加138.1~405.1 ℃,第二生长季CT1拔节-开花日均温降低2.50 ℃,第一生长季开花-成熟日均温降低2.31 ℃,第一生长季提前小麦返青25 d,且延长返青-成熟总天数21 d。第二生长季CT1开花期叶面积指数可显著提高17.6%,旗叶面积可显著提高33.7%。2020-2021生长季花后5 d净光合速率可显著提高11.7%,第一生长季花后CT1旗叶丙二醛含量可显著下降28.0%。在第二生长季中,CT1穗长可显著提高15.7%,粒长显著提高2.3%,花后15 d籽粒灌浆速率则可显著提高41.0%,CT1穗粒数可显著提高8.8粒,千粒质量显著提高2.0 g,产量可显著提高35.8%。由此表明,增温处理提前了小麦返青,小麦源库物质积累的开始时间提前,结束增温措施之后的相对降温,既延长了源库物质积累的总时间,同时又为源库活性的提高准备了条件,且存在增温处理实施时间越早,小麦源库性能提高越多的趋势。

为有效提高冬小麦千粒质量,探究不同滴灌施肥频次对黄淮海麦区中强筋小麦籽粒灌浆和成熟籽粒形态的影响,在田间试验条件下,选用不同中强筋冬小麦品种为试验材料,开展了施氮总量(尿素形式)210 kg/hm²和灌溉总量120 mm下不同滴灌施肥频次(2,3,4次,分别以DF2、DF3、DF4表示)和传统灌溉施肥(CK)的对比试验。结果表明:籽粒形态(除长度、圆度外)、籽粒灌浆关键参数(V_mean、V_max、V₂、M₂)、千粒质量两两间存在显著或极显著的相关性;滴灌提高了V_mean(平均灌浆速率)、V_max(最大灌浆速率)、V₂(快增期灌浆速率)和M₂(快增期籽粒积累量);与2次追水肥(DF2)相比,3次追水肥后(DF3),最大灌浆速率出现时间T_max、V_mean、 V_max、V₂、M₂和籽粒面积均有所提高;4次追水肥后(DF4),T_max、T₂和M₂有所提高。与DF2相比,增加施肥频次(DF3和DF4)籽粒的长度、宽度、厚度、圆度和籽粒面积均有提高,DF3的籽粒宽度和籽粒面积提高达到显著水平,DF4的籽粒厚度提高达到显著水平,其纵横比降低,2.2~2.5 mm筛分等值显著降低,>2.8 mm筛分等值增加,籽粒更加饱满。与畦灌相比,DF3和DF4的籽粒同样更加饱满。综上,在小麦生产中,通过滴灌适当增加施肥频次对优化穗粒发育、提高籽粒质量非常重要。

为筛选适于旱地冬小麦-夏玉米复种体系中冬小麦高产的深耕时间和方式,于2019年6月-2021年6月,在豫西典型的旱作麦-玉复种轮作种植区设置夏深翻(SP)、夏深松(SS)、秋深翻(AP)和秋深松(AS)4个处理,研究了2个试验年度的小麦产量、产量构成和穗部性状,以及2020-2021年度的小麦群体茎蘖数、旗叶SPAD值和净光合速率、干物质和氮素积累转运特性。深耕时间和方式对旱地冬小麦产量、产量构成因素、穗部性状、茎蘖数、旗叶SPAD值、净光合速率、干物质和氮素积累转运均有显著影响。与夏深翻相比,秋深松的冬小麦产量、穗数、返青-成熟期地上部干物质积累总量、花前干物质转运量、花后干物质积累量、开花-成熟期氮素积累总量、花前氮素转运量、灌浆中后期旗叶SPAD值和抽穗-灌浆后期旗叶净光合速率分别显著提高18.38%~19.55%, 16.85%~26.05%,15.33%~20.28%,16.47%, 20.43%, 26.11%~33.81%, 36.49%, 5.24%~9.69%和5.55%~23.70%。秋深松能够增加小麦的茎蘖数、旗叶SPAD值和净光合速率, 改善干物质和氮素积累转运特性, 最终在增加穗数的同时稳定穗粒数和千粒质量, 显著提高籽粒产量, 是适宜于旱地麦-玉复种体系小麦生产的耕作模式。

为探索高效的灌溉策略以减少灌水量并提高作物水分利用效率以缓解黄淮海冬麦区水资源短缺。采用田间裂区试验设计,探究地表滴灌(DI)和地下滴灌(SDI)条件下不同土壤水分状况(分别为田间持水量的50%~60%,60%~70%,70%~80%,记为W₅₀、W₆₀和W₇₀)对冬小麦产量、土壤水提取量、蒸散量和水分利用效率的影响。结果表明,对于整个生长季,与DI处理相比,SDI处理降低0~0.8 m土层土壤水提取比降低11.8%~21.8%,但SDI处理0.8~1.6 m土层土壤水提取量增加28.4%~29.8%。SDI处理的平均土面蒸发量和灌溉量分别比DI处理减少23.1%,8.9%。虽然花后SDI和DI处理间蒸腾速率的差异不显著,但在W₅₀和W₆₀条件下(亏缺灌溉),SDI处理的净光合速率和叶面积指数均高于DI处理。与DI处理相比,在亏缺灌溉条件下,SDI处理的产量增加14.5%~29.3%,水分利用效率增加13.9%~25.9%。与DI处理相比,在W₇₀条件下,SDI处理更多灌溉水下渗到0.8 m以下土层,从而显著降低上层土壤的土壤水提取量及叶片的净光合速率,导致产量降低4.1%~8.9%。SDI处理在W₆₀条件下能够从深层土壤提取更多水分,并调控冬小麦的光合特性,从而提高冬小麦的产量和水分利用效率。

针对华北地区冬小麦-夏玉米轮作区氮肥用量大、损失严重而控释尿素成本高、推广难的问题,基于3 a 6季冬小麦-夏玉米轮作田间定位试验,探究不同减氮条件下普通尿素配施控释尿素对氮素利用的影响,以期在前期明确控释尿素与普通尿素适宜配比的基础上进一步优化施氮量,进而为华北冬小麦-夏玉米轮作区化学氮肥减量增效和控释尿素的推广应用提供技术参考。试验设置6个处理:不施氮(CK)、农民习惯施氮(FH,冬小麦季施氮270 kg/hm²,夏玉米季施氮240 kg/hm²,基追比为1∶1)和不同减氮条件下配施控释尿素的处理(N1、N2、N3和N4:冬小麦季分别施氮243,216,189,162 kg/hm²,其中控释氮占40%;夏玉米季分别施氮216,192,168,144 kg/hm²,其中控释氮占30%;均一次性基施)。结果表明:与FH处理相比,仅N1处理可实现冬小麦和夏玉米的连年增产增收,可使冬小麦在2017-2018年,2019-2020年分别显著增产4.0%,5.4%,即使在2018-2019年其他减氮处理均减产的情况下仍可增产1.6%;可使各年夏玉米青贮产量显著增加,平均增产10.9%;各季作物收获后0~100 cm,60~100 cm土层土壤无机氮积累量较FH显著降低,6季作物累计氮素利用率较FH提高11.3百分点。在减氮10%条件下按适宜比例配施控释尿素(即:冬小麦季施氮243 kg/hm²,配施40%控释氮;夏玉米季施氮216 kg/hm²,配施30%控释氮)可提高小麦-玉米轮作中的作物产量和累计氮肥利用率,并减少土壤无机氮素的累积和淋失。

为明确小麦茎秆基部第2节形态及结构特征与抗倒伏关系,发掘抗倒伏关键茎秆形态指标及数量性状基因座位点(QTL)。以120份RILs家系为研究材料,分别测定2020,2021年茎秆强度及基部第2节间长度、茎粗、壁厚、纤维素含量和木质素含量等指标,开展多元回归分析,并结合55K SNP芯片进行QTL定位分析。结果表明,茎秆强度与基部第2节间茎粗和壁厚呈显著或极显著(P<0.01)正相关(P<0.05),与基部第2节间纤维素含量和木质素含量呈极显著正相关(P<0.01)。多元回归分析表明,基部第2节间纤维素含量是影响小麦茎秆强度的关键指标。基于55K芯片关联分析结果,在1A、1D、2B、2D、4D、5A、5B、5D和7B等染色体上共检测到19个与茎秆性状相关的QTLs,解释了7.67%~65.33%的表型变异。在1D染色体上,与标记AX-110771095和AX-109431570连锁的QTL位点同时控制基部第2节间长、壁厚及纤维素含量3个性状,解释了7.96%~10.76%的表型贡献率。

为探明糯小麦籽粒淀粉组分和理化特性对灌水的响应,在大田条件下,采用裂区设计,主区为2个糯小麦品种(临糯88,软质;晋麦99号,硬质),副区为3种灌水处理(S₁,越冬水;S₂,越冬水+拔节水;S₃,越冬水+拔节水+灌浆水),同时以不灌水作为CK,分析灌水对2个糯小麦籽粒产量、淀粉含量、淀粉组分、粒径分布、面粉糊化特性及品质的影响,并对其进行相关性分析。结果表明,随灌水次数增加2个糯小麦品种籽粒产量及其构成因素均提高,2 a平均S₃处理下较S₁和S₂处理下临糯88分别增产 63.59%和 9.02%,晋麦99号分别增产 64.15%和 6.95%;S₂处理下2个糯小麦品种淀粉含量均最高,临糯88、晋麦99号较CK分别提高1.75,5.54百分点;临糯88支链淀粉含量随灌水增加先升后降,S₂处理显著高于其他处理,晋麦99号支链淀粉含量随灌水增加而降低,S₁处理显著高于其他处理;淀粉直/支则与之相反。供试品种淀粉粒的粒径分布为1.0~45.7 μm,其数目分布呈单峰曲线变化,体积和表面积分布均呈双峰曲线变化,随灌水次数增加,B型淀粉粒数目先升后降,面粉糊化温度先降后升,峰值时间前移,但均以S₂灌水处理最显著;蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值均随灌水次数增加而降低。本试验条件下,灌越冬水+拔节水在稳产的同时,可提高临糯88的淀粉含量、B型淀粉体积比例,降低淀粉直/支比;灌越冬水+拔节水+灌浆水在高产的同时,可降低晋麦99号的淀粉直/支比,改善硬质糯小麦的糊化特性。灌水能有效调控糯小麦籽粒淀粉组分和粒度分布,从而改变了淀粉的理化性质。

为发掘小麦品质性状相关数量性状位点(QTL),以小麦骨干亲本百农AK58和碧蚂4号衍生的包含248个株系的重组自交系群体为材料,利用4个环境获得的蛋白质含量、湿面筋含量、淀粉含量、沉降值和延伸性等品质参数及已构建的单核苷酸多态性(SNP)高密度遗传连锁图谱进行QTL定位。通过完备区间作图法共检测到60个品质性状相关QTL,分布于除6B以外的20对小麦染色体上。有21个QTL可以在2个或2个以上环境中被检测到,其中15个QTL的增效基因来自百农AK58,6个QTL的增效基因来自碧蚂4号。4A染色体上116.4~139.0 cM(629.36~701.53 Mb)是一个QTL簇,该区段同时定位了与蛋白质含量(QGpc.his-4A-2)、湿面筋含量(QWgc.his-4A-2)、沉降值(QSv.his-4A)和延伸性(QEx.his-4A)相关的QTL。分析重组自交系群体中1BL/1RS易位对品质性状的影响,发现1BL/1RS易位有助于提高籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值,对淀粉含量有一定的负效应,推测1BL/1RS易位系对品质性状的作用可能和其遗传背景相关。

以华北平原南部两熟作物的搭配为研究对象,在玉米、大豆和花生3种前茬作物的磷常规施用水平基础上,同时设置不施磷肥的磷匮乏水平,同期检测收获后土壤的养分含量及后茬小麦产量及籽粒养分累积量,为华北平原一年两熟制的作物搭配提供理论依据。结果表明,对前茬作物收获后土壤养分而言,在不施磷肥情况下土壤全磷含量表现为大豆前茬处理较高,花生前茬处理与常规施肥处理含量相近;土壤速效磷含量整体表现为花生前茬处理较高;土壤硝态氮和铵态氮含量均表现为大豆前茬处理最高。对后茬小麦而言,小麦千粒质量和产量及小麦籽粒氮、磷累积量和氮肥偏生产力在不施磷肥下均表现为花生前茬处理较高,分别较玉米前茬处理提高0.60%,6.19%,15.46%,18.11%和6.21%,较大豆前茬处理提高2.18%,7.30%,17.66%,13.40%和7.30%。综上,在低磷水平下,为了保证土壤养分平衡,选择花生作为小麦前茬作物是华北平原南部两熟区作物搭配的较优模式。

通过探索河北山前平原区有机肥替代氮肥的配比,以期为该区小麦氮肥减量增效技术提供依据。在河北永年博远农场连续2 a进行大田试验,设置5个有机肥和无机肥组配处理。结果表明,有机肥替代20%和40%的化肥,可显著提高穗粒数和产量,较高氮处理和节氮处理产量提高4.0%以上,穗粒数增加3.6~5.6粒。籽粒品质指标大多为替代率20%和40%的处理和节氮处理较优,主要为稳定时间增加2.2~2.7 min,拉伸面积增大10.5~17.5 cm²,最大拉伸阻力增大28.0~75.5 EU。氮效率各项指标大多为替代率20%的处理较优,其中氮肥效率、氮素利用效率和氮收获指数较高氮处理分别提高109.3%,9.3%,11.3%,较节氮处理分别提高6.9%,8.5%,8.3%。有机肥不同比例替代化肥,0~20 cm土壤硝态氮均出现“表聚现象”,含量增加,较节氮处理高38.5%以上;20~40 cm土壤硝态氮则表现为节氮处理和高氮处理显著较高。20%有机肥替代氮肥小麦产量和品质俱佳,显著改善0~40 cm土壤硝态氮含量,提高小麦对氮素吸收利用,环境效益显著。

为了研究东北春麦区不同轮作模式下土壤中小麦赤霉菌的含量和真菌群落组成特点,以小麦-小麦-马铃薯轮作(T)、小麦-小麦-水飞蓟轮作(MT)、小麦-小麦-油菜轮作(R)、小麦-小麦-甜菜轮作(S)和小麦-小麦-小麦连作(W)为对象,利用MiSeq 高通量测序平台ITS2扩增子测序技术,测定土壤真菌群落组成、多样性及小麦赤霉菌相对丰度。数据显示,土壤中真菌OTUs数目在小麦连作,小麦与马铃薯、水飞蓟、油菜和甜菜轮作中分别为:389,362,390,471,438个。油菜和甜菜与小麦轮作模式中,Chao1指数较小麦连作分别增加了11.08%和8.59%。结果表明,水飞蓟、油菜和甜菜与小麦轮作增加了土壤真菌的丰富度。水飞蓟和小麦轮作模式的Shannon指数和Simpson指数在5种种植模式中最高,表明该处理的土壤真菌群落多样性更好。5种不同种植模式中土壤真菌群落结构相似性聚类分析显示,4种轮作模式聚为一支。4种轮作模式与连作相比,担子菌门丰度增加,接合菌门丰度降低。与小麦连作相比,油菜、甜菜和水飞蓟与小麦轮作模式中,玉蜀黍赤霉的相对丰度分别下降了16.67%,50.00%,83.33%,并且有益菌群明显富集。然而,马铃薯与小麦轮作模式中玉蜀黍赤霉丰度显著增加。综上所述,在东北春麦区建议选择水飞蓟、甜菜和油菜与小麦轮作以减轻小麦赤霉病的危害。

为探索适宜环渤海低平原地区的微灌水肥一体化技术灌溉模式,于2014-2015年和2015-2016年,在同一试验地重点分析了微灌方式下冬小麦研究对小麦植株成穗比例、穗部变异、产量及耗水特征影响,设置了5个微灌处理试验,“限水稳产”模式设2个灌水处理(分别为T1、T2处理);“节水高产”模式设2个灌水处理(分别为T3、T4处理)。T5处理为微灌模式下足水处理和1个畦灌对照处理T6。结果表明:微灌模式处理小麦成1穗组比例、2穗组比例高于传统畦灌,成3穗组、4穗组比例显著低于传统畦灌;微灌模式增加了小麦植株成1、2穗能力,单穗质量整齐度明显高于畦灌模式;2014-2015年,T3处理小麦产量最高,其次为T4处理,二者产量略高于畦灌对照和T5处理,T3处理水分利用效率最高,略高于T2 处理,显著高于其他处理,较畦灌模式增加23.0%。2015-2016年,小麦产量T6>T5>T3>T4>T2>T1,其中T6显著高于T1、T2处理,较其他处理无显著差异,水分利用效率以T3处理最高,较畦灌增加40.3%,综合考虑节本增效、节水生态方面,微喷带灌溉模式下春灌2水的灌水模式(拔节水、开花水)为最佳灌水处理。

为明确杂交小麦群体调控对源库系统的影响,以二系杂交小麦品种京麦6号为研究对象,从群体结构、物质积累、产量构成等方面分析杂交小麦群体源库特征。结果表明,在源系统方面,增加密度可提高群体物质积累,但花后物质积累与密度增加未表现出同步增长关系,中高密度处理花后物质积累量无显著差异,花后物质积累比例、花后物质生产力随密度增加基本呈降低趋势,花前贮藏物质转移率和贡献率基本表现为先上升后降低的趋势。在库系统方面,杂交小麦库容建成受密度影响不显著,库容量与产量呈极显著正相关关系,中低密度条件下穗叶比值、粒叶比值等较高,杂交小麦具备群体库容大而稳、库源比例高的特性;随播种密度的增加,杂交小麦产量呈单峰曲线变化,在225×10⁴~375×10⁴/hm²播种条件下较高。构建合理源库系统,应用库源比例高、源功能强而持续、分蘖成穗能力高、贮藏物质再分配利用效率高的品种,采取控制种植密度、适度减少投入的栽培策略,有利于实现杂交小麦花后“增源、强源”目标,构建源库系统平衡群体,对杂交小麦产量进一步提升具有特殊重要意义。

为探讨氮肥用量及氮肥基施与拔节期追施比例对弱筋小麦产量、品质与氮肥效率的影响,明确弱筋小麦适宜氮肥运筹措施,选用弱筋小麦品种鄂麦580为试验材料,设置氮肥用量试验和氮肥基追比试验,其中氮肥用量试验设0,90,135,180,225 kg/hm² 5个处理,氮肥基追比试验设10∶0,7∶3,5∶5,3∶7 4个处理,通过测定分析不同处理下小麦叶绿素含量(SPAD)、叶面积指数(LAI)、产量及产量构成因素、氮肥利用率和品质等指标,研究不同氮肥运筹模式下弱筋小麦产量、氮肥效率和品质的变化。结果显示,合理氮肥运筹可有效提高小麦光合能力,延缓叶绿素衰减,提高产量和氮肥利用率,改善小麦品质。随施氮量的增加小麦产量呈先升后降的趋势,在施氮量为180 kg/hm²,基追比为7∶3时产量最高为5 903.0 kg/hm²。在施肥量相同的情况下,随着追肥比例的增加小麦氮肥吸收利用率、氮肥偏生产力和氮肥农学效率呈先增后降趋势,在基追比为7∶3时3项指标均达最大值分别为:37.6%,32.8 kg/kg,12.0 kg/kg。不同的氮肥运筹模式对小麦品质指标有明显影响,籽粒粗蛋白含量、湿面筋含量和稳定时间均随氮肥用量的增加及氮肥的后移呈现增加趋势。综合光合特性指标、产量及产量构成指标,氮素利用率和弱筋小麦品质性状指标,施氮量为180 kg/hm²且基追比为7∶3为弱筋小麦产量、品质及氮肥利用效率协同最佳的氮肥运筹模式。

为探究北方冬麦区小麦品种春化基因组成与冬春性的关系,以北方冬麦区271份小麦主栽品种为试验材料,通过分子标记对4个主效春化基因Vrn-A1、Vrn-B1、Vrn-D1和Vrn-B3的组成和分布进行检测,并在海南省三亚市观察田间抽穗情况,同时结合资料记载调查其冬春性特性。分子标记检测结果显示,4个显性等位基因中Vrn-D1(占27.7%)在供试品种中分布频率最高,且呈现由南向北逐渐降低趋势;显性等位基因Vrn-B1在该麦区小麦材料中分布频率较低(占3.0%);所检测材料中均不含显性等位基因Vrn-A1和Vrn-B3;该麦区小麦春化基因组合主要为vrn-A1/vrn-B1/vrn-D1/vrn-B3。通过对供试小麦材料进行冬春性分析,发现部分含有显性等位基因Vrn-D1的材料需要春化才能开花结实,而包含显性等位基因Vrn-B1的小麦材料对春化的需求明显较弱。4个显性春化基因中,只有显性等位基因Vrn-D1和Vrn-B1在所检测的北方冬麦区小麦品种中有分布,且显性等位基因Vrn-B1对小麦春化发育特性的作用强于Vrn-D1。

为了探究褪黑素在小麦与叶锈菌互作中的作用,以小麦品种洛夫林10(简称L10)与叶锈菌生理小种260组成不亲和组合为研究对象,通过外源注射甲基紫精(甲基紫精作为一种氧化剂诱发产生超氧阴离子,可以有效增加活性氧的含量),诱导产生活性氧,利用褪黑素清除活性氧的能力确定褪黑素最佳作用浓度;然后在小麦幼苗叶片中注射褪黑素并接种叶锈菌生理小种260,通过DAB染色观察H₂O₂含量变化;通过Rohringer染色检测HR面积;通过测定小麦过氧化物酶和过氧化氢酶活性,探究外源注射褪黑素对小麦抗氧化能力的影响;通过以上研究以明确褪黑素在小麦与叶锈菌互作中的作用。结果表明:外源注射甲基紫精引起的活性氧增加,其清除最适的褪黑素注射浓度为10 μmol/L。对不亲和组合的DAB染色结果显示,注射10 μmol/L褪黑素后,叶锈菌侵染诱发的小麦叶片H₂O₂积累量少于对照组,表明褪黑素参与了H₂O₂清除作用; Rohringer染色结果表明,经过外源性褪黑素处理后小麦HR细胞面积减小,有效增强了对叶锈菌的抗性。此外,外源注射褪黑素提高了抗氧化酶POD和CAT的活性,表明小麦的抗氧化能力获得显著提升。试验结果表明,外源注射褪黑素参与了小麦抗叶锈菌过程中活性氧的清除,提高了小麦的抗病能力。

为探索豫北潮土地区适宜的耕作模式,在2016-2019年小麦季设置3 a一周期的5种耕作模式组合,即连续旋耕(RT-RT-RT)、深耕-旋耕-旋耕(DT-RT-RT)、深耕-旋耕-条旋耕(DT-RT-SRT)、深耕-条旋耕-条旋耕(DT-SRT-SRT)和深耕-条旋耕-旋耕(DT-SRT-RT),测定并分析不同耕作模式下小麦生育期光合特性、土壤速效养分含量及籽粒产量。结果表明,与RT-RT-RT相比,轮耕处理的小麦光合特性有所改善,净光合速率、气孔导度以DT-SRT-RT处理较佳,平均增幅分别为10.85%,7.83%;DT-SRT-RT叶绿素含量的增加随生育期的推进逐渐明显,在灌浆期较RT-RT-RT 显著提高16.52%;与RT-RT-RT相比,轮耕处理提高了0~50 cm土层土壤速效氮、磷、钾含量。此外,DT-SRT-RT小麦穗数、穗粒数、千粒质量和产量均高于RT-RT-RT,较RT-RT-RT增产14.64%。相关分析表明,小麦净光合速率与小麦产量呈正相关,在开花期达极显著水平;表层土壤硝态氮、铵态氮、有效磷和速效钾含量总体上均与小麦产量呈显著正相关。总的来说,在豫北潮土地区,实施轮耕可提高小麦生育期光合速率、土壤速效养分含量和产量及其构成因素,其中以DT-SRT-RT效果最佳。

为了给作物持续高产下科学施用磷肥提供依据,采用1978年以来土壤有效磷变化的大数据分析、不同时段磷肥定位试验、大面积磷肥产量效应试验等方法分析了冬小麦-夏玉米轮作区土壤有效磷变化、土壤和肥料磷的产量效应。结果表明,冬小麦-夏玉米轮作区土壤有效磷含量平均为22.43 mg/kg,表现为太行山山麓平原﹥冲积平原。1996-1999年,太行山山麓平原、冲积平原区供试土壤有效磷含量分别为15.09,11.90 mg/kg,冬小麦P₂O₅用量180 kg/hm²时土壤供磷能力:冬小麦分别为83.9%,75.8%,夏玉米分别为83.3%,89.7%。冬小麦秸秆还田下,土壤磷收支表观平衡分别为盈余52.8%,55.4%。2010-2012年,太行山山麓平原土壤有效磷27.22 mg/kg,冬小麦、夏玉米P₂O₅用量分别为108,60 kg/hm²时土壤供磷能力:冬小麦为84.6%,夏玉米为90.1%。小麦秸秆不还田下,土壤磷收支表观平衡:冬小麦盈余6.7%,夏玉米亏缺47.1%。基于2002-2006年,2012-2016年多点大面积磷肥在冬小麦、夏玉米上的效应函数计算出最高产量P₂O₅用量:冬小麦分别为107.3,125.1 kg/hm²,夏玉米分别为52.0,58.9 kg/hm²。过量施用磷肥连续种植3 a 6茬,土壤积累磷均表现出显著的增产效应。冬小麦-夏玉米轮作秸秆还田下,冬小麦、夏玉米推荐P₂O₅用量分别为90~100,30 kg/hm²;秸秆不还田分别为100~120,45 kg/hm²。

为明确畦灌条件下不同灌水时期和灌水次数对冬小麦产量形成及水分利用的调控效应,于2018-2019年,2019-2020年开展大田试验,设置4个补灌处理:出苗后整个生育期间不灌水(W0)、拔节水(W1)、拔节水+开花水(W2)、返青水+拔节水+开花水(W3)。结果表明,在播种期水分管理一致的条件下,2个年度冬小麦单位面积穗数、穗粒数均随着补灌次数的增加而增加,处理间差异达到了显著水平;千粒质量年度间差异较大,且与花前同化物输入籽粒量呈显著正相关。2018-2019年,W3处理的籽粒产量达到了10 100.05 kg/hm²,与W2处理之间差异不显著,但均显著高于其他处理;2019-2020年,W3处理的籽粒产量为9 604.00 kg/hm²,显著高于其他补灌处理,水分利用效率和灌溉水效益则显著低于其他补灌处理。W1与W2处理水分利用效率差异不显著,但均高于其他处理。相关分析表明,籽粒产量与花后同化物输入籽粒量及花后同化物对籽粒的贡献率均呈显著正相关。综上所述,小麦生育期灌水时期和次数应结合播种期的土壤墒情和关键生育时期的降水量综合考虑,在播种期足墒条件下,补灌拔节水和开花水可实现产量与水分利用效率的协同提高。

半胱氨酸蛋白酶是蛋白质降解过程中的一类水解酶,参与植物的衰老与成熟,在植物生长发育过程中发挥重要作用。基于前期得到的小麦衰老阶段转录组数据中筛选到一个衰老特异的半胱氨酸蛋白酶(SAG39),为了研究TaSAG39基因在小麦衰老过程中发挥的作用,采用生物信息学分析方法和实时荧光定量(qRT-PCR)技术对TaSAG39的基因结构和表达模式进行分析。结果表明,其氨基酸序列与小麦祖先种节节麦、野生二粒小麦以及硬粒小麦亲缘关系最近,含有木瓜蛋白酶亚家族特有的活性位点Cys-His-Asn以及EFNIN结构。TaSAG39-5A、TaSAG39-5B、TaSAG39-5D基因组全长分别为1 455,1 435,1 439 bp,编码序列长分别为1 041,1 050,1 038 bp,均含2个外显子和1个内含子;其编码的蛋白分别由346,349,345个氨基酸组成,分子质量约37 ku,等电点5.53~5.67,为稳定的带负电的亲水性蛋白;主要构成元件为无规则卷曲和α-螺旋,在蛋白质N段含有信号肽,具有保守的Inhibitor_I29和Peptidase_C1结构域,含有35~37个磷酸化位点,其中以丝氨酸磷酸化位点和苏氨酸磷酸化位点为主。TaSAG39蛋白可能与半胱氨酸蛋白酶抑制剂以及14-3-3蛋白互作,该基因启动子中含有脱落酸、茉莉酸甲酯、生长素、光、干旱、低温以及胁迫响应等有关的顺式作用元件。qRT-PCR结果证实,TaSAG39基因受自然衰老、黑暗、干旱、茉莉酸甲酯、高温、生长素诱导表达,在自然衰老过程中基因的诱导表达最为显著。

为明确磷酸蔗糖磷酸酶基因(SPP)的表达特征和生物学功能,进一步了解SPP参与蔗糖生物合成的调控机制。以小麦抗旱品种晋麦47的cDNA为模板克隆出3个位于第5同源群上的TaSPP同源基因,分别命名为TaSPP-5A、TaSPP-5B和TaSPP-5D。并利用生物信息学对小麦TaSPP的理化性质、基因结构、顺式作用元件、系统进化树和蛋白保守结构域等进行分析,通过qRT-PCR分析基因TaSPP的表达模式。结果表明,TaSPP-5A、TaSPP-5B、TaSPP-5D都包含8个外显子和7个内含子,TaSPP-5A和TaSPP-5D编码422个氨基酸,TaSPP-5B编码413个氨基酸。系统进化分析显示,小麦TaSPP基因与小麦的近缘物种在进化上处于同一分支,相似度较高。qRT-PCR表达分析结果显示,TaSPP基因在根、茎秆、旗叶、叶鞘、颖花、种子中均表达,其中在旗叶和茎秆中表达量较高;ABA、PEG-6000、NaCl和IAA胁迫均能诱导TaSPP基因的表达,表明小麦TaSPP基因可能在逆境胁迫过程中发挥重要作用。