小麦茎部镉积累性状全基因组关联分析及优异位点挖掘

小麦镉(Cd)污染日益加重,严重威胁食品安全和人类健康,培育和应用低镉积累品种是降低镉污染小麦风险的最有效途径之一,通过分子标记辅助手段可加快低镉积累特性小麦的筛选和培育。本研究选用175份小麦种质材料,种植于陕西省镉中度污染农田,对灌浆初期小麦茎部镉含量、镉富集系数和转运系数进行聚类分析,筛选出10个低镉积累特性种质。同时利用小麦660K单核苷酸多态性(SNP)芯片,通过3种模型对茎部镉含量、生物富集系数和转运系数进行全基因组关联分析,共鉴定到33个相关遗传位点,其中28个是新的SNP位点。针对茎部镉含量和转运系数3A上的2个主效QTL,开发了KASP标记,并在验证群体中明确了其准确性和实用性。基于基因注释和同源基因比对,预测了10个基因可能直接参与小麦镉积累转运相关生物过程;其中TraesCS3A02G289200基因是一个热休克转录因子,它在水稻中的同源基因(OsHsfA4a)被验证能够提高水稻对镉的耐受性。10个低镉积累特性种质及相关基因可用于小麦耐镉污染育种及有效分子标记开发。

2019-2023年度陕西省科企联合体小麦区试 品种抗病性鉴定与评价

为掌握陕西省科企联合体小麦区试品种抗病性水平,对2019—2023年度连续5年参加联合体区试的114份品种,采用大田人工接种的方法进行小麦条锈病、白粉病、赤霉病、叶锈病和纹枯病等5种病害的抗性鉴定与评价。结果表明,供试的114份品种对鉴定的5种病害抗性程度差异较大,表现为对条锈病抗性水平较高,对白粉病和赤霉病抗性水平最差。供试品种中,对条锈病表现免疫-中抗的品种61份,占供试品种的53.51%;对白粉病表现免疫-中抗的品种27份,占供试品种的23.68%;对赤霉病表现抗-中抗的品种21份,占供试品种的18.42%;同时鉴定出2份对5种病害均表现抗病的品种,分别为西农968和金麦207。对21份高感条锈病的品种均按陕西省区试品种试验要求终止了试验。

宽幅条播和种植密度对燕麦茎秆抗倒伏性能的影响

为明确宽幅条播和种植密度对燕麦茎秆抗倒伏性能的调节作用,于2019—2020年在内蒙古乌兰察布市农牧业科学研究院试验基地,以燕麦品种蒙农大燕1号为试验材料,设置宽幅条播和常规条播两种播种方式及300万株·hm^(-2)、450万株·hm^(-2)、600万株·hm^(-2)3个种植密度,分析不同播种方式和种植密度下燕麦茎秆木质素、纤维素、半纤维素和钾含量及抗倒伏指数和倒伏率的差异。结果表明,随着种植密度的增大,燕麦倒伏率及倒伏等级均呈增加趋势,茎秆木质素、纤维素、半纤维素、钾含量及抗倒伏指数均呈下降趋势。在同一种植密度下宽幅条播燕麦的茎秆木质素、纤维素、半纤维素、钾含量及抗倒伏指数均高于常规条播,其中纤维素含量较常规条播增加了5.7%~16.3%,且在高密度下增幅最大;半纤维素、木质素和钾含量及抗倒伏指数分别增加10.9%~20.3%、13.6%~23.3%、1.6%~25.5%和12.7%~56.5%。宽幅条播有利于燕麦产量构成因素协同增加,尤其是穗数增加,进而起到增产作用,在高密度下效果更显著。由此可见,宽幅条播可有效缓解群体密度增加后燕麦茎秆抗倒相关化学成分含量及抗倒伏指数的降低,减少燕麦倒伏率及倒伏程度,促进燕麦产量形成。

高产多抗国审小麦新品种-存麦633

存麦633是河南丰德康种业有限公司利用丰德存麦1作母本、存麦11作父本进行杂交,用系谱法经多年定向选育的高产、优质小麦新品种,2022年通过国家农作物品种审定委员会审定,审定编号:国审麦20220014。

燕麦PRR基因家族鉴定与表达分析

春、夏播燕麦是长日照作物,光周期不敏感燕麦的创制使其在短日照条件下能正常生长发育。PRR基因是光周期途径中重要的昼夜节律调节基因。前期转录组研究表明PRR基因可能与燕麦光周期不敏感性有关。本研究从转录组和全基因组水平对燕麦PRR基因家族进行鉴定、生物信息学分析和表达研究。结果表明,在燕麦转录组和基因组水平分别鉴定到6个和2个PRR基因,均包含REC和CCT结构域;进化分析表明燕麦PRR基因与小麦、大麦、黑麦草和山羊草的亲缘关系较近;燕麦PRR基因启动子区域包含与光响应、生长发育和胁迫相关的顺式作用元件;qRT-PCR分析表明燕麦PRR基因的表达具有节律特征,全生育期过程中AsPRR1和AsPRR2在穗和叶的表达量均呈现由低到高、下降后再升高的双峰趋势,且AsPRR2基因的表达量高于AsPRR1。以上结果说明,AsPRR基因在燕麦光周期途径中发挥负调控作用,其下调表达促进了光周期不敏感性燕麦gp012在短日照条件下开花。本研究为揭示AsPRR基因在燕麦光周期不敏感机制中的作用奠定了基础。

TaHIPP32与TaHAK1表达及小麦缺钾胁迫耐性的关系

钾是植物生长发育必需的三大营养元素之一。高亲和性钾转运蛋白(HAK)能加强植物在缺钾胁迫时钾的吸收和转运。本课题组前期研究发现,小麦TaHAK1基因在缺钾胁迫条件下显著上调表达,并筛选得到可能调控TaHAK1基因表达的上游转录因子基因TaHIPP32,但这两个基因在缺钾胁迫中的作用机制尚不清楚。本研究首先对TaHIPP32基因进行了系统发育和亚细胞定位分析,然后利用双荧光素酶验证TaHIPP32和TaHAK1基因的互作,并以河南省大面积推广的小麦品种百农207为试验材料,利用大麦条纹花叶病毒诱导基因沉默(BSMV-VIGS)技术分析缺钾胁迫处理下TaHIPP32基因沉默对小麦植株的影响。系统发育和亚细胞定位分析表明,TaHIPP32基因与水稻OsHIPP33基因的亲缘关系最近,且其编码的蛋白定位于细胞膜上。双荧光素酶试验表明,TaHIPP32蛋白能够与TaHAK1基因启动子互作。通过BSMV-VIGS技术瞬时沉默TaHIPP32基因,发现该基因沉默后,小麦植株对缺钾胁迫更为敏感,植株生长受到抑制,干重显著降低,丙二醛(MDA)含量显著提高;缺钾胁迫处理下,沉默TaHIPP32基因的植株中,TaHAK1和TaHIPP32基因的表达均被抑制,且植株体内钾元素从地下部到地上部的转移系数显著降低,说明TaHIPP32基因通过调节TaHAK1基因的表达来影响植株体内钾元素的转运。

小麦株高QTL的定位及对重要农艺性状的多效性分析

株高作为小麦育种的重要指标,对产量具有较大的影响。为进一步挖掘小麦株高的数量性状位点(quantitative trait loci,QTL),本研究以扬麦12和偃展1号杂交得到的包含205个家系的重组自交系(recombinant inbred lines,RIL)群体为材料,利用小麦55K SNP芯片构建高密度遗传图谱,结合3年共6个环境的表型数据对株高性状进行QTL定位分析。结果表明,在染色体2B(1)、4B(1)、4D(1)、5A(1)、5B(1)和7D(2)上共检测到7个与株高相关的QTL。QPh.yaas-4B、QPh.yaas-5A和QPh.yaas-7D.1的矮秆效应来源于扬麦12,其余4个QTL的矮秆效应来源于偃展1号。在6个环境下都能检测到的位点是QPh.yaas-4B和QPh.yaas-4D,对株高的贡献率分别14.50%~24.09%和19.01%~29.80%,经过比对发现,这2个QTL分别是Rht1和Rht2。QPh.yaas-5A在5个环境下被检测到,对株高的贡献率为3.29%~5.36%;QPh.yaas-2D和QPh.yaas-7D.2在4个环境中均被检测到,对株高的贡献率分别为3.45%~6.14%和3.16%~4.10%;QPh.yaas-5B和QPh.yaas-7D.1分别在2个和3个环境中被检测到,对株高的贡献率分别是2.27%~5.09%和2.72%~4.82%。QTL比较分析后发现,QPh.yaas-7D.1和QPh.yaas-7D.2可能是新的株高位点。研究Rht-B1和Rht-D1对千粒重、穗长和穗粒数的效应,发现Rht-B1位点对这些农艺性状无显著效应,Rht-D1位点仅对千粒重有显著效应,其株高增效等位变异可显著增加千粒重。在自然群体中验证Rht-B1和Rht-D1的效应结果与RIL群体结果一致。

影响小麦面团强度的贮藏蛋白基因表达研究

小麦品质主要由籽粒贮藏蛋白的含量和类型决定,高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GSs)组合是决定加工品质的主要因素。为了解HMW-GSs组合完全一致、蛋白含量相似的两个品种面团稳定时间相差近一倍的原因(郑麦158:高面团强度;郑麦369:低面团强度),通过转录组测序比较了籽粒发育中期3个时间点(花后14、21和28 d)的贮藏蛋白基因表达差异,分析了差异表达基因编码蛋白对面粉质量的贡献以及面粉的巯基含量差异等。结果表明,在3个时间点,两个品种间的HMW-GSs基因表达均无显著差异;郑麦158较郑麦369共有24个贮藏蛋白编码基因有显著表达差异,其中上调表达基因12个(23次),下调表达基因12个(23次)。12个显著上调表达基因中,包括9个燕麦类似蛋白基因(18次)、2个γ-醇溶蛋白基因(4次)和1个α-醇溶蛋白基因;在12个下调表达基因中,包括11个α-或α/β-醇溶蛋白基因(21次)和1个燕麦类似蛋白基因(2次)。两品种比较,郑麦158面粉的硫元素含量较低,但自由巯基和二硫键含量较高。基于蛋白二硫键预测和面粉蛋白质量评价模型分析结果,差异表达基因编码的燕麦类似蛋白和γ-醇溶蛋白对面团强度的贡献不低于优质HMW-GSs。推测燕麦类似蛋白与个别γ-醇溶蛋白可能是影响面团强度的重要蛋白;蛋白的高自由巯基含量是高面筋强度的分子基础。

春化基因Vrn-1对二系杂交小麦亲本抽穗期的作用研究

为研究春化基因 Vrn-1对二系杂交小麦亲本抽穗期的作用,利用春化基因 Vrn-1的7个KASP功能标记,对130份二系杂交小麦亲本(34份不育系,96份恢复系)进行检测,分析 Vrn-1等位基因的组成和分布;并以播种至抽穗的日历日和生长度日为指标,研究春化基因 Vrn-1与二系杂交小麦亲本抽穗期的关系。结果表明,供试材料以冬性为主,包含39种春化基因型。其中,1号、3号、4号、5号、7号、9号、10号、13号、18号基因型在不育系和恢复系中都存在,分别占不育系和恢复系的76.48%和46.87%。本研究不育系和恢复系在年度间和基因型间播种至抽穗的生长度日比日历日更稳定。2018-2019和2019-2020两个年度制种亲本组合“3号×4号”的生长度日差值在河南邓州分别为-118.9和-122.0℃·d;亲本间差异达到极显著水平。具有3号和4号基因型的不育系和恢复系可作为抽穗期稳定的制种亲本组合材料。

基于55K SNP芯片分析的优质小麦的遗传多样性

为分析优质小麦品种的遗传多样性,探讨其亲缘关系,以45个优质小麦品种和5个优质高代品系为试验材料,利用55KSNP芯片对其杂合度、遗传相似度、群体遗传结构和染色体低多态性区段进行分析。结果表明,45个优质小麦品种的遗传相似度系数(GS)为0.488~0.928,平均值为0.603,其中16个品种与其他品种的GS均高于0.800;50个优质小麦品种(系)可分为2个类群7个亚群,其中类群1可分为6个亚群。除亚群Ⅴ的10个品种外,其余亚群品种的遗传聚类结果与品种系谱来源较为吻合。B基因组的多态性SNP位点最多,A基因组次之,D基因组最少。在21条染色体中,4D染色体上的多态性SNP位点最少。A基因组和D基因组染色体低多态性区段高于B基因组。在优质小麦选育过程中,A基因组和D基因组受到的选择压力高于B基因组。

施氮对小麦根-冠及土壤碳氮特征的影响

为解决小麦主产区土壤肥力下降、氮肥投入过量问题,在长期定位施氮试验基础上,研究了4个施氮水平(0、180、240和300 kg·hm^(-2))下小麦根-冠生物量、碳氮含量以及麦田土壤碳氮含量、碳氮储量特征。结果表明,与不施氮处理相比,施氮可显著增加小麦的根-冠生物量和全氮含量,对根-冠有机碳含量影响不显著,但降低根-冠碳氮比;在180、240和300 kg·hm^(-2)三个施氮处理间,根-冠生物量、碳氮比及地上部氮含量均差异不显著,而根系氮含量则随施氮水平提高呈上升趋势。施氮对土壤有机碳含量和储量影响微弱,对20~40和40~60 cm土层的土壤氮含量和储量影响显著,且分别表现为随施氮水平的提高呈先降后升和先升后降趋势;从0~60 cm土层土壤碳氮含量平均值和总储量看,施氮效应不明显。由此可见,在本试验条件下,长期施氮可促进小麦生长和氮素营养供应,但对土壤碳氮含量和储量影响较小。

三种数学模型模拟不同播期小麦籽粒灌浆过程的比较分析

为比较分析Logistic、Richards和三次多项式(Cubic)3种小麦籽粒灌浆模型的特点,用其分别对4个小麦品种(济麦44、品育8012、周麦36和晋麦84)在4个播期下的籽粒灌浆过程进行拟合。结果表明,不同播期小麦籽粒灌浆过程用三种模型均可拟合,各模型方程的决定系数均在0.98以上,且达极显著水平,Cubic和Richards模型拟合效果优于Logistic模型;通过Cubic模型模拟的灌浆起始期较观测值晚0.58~6.65d,10月12日播期起始灌浆日期模拟值与观测值最接近;在本试验条件下,Logistic模型可以假定粒重达理论最大粒重的2.76%左右时为灌浆起始期(开花期);Richard模型中,播期对起始粒重比例(灌浆起始期粒重/理论最大粒重)有显著影响,第一、第二播期(10月12日、10月20日)的超始粒重比例显著低于第三、第四播期(10月28日、11月5日);三种模型理论最大粒重在品种和播期间的规律与灌浆终止粒重一致;Cubic模型模拟的理论最大粒重与灌浆终止粒重最接近,终止粒重比例(灌浆终止粒重/理论最大粒重)平均值达97.84%;Logistic与Richards模型中,终止粒重比例随播期的推迟呈增加趋势,Richards模型终止粒重比例在播期间的变异系数大于Logistic和Cubic模型。小麦快增期灌浆参数T_(2)(快增期持续时间)、T_(max)(最大灌浆速率出现时间)、V_(2)(快增期平均灌浆速率)、V_(max)(最大灌浆速率)在三种模型间存在差异,Richards模型在播期间差异最大(T_(2)、T_(max)、V_(2)、V_(max)变异系数分别为35.25%、20.43%、11.94%、10.8%),Logistic模型在播期间差异最小(T_(2)、T_(max)、V_(2)、V_(max)变异系数分别为8.79%、7.59%、3.30%、3.30%)。

不同糯小麦品种(系)品质及其烘烤制品研究

为推动糯小麦的品质改良及开发利用,以国内不同育种单位育成的多个糯小麦为试验材料,以普通强筋、中筋及弱筋小麦作为对照,分析其淀粉组分,糊化特性、面团流变学特性,并对其制作的酥条进行比较。结果表明,糯小麦的淀粉含量及直链淀粉含量显著低于普通小麦;在淀粉糊化特性上,糯小麦的低谷黏度、最终黏度、回生值显著低于普通小麦,峰值温度高于普通小麦;在粉质仪参数上,糯小麦的吸水率显著高于普通小麦,形成时间、稳定时间及粉质质量指数均显著低于师栾02-1,糯小麦弱化度较高,显著高于师栾02-1和扬麦158;糯小麦制作的酥条体积,酥性显著高于普通小麦,硬度显著低于普通小麦,气孔大且均匀,横截面积明显大于普通小麦。不同糯小麦品种(系)间比较,扬17G76、天糯158、扬14-282及扬糯麦1号在面团流变特性和制作酥条上表现较为优异,表明通过提高糯小麦筋力有助于改善糯小麦面团流变学特性及烘烤食品品质。本研究结果可为糯小麦育种及品质改良提供理论依据。

抗条锈小麦新品种——兰天40号

兰天40号是甘肃省农业科学院小麦研究所与天水农业学校于2010年以兰天30号为母本、济麦22号为父本配置杂交组合,通过系谱法选育而成的抗条锈病小麦新品种。2020年通过甘肃省农作物品种审定委员会审定,审定编号:甘审麦20200008。1特征特性,该品种半冬性。全生育期228~268 d,平均熟期比对照品种兰天33号晚熟1 d。

根域限制栽培葡萄树与冬小麦间作对树麦的冠层温湿度、光合和产量的影响

为探讨根域限制栽培葡萄树与冬小麦的间作效应,在5年生根域限制栽培葡萄树(品种醉金香,南北行向定植)的4 m宽行间间作冬小麦(品种烟农19号),调查了该间作模式下冬小麦拔节期、孕穗期、灌浆期及成熟期的小气候、生长发育和产量,以及葡萄树萌芽、开花、软化和成熟期的温湿度、净光合速率及产量,并分析了间作模式的经济效益。结果表明,间作模式有降低冬小麦的冠层温度、提高冠层相对湿度的趋势,但影响不显著;从冬小麦的灌浆期开始,葡萄树在上午和下午分别对冬小麦种植区域的东侧和西侧产生遮荫,间作冬小麦冠层的日平均光照强度约为单作冬小麦的90%;间作冬小麦的各项生长发育指标均优于单作冬小麦,且在孕穗期表现出明显的边行优势;间作冬小麦的各产量构成因素均优于单作冬小麦,单位面积产量显著高于单作冬小麦且边行优势显著,增产幅度达35%;间作模式对根域限制栽培葡萄树的温湿度、净光合速率及产量无影响;间作模式的经济效益是单作冬小麦的16.3倍,比根域限制栽培单作葡萄增加5.8%。综合来看,该间作模式不影响葡萄树的温湿度、净光合速率及产量,但促进冬小麦生长发育并增加边际效应,具有较高的经济效益,适宜大力推广。

不同播种方式对有机小麦产量及田间杂草的影响

为探明不同幅宽条播和覆膜穴播对河套灌区有机春小麦的产量、开花期农艺性状、杂草发生程度及经济效益的影响,设置覆膜穴播(FM)、宽幅16 cm条播(KF16)、宽幅7 cm条播(KF7)、窄幅窄行11 cm条播(ZF11)、窄幅宽行15 cm条播(ZF15)共5种不同播种方式,研究了不同处理下有机小麦开花期农艺性状、籽粒产量、杂草密度及各生育时期杂草干物质量和经济效益的差异。结果表明,与ZF15处理相比,FM处理显著提高了有机小麦开花期株高、旗叶长、旗叶面积、单株叶面积、旗叶SPAD值,KF16处理明显改善了旗叶光合速率,而KF7和ZF11处理的叶面积指数显著低于其他处理;FM、KF16、ZF11、KF7处理的籽粒产量较ZF15处理分别提高了33.0%、27.2%、21.5%、14.9%;KF16和FM处理的杂草总密度和杂草干物质量较ZF15降低了75.6%、92.8%和73.9%、81.4%,纯收益分别增加了7680.4元·hm^(-2)和7246.7元·hm^(-2)。经相关分析,杂草干物质量与有机小麦产量呈显著或极显著负相关。综上所述,宽幅16 cm条播和覆膜穴播可有效降低杂草密度及干物质量,促进小麦生长发育,提高有机小麦籽粒产量。

《植物遗传资源学报》2021年征订启事

《植物遗传资源学报》是中国农业科学院作物科学研究所和中国农学会主办的学术期刊,中国科技核心期刊、全国中文核心期刊、中国科学引文数据库(CSCD)核心期刊,被国内多家数据库收录,被CA化学文摘(美)(2014)JST日本科学技术振兴机构数据库(日)(2018)收录,荣获2015年度中国自然资源学会高影响力十佳期刊。

69份国外小麦品种(系)抗叶锈性鉴定及基因分析

为给抗叶锈病育种提供优异抗源,选用17个不同毒力的叶锈菌生理小种,对69份国外小麦品种(系)及36份已知抗病基因的近等基因系进行苗期抗叶锈病基因推导,并结合11个已知基因的分子标记进行标记检测;于2017-2018年度分别在河北保定试验田和河南周口黄泛区农场对69份国外小麦材料进行田间成株期抗叶锈性鉴定。结果发现,在69份国外小麦品种(系)中共检测到6个抗小麦叶锈病基因(Lr1、Lr10、Lr19、Lr26、Lr34和Lr37),携带苗期抗病基因Lr1、Lr10、Lr19和Lr26的分别有6、19、5和10份品种(系),携带成株抗病基因Lr34和Lr37的分别有10和26份品种(系),田间鉴定具有成株慢锈性的品种(系)共有46份。

小麦西昌69的EMS诱变系蛋白品质变异分析及种质筛选

为探讨甲基磺酸乙酯(ethyl methane sulfonate,EMS)诱变在小麦品质育种中的价值,了解EMS诱变小麦籽粒品质变异状况,筛选优良的变异材料,对1667份西昌69的EMS诱变系M 6代籽粒的蛋白质含量、淀粉含量、面筋含量、容重、面团形成时间和稳定时间等多个籽粒性状进行了测定,初步分析了诱变系的品质变化,并通过SDS-PAGE电泳法及高效液相色谱技术分析了其籽粒高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)的组分和不溶性蛋白聚合体的含量。共筛选到101份HMW-GS变异诱变系,分别为亚基缺失、亚基增生、亚基置换和亚基缺失且置换4种变异类型。其中,有28份诱变系的蛋白质含量、面筋含量、形成时间、稳定时间等多个籽粒品质性状及不溶性蛋白聚合体含量优于亲本,且千粒重相对稳定,可以作为优质种质资源用于小麦品质育种。

醋渣覆盖对盐渍化麦田土壤及小麦产量相关性状的影响

为解决目前江苏省滩涂新垦农田盐渍化、农作物生长受抑制及产量较低的问题。在小麦播种后用45 t·hm^-2醋渣覆盖滩涂新垦麦田,分析醋渣覆盖对滩涂新垦麦田土壤电导率、盐度相关矿质元素和氮离子含量以及对小麦产量相关性状的影响。结果表明,在小麦幼苗期、拔节期和灌浆期,醋渣覆盖后的土壤电导率分别为1199.44、820.00和748.89μS·cm^-1,较未覆盖醋渣处理分别降低16.9%、36.7%和22.9%;醋渣覆盖后土壤的氯离子含量分别为104.71、63.14和58.40 mg·kg-1,较未覆盖醋渣处理分别降低23.0%、42.9%和33.1%;醋渣覆盖后宁麦13、扬麦20和扬麦25的产量分别为2757.69、3326.69和3647.13 kg·hm^-2,较未覆盖醋渣处理分别增产259.9%、74.5%和43.2%。说明,醋渣覆盖能显著降低土壤电导率和土壤氯离子含量,显著提高小麦籽粒产量。此外,醋渣覆盖还能显著提高小麦的有效穗数、株高和千粒重,但不同品种间的小麦穗长、穗粒数和小穗数等存在差异。综合来看,醋渣覆盖可降低新垦滩涂农田盐渍土的盐度,促进滩涂新垦麦田小麦生长发育,提高小麦产量。