小麦旗叶相关性状的QTL定位

旗叶相关性状是影响小麦植株结构、光合能力和产量潜力的重要因素。为发掘控制小麦旗叶性状相关的数量性状位点(QTL),以品冬34和MY11847为亲本构建的含有356个株系的F_7:8重组自交系(recombinant inbred line, RIL)群体为材料,基于本课题组前期利用简化基因组测序(specific-locus amplified fragment sequencing, SLAF-seq)结合传统分群分析法(bulk segregant analysis, BSA)技术构建的高密度遗传连锁图谱,对小麦灌浆期旗叶长、旗叶宽和旗叶面积进行QTL定位。结果表明,共检测到9个旗叶长QTL、7个旗叶宽QTL和8个旗叶面积QTL,可解释1.71%～14.71%的表型变异。其中,旗叶长位点QFLL.nwafu-3D和QFLL.nwafu-2D.1、旗叶宽位点QFLW.nwafu-6B以及旗叶面积位点QFLA.nwafu-3D的表型贡献率均大于10%,为主效QTL,且QFLL.nwafu-3D和QFLA.nwafu-3D共定位于相同遗传区间。     

四倍体小麦株高和穗长性状的QTL定位及其遗传效应分析

株高和穗长是影响小麦高产稳产的重要农艺性状。为进一步发掘控制株高和穗长的主效QTL,以硬粒小麦矮兰麦和野生二粒小麦LM001构建的F₈代重组自交系（RIL）群体为材料,基于小麦55K SNP芯片构建的遗传连锁图谱,并结合5年8个生态环境的株高和穗长表型数据,进行QTL定位和遗传解析。结果表明,在RIL群体中,株高和穗长均呈现正态分布,符合数量性状遗传特征。共检测到24个QTL,其中7个与株高相关,分布在2A、2B、4B、5A、6A和7A染色体上,可解释7.46%~20.03%的表型变异;17个与穗长相关,分布在2A、2B、3A、4A、4B、5A和6B染色体上,可解释6.52%~17.10%的表型变异。控制株高的 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A以及控制穗长的 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4能够同时在单环境和多环境分析中检测到,为稳定的主效QTL,分别解释了9.17%~20.03%、10.44%~ 14.48%、10.41%~16.29%和7.54%~11.70%的表型变异。此外,在RIL群体子代中存在超亲分离现象,进一步的QTL聚合效应分析表明,株高位点 QPh.sicau-AM-4B和 QPh.sicau-AM-7A的聚合或者穗长位点 QSl.sicau-AM-2B.2和 QSl.sicau-AM-4B.4的聚合均能极显著地提高株高和穗长表型,表明鉴定到的控制株高和穗长的QTL位点具有累加效应。     

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。     

不同水分条件下小麦碳同位素分辨率的遗传分析和QTL定位

为探讨小麦碳同位素分辨率(△)与抗旱性及产量性状的关系,以小麦品种宁春4号和宁春27号杂交构建的重组自交系（RILs）群体为材料,分析△在不灌水（W0）、灌1水（W1）、灌2水（W2）和灌3水（W3）四种水分条件下与其他不同性状间的遗传相关性,并定位控制小麦△的QTL位点。结果表明,△在RILs群体中呈双向超亲分离,分布频率表现为正态分布。随着干旱胁迫的增强,△值降低,RILs株系间的△变异程度增大,△双向超亲分离的比例增加。四种水分处理下叶片△与千粒重、穗粒重均呈负相关。穗粒重（Y）与△ (X₁)、叶绿素含量(X₂)、千粒重(X₃)的回归方程为:Y=0.056-0.110X₁+0.046X₂+0.037X₃,表明在适度干旱条件下低△影响了穗粒重。采用QTL IciMapping 4.0对△进行QTL检测,共检测到5个QTL,其中位于7B染色体上的有3个,位于5B和3D上的各1个。位于7B染色体上的3个QTL是在W0、W2和W3三种水分条件下分别检测到的,且W0和W3下检测到的2个QTL的标记区间相同（barc267~gwm46）,其中Q△-7B.3对△表型的贡献率达到40.3%。     

基于单片段代换系玉米子粒性状的QTL定位

利用lx9801为遗传背景的昌7-2单片段代换系为基础材料,通过一年两点的田间试验,对粒重、粒长、粒宽和粒厚进行QTL分析。在两个试验点共检测到31个玉米子粒性状的QTL,包括12个粒重QTL、7个粒长QTL、8个粒宽QTL和4个粒厚QTL。其中,有2个粒重QTL、2个粒长QTL和1个粒厚QTL在两试验点同时检测到,可分别解释5.53%、9.09%、4.55%、4.18%和7.70%的表型变异。     

小麦花药伸出特性的QTL分析

花药伸出特性直接影响小麦的授粉结实率和穗部真菌病害抗性,为挖掘控制小麦花药伸出特性的QTL,以半闭颖品种周8425B和开颖品种小偃81构建的包含102个株系的F_2:12RIL群体为材料,于2019和2020年各分两个播期种植于西北农林科技大学小麦试验站,以小麦花药伸出率和视觉花药伸出等级两个性状表型值对4个环境下的花药伸出特性进行表型鉴定,并利用90K芯片构建的高密度遗传连锁图谱进行QTL定位。结果共检测到8个控制花药伸出特性的QTL,分布在3A、3B、5B、6B、6D和7A染色体上,其中6B和6D染色体上各有2个QTL。 QAe.nwsuaf-3A、 QAe.nwsuaf-3B和 QAe.nwsuaf-6B位点在多个环境中均能被检测到,表型变异解释率分别为3.65%~10.48%、8.12%~26.09%和3.49%~8.93%。     

大麦穗长和株高QTL的鉴定

为挖掘大麦穗长和株高的QTL位点,以1个大麦重组自交系（recombinant inbred line,RIL）群体（以J36528和BMJ89为亲本,包含125个F₁₀代）为材料,基于本课题组前期利用DArT标记构建的连锁图谱,结合4年2点共6个不同生态环境测得的穗长和株高表型数据,鉴定大麦穗长和株高QTL。结果表明,共鉴定到3个穗长QTL和2个株高QTL,分别分布在2H、3H、6H和7H染色体上,其中,穗长位点 Qsl.sicau-JB-2H在2个环境中被检测到,能够解释11.38%~14.66%的表型变异; Qsl.sicau-JB-7H在6个环境中均被检测到,能够解释35.10%~46.34%的表型变异;而 Qph.sicau-JB-6H仅在1个环境中被检测到,可解释17.99%的表型变异。株高位点 Qph.sicau-JB-6H在5个环境中均被检测到,能够解释16.36%~21.18%的表型变异;而 Qph.sicau-JB-3H仅在1个环境中被检测到,可解释15.40%的表型变异。本研究为解析大麦植株形态和产量性状遗传机制以及分子辅助育种奠定了基础。     

小麦矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b的降秆效应及株高相关QTL挖掘

株高是决定小麦抗倒伏能力的重要农艺性状,为验证已克隆矮秆基因Rht-B1b和Rht-D1b的降秆效应、并发掘新的株高相关QTL位点,以济麦44×济麦229构建的285份重组自交系（RIL）群体为材料,于2020-2021年（济南）和2021-2022年（济南和济阳）在试验基地种植并调查每个家系的株高。利用已开发的Rht-B1b和Rht-D1b特异性分子标记检测群体内家系基因型,分析不同基因型间株高差异,利用小麦55K SNP芯片进行基因型检测并构建了高密度遗传连锁图谱,对株高进行QTL定位分析。结果表明,285份RIL家系中,82份材料含有Rht-B1b基因,78份材料含有Rht-D1b基因,29份材料同时含有Rht-B1b和Rht-D1b基因。根据基因检测结果,Rht-B1b可降低株高6.76~8.83 cm（8.10%~10.75%）,Rht-D1b可降低株高11.68~16.60 cm（14.68%~17.36%）,Rht-B1b和Rht-D1b基因同时存在可降低株高8.85~35.80 cm（11.05%~34.82%）。2 344个骨架标记用于构建遗传连锁图谱,图谱总长度3 349.95 cM,标记平均密度为1.43/cM。株高性状QTL分析共检测到6个QTL,分布于1A、1B、2B、4B和4D染色体上,单个QTL可以解释0.81%~32.32%的表型变异,检测到2个在3个环境及BLUE值下稳定存在的主效的QTL,为已克隆的Rht-B1b和Rht-D1b基因,分别可以解释10.40%~20.12%和22.25%~32.32%的表型变异。此外,Qph.saas-4D.1和Qph.saas-2B.2可在2个环境下被检测到,其中Qph.saas-4D.1与多个前人的研究得到的QTL位点相近,可能为同一QTL位点,Qph.saas-2B.2未发现与前人研究的结果重合,可能为株高新QTL位点,研究结果将为进一步矮秆基因的精细定位和矮化育种提供理论参考。     

小麦旗叶与穗粒重关系的研究

以 57个冬小麦基因型为试验材料 ,在稀植高产栽培条件下研究了旗叶长、宽和面积与穗粒数、千粒重和穗粒重之间的关系。结果表明 ,1旗叶长、宽和面积与穗粒数均为显著正相关 ,相关程度大小为旗叶面积>旗叶宽 >旗叶长 ;2旗叶长、宽和面积与千粒重均为正相关 ,但都没有达到显著水平 ;3旗叶长、宽和面积与穗粒重均为正相关 ,其中旗叶宽和面积与穗粒重相关达极显著水平 ,旗叶长与穗粒重显著相关。由此可见 ,旗叶大小对穗粒重有着显著正向效应 ,因此在育种栽培过程中 ,注意增加旗叶面积对提高穗粒重是有益的。     

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0.58~6.65 d,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T₂（快增期持续时间）、T_max（最大灌浆速率出现时间）、V₂（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（T₂、T_max、V₂、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（T₂、T_max、V₂、V_max变异系数分别为8.79%、7.59%、3.30%、3.30%）。     

QTL analysis of kernel size and shape in two hexaploid wheat mapping populations

Kernel size and shape in wheat are important because of their relationship with yield and milling quality. This paper reports QTL analyses of kernel morphology in two hexaploid wheat mapping populations, grown in NY and CA. Kernel morphology was evaluated through a new and improved method, combining measurements from two orthogonal pictures. Single marker regression showed that several genomic positions, scattered through the genome, were related to kernel size and shape, in both populations. The direction of allele effects was consistent between environments, although the LOD scores varied considerably. Composite interval mapping revealed QTLs on all seven homoeologous groups, considering both populations. For the QTLs detected through this method, the signal and magnitude of additive effects were similar between environments, indicating small QTL × environment interaction. In the population W7984 × Opata 85, the strongest signal was detected on the chromosome 5B, for kernel length. In the population AC Reed × Grandin, the most important QTLs were detected on chromosome 2D, affecting the lateral dimensions of the kernel. This study agreed with previous reports that the genetic control of kernel length and width are largely independent. Additionally, it was shown that QTLs detected on different mapping populations, with identical evaluation methods, can be very distinct.     

Carpel weight, grain length and stabilized grain water content are physiological drivers of grain weight determination of wheat

Among the yield components, grain weight is considered a conservative trait whose determination is still beyond our complete understanding. Crop physiology uses a whole approach to study this complex trait, which can provide helpful information to plant breeders and molecular biologists. This study emphasizes the understanding of pre- and post-anthesis determinants of final grain weight. A field experiment was carried out in two growing seasons evaluating two wheat cultivars contrasting in grain weight potential. Carpel weight at pollination, grain dimensions, grain water, dry matter and volume dynamics were assessed. Among grain dimensions, grain length was the trait, which explained final grain weight (r² = 0.78; P < 0.01 and r² = 0.94; P < 0.001 for the 1st and 2nd season, respectively) and it was the first trait to stabilize after anthesis. Water content of grains stabilized little later and also showed a strong association with final grain weight (r² = 0.93; P < 0.01 and r² = 0.98; P < 0.01 for the 1st and 2nd season respectively). Most importantly, carpel weight at pollination showed a positive and linear association with final grain weight (r² = 0.79, P < 0.01 and r² = 0.86 P < 0.01 for the 1st and 2nd season, respectively) irrespective of the cultivar and grain position. In addition, positive associations were also found between grain volume, water content, grain length, and carpel weight at pollination. Therefore, the associations between pre- and post-anthesis traits found in this study support the hypothesis that grain weight is determined before anthesis and fruit tissues (i.e., pericarp in cereals and sunflower) set an upper limit to grain weight.     

新形势下我国粮食安全对策

随着我国改革开放形势的发展,我国粮食产销形势也在不断发生变化。在世界粮价和国内食品价格上涨的新形势下,分析了影响我国粮食安全的新问题,并提出了今后应该稳定食用粮面积、确保低价饲用粮和放开进口工业用粮的粮食安全新对策。同时还提出了我国应该走计划调控为主,市场调节为辅和科学存贮粮食等粮食安全新策略,以及确保我国粮食实现可持续发展的具体建议。     

夏玉米子粒含水率和子粒灌浆的粒位差异及其关系研究

以不同自然脱水类型玉米品种为材料,分析其花后不同部位子粒含水率变化、粒重、体积、灌浆动态以及灌浆参数,明确子粒含水率变化与灌浆动态的关系。结果表明,灌浆后期两个时间节点子粒含水率差异较大,先玉335较蠡玉16子粒含水率分别低4.27和5.49个百分点。子粒含水率、体积和粒重均存在粒位效应,两个玉米品种子粒含水率均表现为下部子粒中部子粒上部子粒,子粒体积和粒重粒位效应表现为下部子粒中部子粒上部子粒。灌浆速率粒位效应存在基因型差异,蠡玉16表现为中部子粒下部子粒上部子粒,先玉335表现为下部子粒中部子粒上部子粒。灌浆启动势均表现为上部子粒下部和中部子粒,活跃灌浆期粒位差异较大,且品种间粒位效应趋势相反,先玉335活跃灌浆期上部子粒略大于下部子粒,蠡玉16下部子粒活跃灌浆期长于中部和上部子粒。灌浆峰值出现时间不同,两个品种最大灌浆速率出现时间相差4.77 d。     

陕西春玉米子粒含水率与机械粒收质量的关系分析

选择陕西灌溉春玉米区主栽品种12个,2016～2017年在陕西榆林玉米试验站用约翰迪尔收割机子粒机收,调查分析玉米粒收质量指标与子粒水分的关系。结果表明,机收质量指标品种间差异较大,变异系数在23.52%～109.8%;收获时子粒水分平均26.01%,杂质率1.02%,破碎率7.44%,田间产量损失率3.21%。机械粒收玉米破碎率、田间产量损失率与子粒水分均呈显著正相关。当子粒含水率低于25.4%时,破碎率和损失率分别低于8%和3%,符合国标要求,满足机械粒收质量要求。子粒破碎率高是影响陕西灌溉春玉米区机械粒收的关键质量问题,子粒含水率是影响机械粒收质量的主控因素。通过选择子粒脱水快和含水率低品种、合理安排收获时间能够保证陕西春玉米区机械粒收质量。     

玉米子粒灌浆特性品种间差异分析

选择浚单系列品种浚单18、浚单98-3、浚单20、浚单26玉米杂交种,以郑单958和农大108为对照,研究这4个品种后期子粒灌浆特性。结果表明,浚单系列品种的产量明显高于对照,穗粒数和百粒重对产量的贡献基本相同,浚单20、浚单26、浚单18、浚单98-3的子粒体积和灌浆速率均大于郑单958和农大108。选择高水肥地,加强生育后期的水肥管理,可充分发挥浚单系列玉米杂交种的增产潜力。     

不同小麦品种籽粒灌浆特性分析

为了给小麦高产栽培及新品种选育提供依据,对9个小麦品种的籽粒灌浆过程进行了研究.结果表明,小麦籽粒干重呈"S"型曲线增长,籽粒灌浆期可分为渐增期、快增期、缓增期三个阶段.相关分析表明,粒重主要是由快增期持续时间和灌浆速度决定的,与整个灌浆持续期关系不明显.在小麦灌浆快增期,灌浆速度越快,持续时间越长,干物质积累越多,粒重就越高.不同品种间籽粒灌浆特性存在一定的差异;综合分析表明,襄麦29和百农矮抗58-1籽粒灌浆速度较快,粒重较高.     

A quantitative approach to characterize sink–source relationships during grain filling in contrasting wheat genotypes

We present a simple generic framework to quantify source–sink relationships during grain filling, by using a determinate growth function which has a unique property, namely being able of explicitly describing the time for the end of a growth process. This model framework was applied to analyze these relationships in plants of six wheat (Triticum aestivum L.) genotypes grown in pots in climate-controlled greenhouses under two temperature regimes (day/night: 20/15 and 25/20 °C). The function accurately described the sigmoid pattern of grain growth (sink activity), as its modified form did for the reversed sigmoid shape of flag-leaf area (source capacity), during grain filling. The six genotypes differed significantly in grain number as well as in grain yield, ranging from 54 to 81 grains and from 2.67 to 4.52 g DM per culm, respectively, when grown at 20/15 °C. Biomass and grain yield were significantly reduced by a rise of 5 °C. Grain nitrogen contents raised from 2.1 to 2.6% as a consequence of less carbon accumulation resulting in lower grain weights at the high temperature. On average, a rise of 5 °C in temperature reduced the duration of grain growth by 12 days (>30%), and increased the growth rate from 1.32 to 1.67 mg grain⁻¹ d⁻¹ (20%). Genotypic differences in grain-filling duration were also larger than in rate of grain growth. The genetic variation in the flag-leaf area duration (a proxy for the capacity for intercepting radiation and photosynthesis) was positively associated with sink size. Model analysis showed that whether or not the timing for the cessation of grain filling and for the end of post-anthesis source activity was synchronized depended on temperature. The quantitative approach yielded parameters that characterize genotypic differences of post-anthesis source and sink capacity in responding to environmental variables.     

西北春玉米子粒乳线和水分变化与灌浆特性的关系

选择7个不同类型的春玉米品种,通过对灌浆期子粒乳线和含水量、子粒重量的连续测定,明确乳线与子粒水分、子粒水分与授粉后积温的关系,为适宜机械粒收品种筛选提供依据。结果表明,7个参试品种授粉至生理成熟天数、积温需求和百粒重差异明显,灌浆后45 d乳线下移到子粒62.4%～76.2%处,62～70 d乳线先后消失。随着乳线下移子粒含水率呈明显的直线下降趋势,乳线比例可以预测子粒水分和灌浆天数变化,生理成熟后达到低水分粒收要求所需天数在品种间均可相差1倍。参试品种子粒含水率与授粉后积温均符合Logistic Power非线性增长模型。授粉后,7个品种子粒含水率降低到机械收获子粒含水率25%时,各品种所需授粉后积温1 298.6～1 463.2℃·d,平均1 375.7℃·d;达到18%～22%子粒含水率时,所需授粉后积温为1 414.8～1 827.9℃·d。因此,选择生理成熟后脱水快和收获期子粒水分低的品种,延期收获降低水分含量是提高西北春玉米粒收质量的关键。     

UV-B辐射增加对小麦产量及其构成因素的影响

为了研究UV-B辐射对小麦产量及其构成因素的影响,通过增加UV-B,对小麦品种宁麦2号的有关性状的变化进行了调查分析。结果表明,UV-B增加能显著降低小麦产量,产量下降的主要原因是每穗粒数币口单位面积穗数下降,粒重的变化未达到显著水平。比较小麦同一花位的粒重,UV-B增加导致小麦粒重显著下降,同时导致粒重较低的高花位籽粒数减少。由于UV-B增加显著降低小麦粒重的效应被高花位籽粒教减少所抵消,所以最终平均粒重的变化未达到显著水平。