基于高光谱遥感的小麦黄花叶病害等级监测研究

为了构建小麦黄花叶病的遥感监测技术,在小麦返青期、拔节前期和拔节后期测定了不同黄花叶病等级下的冠层反射率,并同步调查与病害等级相关的小麦株高、含水量、氮含量、色素含量等农学参数,筛选出适宜监测小麦黄花叶病的植被指数,并构建病害等级监测模型。结果表明,小麦黄花叶病的反射光谱敏感波段在返青期和拔节前期集中于560～720 nm范围,而拔节后期则集中于800～900 nm区域。随病害等级的增加,光谱反射率在可见光波段逐渐增加,而在近红外波段区域降低。植被指数与病害等级相关性在不同生育时期间存在显著差异,整体上以拔节前期最好,决定系数(r)为0.72～0.82,而拔节后期模型精度急剧下降(r=0.26～0.72)。在植被指数中,整体上以表征色素变化的mND705模型预测精度最好,r和RMSE分别为 0.59～0.68和0.79～0.98。采用偏最小二乘回归(PLSR)建立黄花叶病害分级模型,三个时期的模型精度均高于植被指数模型,且整体上以返青期和拔节期前期估算效果较好,模型验证r为0.93～0.97,RMSE为0.24～0.32。因此,利用PLSR模型可以准确评价返青至拔节期前期小麦黄花叶病害等级。     

不同高产管理模式对小麦产量形成及灌浆期糖质量分数的影响

为探索提高小麦产量的栽培管理模式,以冬小麦品种‘豫麦49’为供试材料,在大田条件下系统研究了3种不同栽培管理模式(常规高产管理模式CHY、常规超高产管理模式CSY、优化超高产管理模式OSY)对小麦产量形成、灌浆期旗叶及粒粒中蔗糖和可溶性糖质量分数的影响。结果表明,3种栽培方式中OSY模式年前分蘖发生早、出蘖快,分蘖成穗率高;完善小花数显著增加,穗粒数有显著提高;灌浆强度最大,粒质量增加;灌浆期旗叶及籽粒中蔗糖、可溶性糖质量分数提高,旗叶中糖转移最彻底,表现出碳代谢活性最强,显著提高了收获指数和氮肥生产效率,收获指数比CHY、CSY分别提高16.6%、3.5%,氮肥生产效率分别较CHY、CSY提高15.1%、16.6%。可见,优化超高产管理模式(OSY)是小麦超高产高效管理最适宜模式。     

近十年基于重要小麦亲本周麦22的遗传改良

为掌握近十年来黄淮麦区小麦遗传改良的进展和性状间的遗传差异,选用黄淮麦区骨干亲本周麦22及其衍生的22个小麦新品种为材料,研究其产量性状和品质指标,并对其衍生方式、遗传进展进行分析。结果表明,周麦22衍生系的平均产量和穗数分别较周麦22提高598.7kg·hm~(-2)和12.6个·m~(-1),遗传增益分别为10.1%和17.6%,差异均达显著水平;而周麦22衍生系的千粒重、穗粒数和株高与周麦22均无显著差异。通过周麦22培育出4个优质强筋小麦品种,占衍生品种总数的18.2%。周麦22衍生系的籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、SDS沉淀值和吸水率较周麦22均显著降低,遗传增益分别为-4.6%、-11.1%、-5.2%和-1.7%;面筋指数和面团稳定时间较周麦22均显著提高,遗传增益分别为148.2%和41.2%;籽粒硬度和面团形成时间较周麦22略有降低,但差异均未达显著水平。周麦22衍生品种产量的提高主要来源于穗数和千粒重的提高,蛋白质质量性状在遗传改良中有所提高,但蛋白质数量性状呈下降趋势。加强蛋白质质量与数量性状的协调改良已成为当前小麦品质改良的重点和难点。     

小麦不溶性谷蛋白含量与HMW-GS及品质的关系

为了探索小麦不溶性谷蛋白(IG)含量与品质的关系,对176份不同筋力小麦材料的IG含量、HMW-GS组成类型和加工品质参数进行了检测及相关性分析。结果表明,供试材料的平均IG含量为2.44%,变化范围为1.25%～3.71%。共检测到10种HMW-GS亚基类型和16种亚基组合,其中,出现频率较高亚基类型是1(76.13%)、7+9(61.37%)、2+12(51.70%)和5+10(48.30%),出现频率较高亚基组合是1/7+9/2+12(25.57%)和1/7+9/5+10(22.16%)。亚基类型与IG含量显著相关,其中,优质亚基1、7+8和5+10比同位点的其他等位变异均显著增加IG含量,亚基组合1/7+8/5+10的IG含量最高,N/14+15/5+10的IG含量最低。IG含量与蛋白质含量、吸水率和稳定时间均呈显著正相关。IG含量可以作为小麦品质育种的快速有效检测指标。     

乌拉尔图小麦WOX基因的克隆与表达分析

WOX基因家族是一类植物特有的转录因子基因家族,在植物的生长发育过程发挥重要作用。本研究通过同源克隆的方法,得到乌拉尔图小麦(Triticum urartu)WOX基因家族的6个成员: TuWOX1、 TuWOX2、 TuWOX3、 TuWOX4、 TuWOX5和 TuWOX3a。生物信息学分析表明, TuWOX2、 TuWOX3和 TuWOX3a属于WUS支/进化支, TuWOX4属于古老支, TuWOX5属于中间支。除这三个分支外, TuWOX1自成一支,说明在乌拉尔图小麦中可能出现了不同功能的WOX家族基因。利用qRT-PCR技术对得到的WOX基因在乌拉尔图小麦不同组织的表达模式以及幼苗在不同非生物胁迫处理下的表达情况进行了分析,结果表明,WOX基因在乌拉尔图小麦各组织中均有表达,但在不同组织中的表达量差异较大,说明WOX基因在不同的组织中发挥作用;非生物胁迫条件下WOX基因表达水平发生了变化,表明其可以响应外界的胁迫。     

普通小麦 TaCAT 9基因的克隆与表达分析

氨基酸转运蛋白是植物体内一类负责氨基酸运输的蛋白,是植物氮代谢的重要媒介。CAT9（阳离子氨基酸转运蛋白9）是氨基酸转运蛋白家族的一员,为深入了解小麦中该基因的序列特征及表达特性,采用同源克隆的方法从普通小麦品种豫麦49-198中获得TaCAT9两个部分同源基因的cDNA序列。因两基因分别位于小麦6 A和6 B染色体长臂上,故分别命名为TaCAT9-A和TaCAT9-B。生物信息学分析结果表明,两个TaCAT9基因的CDS长度均为1 818 bp,编码605个氨基酸;它们的编码蛋白等电点分别为8.23和8.27,分子量分别为64.04 kDa和64.08 kDa,属于疏水稳定蛋白。并且两蛋白均含有阳离子氨基酸转运蛋白的C末端和13个跨膜区。进化分析结果表明,小麦CAT9蛋白与乌拉尔图小麦和山羊草的CAT9蛋白亲缘关系密切。实时荧光定量反转录PCR结果表明,TaCAT9基因在根、茎、叶和籽粒中都有表达,但在叶中的表达量最高;在氮饥饿条件下,该基因的表达上调,推测该基因参与小麦低氮胁迫应答。     

土壤水分对玉米秸秆还田腐解率、土壤肥力及小麦籽粒蛋白质产量的影响

为提高玉米秸秆还田效果,通过防雨棚微区控水设施,研究了土壤水分对还田玉米秸秆腐解、土壤肥力及小麦籽粒蛋白质产量的影响,3个土壤水分水平分别为田间持水量的50%～55%(干旱)、60%～65%(轻旱)和70%～75%(适宜水分)。结果表明,小麦季还田玉米秸秆腐解速率表现为"快-慢-快"的变化趋势。随着土壤水分含量的增加,秸秆量减少率逐渐增加。秸秆腐解前期(0～70 d),干旱条件下秸秆量累计减少率、氮素释放率显著降低(P0.05);成熟期,不同土壤水分条件下秸秆量累计减少率及氮素释放率分别为66.50%～69.51%和75.88%～77.31%,不同土壤水分处理间差异不显著。与播前相比,成熟期不同处理0～25 cm耕层土壤有机质含量基本表现为降低趋势,但秸秆还田(RS)处理土壤有机质含量下降幅度较对照(CK)显著降低。与CK相比,RS处理0～25 cm耕层土壤有机质含量显著提高(16.1%～17.2%);不同生育时期土壤0～25 cm耕层的碱解氮含量显著提高(11.65%～23.10%);小麦籽粒蛋白质含量略有降低,籽粒蛋白质产量显著降低(4.63%)。在秸秆还田条件下,干旱处理的小麦籽粒蛋白质含量均显著高于轻旱和适宜水分处理。综上,还田玉米秸秆的腐解和氮素释放需要较好的土壤水分条件;土壤水分适宜时进行秸秆粉碎翻压还田有利于提高土壤有机质和碱解氮含量;干旱条件下秸秆还田导致小麦籽粒产量和蛋白质产量均显著降低。     

黄淮麦区(南片)小麦新品系脂肪氧化酶活性分析及其等位基因检测

小麦籽粒脂肪氧化酶（Lipoxygenase,Lox）是影响小麦面粉色泽的重要因素之一。为了解Lox活性及其等位基因在黄淮麦区（南片）小麦新品系中的分布情况,以及明确不同等位基因与Lox活性之间的关系。本研究以94份黄淮麦区（南片）小麦新品系为试验材料,利用功能标记Lox16、Lox18和Lox-B23对其 TaLox-B1、 TaLox-B2和 TaLox-B3位点上的等位基因进行分子检测,同时利用分光光度计对供试材料的Lox活性进行测定。结果表明,在 TaLox-B1位点,共检测到 TaLox-B1a和 TaLox-B1b两种等位基因,分布频率分别为18.1%和81.9%, TaLox-B1a等位基因的Lox活性显著高于 TaLox-B1b等位基因;在 TaLox-B2位点,共检测到 TaLox-B2a和 TaLox-B2b两种等位基因,分布频率分别为88.3%和  11.7%, TaLox-B2a等位基因的Lox活性显著高于 TaLox-B2b等位基因;在 TaLox-B3位点,共检测到 TaLox-B3a和 TaLox-B3b两种等位基因,分布频率分别为67.0%和33.0%, TaLox-B3a等位基因的Lox活性显著高于 TaLox-B3b等位基因。共检测到 TaLox-B1a/ TaLox-B2a/ TaLox-B3a、 TaLox-B1b/ TaLox-B2a/ TaLox-B3a、 TaLox-B1a/ TaLox-B2a/ TaLox-B3b、 TaLox-B1b/ TaLox-B2a/ TaLox-B3b、 TaLox-B1a/ TaLox-B2b/ TaLox-B3b和 TaLox-B1b/ TaLox-B2b/ TaLox-B3b六种等位基因组合,分布频率分别为10.6%、56.4%、5.3%、16.0%、2.1%和9.6%,含有 TaLox-B1a/ TaLox-B2a/ TaLox-B3a等位基因组合材料的Lox活性显著高于其余五种等位基因组合;含有 TaLox-B1b/ TaLox-B2b/ TaLox-B3b等位基因组合材料的Lox活性显著低于其余5种等位基因组合。     

黄淮麦区小麦品种耐倒春寒相关性状的评价及关联分析

为对黄淮地区小麦耐倒春寒的相关性状进行评价和检测其优异等位变异,以107份黄淮麦区近十年来的主栽品种或正在参加区试的品系为研究对象,通过人工气候室对其耐倒春寒性状进行鉴定,并通过660KSNP芯片检测对其进行全基因组关联分析。结果表明,经过雌雄蕊分化期低温处理后,小麦的结实率显著降低,不育小花数显著增多,但低温处理的结实率和不育小花数均与对照差异不大;根据结实率耐受力(TSR)分布,耐倒春寒(TSR≥0.90)、中耐倒春寒(0.9TSR≥0.70)和不耐倒春寒(TSR0.70)的材料分别有44个、53个和10个,平均结实率耐受力分别为0.94、0.81和0.59。经关联分析共得到80个与耐倒春寒相关性状关联的位点,在小麦21条染色体上均有分布,单个位点的表型变异贡献率(R2)为16.61%～36.15%,其中6个位点在两个以上性状中被重复关联到。从这些位点中,得到多个与耐倒春寒相关性状相关的优异等位变异。如1B上AX-110630731的碱基G变异类型在低温处理下能使结实率提高7.00%,使不育小花数减少2.91个·穗-1,使结实率耐受力增加6.23%,但对照条件下并不影响这两个性状;3A上AX-110064042的T变异类型在低温处理下使不育小花数平均减少2.72个·穗-1,使结实率及其耐受力分别增加6.02%和5.60%。     

花后高温胁迫对小麦灌浆特性及产量的影响

为了解小麦灌浆特性对花后高温胁迫的响应,选用西农979、洛旱2号、西农2208、新麦11、郑麦366和兰考矮早8等6个品种,于2016-2018年以自然条件为对照(CK),分析了花后高温胁迫(搭棚增温)后小麦灌浆进程、千粒重和产量的变化。结果表明,小麦粒重主要由灌浆持续时间和灌浆速率决定,不同小麦品种对花后高温胁迫的响应模式不同。西农979、洛旱2号在高温胁迫下,灌浆快增期的平均灌浆速率有所提高,但灌浆持续时间显著降低,导致粒重显著下降,且两年度的千粒重热感指数和产量热感指数均大于1,属于不抗高温型品种;新麦11、郑麦366和兰考矮早8经高温胁迫后,灌浆持续时间变化幅度不大,平均灌浆速率分别降低了0.05、0.09和0.06g·d^-1,千粒重分别降低了2.00、1.45和1.56g,但高温胁迫下粒重与CK无显著差异,且郑麦366和兰考矮早8的千粒重热感指数和产量热感指数在两个年度均小于0.9,属于抗高温型品种。