为了应对河北省低平原区强筋小麦生产中面临水资源短缺与氮肥过量问题,研究节水减氮栽培模式对强筋小麦籽粒产量和品质的影响并进行评价,为该区强筋小麦的育种和栽培管理提供参考。于2016-2018年在沧州开展田间试验,以常规处理(CK:灌水1 500 m³/hm²,施氮240 kg/hm²)为对照,设置节水(W1:750 m³/hm²;W0:0 m³/hm²)和减氮(N-:120 kg/hm²;N0:0 kg/hm²)2组试验,分析13个强筋小麦品种的产量及品质响应。结果表明,节水试验,处理W1和W0较CK分别显著减产20.8%,38.0%,W0较W1显著减产21.6%,3个供试品种表现出较强的抗旱节水特性;处理W1使面团稳定时间显著延长了8.25 min,而W0导致蛋白质含量显著降低了1.0百分点,面粉吸水率显著下降了2.25百分点。减氮处理N-较CK减产3.7%但氮肥吸收利用效率显著提高了9.80百分点,处理N0较CK和N-分别显著减产15.8%,12.6%;处理N-面团稳定时间和拉伸面积分别提升了0.6 min,0.35 cm²,处理N0蛋白质含量显著降低了0.8 百分点,其余品质指标均有降低。主成分分析显示,W1处理品质综合得分最优(W1>CK>W0),减氮处理中CK>N->N0,师栾02-1、藁优5218、藁优5766和藁优2018在各处理中品质表现稳定,可作为优异育种材料。结论表明,在河北低平原区,适度水分胁迫(W1)虽减产但改善部分品质性状;氮肥减半(N-)可维持产量稳定并显著提高氮肥吸收利用效率且不影响品质。强筋小麦产量与品质间、不同品质指标间对水氮调控的响应均存在异步性,在品种选育和栽培管理中通过多目标协同优化实现产量与品质的平衡提升。

为了从转录水平阐明小麦品质调控的分子机制,通过对石麦15籽粒进行⁶⁰Co-γ辐射诱变获得了2个诱变品系(A94和A261),对石麦15、A94和A261开花后第7,14,21,28天的发育籽粒进行了转录组测序,同时测定了其面粉的吸水率、形成时间、稳定时间、弱化度和粉质质量指数。结果表明,2个诱变品系的粉质参数均优于石麦15。24个发育籽粒样品经转录组测序,数据过滤和注释后,共得到26 714个基因。与石麦15相比,A94在4个时间点分别有1 042,258,301,366个差异表达基因(DEGs),A261分别有 2 178,248,117,959个差异表达基因。KEGG富集结果表明,DEGs主要参与淀粉和蔗糖代谢通路和内质网蛋白加工;GO富集显示,DEGs主要参与了糖原生物合成过程、造粉体等生物学过程。通过对这些通路和生物学过程中的差异基因分析,推测2个诱变品系品质提高的原因包括灌浆早期蔗糖和淀粉合成与代谢相关基因上调、中后期错误折叠蛋白的降解、蛋白和淀粉积累调控基因的差异表达等。

叶锈病和白粉病是世界范围内小麦上的主要病害,培育和种植抗病品种是防治这两种病害最经济有效的方法。为了明确1 200份小麦主栽品种(系)中抗叶锈病基因Lr21的分布情况,利用小麦抗叶锈病基因Lr21紧密连锁的分子标记对1 200份小麦主栽品种(系)进行检测,发现23个小麦主栽品种(系)中含有抗叶锈病基因Lr21。利用其他已报道的小麦抗叶锈病基因分子标记对23份小麦材料进行检测,发现藁优2018含有Lr20基因,矮丰8号、京冬22、中麦175、鲁原205和唐Y958含有Lr37基因,济南17含有Lr46基因,未检测到含Lr9、Lr10、Lr19、Lr24或Lr34的小麦品种(系)。分别利用小麦叶锈菌和小麦白粉菌流行小种对23份含有Lr21的小麦主栽品种(系)进行抗病性鉴定,7个小麦主栽品种(系)对叶锈菌和白粉菌同时表现抗性,出现频率为30.43%;6个小麦主栽品种(系)对叶锈菌和白粉菌同时表现感病,出现频率为26.09%。总之,筛选了含有抗叶锈病基因Lr21的小麦主栽品种(系),进一步明确了这些含Lr21的主栽品种(系)中其他抗叶锈病基因的存在情况,评价了它们对叶锈和白粉菌的抗性。

小麦作为全球主要粮食作物之一,其生长发育、产量及品质常受非生物胁迫制约。为应对非生物胁迫,小麦进化出信号感知、信号传导及基因表达调控等一系列响应机制维持细胞稳态、保护生物大分子功能。干旱胁迫会导致小麦渗透调节物质与抗氧化物质积累、光合速率下降及形态结构改变,其分子机制主要包括活性氧(ROS)信号、激素信号及基因表达调控等途径。盐碱胁迫则会抑制种子萌发与幼苗生长,造成光合作用受阻、渗透调节失衡、离子平衡紊乱及膜脂氧化;小麦可通过激活盐超敏感(SOS)信号通路、钙离子信号、激素信号及基因表达调控来增强耐盐性。极端温度胁迫会抑制光合作用、引发膜脂氧化并促使渗透调节物质积累,其调控机制主要涉及激素信号、转录激活及表观遗传调控。本研究综述了小麦应对干旱、盐碱及极端温度胁迫的响应机制,并展望未来研究方向:聚焦多胁迫交叉互作机制,挖掘复合胁迫响应基因;将抗逆性状整合到高产优质遗传背景中,实现理想株型与抗逆性的协同改良;推动生物技术与常规育种方法深度融合,提升育种效率。旨在为小麦非生物胁迫抗性遗传改良提供理论支撑与技术参考。

旨为研究河北省冬小麦气象干旱的时空分布特征,利用河北省冬小麦种植区域119个国家气象站1991-2021年冬小麦生育期内的气象观测资料,根据《气象干旱等级》国家标准(GB/T 20481-2017)计算气象干旱综合指数(MCI),分析了河北省冬小麦近30年干旱时空分布特征。结果表明:河北省冬小麦种植区随着干旱等级从轻旱到特旱,干旱发生频率也呈阶梯式逐步下降。河北省冬小麦不同生育阶段轻旱发生频率平均值为22.1%~22.5%;中旱发生频率平均值为11.7%~14.5%;重旱发生频率平均值为3.6%~5.5%;特旱发生频率平均值为0.4%~1.0%。全生育期中旱及以上干旱发生频率相对偏高的地区主要在衡水大部、沧州西部和南部、邢台东部、邯郸东部,其发生频率均在20.25%以上。1991-2021年河北省冬小麦生育中期和生育后期的干旱强度和干旱范围均有明显减弱趋势。

旨在评估黄淮麦区20个推广小麦品种在自然老化条件下的耐贮性,并对其进行分类,以期为耐贮性小麦品种的培育与筛选提供理论依据。试验设置了12,24个月的自然老化处理,以收获后3个月的种子为对照,测定种子活力、种皮特性(颜色和细胞膜完整性)及生理生化指标(可溶性糖、谷蛋白、淀粉含量、抗氧化酶活性和丙二醛含量)的变化。结果表明,随着老化时间的延长,所有品种的种子活力均显著下降,发芽率和发芽势在12个月后分别下降2.17~10.79百分点和2.80~23.39百分点,24个月后下降幅度进一步加大至15.95~25.88百分点和14.93~41.44百分点。种皮颜色的色调、饱和度和强度均下降,而电导率上升,表明种皮细胞膜逐渐破损。生理生化指标中,除丙二醛外,可溶性糖、蛋白质、淀粉含量及抗氧化酶活性均呈下降趋势,24个月老化后的下降幅度大于12个月,其中总淀粉含量下降最为显著,12,24个月后分别下降6.43~32.13百分点和21.02~44.95百分点。基于发芽率、种皮颜色、电导率、可溶性糖和抗氧化酶活性等指标,将20个小麦品种分为耐贮型、中等耐贮型和不耐贮型,其中安农0711、洛旱19和新麦26表现出较强的耐贮性。研究结果为耐贮性小麦品种的选育提供了亲本材料、评价指标和理论参考。

旨在研究华北地区小麦玉米轮作体系下,玉米秸秆还田在培肥地力、提高产能方面的作用,探寻秸秆最佳还田方式和适宜还田量。2021—2023年,在河北省曲周县,通过田间裂区试验,对比了玉米秸秆不同还田方式及用量对小麦生长发育、产量构成及土壤有机质含量的影响。主区设2个处理,分别为秸秆切段还田和秸秆粉碎还田;副区为秸秆还田量,4个水平,分别为当年玉米秸秆量的0,0.5,1.0,1.5倍。研究表明:与秸秆粉碎还田相比,2023年玉米秸秆切段还田小麦产量提高4.3%,穗数提高7.6%,收获指数提高1.4%,均达显著水平;小麦秸秆N含量高0.04百分点,差异显著;小麦地上部N、P吸收量分别显著提高10.8%,14.3%(2022年),但秸秆切段还田显著降低了小麦秸秆K含量,降低0.13百分点(2023年);切段还田能够明显促进小麦越冬前后生长,拔节期NDVI值提高11.9%(2022年);土壤pH值增加0.22个单位(2023年)。随着秸秆还田量的增加,小麦产量和拔节期NDVI值呈现先升后降的趋势,地上部小麦N、P、K吸收量呈现显著下降趋势,土壤有机质呈现持续显著增加趋势。综合小麦生长势和产量,秸秆切段处理适宜还田比例为58%~62%,粉碎处理适宜还田比率为29%~42%。在设置试验条件下,玉米秸秆切段还田在促进小麦生长、提高小麦产量等方面有明显优势;将58%~62%的玉米秸秆进行切段还田,可在小麦玉米轮作区域推广应用。

为探究外源硅肥对小麦抗倒性、生长、产量及品质的影响,以垦麦58为试验材料,设置4个硅肥处理:基施硅肥15 kg/hm²(Si1)和30 kg/hm²(Si2)、拔节期追施硅肥15 kg/hm²(Si3)和30 kg/hm²(Si4),以不施硅肥为对照。测定了灌浆期小麦茎秆抗倒伏能力、植株生长、产量及品质相关指标。结果表明,Si4处理显著降低小麦株高、重心高度和基部第2节间长度;Si3处理基部第2,3节间厚度增加14.7%以上;Si2和Si4处理的基部第2,3节间充实度增加8.6%~18.7%,抗折力提高12.4%~49.2%,但对节间粗度和干质量影响较小。外源硅肥提高了拔节期叶绿素含量(SPAD),对分蘖、成穗、地上部干物质积累、收获指数、产量及主要品质指标无显著影响。综上,外源硅肥通过降低株高、重心高度和基部节间长度,增加基部节间厚度、充实度和抗折力,改善了茎秆质量,增强了茎秆抗倒性,同时提高了叶绿素含量,对小麦生长、产量和品质无不利影响。硅肥基施或拔节期追施均可。

为解析小麦低温胁迫应答机制并挖掘优异抗寒基因资源,通过转录组测序揭示小麦低温响应的关键调控网络,并对候选基因TaGGCT18-6A进行功能验证。结果表明,4 ℃冷处理诱导小麦幼苗分别产生10 893个(6 h处理)和18 784个(24 h处理)差异表达基因,KEGG富集分析显示,差异基因显著富集于MAPK信号转导及谷胱甘肽代谢等通路。基于谷胱甘肽代谢途径关键基因筛选,克隆获得γ-谷氨酰环转移酶基因TaGGCT18-6A。该基因全长1 772 bp,编码218个氨基酸,其编码蛋白具有典型的GGCT-like超家族结构域及核心结构域ChaC。启动子顺式作用元件分析表明,该基因含低温响应元件(LTR)及脱水响应元件(DRE)等胁迫相关元件;表达模式分析发现,TaGGCT18-6A在4 ℃冷处理下呈持续上调趋势。转基因水稻功能验证表明,过表达株系在-4 ℃低温冻害胁迫下相较野生型对照,OE#1、OE#2和OE#3存活率与生物量显著提高,OE#1和OE#2的株高显著提高,OE#1、OE#2和OE#3相对电导率显著降低。经4 ℃冷处理后,过表达株系渗透调节物质(脯氨酸、可溶性糖)积累量较对照显著增加,丙二醛含量降低;SOD、POD和CAT活性显著上升。以上研究表明,TaGGCT18-6A通过调控谷胱甘肽代谢增强抗氧化能力,进而提高植物低温耐受性,为小麦抗寒分子育种提供理论依据和优异基因资源。

为系统解析WRKY转录因子家族成员在小麦生长发育调控及非生物胁迫应答中的作用,研究了TaWRKY基因在干旱、高盐、低温等逆境条件下的表达模式特征。以普通小麦品种中国春为材料,通过分子克隆技术获得TaWRKY70基因,其编码区全长885 bp,编码294个氨基酸的不稳定亲水性蛋白。生物信息学分析表明,该蛋白具有典型的WRKYGQK保守结构域及C₂HC型锌指结构,符合第Ⅲ类WRKY转录因子的分类特征。通过启动子顺式作用元件分析发现,TaWRKY70启动子区域存在参与茉莉酸甲酯响应、脱落酸响应、乙烯响应等调控元件。基因共表达分析表明,TaWRKY70与小麦对激素响应、对微生物的防御反应、对寒冷等非生物胁迫的应答等多个抗逆过程相关。系统进化树分析表明,TaWRKY70蛋白与大麦、玉米、高粱和谷子等禾本科作物的WRKY70亲缘关系较近。亚细胞定位结果证明,TaWRKY70定位于细胞核,符合转录因子特征。通过表达模式分析发现,TaWRKY70在小麦根、茎、叶、幼穗和籽粒中均有表达,并且在根和叶中表达较高。在非生物胁迫下,TaWRKY70在脱落酸和低温处理下表达下调,在水杨酸、NaCl、PEG6000和高温处理下表达上调。综上,通过克隆小麦TaWRKY70基因并分析其表达模式,为下一步解析TaWRKY70参与小麦抗逆的分子机制提供了基础。

小麦优质亚基7^OE在优质小麦培育方面具有重要作用,虽然针对该优质亚基已开发了高通量的KASP标记,但与由SNP开发的KASP标记不同,仍存在无法有效区分纯合与杂合的问题。为明确7^OE亚基是否纯合的问题,以含有7^OE亚基的津强6号(含7^OE+8^*亚基)和不含7^OE亚基的科农199(含7+9亚基)及其杂交后代为材料,把小麦的Waxy-D1基因作为内参基因,利用KASP标记中使用的通用双色荧光,通过定量PCR检测7^OE基因相对内参基因的相对拷贝数来确定7^OE基因是否存在以及是否纯合,并用相关分子标记对检测结果进行验证。结果表明,含7^OE基因的亲本津强6号相对拷贝数最高,不含7^OE基因的亲本科农199相对拷贝数为0,其杂交F₁相对拷贝数居中,3种类型很容易分开。在其F₂分离群体,7^OE基因的相对拷贝数也很容易分为高、中和0 3种类型,对其中检测为7^OE基因纯合与杂合的基因型进一步用9亚基的PCR标记(能同时检测分别与7亚基和7^OE亚基紧密连锁的9亚基和8^*亚基)进行检测,检测结果完全一致。建立的高通量7^OE通用双色荧光定量PCR标记能准确区分7^OE亚基是否存在以及是否纯合,对促进优质亚基7^OE的分子标记辅助选择具有积极作用。

为探究播期推迟对小麦生长发育、籽粒产量和品质性状的影响,采用豫农907(YN907)和豫农922(YN922)2个高产优质小麦新品种,设置10月22日(S1,常规播期)、10月31日(S2,迟播9 d)和11月9日(S3,迟播18 d)3个播期,研究迟播对小麦物候期、籽粒产量和面粉品质性状的影响,分析迟播条件下温度特征与小麦产量及品质性状的关系。结果表明,与常规播期相比,YN907和YN922两年度全生育期随播期推迟而缩短,冬前积温、抽穗前日均温及有效积温随播期推迟递减,而抽穗后日均温及有效积温递增,全生育期有效积温呈下降趋势。YN907和YN922在S3处理下两年度全生育期有效积温较S1处理分别降低243.95,222.10 ℃·d(2022—2023),136.30,189.40 ℃·d(2023—2024);产量及构成要素随迟播呈下降趋势,产量降幅达6.45%~17.26%;与常规播期相比,迟播条件下湿面筋含量、蛋白质含量有所提升。气候变暖和农业经营规模化背景下小麦生产中可以利用调整播期以适应温度变化和生产经营模式变革,小麦新品种豫农907和豫农922在10月22日播种产量水平最高,播期推迟至10月31日能维持较高产量水平同时提高籽粒蛋白质含量,播期继续推迟,籽粒蛋白质含量显著提高但会造成产量显著降低。

为探明施氮量对花后弱光胁迫下软质小麦氮素吸收与转运特性、氮肥利用效率及产量品质形成的影响机制,在盆栽条件下,以软质小麦品种荃麦725(QM725)为材料,采用¹⁵N示踪法,试验共设置2个氮素水平,即N1(N 120 kg/hm²)、N2(N 180 kg/hm²),每个施氮水平下于小麦灌浆期(开花后7~35 d)设置2个遮光处理,即CK(不遮光),SH(遮光30%)。分析施氮量与花后弱光条件下软质小麦籽粒产量和品质之间的形成关系,研究不同氮肥用量对花后弱光条件下软质小麦氮素积累、转运及籽粒产量与品质的影响。结果表明,与对照相比,N1和N2条件下,花后弱光处理显著降低了开花期植株以及成熟期营养器官氮素积累量,且来源于肥料氮的比例显著高于土壤氮,而成熟期籽粒氮素积累量来源于土壤氮的比例显著高于肥料氮,其肥料氮在相同施氮量条件下,基施氮肥比例大于追施氮肥。在相同弱光处理条件下,N2较N1相比,提高了开花期肥料氮积累量、成熟期总氮与肥料氮积累量和成熟期籽粒总氮、肥料氮与土壤氮积累量。在N1和N2处理水平条件下,随着花后光照强度的降低,小麦氮素收获指数、氮肥收获指数、氮肥生产效率、穗粒数、千粒质量和籽粒产量均显著下降。软质小麦籽粒蛋白质、淀粉含量及其积累量随着氮肥用量的增加显著提高。但在相同施氮量条件下,弱光胁迫降低了籽粒淀粉含量、蛋白质和淀粉积累量。花后弱光胁迫显著影响了软质小麦植株氮素积累,降低了小麦花后营养器官贮藏物质向籽粒的转运效率,导致营养器官对籽粒的贡献率降低,从而不利于植株整体的氮素转运效率。随着施氮量的提高,小麦的氮素收获指数、氮肥收获指数、氮肥生产效率及氮素利用效率均显著提升。在相同施氮量N1和N2处理条件下,花后弱光胁迫显著降低了软质小麦籽粒蛋白质和淀粉积累量,进而影响了粒质量的形成,从而导致产量降低。

小麦赤霉病是严重威胁小麦安全生产的真菌性病害,利用分子标记辅助选择聚合抗病基因已成为当前抗赤霉病育种的快速有效策略。为建立小麦抗赤霉病基因的高通量筛选体系、创制抗赤霉病新种质并提升四川小麦赤霉病抗性,利用100K SNP芯片对14个四川小麦品种(系)和3个抗赤霉病种质进行全基因组基因型分析。基于已报道的主效抗赤霉病基因Fhb2、Fhb4、Fhb5的遗传连锁区间,筛选获得与目标基因连锁(Fhb2、Fhb4)或共分离(Fhb5)的SNP位点,并据此开发特异性KASP标记。结果显示,基于100K SNP芯片,17份小麦品种(系)按遗传相似性可以划分为两大类:含有北方小麦遗传背景的抗病种质NMAS070和NMAS069独立成簇,与四川小麦品种(系)间亲缘关系较远;其余15份品种(系)聚为一类并进一步分为2个亚类。功能基因检测揭示抗病亲本携带赤霉病抗性位点,而农艺亲本则富集产量与品质相关优异等位变异。通过SNP位点筛选,在Fhb2、Fhb4连锁区间及Fhb5共分离区间内共鉴定出8个关键SNP位点,据此成功开发4对Fhb2、2对Fhb4和2对Fhb5的特异性KASP标记。验证试验表明,所有KASP标记均能实现精准分型,并已有效应用于赤霉病抗病分子育种实践。开发的小麦抗赤霉病基因Fhb2、Fhb4、Fhb5高效KASP标记体系为小麦赤霉病抗性改良提供了重要技术支撑,对提升西南麦区小麦品种赤霉病抗性具有重要应用价值。

小麦条锈病是由小麦条锈菌引起的重大病害,严重威胁我国粮食安全。夏孢子是条锈菌繁殖、传播和侵染的关键介质,但其产孢相关基因的调控机制尚不清楚。筛选并验证小麦条锈菌侵染前期高表达的候选基因PsCON6的功能,为解析其致病机制提供新线索。通过同源克隆从小麦条锈菌中获取PsCON6基因,利用qRT-PCR分析其在侵染前期的表达模式。通过生物信息学技术分析预测PsCON6蛋白的氨基酸序列、保守结构域及理化性质。通过寄主介导的基因沉默(BSMV-HIGS)技术瞬时沉默PsCON6,检测寄主活性氧面积、病原菌菌丝长度与面积及病原菌生物量。通过瞬时表达确定PsCON6蛋白的亚细胞定位。PsCON6在小麦条锈菌侵染前期显著高表达,其编码的蛋白含2个conidiation-specific protein 6保守结构域,由83个氨基酸组成。HIGS沉默PsCON6后,寄主活性氧水平显著升高,病原菌菌丝长度和面积显著减少,但孢子量未受显著影响。亚细胞定位表明,PsCON6定位于细胞膜。结果表明,PsCON6可能参与调控小麦条锈菌的菌丝生长过程,但对夏孢子形成无直接影响,其功能可能存在冗余,为揭示条锈菌致病机制提供了新靶点,并为后续深入解析其分子机制奠定了基础。

泛素化途径是植物响应干旱胁迫的关键信号途径之一。为明确E3泛素连接酶TaSINA101基因响应干旱胁迫的生物学功能,以小麦抗旱优异品种晋麦47为材料,克隆TaSINA61、TaSINA101和TaSINA105基因,利用生物信息学手段分析其序列特征,通过qRT-PCR检测3个基因在PEG-6000、NaCl、低温和ABA处理下小麦根和叶中表达量的变化。通过转基因水稻异源表达TaSINA101,分析TaSINA101响应干旱胁迫过程中的生物学功能。结果表明,TaSINA61、TaSINA101、TaSINA105基因均包含1个内含子和2个外显子,编码的蛋白质均由282个氨基酸组成,启动子区主要包含生长发育调控元件、激素响应元件和逆境胁迫响应元件。qRT-PCR表达分析显示,这3个基因在根和叶中均受干旱胁迫等各种非生物胁迫诱导表达。干旱胁迫处理TaSINA101转基因水稻的表型分析发现,转基因水稻株系OE-1、OE-2和OE-3叶片的鲜质量及干质量、最大根长、根系平均直径和叶片相对含水量各项指标均显著低于野生型,而转基因水稻株系OE-1、OE-2叶片相对电导率则显著高于野生型。因此,TaSINA101负调控水稻的干旱胁迫耐受性,为深入解析小麦TaSINA101基因的生物学功能提供了依据。

为探究HBD家族各成员在重要粮食作物小麦中的潜在生物学功能,首先基于生物信息学分析普通六倍体小麦HBD家族成员及其序列特性,其次通过转录组和荧光定量分析其表达模式及功能。结果显示,共鉴定到90个小麦HBD基因,分别包含2~18个外显子和编码111~1 863个氨基酸,据进化关系可分为6个亚组。组织表达模式的结果显示,多数HBD基因在植株的根、茎、穗和籽粒中相对高表达,体现其生物学功能的多样性。这些HBD成员的启动子区域共包含62种顺式作用元件,主要涉及参与胁迫响应的光和激素调控元件。HBD不同成员分别响应多种非生物胁迫,包括磷、盐、低温、高温、干旱和高温干旱协同胁迫,其中,TaHBD23、TaHBD28、TaHBD67、TaHBD78和TaHBD85等在多种胁迫下均显著差异表达,作为胁迫响应的重要候选基因。针对生物胁迫,HBD基因家族响应假禾谷镰刀菌和半透明黄单胞菌胁迫的数量明显少于响应禾谷镰刀菌,暗示其在赤霉菌抗性应答中的关键作用。通过转录组分析在禾谷镰刀菌和水处理的小麦Bobwhite材料中共鉴定到41个表达量发生显著变化的HBD基因,其中10个基因与表达数据库的结果重合。定量分析与转录组数据趋势一致,显示TaHBD28/17、TaHBD67和TaHBD90/84负向响应赤霉菌,而TaHBD39/37、TaHBD45和TaHBD68/79正向响应赤霉菌。

克隆小麦籽粒超氧化物歧化酶(SOD)基因,开发与SOD活性相关的竞争性等位基因特异性PCR(KASP)标记,对选育高SOD活性小麦品种具有重要意义。根据基因ID,设计特异性引物克隆得到TaSOD-B1基因gDNA序列;在小麦基因组遗传变异及Ensembl Plants数据库比对得到单核苷酸多态性(SNP)位点,开发与小麦SOD活性密切相关的KASP标记,并通过287份来自国内外冬小麦品种(系)SOD活性与基因型间的相关性分析进行标记的实用性验证。利用6对特异性引物扩增中国春品种TaSOD-B1基因片段,拼接得到5B染色体上的TaSOD-B1基因,基因全长为6 491 bp,包含1 650 bp的开放阅读框(ORF),共编码549个氨基酸,预测分子质量为60.80 ku,由12个外显子及11个内含子构成,内含子符合典型的GT-AG结构。基于TaSOD-B1基因第1外显子的第44碱基处经测序验证确实存在的差异位点开发KASP标记,检测结果表明,等位变异类型为TaSOD-B1a的基因型为AA,与高SOD活性相关,用荧光基因FAM(显示为蓝色)标记;等位变异类型为TaSOD-B1b的基因型为GG,与低SOD活性相关,用荧光基因HEX标记(显示为红色)。对287份国内外冬小麦品种(系)进行检测发现,不同基因型的SOD活性差异达到显著水平。基于TaSOD-B1序列成功开发出1组与SOD活性相关,并可用于SOD活性遗传改良的KASP标记。

为探明不同覆盖措施对西北旱作区冬小麦土壤水热状况及产量的影响,以康庄974冬小麦为供试材料,于2022年9月至2023年7月在通渭县旱作循环农业试验示范基地设置麦秆带状覆盖3行(M3)、4行(M4)、5行(M5)3个不同覆盖度处理和地膜覆盖(PM)处理,以露地(CK)作为对照的试验,结果表明:覆盖较CK显著提高全生育期0~200 cm土壤贮水量,麦秆覆盖平均提高13.22%,提高幅度M3>M4>M5,PM提高19.65%;覆盖增墒效应随生育期推进逐渐增大,成熟期增幅37.53~87.76 mm;随土层加深而减少,0~20 cm增幅5.10~9.48 mm;覆盖显著降低全生育期总耗水量和总耗水强度,覆盖对阶段耗水量和阶段耗水强度的影响以生育后期最明显。麦秆覆盖较CK显著降低全生育期0~25 cm土壤温度1.60~2.70 ℃,M3降幅最大;期间最大降幅出现在灌浆期,为3.67 ℃,土层间最大降幅出现在5 cm,为3.01 ℃;PM较CK显著增加全生育期0~25 cm土壤温度1.50 ℃,以越冬期、5 cm增幅最大,分别为2.20,1.79 ℃。麦秆覆盖在越冬期、拔节期、成熟期7:00增温,其他时间具有增温和降温双重效应;PM除灌浆期、成熟期14:00降温外,其他时间均增温。M5、PM的产量和水分利用效率较CK分别提高8.67%,26.49% 和0.96,2.94 kg/(hm²·mm);覆盖对产量要素的影响以穗数最明显(CV=17.67%)。产量与穗数(r=0.754^**)、WUE(r=0.891^**)、土壤温度(r=0.723^**)呈极显著正相关,与穗粒数呈显著正相关(r=0.522^*)。综上,麦秆覆盖可实现生态和经济效益双赢,M5增产效果更佳。

探明盐碱地全幅匀播对冬小麦冠层光能利用特性、干物质积累与转运的影响,阐明其高产高效的生理机制,为冬小麦全幅匀播在黄河三角洲推广提供理论和实践依据。于2022—2024年冬小麦生长季,采用京优368小麦品种为材料,设置全幅匀播和常规条播2种播种方式,分析不同播种方式下产量、干物质积累量、干物质转运量、冠层光合有效辐射截获量和光能利用率等指标差异,并对其进行相关性分析。全幅匀播下小麦产量和穗数均高于常规条播,2022—2023年全幅匀播分别极显著提高18.35%和46.97%,2023—2024年全幅匀播分别极显著提高18.71%和47.21%。全幅匀播下小麦茎蘖数高于常规条播,2022—2023年全幅匀播显著提高58.83%,2023—2024年全幅匀播极显著提高57.30%。全幅匀播下小麦开花期干物质积累量、成熟期干物质积累量和花前营养器官干物质转运量均高于常规条播,2022—2023年全幅匀播分别极显著提高75.78%,41.70%,109.69%,2023—2024年全幅匀播分别极显著提高71.23%,40.81%,98.07%。全幅匀播下小麦开花期叶面积指数、冠层光合有效辐射截获量和光能利用率均高于常规条播,2022—2023年全幅匀播分别极显著提高58.36%,4.11%,47.17%,2023—2024年全幅匀播分别极显著提高59.78%,4.11%,44.00%。综上所述,盐碱地小麦全幅匀播通过塑造合理群体结构和改善种床环境,以提高冠层光能利用性能和茎蘖生产力,有利于植株光合产物形成和单位面积穗数增加,最终实现小麦高产。因此,全幅匀播是黄河三角洲盐碱地冬小麦稳产、高产的较佳播种方式。

RNA聚合酶Ⅱ相关因子Paf1(RNA polymerase Ⅱ associated factor 1)复合物是由6个亚基组成的真核生物重要的转录调控因子,其对特定基因的表达调控作用与植物的生长、发育和环境信号响应等生命活动密切相关。为探究小麦Paf1对逆境胁迫的响应特征,采用同源序列比对方法鉴定小麦的各Paf1亚基基因,通过mCherry融合蛋白的过表达和荧光显微观察鉴定各亚基蛋白的亚细胞定位,使用qRT-PCR方法分析各亚基基因对不同逆境胁迫的表达响应。结果表明,小麦Paf1的亚基TaVIP3、TaVIP4、TaVIP5、TaVIP6和TaPHP均由1套部分同源基因编码,其余1个亚基TaVIP2则由2套部分同源基因编码。植物VIP2的N端含有1个长度可变的富含脯氨酸残基区段,小麦的TaVIP2 还特有1个富含谷氨酰胺残基区段。TaVIP2、TaVIP4、TaVIP5和TaVIP6均为细胞核蛋白,而TaVIP3和TaPHP蛋白则可同时分布于细胞质和细胞核。各亚基基因在不同组织中的组成型表达差异模式相似,在叶片中的表达统一受高温胁迫的上调和高盐、干旱胁迫的下调。综上所述,小麦响应逆境胁迫的反应涉及对转录调控因子Paf1亚基基因表达水平的调节。

为给杂交小麦高产栽培过程中合理的氮肥运筹提供理论依据和技术支撑,研究施氮量对二系杂交小麦产量形成、干物质积累分配、氮素吸收利用以及对小麦肥料氮吸收比例的影响,于2020—2021年以3个二系杂交小麦组合和1个常规品种作为材料,采取裂区设计,氮素处理(¹⁵N标记尿素)为主区,品种为副区,设置N0、N120、N180、N240这4个施氮水平试验,分析测定了开花期和成熟期不同处理下小麦各器官的干物质积累分配、植株氮素吸收利用以及籽粒产量。结果表明,施氮量、组合(品种)对小麦产量和产量构成要素的影响达极显著水平。与常规品种京冬17相比,京麦21、BH9613的平均产量分别增加10.47%,4.07%,主要原因是其穗数和穗粒数较高。氮肥施用显著提高了小麦穗数和穗粒数,但降低了千粒质量。4个组合(品种)增施氮肥均显著提高了小麦开花期和成熟期干物质积累量,开花期小麦各器官干物质量表现为茎秆>叶>穗,成熟期为籽粒>茎秆>颖壳+穗轴>叶。不同施氮量下组合的氮素农学利用率、氮素偏生产力平均值表现为:京麦21>BH9613>京冬17>BH3606,与产量趋势一致。4个组合(品种)的¹⁵N原子百分超、来自肥料氮含量及占比均表现为:籽粒>秸秆,并随着施氮量的增加而显著增加。与京冬17相比,3个杂交组合(品种)来自土壤氮的占比显著提高,从氮利用角度说明杂交小麦耐瘠薄性更强。综合分析,N240施氮量综合表现优于其他施氮量的表现,京麦21和BH9613这2个杂交组合(品种)的综合表现优于对照京冬17。

为了明确氮肥减量后移对黄淮海平原麦-玉两熟体系生产力的调控效应,于2020年6月至2023年6月在山东省农业科学院济南济阳试验基地设置夏玉米、冬小麦周年氮肥试验,分析了传统农户处理(F₄₀₀,周年施氮400 kg/hm²)、周年减氮10%(FN)、周年减氮20%(FH)、周年减氮30%(FL)4种氮肥处理对麦-玉两熟体系籽粒产量、地上部氮素积累特性、氮肥利用效率、收获后0~200 cm 土层土壤硝态氮积累特性的影响,为进一步优化黄淮海平原施氮制度提供依据。结果表明,氮肥后移提高了氮肥减量条件下夏玉米、冬小麦和周年总产,与F₄₀₀和FN处理相比,FL处理3 a均值分别显著提高9.2%~18.1%,13.5%~20.5%,11.1%~19.1%。氮肥后移量改善了麦-玉两熟体系各生育阶段地上部植株氮素积累强度,促进了地上部植株氮素的积累,3 a均值夏玉米季吐丝和成熟期植株氮素积累量FL较F₄₀₀、FN、FH分别显著提高5.7%~12.3%,5.0%~12.8%,籽粒氮素积累量显著提高8.2%~17.2%;冬小麦季,拔节、开花和成熟期FL与FH处理连续3 a地上部氮素积累量显著高于F₄₀₀和FN处理,3 a均值分别提高23.4%~28.1%,20.7%~26.3%,12.6%~20.8%,籽粒氮素积累量FL较F₄₀₀、FN和FH处理分别显著提高16.4%,15.0%和5.8%。优化施氮制度能够改善麦-玉两熟体系氮肥利用效率,其中,夏玉米和冬小麦氮肥吸收效率3 a均值FL较F₄₀₀、FN、FH处理分别显著提高4.8%~57.7%,32.0%~72.4%;氮肥偏生产力夏玉米FL较F₄₀₀和FN处理分别显著提高68.8%,40.4%,冬小麦季FL较F₄₀₀、FN和FH显著提高38.4%~71.8%。4种施氮处理下夏玉米、冬小麦收获后0~40 cm土层均具有较高的土壤硝态氮富集,其中夏玉米3 a均值分别占0~200 cm土层总积累量的40.0%,38.9%,44.9%,42.5%,冬小麦分别占37.3%,36.9%,46.7%,38.3%;随着种植年限的增加,夏玉米和冬小麦收获后传统农户处理(F₄₀₀)和周年减氮10%(FN)处理0~200 cm土层土壤硝态氮较试验起始时均出现了累积效应,而FL和FH施氮处理下实现了土壤硝态氮残留的相对平衡。可见,周年减氮 30%处理下通过增加氮肥后移量,改善了植株氮素积累特性,实现了夏玉米、冬小麦籽粒产量和氮素利用效率的协同提高,是实现黄淮海平原麦-玉两熟体系籽粒高产、氮肥高效和环境友好的较优施氮制度。

为探究不同矿化度微咸水灌溉对冬小麦田土壤CO₂、N₂O、CH₄等温室气体排放和土壤微生物群落的影响,于2023年3-6月在中国科学院南皮生态农业试验站进行了3种(1,3,5 g/L,W1、W3和W5)矿化度微咸水灌溉冬小麦的大田试验。结果表明,从冬小麦返青期至收获期间,CO₂排放呈现出前期高,中期低,后期又上升的趋势;N₂O排放表现为前期高后期低的变化趋势;CH₄则在正与负排放之间波动。与W1处理相比,W3处理土壤CO₂和N₂O平均排放速率显著较低,CO₂和N₂O平均排放速率分别降低39.4%,68.9%。W5土壤CO₂和N₂O平均排放速率降低21.9%,40.0%,但统计学意义上无显著差异。不同浓度微咸水灌溉,对于土壤微生物α多样性影响较小,但显著改变了其群落结构。聚类分析表明,W1和W5处理的微生物组成存在显著差异,而W3的聚类结果介于W1和W5之间。相关分析表明,CO₂排放速率与土壤TN含量呈显著正相关,N₂O排放速率与土壤TN、TOC、DOC以及MBC呈显著正相关,土壤NO₂和CH₄排放速率分别与S0134 terrestrial和Sphingomonas以及Subgroup 25的丰度呈显著正相关。RDA分析表明,影响Sphingomonas和Subgroup 25丰度的关键理化因子分别为pH值、NH₄⁺、EC和DOC。综上所述,使用3 g/L的微咸水灌溉,能够在不显著增加土壤含盐量的基础上,降低土壤呼吸速率,减少农田碳排放量,是北方缺水区微咸水灌溉冬小麦的适宜灌溉水阈值。

春化是冬小麦生长发育过程中特有且必需的生理阶段,决定了冬小麦的生态适应性和产量。本研究简要概述了冬小麦春化作用的生产应用价值;通过对小麦春化作用关键基因TaVRN1、TaVRN2和TaVRN3的结构、功能及其调控网络进行总结分析,认为研究TaVRN1的表观遗传学调控是小麦春化作用机制解析的核心工作;结合现有的TaVRN1表达调控的研究,重点介绍了小麦春化需求差异的成因,冬季长期低温感知的机制,春化后越冬记忆及越冬记忆重置的研究进展,以及春化作用对小麦耐寒性调控、小穗发育、分蘖等农艺性状的影响。此外,本研究针对春化作用中未解决的科学问题进行了总结,并且对小麦春化作用未来的研究方向进行了讨论,为小麦高产快速育种的研究提供了参考建议。

为研究播期对冬小麦产量及产量构成的影响,生长发育及株型结构对积温的响应特征,明确适应气候变化的小麦生育特点及合理株型结构。2017年秋至2019年夏在河北藁城进行大田试验,设置5个播期,9月25日、10月5日、10月15日、10月25日和11月4日。结果表明,10月5-15日播种,冬前≥0 ℃积温410~549 ℃,小麦产量较高,该条件下穗数较高,穗粒数适中;积温过高达733 ℃时,无效分蘖多,分蘖成穗率降低,穗数下降;积温低于279 ℃时,穗数和穗粒数均下降。提出高产稳产小麦冬前个体指标:单株主茎和分蘖数量2.3个,次生根数量2.5条,主茎叶片数4.1片,单棱期越冬。积温对小麦株型结构有明显影响,随播期推迟,旗叶变长、变宽、叶面积增加,倒3叶至倒5叶变窄、叶面积降低,基部茎粗增加,上部1~2节节间增长,下部3~5节节间缩短,株高显著降低。由产量和冬前积温的拟合方程得出,气候变暖背景下高产稳产小麦适期晚播期限为10月8-14日,该条件下冬前积温范围为433~541 ℃,植株冬前生长发育适中,旗叶较小、茎节较短,倒3~5叶较大、茎节稍长,株型结构合理。

小麦分蘖相关性状是小麦株型的重要特征,是决定植株结构并影响籽粒产量的重要因素。为了解小麦在不同水分条件下分蘖相关性状的遗传及其抗旱作用,并挖掘分蘖相关性状的位点,以240份小麦品种(系)为研究对象,通过对正常灌溉(NI)和干旱胁迫(DS)2种处理条件下的分蘖角度、有效分蘖数和单位面积产量的表型鉴定及抗旱性综合评价,结合90K基因芯片,进行相关性状的全基因组关联分析(GWAS),以期发现分蘖相关性状遗传位点并筛选优异种质材料。分蘖角度、有效分蘖数及单位面积产量在2种水分处理下表现出显著差异,变异系数为0.07~0.33。依据D值进行综合抗旱性评价,结果表明,中优206抗旱性表现最好。共检测到54个与分蘖角度等性状显著相关的稳定遗传位点,分布于除3D、4D和5D以外染色体上;在2种处理下共同检测到相同稳定位点有3个,分别在2B、4B和6B染色体上;另外,在不同性状中共同检测到4个“一因多效”位点,分别在2B、2D和5B染色体上。同时,对2B染色体分蘖角度显著相关的Ra_c491_902(R²=5.45%~17.91%)进行单倍型分析表明,存在TA-Hap1、TA-Hap2和TA-Hap3 3个单倍型,其中含有TA-Hap1单倍型品种(系)主要来源于黄淮冬麦区。对不同处理下检测到的稳定遗传位点进行候选基因筛选,共筛选出5个与分蘖角度相关的候选基因。对在Ra_c491_902上筛选出的基因进行基因注释得出,可能是编码细胞色素P450家族蛋白基因,可作为调控分蘖角度、植株抗旱以及防御等重要基因,探究基因与表型之间的关联,为小麦分蘖角度遗传机制奠定基础。

为探究钙依赖蛋白激酶(CDPK)在小麦生长和逆境应答中的作用,从普通小麦中克隆了TaCDPK17基因,并对其进行了序列结构、表达模式和抗逆功能初步分析。结果表明,TaCDPK17基因编码区长1 701 bp,编码566个氨基酸,具有CDPK家族的典型结构特征,包括1个保守的丝氨酸/苏氨酸激酶结构域和4个EF手型结构域。对TaCDPK17与其他12种植物的CDPK17进行进化树分析表明,TaCDPK17与禾本科作物,特别是节节麦、大麦的CDPK17序列有较高同源性。TaCDPK17基因启动子区域富含与激素调控、光照响应,以及非生物应答胁迫相关的顺式调控元件,其中,脱落酸(ABA)响应元件(ABRE)和茉莉酸甲酯响应元件(CGTCA)数量较多。基于实时荧光定量PCR的表达分析结果显示,TaCDPK17受100 μmol/L ABA、100 μmol/L茉莉酸甲酯、20% PEG6000和250 mmol/L NaCl诱导后,表达量有不同程度升高。在2 μmol/L ABA和100 mmol/L NaCl胁迫处理条件下,过表达TaCDPK17的拟南芥种子萌发率显著高于野生型对照。同时,过表达TaCDPK17缓解了ABA或渗透胁迫处理对幼苗根生长的抑制作用。在气孔关闭过程中,过表达TaCDPK17的转基因植物对ABA更敏感,与野生型植物相比,表现出更强的气孔关闭趋势。这些结果表明,TaCDPK17在小麦逆境胁迫和激素信号应答中发挥着重要作用。

为明确不同时期施硫对强筋小麦产量和光合特性的影响,确定强筋小麦适宜的硫肥施用时间,于2019-2021年2个小麦生长季,以强筋小麦藁优2018为试验材料,设置底施(S60-b)、拔节期追施(S60-j)、开花期追施(S60-a)3个施硫时期,施硫量为60 kg/hm²,以不施硫(CK)为对照,系统研究了不同施硫时期对强筋小麦叶面积指数(LAI)、旗叶叶绿素相对含量(SPAD)、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、产量及构成因素等方面的影响。结果表明,与CK相比,S60-b、S60-j和S60-a处理都能显著提高藁优2018的千粒质量、籽粒最大灌浆速率和产量;2个生长季,千粒质量平均增幅分别为6.23%,4.27%,7.04%,其中花后35 d千粒质量增幅最大,分别为5.51%,3.17%,6.12%。最大灌浆速率增幅分别为2.84%,1.76%,3.49%;单产平均增幅分别为9.20%,2.73%,5.71%。施硫对藁优2018的穗数和穗粒数影响不显著。不同时期施硫处理都会对强筋小麦光合、生理特性有显著影响。S60-b和S60-a处理显著提高了生育中后期叶面积指数、旗叶叶绿素相对含量、花后22 d和29 d旗叶可溶性蛋白含量、花后35 d旗叶可溶性糖含量,上述5个指标增幅分别达26.16%,7.38%,16.90%,55.29%,81.11%以上。综合2 a结果,底施和开花追施硫肥都能够显著提高生育中后期旗叶的LAI,并使旗叶维持较高SPAD值,延缓旗叶衰老,提高了旗叶可溶性蛋白和可溶性糖含量、千粒质量和灌浆末期的灌浆速率,表现出较高的产量。综上,施硫对强筋小麦的产量具有正向调控效应,底施和开花期追施均具有较好的调控效果。

为了明确旱作及限水灌溉条件下密度对冬小麦群个体结构特征和产量的影响,以济麦22为试验材料,于2022-2023年度在石家庄市藁城试验站开展试验,设置4个密度水平,分别为基本苗180万(D180),300万(D300),420万(D420),540万/hm²(D540),每个密度下设置2个灌溉水平,分别为全生育期不灌水(W0)和拔节期灌溉1水(W1),比较分析了各处理叶(旗叶、倒二叶、倒三叶、倒四叶)和非叶绿色器官(穗、芒、茎鞘)面积及面积指数、干物质积累与运转、光合有效辐射截获率、水分利用效率(WUE)和产量的差异。结果表明,随着密度增加,各叶层叶面积和非叶绿色器官面积均呈下降趋势。叶和非叶绿色器官面积指数均以D300处理最高,且均显著高于D540处理。各处理花后干物质对籽粒产量的贡献率均达70%以上,与D540处理相比,降低密度减少了花前干物质转运量,但增加了花后干物质积累量及其对籽粒产量的贡献率。随着密度增加,WUE呈先升高后降低趋势,以D300处理最高,在W0和W1处理下较其余密度处理增幅分别为1.2%~14.4%和2.5%~12.7%。与W0处理相比,W1处理增加了各密度叶和非叶绿色器官面积,延缓了叶片衰退,提高了冠层光合有效辐射截获率,产量增幅为28.1%~39.7%。本试验条件下,D300处理提高了叶和非叶绿色器官面积及面积指数,增加了冠层光合有效辐射截获率和花后干物质积累量及其对籽粒产量的贡献率,该密度在W0和W1处理下的产量分别较其余密度高2.4%~6.6%和0.3%~9.7%,是此次试验的最优密度处理。

为明确肥料减施对小麦产量与淀粉粒度分布特征的影响,以小麦品种龙科1109、扬麦25为材料,设置7个施肥处理,不施氮肥(CK)、农户习惯施氮量(三元复合肥750 kg/hm²+追施150 kg/hm²尿素,CF)、缓释肥900 kg/hm²一次性基施(SF900)、缓释肥750 kg/hm²一次性基施(SF750)、缓释肥600 kg/hm²一次性基施(SF600)、缓释肥750 kg/hm²基施+追施150 kg/hm²尿素(S750T)、缓释肥600 kg/hm²基施+追施150 kg/hm²尿素(S600T)。分析不同处理间缓释肥对小麦产量与淀粉粒度分布特征的影响。结果表明,肥料减施条件下,2个茬口小麦穗数先增加后降低、穗粒数降低,千粒质量增加,且均以SF750处理下产量最高;2个茬口小麦湿面筋、蛋白质含量下降,淀粉含量增加;旱茬强、弱势籽粒B型淀粉粒体积、表面积占比先增后降,A型淀粉粒体积、表面积占比先降后增;稻茬B型淀粉粒体积、表面积占比增加,A型淀粉粒体积、表面积占比下降;而对数目百分比无显著影响;2个茬口糊化参数等指标均下降。由此可见,肥料减施主要通过影响胚乳淀粉粒度分布,降低糊化参数等指标,增加籽粒产量及淀粉含量,进而降低蛋白质及湿面筋含量;肥料减施较农户习惯施氮量小麦籽粒产量增加,湿面筋与蛋白质含量增加,淀粉含量下降。

成株期抗叶锈病基因Lr12在生产上具有良好抗性,为Lr12进行精细定位并开发可靠的分子标记,以感病材料Thatcher和含Lr12抗性基因的近等基因系RL6011为亲本杂交产生F₁,进一步自交产生F₂单株和F_2∶3 家系。在田间利用5种强毒力叶锈菌混合小种(PHTT、THKS、THTT、PHTS和PHKS)接种F₂单株和F_2∶3家系进行成株抗叶锈性鉴定和抗性遗传分析。随后利用16K液相芯片对F₂的10个抗病单株和10个感病单株进行基因分型,获得与Lr12紧密连锁的SNP位点,确定抗病基因所在的染色体物理区间,开发SSR分子标记并构建遗传连锁图谱。结果表明,对RL6011(Lr12)/Thatcher的3 494个F₂单株进行抗叶锈性鉴定,抗病单株与感病单株之间的分离比符合3∶1( {\mathrm{\chi }}_{3:1}^2 =0.14;P=0.71)。对685个F_2∶3家系进行抗叶锈性鉴定,抗病单株、抗病杂合单株与感病单株之间的分离比符合1∶2∶1( {\mathrm{\chi }}_{1:2:1}^2= 2.01;P=0.37),表明Lr12为显性基因且群体分离符合单基因遗传规律。通过遗传连锁图谱分析成株期抗叶锈病基因Lr12基因位于SSR分子标记YK12817和YK12928之间,遗传区间为0.38 cM,对应中国春参考基因组(IWGSC.Ref.V1.0)中4BL染色体579.44~581.53 Mb物理范围内共2.09 Mb的物理区间。上述结果为预测候选基因提供了确定的依据。

为了深入探究TaMAPK5在小麦与叶锈菌互作过程中发挥的功能,克隆了TaMAPK5基因的CDS区,构建了原核表达载体pET28a-TaMAPK5,转化到大肠杆菌表达菌株BL21(DE3)中,对目的蛋白诱导表达的异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)最佳浓度、诱导时间和诱导温度进行了探索,并通过Ni-NTA亲和层析对目的蛋白进行了纯化,将纯化后的重组蛋白免疫新西兰兔制备TaMAPK5多克隆抗体。结果表明,TaMAPK5的CDS区全长为1 110 bp,TaMAPK5重组蛋白在16 ℃经终浓度为0.050 mmol/L的IPTG诱导48 h效果最好。将该重组蛋白作为抗原免疫新西兰兔,成功制备了可以特异性识别TaMAPK5的多克隆抗体,抗体效价为1∶51 200。Western Blot结果表明,在小麦与叶锈菌不亲和组合中TaMAPK5受叶锈菌侵染诱导表达。成功表达、纯化了TaMAPK5重组蛋白并制备了其多克隆抗体,揭示了TaMAPK5蛋白可能正调控小麦抵抗叶锈菌侵染反应。

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。