基于SNP标记的小麦品种遗传相似度及其检测准确度分析

遗传相似度检测的准确度估计是对SNP标记法在农作物品种检测体系中应用的必要补充和完善。本研究基于2021年小麦品种SNP标记法跨实验室协同验证实验数据,分析了该方法的检测准确度及在品种间的遗传相似度。分析结果表明:(1)10个实验室对55组小麦品种组合的标记位点相似度检测的总体准确度约为98%。(2)GGE双标图的品种遗传关系功能图显示,7组小麦品种的组内遗传相似度在95%以上,其余组合的遗传相似度较低。(3)依据GGE双标图的“正确度-精确度”功能图和“准确度排序”功能图,发现洛旱7号/洛旱11等品种组合的相似度检测准确度较高,晋麦47/临抗11的检测准确度一般,而济麦22/婴泊700的检测准确度较差。(4)10个实验室的检测准确度存在显著差异,其中2个实验室检测的正确度、精确度和准确度表现显著差于其余实验室。(5)各实验室检测正确度的容许误差分布于1.3%~1.9%之间,平均为1.5%;准确度的容许误差分布于1.5%~2.0%之间,平均为1.7%。其中,Lab2和Lab3的检测正确度和准确度的容许误差显著差于其余实验室。本研究构建了SNP标记法对品种相似性检测的准确度统计模型,分析了品种组合和实验室的检测准确度及其容许误差,采用GGE双标图方法对检测正确度、精确度和准确度进行可视化分析,验证了各实验室对品种位点相似性检测的准确度和可靠性,为SNP标记法在农作物品种遗传相似性检测中的准确度评价提供了理论支持和应用范例。

高产多抗优质广适小麦新品种-西农112

西农112是西北农林科技大学农学院选育的高产、多抗、优质、广适小麦新品种,母本为周16/郑麦9023,父本为S22-8(本研究团队从小偃22/西农109杂交后代中选育出来的一个中间材料),采用有性杂交经系谱法选育而成.2023年5月通过国家农作物品种审定委员会审定,审定编号为国审麦20230116.

高产稳产广适多抗小麦新品种—济儒麦24

小麦新品种济儒麦24是山东省济宁市农业科学研究院选育的小麦新品种。2013年配置杂交组合良星619(♀)/徐麦9169(♂),亲本杂交后多代自交,系谱选育而成,区试原参试代号为济农CH06,2023年12月通过山东省农作物品种审定委员会审定,定名济儒麦24,审定编号为鲁审麦20230012。该品种高产、稳产、广适、多抗,面粉白度高,2020-2022年参加山东省高肥组区域试验,两年结果平均产量为9486.0 kg·hm^(-2),比对照品种济麦22增产4.5%;2022-2023年参加山东省高产组生产试验,平均产量为8743.5 kg·hm^(-2),比对照品种济麦22增产4.04%。

小麦玉米间作氮肥后移利于减少土壤蒸发提高水分利用效率

【目的】针对绿洲灌区小麦玉米间作水分高效利用潜力挖掘不足,制约多熟种植稳定发展的问题,拟通过探明不同氮肥后移比例对小麦玉米间作耗水特性及水分利用的影响,为绿洲灌溉区水分高效利用麦玉间作模式创建提供理论依据。【方法】试验于2020—2021年在甘肃农业大学绿洲农业综合试验站开展,设小麦玉米间作、单作小麦和单作玉米3种种植模式,针对玉米设不施氮(N0)、氮肥后移20%(N1)、氮肥后移10%(N2)和传统施氮氮肥不后移(N3)4个处理,间作玉米和单作玉米各施氮处理下总施氮量分别为210和360kg·hm^(-2),研究不同种植制度及氮肥后移比例对小麦和玉米的土壤蒸发、耗水特性及水分利用的影响。【结果】小麦、玉米独立生长阶段间作处理的棵间蒸发量大于单作,间作小麦棵间蒸发较单作小麦增大15.9%—16.7%,间作玉米棵间蒸发较单作玉米增大5.4%—14.7%,麦玉共生期间作棵间蒸发量较单作加权降低4.6%—6.1%;全生育期棵间蒸发总量表现为:小麦玉米间作最大、单作玉米次之、单作小麦最小,在间作模式中,氮肥后移20%处理棵间蒸发量较传统施氮降低6.5%,且小麦带棵间蒸发量较玉米带增大12.6%—17.3%,是间作系统棵间蒸发的主要来源。间作系统中氮肥后移20%和后移10%处理全生育期耗水量较传统施氮分别降低34.3和18.9 mm,E/ET与传统施氮差异不显著。间作系统籽粒产量较单作加权平均提高21.1%—39.0%,间作系统氮肥后移20%处理籽粒产量较传统施氮提高28.8%,其中间作小麦、间作玉米氮肥后移20%处理较传统施氮分别提高24.3%、30.8%。间作种植模式氮肥后移处理水分利用效率较单作加权平均显著提高15.0%、12.3%,其中氮肥后移20%处理较传统施氮提高35.9%,氮肥后移10%处理较之提高19.3%。【结论】小麦玉米间作种植模式结合氮肥后移20%能减少土壤蒸发和全生育期耗水量,提高产量和水分生产力,是绿洲灌区小麦玉米间作高产高效生产可采用的施氮制度。

高产高湿面筋春小麦新品种—粮春1522

粮春1522是由新疆农业科学院粮食作物研究所与九圣禾种业股份有限责任公司以科企合作的方式选育的高产、高湿面筋、高蛋白春小麦新品种,具有抗倒伏、抗病、广适特性,2022年8月22日通过新疆维吾尔自治区农作物品种审定委员会审定,审定编号为新审麦2022年032号。

秸秆还田及不同比例控失尿素对华北平原小麦产量及潮土性质影响

为探讨不同控失尿素比例和秸秆还田对华北平原小麦产量及潮土化学性质的影响,本研究以华北潮土区小麦-玉米轮作体系为研究对象,采用裂区试验设计,以秸秆还田为主区,控失尿素比例为副区。秸秆还田模式设秸秆全量还田(S1)、秸秆不还田(S0)2种;控失尿素比例设不施肥(CK)以及控失尿素占总施氮量比例为0、40%、70%和100%(LCU0、LCU40、LCU70、LCU100)5个处理。在作物收割后进行产量测定,并采集0~20 cm耕层土壤进行常规土壤养分含量测定。结果表明:与S0处理相比,S1处理显著提高土壤有机质和速效钾含量。控失尿素显著提高土壤硝态氮含量,其他土壤养分含量无显著变化。秸秆不还田条件下,施用化肥显著降低了土壤pH值。控失尿素比例为70%时土壤养分含量最高。秸秆还田对小麦产量及吸氮量无显著影响,控失尿素对小麦产量及吸氮量增加具有极显著影响。在所有处理中,S1-LCU40处理的籽粒和秸秆产量最高,籽粒产量达7009.26 kg·hm^(-2),秸秆产量达11361.38 kg·hm^(-2)。秸秆还田对土壤氮素依存率具有显著影响,不同比例控失尿素对氮素收获指数具有显著影响,对氮肥表观利用率、土壤氮素依存率具有极显著影响。控失尿素比例为40%或70%时氮素吸收利用指标较优。综上,在华北平原潮土区,秸秆还田与40%控失尿素比例配施可以显著提升土壤供氮能力,提高小麦产量和氮素吸收与利用指标,是较为适宜的管理措施,但其机理及长期效应还需进一步研究。

甘肃省小麦品种(系)矮秆基因检测及分布规律

地方种是小麦育种的重要种质资源,为了解矮秆基因在地方种中的分布,本研究检测了甘肃省地方种矮秆基因等位变异类型及其在不同麦区的分布频率。结果表明:(1)地方种Rht-B1b和Rht-D1b的频率极低;41.4%的地方种携带Rht8,且春麦区高于冬麦区;46.7%的地方种含Rht24b,春麦区低于冬麦区。Ppd-D1a的频率仅17.8%,且春麦区低于冬麦区。另外,仅检测到Rht-D1b/Rht8、Rht-D1b/Rht24b和Rht8/Rht24b 3种组合,频率分别为0.2%、0.5%和12.8%。(2)地方种携带的矮秆基因及其组合分布频率低于育成种,且差异较大。不同来源育成品种携带的优势矮秆等位变异和频率不同,清水试验站的品种以Rht-D1b、Rht8和Rht24b为主,黄羊试验站的品种以Rht-B1b、Rht-D1b、Rht8和Rht24b为主,甘谷试验站的品种以Rht8和Rht24b为主。清水和黄羊试验站的品种秆矮、丰产性好,可在河西、沿黄灌区、陇南、陇东的小麦育种中应用;甘谷试验站的品种茎秆高,抗病性突出,可应用于定西、天水、陇南和陇东等旱地小麦的抗病改良。(3)基于分子标记检测结果,筛选出15份地方种和31份育成种,以上材料均携带2个及以上降秆基因(包括矮秆基因或Ppd-D1a),可为甘肃不同麦区小麦矮秆育种提供亲本材料。

引进美国小麦种质资源抗病性及品质性状鉴定

为了挖掘新的种质资源,本研究对引自美国的442份小麦材料对白粉病和条锈病的抗病性、蛋白含量以及高分子量麦谷蛋白(HMW-GS)亚基组成进行了鉴定分析。抗病性鉴定结果显示,153份材料抗白粉病,27份抗条锈病,6份兼抗两种病害。蛋白质含量达到GB/T 17892-1999《优质小麦强筋小麦》一等(粗蛋白质含量≥15.0%)的样品有143份。高分子量麦谷蛋白检测发现,供试材料共含18种HMW-GS亚基和100种不同亚基组合类型,其中N,7+9,5+10出现次数最多,优质亚基1、2*、7^(oe)、17+18、5+10的材料分别占总材料数的25.6%、5.2%、27.8%、7.7%和25.6%,含7^(oe),5+10亚基的有36份,含2*,5+10亚基的有1份,含2*,7^(oe)亚基的有7份。综合抗病性及品质分析结果显示,PI 17738等11份材料至少抗1种病害,且蛋白含量≥15.0%,湿面筋含量≥35.0%,同时含有稀有优质亚基。以上11份材料可作为我国优质、抗病小麦培育亲本,为我国小麦抗病和品质遗传改良提供优异基因源。

小麦ERF亚族转录因子参与逆境胁迫的研究进展

小麦是中国三大粮食作物之一,其生长发育过程中会受到多种逆境胁迫的影响。AP2/EREBP是植物特有的一个庞大的转录因子超家族,普遍参与生长发育和逆境胁迫应答等生物学进程。ERF类转录因子是AP2/EREBP转录因子超家族的一个亚族。本研究结合国内外相关研究进展,简要综述了小麦ERF亚族转录因子的结构特征与分布,重点阐述近年来小麦ERF亚族转录因子响应高盐、干旱、低温、重金属、病原菌侵染等逆境胁迫的功能和机制研究进展,最后展望了ERF亚族转录因子的研究方向和应用前景。

六倍体小黑麦×六倍体小麦杂交后代中染色体遗传与结构变异鉴定

六倍体小黑麦是普通小麦品种遗传改良的重要基因资源,可以拓宽小麦的遗传基础。本研究以六倍体小黑麦为供体向普通小麦转移黑麦染色质,以探明六倍体小黑麦×六倍体小麦杂交、回交后代的染色体遗传特性,为小黑麦种质材料的后续研究和利用奠定基础。以六倍体小黑麦16引171为母本,六倍体小麦川麦62为父本配制杂交及回交组合,利用非变性荧光原位杂交技术(non-denaturing florescence in situ hybridization,ND-FISH)对F1、BC1F1和BC1F2植株进行细胞学跟踪鉴定。结果表明,杂种F1回交结实率为2.61%;BC1F1植株2R染色体传递频率最高;BC1F2植株中黑麦染色体在后代的传递率为6R>4R>2R,小麦背景中5B-7B相互易位染色体在BC1F2植株中表现出严重偏分离。在BC1F1和BC1F2植株中观察到24种结构变异染色体,包括染色体片段、等臂易位染色体、易位染色体以及双着丝粒染色体,且部分BC1F2植株的种子表现粒长和千粒重均优于六倍体小麦亲本川麦62。因此,在利用六倍体小黑麦作为桥梁向普通小麦导入黑麦遗传物质时,应尽量采取多次回交的方式,使D组染色体迅速恢复,保证后代育性的恢复,同时关注染色体结构变异材料的潜在应用价值。

氮磷配施和化肥减施对小麦生长、养分利用及产量性状的影响

为明确氮磷配施和化肥减施对小麦生长、养分利用及产量性状的影响,以8个晋南主栽品种为材料,于2019—2021年开展水培和大田定位试验,水培试验设置4个氮磷水平(N 0.2 mmol·L^(-1)+P 0.1 mmol·L^(-1)、N 0.2 mmol·L^(-1)+P 2.5 mmol·L^(-1)、N 4 mmol·L^(-1)+P 0.1 mmol·L^(-1)、N 4 mmol·L^(-1)+P 2.5 mmol·L^(-1)),对不同小麦品种苗期性状进行初步考察筛选;大田试验设置常规施肥(CF)、化肥减施(FR)和不施肥(CK)3个处理,研究不同年型下化肥减施对小麦生长发育、养分利用及产量的影响。结果表明,水培条件下,不同氮磷水平品育8161株高、根长、植株干重、根干重及根冠比均最低;良星67在低磷时正常氮较低氮植株干重增幅仅为17.07%,根干重反而降低,且在正常氮磷时根冠比较低。大田生产条件下,2019—2020年度(丰水年)化肥减施处理下以品育8012、济麦22产量较高,二者差异不显著,邯农1412产量最低,仅为7520.18 kg·hm^(-2)。其中,山农20、中麦4072和邯农1412产量均表现为化肥减施显著低于常规施肥。2020—2021年度(干旱年)化肥减施处理下济麦22产量为6191.53 kg·hm^(-2),显著高于品育8012和石农086,其籽粒氮素积累量和磷素吸收效率均最高,分别为130.35 kg·hm^(-2)和0.79 kg·kg^(-1)。干旱年减施化肥导致小麦生育后期叶片早衰,显著降低成熟期干物质积累,但对茎秆形态特征影响较小。综上,晋南小麦-玉米轮作区小麦生育期基施纯N 180.0 kg·hm^(-2)、P_(2)O_(5)105.0 kg·hm^(-2)、K_(2)O34.5 kg·hm^(-2),拔节期追施纯N 60.0 kg·hm^(-2)时,丰水年品育8012和济麦22产量较高,干旱年济麦22产量最高,且化肥减施有利于提高济麦22开花前营养器官干物质贮藏再转运量及其对籽粒的贡献率和第3节间厚度。单纯的连年化肥减施在干旱年份会导致小麦产量的稳定性和可持续性降低。本研究结果为晋南麦区小麦稳产高效栽培提供了技术参考。

优质强筋小麦新品种新麦58农艺性状及产量相关性分析

[目的]为优质强筋小麦新品种新麦58在黄淮海南片麦区的推广提供科学依据。[方法]利用2019—2022年度国家冬小麦品种试验黄淮海南片水地组区域试验和生产试验数据,对新麦58的农艺性状和品质、产量构成、丰产性、相关性进行分析。[结果]新麦58在国家冬小麦品种黄淮海南片水地组3年试验中成穗率较高,有效穗数为638.59万穗/hm 2,穗粒数33.90粒/穗,千粒重43.44 g,生产试验平均产量9264.6 kg/hm 2,比对照增产5.68%,增产点率100%。品质结果达到强筋小麦品质标准。产量三要素相关性和直接通径系数结果均表明,穗粒数是影响新麦58产量的主要因素。[结论]生产上应保证适量的有效穗数,主攻穗粒数,稳定千粒重,进一步挖掘新麦58的高产潜力。

小麦耐盐基因TaHKT1的新单倍型及其耐盐性评价

本研究利用0.5%盐胁迫对275份小麦品种(系)进行芽期耐盐性鉴定,测定发芽率、芽长、根长、根数、芽鲜质量、根鲜质量及根冠比等指标。利用主成分分析法将7个指标转化为3个主成分,累积贡献率为74.35%。通过主成分贡献率和隶属函数分析进一步将3个主成分简化为综合评价值(D)。根据D值的大小,利用聚类分析法将275份小麦品种(系)划分为高耐盐、中耐盐、耐盐、盐敏感和盐高敏感共5个等级,筛选出高耐盐种质11份、中耐盐107份、耐盐60份,累计占比64.7%。通过对13个小麦品种(系)进行TaHKT1基因序列分析,发现T∶T新单倍型与耐盐性相关。利用KASP标记对275份小麦品种(系)进行检测,有98份小麦品种(系)为新单倍型,占35.64%;新单倍型小麦品种(系)在各省份中所占比例不同。将小麦品种(系)的TaHKT1基因T∶T单倍型与耐盐性D值进行关联分析,结果表明,TaHKT1基因T∶T单倍型与小麦芽期耐盐性差异达极显著水平(p<0.01)。

特色小麦新品种—紫麦4179

紫麦4179是山西农业大学小麦研究所针对当前生产上微量元素、膳食纤维等专用谷物资源稀缺选育出的特色小麦新品种。以农大5182为母本,农大3753/CH7034的杂交品系为父本,进行有性杂交,采用系谱法结合分子标记辅助选择选育的紫粒高叶黄素含量的特色小麦新品种。

基于纹理特征与深度学习的小麦图像中的穗粒分割与计数

穗粒数是小麦产量构成的重要因素和估测产量的参数之一,传统的人工计数方法耗时费力,人为因素影响大。为了实现对小麦穗粒数的智能、快速监测,以百农307、新麦26、稷麦336这3个小麦品种为试验材料,利用智能手机于小麦灌浆后期拍摄麦穗图像,随后对麦穗图像进行预处理并归一化为480×480像素大小,结合深度学习和迁移学习机制,构建基于冻结-解冻机制的HRNet模型的小麦小穗图像分割计数深度学习模型,利用图像处理算法、小麦小穗图像纹理特征确定小穗像素数与穗粒数之间的关系阈值,构建小穗粒数预测模型,实现对小麦穗粒的预测计数。结果表明,对比同样采用冻结-解冻机制的PSPNet模型、DeeplabV3+分割模型、U-Net模型及无冻结解冻机制的HRNet模型,采用基于冻结-解冻机制的HRNet模型对小麦小穗的分割效果更优,且具有更好的鲁棒性,分割精确度为0.9594,平均交并比(mIoU)为0.9119,类别平均像素准确率(mPA)为0.9419,召回率为0.9419;通过3个不同品种小麦的麦穗图像对小穗进行计数,所得决定系数(R2)为0.92,平均绝对误差为0.73,平均相对误差为2.89%;籽粒计数的R2为0.92,平均绝对误差为0.43,平均相对误差为5.51%。由研究结果可知,基于冻结-解冻机制得出的HRNet模型的小麦小穗图像分割算法能够有效分割小麦图像中的小穗,并获得更加丰富的语义信息,可用于解决小目标图像分割困难及训练欠拟合问题,通过粒数预测模型可以快速、精确地对小麦的籽粒数进行预测,从而为小麦高效、智能化估产提供算法支撑。

小麦镉胁迫响应基因TaMYB1的功能分析

【目的】MYB家族成员在植物生长发育、生物胁迫和非生物胁迫等方面发挥重要调控作用,然而,小麦MYB转录因子在重金属镉(Cd)胁迫中的生物学功能研究较少。挖掘小麦Cd胁迫应答相关基因,阐明其在Cd胁迫中的生物学功能,为耐/低Cd小麦品种的选育奠定基础。【方法】构建Cd胁迫小麦根系酵母cDNA文库,筛选获得Cd胁迫应答基因,利用荧光定量PCR技术检测Cd胁迫条件下小麦不同组织中Cd胁迫应答基因的相对表达量;利用病毒诱导的基因沉默对该基因进行功能验证,检测对照和沉默植株的Cd含量、叶绿素含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活力等生理生化指标。此外,对Cd胁迫应答基因及其在小麦和其他物种中的同源基因进行生物信息学分析(系统进化关系、序列特征和表达谱)。【结果】Cd胁迫主要抑制小麦根系发育,在添加0.002 mol/L Cd的酵母培养基上筛选Cd胁迫小麦根系酵母cDNA文库获得18个耐Cd转化子,其中5个转化子编码TaMYB1蛋白,转化TaMYB1酵母菌株在高Cd培养基中生长良好,而对照则明显受到抑制。RT-qPCR结果表明,TaMYB1在小麦幼苗中响应Cd胁迫。与对照相比,TaMYB1沉默植株中TaMYB1表达量明显下降,且根系和叶片Cd含量显著低于对照植株,叶绿素含量、SOD、POD活性高于对照植株,MDA含量则低于对照植株。同时,生物信息学分析发现,TaMYB1属于1R-MYB家族成员,具有高度保守的MYB和CC结构域,其包含7个外显子和6个内含子,在拔节期中期的花序和成熟期的花序表达最高,在灌浆前期种子和灌浆中后期种子中表达量最低。【结论】TaMYB1在小麦响应Cd胁迫应答中发挥重要作用。

基于图像处理的小麦微量沉淀值自动读取方法研究

为实现十二烷基硫酸钠(Sodium Dodecyl Sulfate,SDS)沉淀值读取的自动化、智能化,在SDS沉淀值自动化测定摇床上,设计一种图像自动识别沉淀值系统。通过对3种图像处理方法的可行性分析后,选定一种基于标签比对的图像识别方法。该方法包含图像前处理和体积值转换两大模块,主要步骤包括RGB转换成HSV、多通道二值化、提取标签和沉淀值前景,找标签和沉淀值轮廓等。该方法可以同时处理多个试管,并给出每个试管的体积。试验结果表明,平均识别准确率为98.945%。因图像处理光源固定,相对于人工读取示值,不仅提高试验效率,也降低每次读取示值时,因视线不同而造成的主观人为干扰,有效提高准确性,实现沉淀值读取的自动化与智能化。

基于主成分和聚类分析的50份冬小麦材料主要农艺性状评价

【目的】了解冬小麦农艺性状间的关系,探究冬小麦农艺性状对产量的影响,从而筛选高产冬小麦品系。【方法】本研究以50份冬小麦品种(系)为研究对象,对其15个农艺性状进行了遗传变异分析、相关分析、主成分分析和聚类分析。【结果】遗传变异分析表明,供试材料农艺性状存在差异,除生育期变异系数为0.71%外,其他农艺性状变异系数较大,为7.46%~51.68%。产量与穗粒质量(0.935**)、千粒质量(0.740**)、穗粒数(0.616**)呈极显著正相关,与小穗数(0.289*)呈显著正相关,与其他农艺性状相关性不显著。主成分分析结果表明,小穗数、穗粒数、小穗粒数、穗粒质量、千粒质量对冬小麦产量提高有较大的正向作用,株高、不育小穗数对冬小麦产量提高有负作用,有27份参试材料基于15个农艺性状综合表现好。聚类分析结果表明,50份冬小麦供试材料划分为多粒高产型、多粒中产型、少粒低产型3大类群,各类群特征表现明显。【结论】50份冬小麦参试材料在15个农艺性状上具有丰富的多样性,通过综合评价筛选出了21份综合性状表现优良的冬小麦材料,可以从中选育出具有高产潜力的冬小麦新品种,同时为冬小麦杂交选育提供了优良的亲本资源和理论参考。142-3-3-1(D38)、141-1-8-1(D35)和2012Y-01-6-1(D43)3份材料较对照陇麦844综合表现优良,产量高。

小麦条锈病抗性基因定位及分子标记技术研究进展

条锈病流行对小麦生产造成巨大损失,选育和种植持久抗性品种是防治小麦条锈病最经济有效的策略。为达到多基因聚合培育持久抗病品种的目标,必须不断发掘抗病种质、解析其抗病遗传机制并开发分子标记。基于文献,对条锈病抗性基因发掘涉及的抗病性、分子标记、基因定位方法和定位进展及其在育种中的应用进行了综述,明确了小麦条锈病基因定位涉及技术的现状、局限性及优势,从而为后续的条锈病抗性基因发掘、多基因聚合和持久抗性小麦品种的选育与生产布局提供技术指导,以降低西北麦区和小麦主产区条锈病流行的频率,进一步促进国家粮食安全。

高产广适小麦品种珍麦168的选育

珍麦168是湖北省农业科学院粮食作物研究所和河南金粒种业有限公司通过西农979/郑麦9023杂交,利用系谱法选育而成。该品种高产稳产、商品性好、耐寒性强和适应性广,2023年1月通过湖北省农作物品种审定委员会审定,审定编号:鄂审麦20230009,适宜在湖北省全省麦区种植。对珍麦168的选育过程、特征特性、产量表现进行了介绍,并总结其栽培技术要点,为后期大面积推广应用提供支撑。