小麦穗部产量性状研究进展与展望

小麦穗部产量性状主要由总小穗数、穗粒数、穗长、不育小穗数等构成;穗部性状是典型数量性状。研究小麦穗部产量性状的遗传规律对小麦育种实践具有重要意义;已有较多科研工作者对小麦穗部性状等产量性状进行连锁分析或关联分析研究,结果表明在小麦21条染色体上均有控制穗部性状的QTL位点分布,但目前只有少数的QTL功能基因位点被克隆与应用,将优异等位变异辅助选择与聚合,有望突破传统育种局限,有助于解决小麦育种"卡脖子"瓶颈。     

山西小麦品(系)种穗部与籽粒性状分析

为充分了解山西省小麦品(系)种的穗部和籽粒性状,以山西不同地区选育的321个品(系)种为研究对象,对穗长、结实小穗、不孕小穗、穗粒数、株高、千粒质量、籽粒饱满度、穗形状、芒形状、籽粒形状、粒色、粒质等穗部和籽粒性状进行了分析。结果表明,山西小麦品(系)种千粒质量变异系数最小,穗粒数及其相关性状变异系数都较大,说明山西小麦千粒质量最为稳定,穗粒数则遗传基础丰富;山西省不同地区选育的品(系)种穗部和籽粒性状存在较大差异,长治地区选育的小麦品(系)种穗长、结实小穗数和运城地区选育的小麦品(系)种千粒质量均显著高于其他地区;穗长和穗粒数与结实小穗极显著相关,改良小麦穗长能有效提升穗粒数,千粒质量与穗粒数呈弱负相关,与株高呈正相关;依据穗部和籽粒表型性状可以将供试品(系)种聚为3个类群,分别占供试材料的40.51%(中穗粒中粒质量)、20.57%(多穗粒中粒质量)、38.92%(少穗粒大粒质量)。表明山西小麦目前发展方向主要是中穗粒中粒质量和少穗粒大粒质量类型,在多穗粒中粒质量型品种上选育的品种较少。     

晚播小麦源库调节对籽粒灌浆期光合物质分配及产量因素的影响

 采用#+（14）C示踪方法对源库调节与晚播小麦籽粒灌浆期光合物质分配的关系进行了研究。晚播小麦在籽粒灌浆期旗叶的光合物质主要用于穗部籽粒生长；倒二叶光合物质亦主要供给籽粒，但向茎秆和根系中的分配增多；倒三叶是标记的三叶中光合物质向根系分配比例最大，向籽粒分配比例最小的叶片。研究表明，源库调节能影响到晚播小麦籽粒灌浆期的光合物质分配。穗库容降低，各叶片光合物质向穗部籽粒分配比例减少，向根系、茎叶中分配增多；叶源量减少，一般则向穗部籽粒分配比例增多。不同类型品种叶片光合物质在植株各器官间的分配受源库调节的影响程度不同。晚播小麦源库调节对穗粒数、粒重及其它穗部性状的影响因不同类型品种而异。相对减少源对鲁215953、鲁麦5号、鲁麦7号和鲁麦14号的穗粒数、粒重影响较小，但使鲁麦15号和辐63的穗粒数和粒重明显降低。     

剪叶遮光对小麦产量相关性状及籽粒形态性状的影响

为研究花后各光合器官对小麦产量相关性状及籽粒形态性状的影响,在旱地和水地条件下于开花期对鲁麦14、晋麦33、长4738进行了剪叶遮光处理。结果表明,旱地条件下叶片与茎秆的光合作用对千粒质量、单穗产量的贡献要大于穗器官,而水地条件下,穗器官光合作用的贡献大于叶片和茎秆;在2种水分条件下,剪叶遮光处理对小穗结实性没有显著影响,对穗粒数的影响依品种不同而有所差异,但大多数品种在光合器官严重受损时,会导致穗粒数减少;剪叶遮光处理对旱地条件下的小麦籽粒形态性状影响不大,在水地条件下当光合器官严重受损时,各小麦品种的籽粒形态性状会发生不同程度的变化。剪叶遮光处理后小麦产量相关性状及籽粒形态性状的表现,会因品种类型、水分条件而有所差异。     

小麦穗发育相关基因的研究进展

【目的】认识小麦穗发育调控相关基因及调控网络,为穗部性状遗传改良和育种利用奠定基础。【方法】通过查阅国内外小麦穗发育相关文献和基因的研究动态,对小麦穗发育过程、穗部调控相关基因和穗部相关的重要QTL等方面进展进行总结与分析。【结果】小麦的穗部性状直接与产量相关,其穗部发育一直是育种家和分子生物学家研究的热点。基于水稻和玉米的研究进展,以及测序技术和分子生物技术的发展,许多研究已经证明一些基因在小麦的穗发育过程中发挥关键作用,影响穗部性状,小麦穗发育的调控途径也逐渐被发现。【结论】小麦穗发育研究与禾本科模式作物水稻相比较为缓慢,但随着测序技术和转基因技术的发展,将大大加快穗型调控基因的克隆和功能分析,小麦穗部研究正迎来春天。     

小麦开花后穗部同化物对籽粒产量形成的影响

<正> 小麦开花后,植株的生长中心开始转移,各器官的同化物都陆续往籽粒集中.这时,同化物集中的强度和数量对产量有很大影响.由于小麦自开花到成熟经历的时间较长,地上部各器官的光合能力、持续时间以及同化物的输出强度都在相继变化.因此,每种器官运往籽粒的同化物在数量上和时间上必然会有差异,其作用也会随产量形成的阶段不同而异.关于叶片和茎鞘在这一时期对产量的作用及其变化已受到普遍重视,并且曾有大量报告;而麦穗是继旗叶以后出现的绿色器官,位于植株顶端,穗颖又紧靠籽粒,其同化物对产量形成的影响,在生产上也值得重视.为此,我们于1980和1982两年在本校农场用烫颈、套穗等方法,对这一问题作了初步探讨.     

叶面喷施天达-2116对冬小麦穗部性状及产量的影响

为改善小麦穗部性状,减少不孕小穗数,构建合理的产量构成因子。在大田条件下,研究了叶面喷施天达-2116(新型植物生长调节剂)对冬小麦穗部性状及产量的影响。结果表明,叶面喷施天达-2116能够增大籽粒体积,籽粒饱满指数增加;基部和顶部的穗粒数增加;提高产量,增产幅度达2.25%~9.38%。其中,以叶面喷施500倍效果最佳。     

小麦穗发芽机制研究进展

穗发芽是小麦生产上的重要灾害之一,了解穗发芽机制对小麦穗发芽抗性遗传与育种研究具有重要指导作用。田间的穗发芽是基因型和环境互作的结果。种子发育过程中以及萌发时的温度、水分和光周期等环境因素均能影响穗发芽。品种的抗性要素可分为内外两部分：①外部因素包括穗部性状、籽粒颜色以及颖壳和种皮中的萌发抑制物等;②内部因素主要是种子的休眠性,休眠与碳水化合物和呼吸代谢缺陷有关,并受激素、pH和水势变化等调节。     

黄淮麦区小麦品种的高产潜力与实现途径

黄淮麦区是中国冬小麦的主产区和高产区,对中国小麦生产以及国家粮食安全起着重要作用。针对中国人多、地少的基本国情,以及耕地资源非农化、耕地利用非粮化的发展现状,指出未来提高小麦总产的根本出路在于提高单产。要充分挖掘小麦高产潜力,培育高产品种是进一步提高单产的重要途径。文章根据黄淮麦区的生产条件及生态特点,分析不同时期高产品种产量结构的发展变化趋势,指出在大田条件下实现小麦高产潜力,千粒重与穗粒数并重是小麦新品种的发展方向。并从机械化生产对品种的要求出发,探讨了黄淮麦区小麦高产品种的高产空间与创育思路,提出进一步挖掘黄淮麦区小麦品种高产潜力的有效途径:(1)小麦高产潜力的实现,应重新认识和定位穗光合在产量形成中的作用,要充分挖掘和利用穗器官的光合优势,培育穗叶高光效品种。小麦穗器官除具有空间优势外,其光合特点类似于C4途径或介于C3—C4中间型,籽粒呼吸释放的CO2能被穗光合再次固定。鉴于穗光合对籽粒产量形成的较大贡献,应强化绿穗灌浆特性,发挥穗器官的光合优势,提升穗粒重。(2)提高单产水平,必须注重群体生物产量的提高。在保持现有收获指数基本不变的情况下,提高茎秆强度,实现植株高大化、密植化,能有效改善群体穗叶空间结构。通过调节生长发育节律,培育小叶、壮秆、大穗型新品种,实现小麦高生物产量。高生物产量品种还应拉开穗层,使穗层由一层增至三层,能有效提高单位面积容穗数。(3)小麦杂种优势利用已日趋成熟,有效利用杂种优势是今后挖掘高产潜力的重要途径。利用杂种优势挖掘高产潜力需同时兼顾品质性状的优化,充分考虑多个品质性状间的协调稳定。可通过多穗大穗实现高产,通过提高强势小花结实比例稳定品质,从而实现高产与优质并重发展。挖掘小麦产量潜力是一个长期的动态过程。文章旨在通过协调各种产量形成影响因素,最大限度地挖掘黄淮麦区小麦的高产潜力,为中国黄淮麦区的小麦高产育种实践提供思路和方法借鉴。     

长期定位秸秆与化肥配施对冬小麦产量及穗部性状的影响

在长期定位施肥的基础上,主要探讨了长期施用秸秆与化肥在2006年对冬小麦产量及其穗部性状的影响.结果表明:冬小麦在施用不同量的化肥和秸秆处理下产量差异明显,施用化肥的增产幅度远远大于施用秸秆肥,而秸秆与化肥配施对小麦的增产作用最大;通过对穗部性状分析结果发现,秸秆与化肥配施对小麦的显著增产作用主要来源于小麦穗密度的增加,而穗粒重对小麦产量影响较小.     

壮丰安对冬小麦产量和产量器官发育的影响

以两个冬小麦品种京冬6号和农大142为材料,研究了新型植物生长调节剂-壮丰安对小麦产量器官的调控效应。结果表明:壮丰安处理调节了小麦穗的乙烯释放量和籽粒中 IAA,Z+ZR 等内源激素水平;加快了小麦籽粒乳熟中期以后的灌浆速度,可使穗数、结实小穗、穗粒数和穗粒重不同程度增加,表现一定的增产作用;收获后的种子经生物学方法测定,药效残留很少,正常施用对环境和产品安全。     

一些多小穗小麦品种的农艺性状多元分析与育种效应评价

应用多元分析法对４２个多小穗小麦品系的１４种性状分析表明，４个主因子依次为株穗数，日灌浆量，小穗数和籽秆比。其中小穗数多和日灌浆量高作为新的重要选择性状是增小穗育种对性状遗传改良的结果。前者增粒增重，扩大籽粒库容体积及穗部绿色光合面积，后者提高籽粒库存量，对单株生物学产量和经济学产量起主导作用，但同时又受制于单株（穗）穗粒重。     

氮肥用量对不同穗型小麦品种穗部结实特性的影响

[目的]深入了解不同氮素水平下小麦穗部籽粒发育变化规律,为小麦高产施肥技术提供理论依据。[方法]于2005~2006年,以大穗型小麦品种矮早8和多穗型品种周麦18为供试品种,设3个氮素水平,分别为180、2403、00 kg/hm2,研究了2种不同穗型的小麦品种籽粒结实粒数、小穗粒重、小穗单粒重在不同氮素水平下的空间分布特征。[结果]供试品种在3个不同氮肥水平下小穗粒重、结实粒数随穗位的上升均呈先升后降的趋势,中下部小穗粒重、结实粒数的增加幅度明显大于中上部与上部小穗;平均单粒重随氮肥水平的增加先增加后减少,小穗单粒重最大的穗位低于小穗粒重最大的穗位。对于大穗型品种,小穗粒重和结实粒数表现出随氮肥施用量的增加而增加的趋势,而对于多穗型品种,小穗粒重表现出随氮肥施用量的增加呈现出先增后减的趋势,小穗结实粒数的影响呈现出不明显的趋势。增施氮肥对提高大穗型品种小穗粒重、结实粒数的效应更明显。[结论]籽粒在穗部的位置决定了小麦穗部籽粒结实与物质积累的空间分布特征。这些研究结果对于量化小麦穗部籽粒产量的调控途径等具有重要的意义。     

小麦穗面积的简易测定法

<正> 已有不少试验证明,麦穗的光合产物对籽粒产量的贡献,能与旗叶相当,可提供穗粒重的20％或更多。因此,在研究麦穗的光合性能以及栽培和育种工作中,对小麦产量起作用的穗面积便日益受到人们重视。由于麦穗表面是许多颖片相叠而成,其测定比叶面积复杂得多,所以,直到目前为止,还没有快速测定的仪器。据国外文献报道,一些科技工作者在实际工作中已采用了各种估测方法。本文在前人研究的基础上,提出一种不破坏麦穗而能在田间进行操作的简易测定法,并与其它方法进行测试比较,以提供应用者参考。     

人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性育种利用效率

【目的】小麦穗发芽是影响小麦产量和品质的重要限制因子。具有抗穗发芽特性的人工合成小麦和地方品种是改良栽培小麦穗发芽抗性的重要基因资源,通过分子标记辅助选择转育人工合成小麦和地方品种穗发芽抗性位点,评价人工合成小麦和地方品种导入系抗穗发芽育种利用效率,筛选抗穗发芽小麦新材料,为小麦穗发芽抗性育种提供数据和材料支撑。【方法】以抗穗发芽的人工合成小麦SYN792和四川地方品种涪陵须须麦为母本,以穗发芽敏感品种川麦45为轮回亲本,构建2个BC₁F₇群体。2017年,通过整穗发芽鉴定法对2个BC₁F₇群体的1 796个株系进行穗发芽表型初筛,然后利用与人工合成小麦PHS-3D和地方品种PHS-A1穗发芽抗性位点连锁的SSR标记进行分子标记选择,筛选出整穗发芽率(SGR)小于35%且携带PHS-3D和PHS-A1抗性位点的导入系;2018和2019年,连续2年对初筛选出的PHS-3D和PHS-A1导入系进行整穗发芽率、籽粒发芽指数(GI)和产量相关性状鉴定,其中,籽粒发芽鉴定试验设置25℃(18GI)和32℃(...     

从雨害减产剖析小麦品种与栽培的防御能力

我省沿淮、淮北地区,1991年小麦生长后期连降暴雨,使麦穗上部小穗籽粒灌浆受阻,病虫、倒伏加重,穗上发芽、霉烂.在不同品种和栽培技术之间存在差异.大穗型品种麦穗上部小穗籽粒灌浆受阻比多穗型品种重;麦田群体密度大、根系早衰或烂根引起倒伏;以及防治病虫害差的受害更严重.通过选用穗型品种,建立合理田间群体结构促进麦苗健壮生长防止倒伏,加强病虫防治保证后期有适当绿叶面积,对小麦生长后期雨害有着一定的防御能力.     

不同环境温度下普通小麦-野生二粒小麦染色体臂置换系的农艺性状差异分析

以普通小麦品种中国春(chinese spring,简称CS)为遗传背景的野生二粒小麦染色体臂置换系(chromosome arm substitution lines,简称CASLs)为材料,在小麦全生育期内利用大棚模拟气温升高,以大田栽培环境为对照,研究温度升高对不同置换系穗部和籽粒性状形成的影响。结果表明:在2个生长环境对比下,各置换系材料的性状均有不同变化,材料间存在着显著的差异。各置换系的籽粒性状对温度的敏感性不同,粒长和千粒质量受大棚环境的影响较大,以2BS和4AL置换系的千粒质量增幅最大,分别为23.9%、30.6%;对于穗部性状,各置换系穗长和小穗数受温度的影响变化较大,所以小穗密度也呈现出较大的变化幅度,其中2BS置换系的增幅最大,高达42.5%,1AL置换系次之,为15.0%。因此可见不同置换系材料的籽粒和穗部性状对不同环境温度的敏感性不同。     

直立穗型水稻研究进展

对不同穗型水稻穗功能、穗部性状和穗型遗传及直立穗型水稻群体生理生态等特性进行了综述。结果表明，不同穗型水稻穗的光合能力均较弱，可视为非同化器官，但当穗部光照条件变劣时，籽粒成熟率和千粒重明显下降，直立穗型品种下降幅度更大；不同穗型水稻1、2次枝梗及其着生籽粒在穗轴上的分布规律相似，直立穗型水稻结实率偏低主要是因为中下部2次枝梗籽粒结实宰相对更低造成的，选择1次枝梗籽粒比率较高、2次枝梗籽粒主要分布在穗轴上部的直立穗型水稻品种有利于提高其结实性；目前发现的水稻穗型基因都是主效核基因，且有显性和隐性之分，直立穗型基因具有一定的多效性，往往导致性状变异的相互关联；直立穗型水稻群体光照及温度、湿度、CO2浓度等生态条件较为优越，故生育后期叶面积指数(LAI)衰减较馒，群体光合速率(CAP)高值持续期长。因此，直立穗型水稻群体物质生产能力较强，生物产量较高，这是其最终经济产量较高的物质基础。     

基于机器视觉的稻茬麦单茎穗高通量表型分析

【目的】高通量表型技术不仅是现代育种领域的重要手段,也是解析田间作物生理生态行为的工具,但不同类别高通量表型技术的基础架构特征仍不清楚,因此需要针对机器视觉高通量表型技术进行专门探讨。【方法】本文用机器视觉技术检测计算稻茬麦茎穗一体的表型指标。使用宁麦13、鲁原502和郑麦9023 3个小麦品种,进行小区化对比试验,使用等孔距栅条精播板进行单粒精播,准确控制条播小麦的群体条件。于稻茬麦成熟期进行茎穗一体图像获取,对图像进行灰度增强、直方图均值化、S分量提取、Otsu阈值分割、茎穗分离和茎穗形态参数提取等操作。提取的稻茬麦地上部单茎穗各器官的形态参数包括茎秆长、茎秆平均宽度、茎秆投影面积、茎秆周长、麦穗长、麦穗平均宽度、麦穗投影面积和麦穗周长。同时,使用传统方法获取小麦单叶片质量、单茎秆质量、单穗质量和单穗籽粒产量等农艺性状指标。分别构建线性模型、二次模型、指数模型及拓展模型进行多维指标拟合,包括小麦单茎穗生物量与单穗籽粒产量关系、单茎穗的麦穗形态参数与单穗籽粒产量关系等拟合分析。在单茎穗层面对小麦茎穗的表型指标与单穗籽粒产量之间的关系进行相关分析和回归分析,进而基于机器视觉在小麦茎穗一体方面的个例应用,讨论大田高通量表型分析的机器视觉技术研发的要点。【结果】宁麦13、鲁原502和郑麦9023 3个小麦品种的单叶片质量与单穗籽粒产量的相关系数依次下降,小麦单茎穗形态参数与单穗籽粒产量的相关性显著低于生物量指标,但单穗投影面积、单穗长与单穗籽粒产量依然存在显著正相关。3个小麦品种在单茎穗的各生物量指标与单穗籽粒产量的最优回归模型各不相同,麦穗图像的形态参数不能准确反映单穗籽粒产量,但单茎穗的茎秆和麦穗形态参数的组合应用表现出最佳的拓展模型拟合结果。利用茎穗一体的数字图像处理所得的复合型形态参数可以准确预测单穗籽粒产量,从而表明利用机器视觉技术观测小麦的生长过程并实时预测产量的可行性。【结论】机器视觉技术能提供远高于常规农艺性状的高通量指标集,为解析各类农艺性状之间的联系及产量的通径分析提供更多的途径,但也造成高维指标集和有价值信息提取的技术困难。应用于田间小麦群体的机器视觉技术应具备多尺度智能化自适应的技术架构,同时应具备基于场景、群体、个体和器官的多空间尺度和苗期、分蘖期、拔节期等多生理时间尺度的统计性数字表型发现和计算能力,同时,机器视觉各技术研发环节和各技术模块都需要农艺学深度参与和校准,而配备标准表型数据库更是保障高通量技术实用性和可靠性的基础。     

基于机器视觉的稻茬麦单茎穗高通量表型分析

【目的】高通量表型技术不仅是现代育种领域的重要手段,也是解析田间作物生理生态行为的工具,但不同类别高通量表型技术的基础架构特征仍不清楚,因此需要针对机器视觉高通量表型技术进行专门探讨。【方法】本文用机器视觉技术检测计算稻茬麦茎穗一体的表型指标。使用宁麦13、鲁原502和郑麦9023 3个小麦品种,进行小区化对比试验,使用等孔距栅条精播板进行单粒精播,准确控制条播小麦的群体条件。于稻茬麦成熟期进行茎穗一体图像获取,对图像进行灰度增强、直方图均值化、S分量提取、Otsu阈值分割、茎穗分离和茎穗形态参数提取等操作。提取的稻茬麦地上部单茎穗各器官的形态参数包括茎秆长、茎秆平均宽度、茎秆投影面积、茎秆周长、麦穗长、麦穗平均宽度、麦穗投影面积和麦穗周长。同时,使用传统方法获取小麦单叶片质量、单茎秆质量、单穗质量和单穗籽粒产量等农艺性状指标。分别构建线性模型、二次模型、指数模型及拓展模型进行多维指标拟合,包括小麦单茎穗生物量与单穗籽粒产量关系、单茎穗的麦穗形态参数与单穗籽粒产量关系等拟合分析。在单茎穗层面对小麦茎穗的表型指标与单穗籽粒产量之间的关系进行相关分析和回归分析,进而基于机器视觉在小麦茎穗一体方面的个例应用,讨论大田高通量表型分析的机器视觉技术研发的要点。【结果】宁麦13、鲁原502和郑麦9023 3个小麦品种的单叶片质量与单穗籽粒产量的相关系数依次下降,小麦单茎穗形态参数与单穗籽粒产量的相关性显著低于生物量指标,但单穗投影面积、单穗长与单穗籽粒产量依然存在显著正相关。3个小麦品种在单茎穗的各生物量指标与单穗籽粒产量的最优回归模型各不相同,麦穗图像的形态参数不能准确反映单穗籽粒产量,但单茎穗的茎秆和麦穗形态参数的组合应用表现出最佳的拓展模型拟合结果。利用茎穗一体的数字图像处理所得的复合型形态参数可以准确预测单穗籽粒产量,从而表明利用机器视觉技术观测小麦的生长过程并实时预测产量的可行性。【结论】机器视觉技术能提供远高于常规农艺性状的高通量指标集,为解析各类农艺性状之间的联系及产量的通径分析提供更多的途径,但也造成高维指标集和有价值信息提取的技术困难。应用于田间小麦群体的机器视觉技术应具备多尺度智能化自适应的技术架构,同时应具备基于场景、群体、个体和器官的多空间尺度和苗期、分蘖期、拔节期等多生理时间尺度的统计性数字表型发现和计算能力,同时,机器视觉各技术研发环节和各技术模块都需要农艺学深度参与和校准,而配备标准表型数据库更是保障高通量技术实用性和可靠性的基础。