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2023年 第49卷 第6期 刊出日期：2023-06-12

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综述

淀粉颗粒类型及其比例在小麦品质特性形成与改良中的作用

高欣, 郭雷, 单宝雪, 肖延军, 刘秀坤, 李豪圣, 刘建军, 赵振东, 曹新有

作物学报. 2023, (6):  1447-1454.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21065

摘要 ( 1440 )   HTML ( 98 )   PDF (257KB) ( 1446 )  

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小麦面粉主要由蛋白质和淀粉组成, 面筋蛋白尤其是高分子量麦谷蛋白亚基是影响面团品质的关键因素并受到育种家的广泛关注, 而淀粉的组分及其理化特性对面团品质的贡献往往被育种家忽视。小麦淀粉粒度呈双峰分布, 根据颗粒大小分为直径大于10 μm的A型淀粉颗粒和直径小于等于10 μm的B型淀粉颗粒, 不同类型淀粉颗粒的理化特性存在差异, 因此淀粉的粒度分布会影响小麦总淀粉的理化特性、面筋蛋白的网络结构、面筋与淀粉的相互作用, 进而影响面团的流变学特性和加工特性。本文从淀粉粒度分布的角度出发, 综述A型和B型淀粉颗粒的发育和调控机制、理化特性以及对品质和产量的贡献并提出未来的强筋小麦品质改良策略, 即在育种中重视淀粉特性的选择与提升, 筛选B型淀粉颗粒比例高、面筋与淀粉相互作用强的种质并加以利用, 旨在为优质强筋小麦新品种选育提供参考。

作物遗传育种·种质资源·分子遗传学

顶芒山羊草特异寡核苷酸探针开发和oligo-FISH核型构建

史培瑶, 陈丽娟, 孙昊杰, 程梦豪, 肖进, 袁春霞, 王秀娥, 王海燕

作物学报. 2023, (6):  1455-1465.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21048

摘要 ( 716 )   HTML ( 43 )   PDF (12354KB) ( 275 )  

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栽培小麦近缘物种顶芒山羊草(Aegilops comosa, 2n=2x=14, MM)是小麦改良的三级基因库。为准确鉴定顶芒山羊草M基因组染色体或染色体区段, 本研究利用二代测序获得顶芒山羊草M基因组序列信息, 从中鉴定出16条可能的特异卫星重复序列。根据这些序列设计12个寡核苷酸(oligo)探针进行oligo-FISH, 结果表明, 其中10个探针可在顶芒山羊草染色体上产生明显的杂交信号。对探针特异性分析发现, 5个探针仅在顶芒山羊草染色体上产生杂交信号, 在小麦染色体上未观察明显杂交信号, 可作为顶芒山羊草特异探针鉴定小麦背景中的顶芒山羊草染色体。选择在顶芒山羊草染色体上信号分布丰富的3个探针(oligo-pAc89、oligo-pAc148、oligo-pAc225)组成探针套ONPS#AC1, 结合利用本实验室根据小麦D亚基因组开发的寡核苷酸探针库, 构建了顶芒山羊草的oligo-FISH核型。本研究构建的FISH核型可以准确识别顶芒山羊草各条染色体, 为挖掘、转移和利用顶芒山羊草优异基因提供了快速准确的鉴定手段。

泛素受体蛋白OsDSK2b负向调控水稻叶瘟和渗透胁迫抗性

丁杰荣, 马雅美, 潘发枝, 江立群, 黄文洁, 孙炳蕊, 张静, 吕树伟, 毛兴学, 于航, 李晨, 刘清

作物学报. 2023, (6):  1466-1479.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.22039

摘要 ( 948 )   HTML ( 47 )   PDF (3944KB) ( 749 )  

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泛素受体蛋白DSK2 (dominant suppressor of KAR2)在植物生长发育和逆境胁迫中发挥重要作用, 但其在水稻抗病和渗透胁迫中的作用尚未见报道。本研究发现OsDSK2b受多种逆境的调控, 该基因的表达水平在稻瘟病菌侵染和20% PEG-6000处理后显著降低。时空表达分析表明OsDSK2b基因在三叶期幼苗中的表达水平最高, 亚细胞定位结果显示该蛋白定位于细胞质。接种稻瘟病菌(GD08-T13和Guy11)后, 敲除植株的病斑面积约为0.05 cm²和0.10~0.13 cm², 远小于野生型植株的病斑面积(0.24 cm²和0.31 cm²)。敲除OsDSK2b显著增强水稻的叶瘟抗性。而且在病原菌侵染后, 敲除植株中病程相关蛋白(PR)基因的表达受到明显诱导。敲除OsDSK2b也显著增强水稻的渗透胁迫抗性, 20% PEG-6000模拟渗透胁迫处理后, OsDSK2b敲除植株的存活率为58.3%~74.0%, 显著高于野生型植株的存活率(17.0%)。OsDSK2b敲除植株的离子渗透率和植株失水率则显著低于野生型植株。扫描显微镜的结果表明, 无论在20% PEG-6000处理前后, 敲除OsDSK2b能够促进气孔的闭合, 且在20% PEG-6000处理后, 这种促进作用会更强。此外, qRT-PCR结果表明, 在20% PEG-6000处理后, OsDSK2b敲除植株中DREB基因以及脱落酸(ABA)合成或通路相关基因的表达水平显著高于野生型植株, 且敲除植株ko6和ko14的内源ABA含量分别为314.2 ng g^-1和344.4 ng g^-1, 显著高于野生型植株的内源ABA含量(206.8 ng g^-1), 揭示OsDSK2b参与调控渗透胁迫的过程同时涉及ABA依赖和ABA非依赖途径。本研究通过解析OsDSK2b基因在水稻应对生物与非生物胁迫时所发挥的调控作用, 为水稻抗性品种的选育提供了新的候选基因。

谷子MAPK家族成员的鉴定及其对生物胁迫的响应分析

刘佳, 邹晓悦, 马继芳, 王永芳, 董志平, 李志勇, 白辉

作物学报. 2023, (6):  1480-1495.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24113

摘要 ( 1130 )   HTML ( 68 )   PDF (6746KB) ( 3435 )  

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MAPK在植物的生长发育调节、生物和非生物胁迫反应、激素信号转导中具有重要作用。系统分析谷子SiMPKs基因家族成员全基因组分布、结构、进化及其响应不同胁迫的表达特性, 对于阐明其生物学功能具有重要意义。本研究利用谷子和水稻MAPK蛋白保守结构域及特异TXY基序的氨基酸序列在全基因组水平鉴定了谷子SiMPKs家族成员, 分析其蛋白质理化性质、系统进化、染色体定位、基因结构、蛋白质保守基序、启动子顺式作用元件及共线性等。利用荧光定量PCR技术, 分析了谷子SiMPKs在不同组织部位和谷锈菌、玉米螟病虫害生物胁迫以及不同激素处理下的表达模式。结果显示, 共鉴定到15个谷子SiMPK成员, 其编码的蛋白质含有220~611个氨基酸, 相对分子量范围25.77~69.63 kD, 等电点范围5.46~9.34。系统进化分析表明, SiMPK基因分为4组, A、B、C组包含TEY基序, D组包含TDY基序。SiMPK基因分布在1号、3号、4号、5号、8号和9号染色体上, 含有3~11个外显子, 所有SiMPK蛋白均含有motif 1与motif 2。上游2000 bp启动子区域预测到多个与胁迫、激素和植物生长发育等相关的顺式作用元件。qRT-PCR结果表明, 大部分基因具有明显的组织表达特异性; 除SiMPK21-2和SiMPK6外, 其余成员对谷锈菌侵染、玉米螟取食、SA和MeJA激素处理等1~3种胁迫具有明显响应。以上结果为进一步研究SiMPK基因在谷子应对病虫害生物胁迫中的功能奠定了理论基础。

陆地棉硝酸盐转运体NRT基因家族鉴定及表达分析

马春敏, 李维希, 李芳军, 田晓莉, 李召虎

作物学报. 2023, (6):  1496-1517.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24159

摘要 ( 1368 )   HTML ( 64 )   PDF (8632KB) ( 1691 )  

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硝酸盐转运体(nitrate transporters, NRTs)在植物氮素吸收、利用和存储等过程中发挥着重要作用。本研究利用HMM软件和Blastp方法, 在陆地棉中, 鉴定出了106个GhNRT1/PTR (NPF) (Nitrate transporter 1 (NRT1)/Peptide Transporter (PTR) family (NPF))和14个GhNRT2 (Nitrate transporter 2 family)成员, 对它们的保守结构域、系统发育关系、理化性质、亚细胞定位、保守基序、基因结构、启动子区顺式作用元件和表达模式进行了分析。结果表明, GhNPF均具有典型的PTR2 (Peptide Transporter 2 family, 肽转运蛋白)结构域, 个别蛋白(GhNPF2.6bD、GhNPF4.1cA和GhNPF2.14aD)出现了2个PTR2和/或其他结构域, 表明棉花NPF进化保守性较低; GhNRT2具有典型的MFS_1 (Major Facilitator Superfamily, 主要促进子超家族)单域。多数GhNRTs定位于细胞质膜上, 为疏水性蛋白。系统发育分析显示GhNRTs可分为10个类群, 相同类群具有相似的基因结构及基序分布。顺式作用元件组成表明, 大部分GhNRTs的表达可能与植物激素、非生物胁迫和光反应等相关。此外, GhNPF不同亚类间的表达模式存在一定差异, 但同一亚类内不同成员的表达模式相对保守; GhNRT2基因则主要在根中高表达。盐胁迫处理后的转录组数据分析发现, 近1/5的GhNRTs基因表达量发生了显著上调或下调, 表明其可能参与棉花盐胁迫应答。选择6个GhNRTs基因检测其在根系、幼叶、功能叶和老叶中的表达对不同NO₃^-供应水平的响应发现, GhNPF6.3dA和GhNPF7.3aA可能具有双亲和吸收NO₃^-的能力, GhNPF6.2bD则可能编码高亲和NO₃^-转运蛋白; 三者在功能叶和老叶中可能参与NO₃^-卸载。这些结果与拟南芥等植物中的报道不同。上述研究结果为进一步揭示棉花硝酸盐转运蛋白的功能提供了参考, 为解析棉花氮素吸收和利用机制提供了初步依据。

BnMAPK2 对甘蓝型油菜耐旱性的影响

袁大双, 张晓莉, 朱冬鸣, 杨友鸿, 姚梦楠, 梁颖

作物学报. 2023, (6):  1518-1531.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24153

摘要 ( 823 )   HTML ( 52 )   PDF (3171KB) ( 237 )  

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促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)级联参与植物多种生物及非生物胁迫应答过程, BnMAPK2属于MAPK级联途径最下游C族基因。本研究成功获得BnMAPK2超量表达(OE-MAPK2)和RNA干扰表达(RNAi-MAPK2)转基因甘蓝型油菜, 在干旱条件下, OE-MAPK2植株耐旱性增加, RNAi-MAPK2植株耐旱性降低。相关生理指标试验结果证明, 在干旱胁迫下, BnMAPK2可减缓叶片脱水程度、促进植物体内脯氨酸积累、降低丙二醛含量, 在干旱后期增加POD活性。比较干旱相关基因(P5CSB、SCE1)、BnMAPK2互作干旱相关基因(STRS2、CRL1)以及STRS2依赖ABA信号途径相关基因(RD22、MYC、SnRK2), 在转基因植株和野生型植株中表达水平变化差异, 结果表明, BnMAPK2可正向调控P5CSB、SCE1、CRL1、RD22、MYC、SnRK2的表达; 负调控STRS2的表达, 并且STRS2依赖ABA信号途径相关基因在OE-MAPK2植株中的表达变化趋势和strs2突变体中一致。由此推测BnMAPK2可通过调控植株体内渗透能力、叶片含水量、细胞膜和蛋白质结构稳定性、清除自由基、降低膜脂过氧化来增加植株耐旱性; 还可通过与STRS2互作, 负调控STRS2基因的表达, 介导STRS2依赖ABA信号途径, 增加植株的耐旱性。本研究为进一步阐明BnMAPK2基因的抗逆作用机制奠定了基础。

基于高密度遗传图谱定位大豆蛋白质含量相关的QTL

刘亭萱, 谷勇哲, 张之昊, 王俊, 孙君明, 邱丽娟

作物学报. 2023, (6):  1532-1541.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24121

摘要 ( 1244 )   HTML ( 43 )   PDF (2804KB) ( 454 )  

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大豆是重要的粮食作物和经济作物, 其籽粒蛋白约为40%, 是优质植物蛋白主要来源之一。挖掘控制大豆高蛋白数量性状位点(Quantitative trait loci, QTL)以及分子标记育种对高蛋白大豆培育具有重要的意义。本研究利用蛋白含量存在明显差异的中黄35 (Zhonghuang 35, ZH35)和中黄13 (Zhonghuang 13, ZH13)杂交构建的包含192个株系的重组自交系群体为供试材料, 通过对两亲本及RIL群体重测序, 构建了包含4879个bin标记的高密度遗传图谱, 总遗传距离为3760.71 cM, 相邻标记间的遗传距离为0.77 cM。RIL群体及亲本分别于北京顺义和河南濮阳种植, 2个环境共检测到15个蛋白含量相关QTL位点, 分布于5号、12号、15号、17号、18号、19号和20号染色体, 贡献率为4.36%~11.39%。其中, 北京顺义和河南濮阳检测到qPro-20-1和qPro-20-3, 2个QTL贡献率分别为7.65%和7.58%, 重叠区域包括33个基因。本研究有助于精细定位和图位克隆大豆蛋白含量相关基因, 并为进一步培育高蛋白大豆品种提供基因资源。

寄主诱导的基因沉默干扰核盘菌致病基因OAH在甘蓝型油菜抗菌核病中的应用

杨一丹, 何督, 刘静, 张岩, 陈飞志, 巫燕飞, 杜雪竹

作物学报. 2023, (6):  1542-1550.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24126

摘要 ( 863 )   HTML ( 24 )   PDF (4389KB) ( 1065 )  

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油菜是我国第一大油料作物, 菌核病是我国油菜面临的主要病害之一。本试验利用HIGS技术将核盘菌中关键致病基因SS1G_08218 (OAH)的干扰片段转化到甘蓝型油菜中, 获得含有siRNA的转基因油菜植株, 研究HIGS介导的SsOAH基因沉默对油菜抗菌核病的影响。接种核盘菌后的抗病鉴定结果表明, SS.OAH.RNAi转基因油菜植株对核盘菌抗性增强; R18、R25和R36株系叶片接菌后病斑部位核盘菌菌丝内的OAH基因表达量均低于野生型, 证明siRNA在转基因油菜中成功表达; 在添加了转基因油菜叶片提取物的培养基上培养的核盘菌扩展面积显著小于野生型, 分别降低35.29%、21.98%、31.53%, 且菌丝生长显著迟缓, 扩展长度较短, 分支少, 生长过程中发生断裂, 生长异常, 将其接种于正常的野生型油菜后, 其致病力明显下降; 对转基因油菜叶片接种核盘菌后观察发现, 叶片上的菌丝扩展较为稀疏, 生长受阻, 侵染垫形成受到抑制, 暗示在油菜中表达OAH 基因的干扰片段影响了菌丝生长和扩展; 进一步检测其病斑组织中的草酸含量发现, 接菌36 h、48 h后转基因油菜病斑组织中的草酸含量为391 μg g^-1、446 μg g^-1, 与野生型相比分别减少54 μg g^-1、32 μg g^-1。这一研究表明在油菜中表达核盘菌OAH的干扰片段能够降低核盘菌侵染时草酸的积累, 从而增强转基因油菜对核盘菌的抗性水平。本试验利用HIGS技术研究了干扰核盘菌关键致病基因OAH增强油菜对核盘菌的抗性, 为选育油菜抗菌核病品种提供理论基础和种质资源。

燕麦种质资源耐盐碱性鉴定评价及耐盐碱种质筛选

张静, 高文博, 晏林, 张宗文, 周海涛, 吴斌

作物学报. 2023, (6):  1551-1561.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21032

摘要 ( 1482 )   HTML ( 61 )   PDF (734KB) ( 806 )  

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受气候变化及人类生产活动影响, 世界盐碱地范围不断扩大, 土壤盐碱化现已成为限制农业生产发展的重要因素。燕麦是一种耐盐碱性较强的作物, 为了评价燕麦种质资源耐盐碱性及筛选耐盐碱的燕麦种质, 本研究利用125 mmol L^-1 NaCl、Na₂SO₄和NaHCO₃ (物质的量比为1∶1∶1)的混合盐碱溶液对485份燕麦核心种质材料进行发芽胁迫处理, 测定了发芽期发芽势、发芽率、根长、芽长、根鲜重、芽鲜重、根干重和芽干重8项指标, 利用相关性分析、主成分分析、隶属函数分析及聚类分析等方法对参试燕麦种质进行了耐盐碱综合评价及筛选。结果表明: 盐碱胁迫对测定的8项指标均表现出抑制作用; 盐碱胁迫下各指标的隶属函数值之间, 及各指标隶属函数值与综合评价值之间均呈现出极显著的正相关性; 通过主成分分析将8项测定指标转换成了2个主成分, 累计方差贡献率为76.926%; 结合隶属函数分析与聚类分析共筛选出2份高耐盐碱型的燕麦材料: 燕1606和海阔夫斯基596号, 将485份燕麦种质的耐盐碱性划分成了5个等级, 其中高耐盐碱材料2份、耐盐碱材料49份、中等耐盐碱材料147份、盐碱敏感材料129份、盐碱极敏感材料158份; 综合相关性分析、主成分分析和逐步回归方程结果, 确定芽长作为发芽期燕麦耐盐碱筛选的首选指标, 其次根鲜重、芽鲜重、发芽势和发芽率也是进行发芽期燕麦耐盐碱综合评价及筛选的重要指标。

玉米穗长一般配合力多位点全基因组关联分析和预测

马娟, 朱卫红, 刘京宝, 宇婷, 黄璐, 郭国俊

作物学报. 2023, (6):  1562-1572.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23042

摘要 ( 1003 )   HTML ( 35 )   PDF (1084KB) ( 562 )  

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穗长是一个重要的农艺性状, 与产量密切相关。一般配合力(general combining ability, GCA)是评价优异自交系的重要指标。因此, 解析穗长GCA的遗传基础, 制定相应的育种策略对玉米杂交种产量的提高具有重要意义。本研究以123个玉米自交系和8个测验种按照North Carolina II遗传交配设计组配的537个F₁杂交种为试验材料, 在2个环境下进行表型鉴定, 利用玉米5.5 K液相育种芯片鉴定的11,734个SNP (single nucleotide polymorphisms)对2个环境以及综合环境穗长GCA进行多位点全基因组关联分析(multi-locus genome-wide association study, MGWAS)和基因组预测。利用7种MGWAS共检测到11个穗长GCA显著关联SNP标记(P < 8.52E-07), 单个位点解释GCA变异介于8.06%~28.23%之间。不同MGWAS共定位的SNP位点有5个。位点7_178103602在周口和综合环境利用mrMLM (multi-locus random-SNP-effect mixed linear model)方法重复检测到, 可解释穗长GCA变异的26.02%~28.23%, 为环境稳定的主效SNP。共挖掘10个候选基因, 其中auxin amido synthetase 9和EID1-like F-box protein 2可能是控制穗长GCA的关键基因。5种随机效应模型对3个环境穗长GCA的预测准确性介于0.53~0.69之间, 且模型间差异较小。在新乡和周口环境, GBLUP (genomic best linear unbiased prediction)和RKHS (reproducing kernel Hilbert space)整合不同显著位点作为固定效应均可提高穗长GCA基因组估计育种值的准确性, 提高率为2.34%~14.98%, 而在综合环境中除了利用FarmCPU (fixed and random model circulating probability unification)或BLINK (Bayesian-information and linkage-disequilibrium iteratively nested keyway)鉴定的1个显著位点作为固定效应会略降低预测精度外, 其他2种MGWAS方法显著位点的加入均能提高基因组预测力, 提高率为2.80%~6.84%。因此, MGWAS显著位点作为固定效应加入预测模型有利于提高穗长GCA基因组估计育种值的准确性, 可用来对玉米亲本穗长GCA进行有效预测和选择。

甜荞FeSGT1基因克隆及抗旱功能解析

朱旭东, 杨兰锋, 陈媛媛, 侯泽豪, 罗旖柔, 熊泽浩, 方正武

作物学报. 2023, (6):  1573-1583.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21028

摘要 ( 792 )   HTML ( 38 )   PDF (25458KB) ( 370 )  

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SGT1 (suppressor of the G2 allele of skp1)作为skp1-4的抑制因子, 在植物的非生物胁迫响应中具有重要作用。根据甜荞干旱胁迫下的转录组学和蛋白质组学分析, 我们克隆出一个与甜荞耐旱性状相关的候选基因FeSGT1。生物信息学分析表明FeSGT1包含一个1086 bp开放阅读框(ORF), 编码361个氨基酸, 具有3个(TPR、CS和SGS)保守结构域。进化分析表明, FeSGT1与藜麦CqSGT1 (XP_021726759.1)、甜菜BvSGT1 (XP_010671588.1)和菠菜SoSGT1 (XP_021839743.1)亲缘关系较近。亚细胞定位初步显示FeSGT1蛋白定位于细胞膜上。qRT-PCR分析发现FeSGT1在干旱胁迫24 h内表达呈现上调趋势。在盐、低温(4℃)胁迫和ABA处理下, FeSGT1基因表达在12 h达到高峰, 24 h后开始下降。在拟南芥中过表达FeSGT1基因发现, 在干旱和盐胁迫下, 转基因植株的发芽率、根长、鲜重和存活率显著提高, 丙二醛(MDA)和过氧化氢(H₂O₂)含量明显降低, 而过氧化氢酶(CAT)活性显著升高。过表达FeSGT1显著增强了转基因拟南芥植株的耐旱和耐盐能力, 为深入研究FeSGT1基因调控甜荞抗旱分子机制奠定了基础。

烟农系列小麦高产遗传基础解析

王昊, 孙妮娜, 王矗, 肖露凝, 肖蓓, 李栋, 刘洁, 秦冉, 吴永振, 孙晗, 赵春华, 李林志, 崔法, 刘伟

作物学报. 2023, (6):  1584-1600.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21033

摘要 ( 1275 )   HTML ( 33 )   PDF (3125KB) ( 1567 )  

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烟农系列小麦品种具有高产、抗病、广适性等特点, 近几年审定的高产多抗品种烟农1212, 曾多次打破全国冬小麦单产纪录, 鲁麦14已衍生出至少214份小麦新品种, 成为重要的骨干亲本。本研究旨在解析烟农系列小麦高产遗传基础, 明确其高产广适关键染色体区段, 为小麦新品种遗传改良提供理论参考。利用小麦55K SNP芯片对38份烟农系列小麦品种、其部分衍生后代品种和244份育成品种(系)组成的自然群体进行基因型扫描, 并进行了多环境表型鉴定。基因型分析结果表明, 自主选育的17份烟农品种之间的遗传相似系数在0.80~0.99之间, 获得了975个高频率共同选择区段, 区段长度变幅为1.00~75.18 Mb, 其中在2D、4D、6D、7B染色体上存在较多的高频率共同选择区段, 其总长度占对应染色体的40%以上。骨干亲本鲁麦14对其23个衍生后代的平均遗传贡献率为71.45%, 在3个(A、B、D)亚基因组的贡献率分别为69.63%、66.04%和79.82%; 共检测到430个在鲁麦14衍生后代中高频率选择遗传区段, 265个区段(61.6%)与烟农系列高频率共同选择区段重叠。基于自然群体表型鉴定及遗传解析结果显示, 骨干亲本鲁麦14和最新选育的高产广适主推品种烟农1212均富集了千粒重和单株产量优异等位基因; 在鲁麦14高频率选择区段上富集了92.3%和84.4%的来自鲁麦14的增加千粒重和单株产量显著关联SNP位点, 主要分布在2A、2B、2D、4A、5B、6A、7A染色体上。烟农系列小麦高频率共同选择基因组区段已富集了丰富的高产基因位点, 是其高产稳产的遗传基础所在。

耕作栽培·生理生化

高产油菜品种稳产性形成机制

余新颖, 王春云, 李大双, 王宗铠, 蒯婕, 汪波, 王晶, 徐正华, 周广生

作物学报. 2023, (6):  1601-1615.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24115

摘要 ( 844 )   HTML ( 31 )   PDF (1154KB) ( 551 )  

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作物生产中, 稳产与高产同等重要。本试验以高产但稳产性存在差异的品种“湘杂油518”和“大地199”为材料, 分别在武汉和兰州进行播期、施氮量、种植密度的单因素田间试验, 测定农艺及生理指标、各处理籽粒产量, 计算其变异系数, 探究主要农艺性状与稳产性的关联度, 为油菜大面积丰产及良种选育提供理论依据。结果表明, (1) 播期、氮肥及密度显著影响油菜产量; 相同试点, 两品种的最高产量差异不显著, 但其在各处理间的稳产性差异明显; 本试验中, 大地199在不同播期、氮肥处理下产量变异系数均低于湘杂油518, 稳产性较强。(2) 与湘杂油518相比, 大地199各关键生育期的叶面积指数(leaf area index, LAI)、光能利用效率(light energy utilization efficiency, LUE)、地上部干物质累积量和花期根系形态等指标均较优, 且变异系数小, 是其高产且稳产性强的基础。(3) 灰色关联度分析发现, 各处理条件下, 油菜籽粒产量与群体角果数、花期地上部干重和平均根直径等指标关联度较大; 且产量变异系数与群体角果数、花期地上部干重和平均根直径变异系数极显著正相关。综上, 优化油菜群体角果数、花期地上部干重和平均根直径等指标, 可为油菜品种选育及大面积丰产提供理论支撑。

氮磷配施对夏玉米产量和叶片衰老特性的影响

张振博, 贾春兰, 任佰朝, 刘鹏, 赵斌, 张吉旺

作物学报. 2023, (6):  1616-1629.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23045

摘要 ( 987 )   HTML ( 35 )   PDF (769KB) ( 678 )  

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氮和磷作为玉米生长发育的必需营养元素, 对玉米产量的提高具有重要影响。本试验以登海111 (Denghai 111, DH111)为供试材料, 在2020年和2021年分别设置11个氮磷配施处理和15个氮磷配施处理来探究氮磷配施对夏玉米叶片衰老特性和产量形成的影响。结果表明: 在相同施磷水平下, 随着施氮量增加, 夏玉米的叶面积指数(leaf area index, LAI)、叶绿素相对含量(SPAD值)、抗氧化酶活性(超氧物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(peroxidase, POD)和过氧化氢酶(catalase, CAT)呈现先增加后降低的趋势, 丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量呈现先降低后增加的趋势, 产量呈现先增加后降低的趋势。在N0~N2条件下, 随施磷量增加, LAI、SPAD值、抗氧化酶活性呈现增加趋势, MDA含量呈现降低趋势, 产量呈增加趋势; 而在N3与N4条件下, 随施磷量增加, LAI、SPAD值、抗氧化酶活性呈现先增加后降低的趋势, MDA含量呈现先降低后增加的趋势, 产量呈现先增加后降低趋势。在2020年, N3 P1处理相较于N2 P3处理产量增加2.55%; 2021年, N3 P1处理相较于N3 P0处理、N2 P2处理产量分别提高7.36%、3.31%。本试验条件下, 合理氮磷配施(180 kg N hm^-2、60 kg P hm^-2)通过提高玉米生育后期抗氧化酶活性, 降低MDA含量, 维持较高的叶面积指数与SPAD值, 提高玉米穗粒数与千粒重, 进而增加产量。

施氮量对籼粳杂交稻甬优1540产量和氮肥利用效率的影响及其机制

徐冉, 陈松, 徐春梅, 刘元辉, 章秀福, 王丹英, 褚光

作物学报. 2023, (6):  1630-1642.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.22040

摘要 ( 857 )   HTML ( 39 )   PDF (1154KB) ( 939 )  

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旨在探讨施氮量对籼粳杂交稻甬优1540产量和氮肥利用效率的影响及其相关生理基础。本研究以浙江省大面积推广应用的籼粳杂交稻品种甬优1540为材料, 设置4个施氮量, 即全生育期不施用氮肥(N0)、全生育期施用纯氮80 kg hm^-2 (N1)、160 kg hm^-2 (N2)以及240 kg hm^-2 (N3)。研究结果表明, (1) 施氮量对水稻产量与氮肥利用效率影响显著。在0~160 kg hm^-2范围内, 水稻产量随施氮量的增加而增加, 产量的增加主要得益于总颖花量的增加; 超过此范围产量则不再增加, 主要是由于结实率降低, 且氮收获指数与氮肥利用效率(氮肥农学利用率、氮肥吸收利用率、氮肥偏生产力以及产谷利用率)也显著降低。(2) 施氮量对水稻地上部生长发育影响显著。在0~240 kg hm^-2范围内, 随着施氮量的增加, 拔节期、齐穗期以及成熟期水稻地上部干物重显著增加, 但收获指数则显著降低; 在0~160 kg hm^-2范围内, 灌浆中、后期水稻剑叶净光合速率、剑叶中Z+ZR含量以及籽粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶活性随施氮量的增加而增加, 超过此范围则不再增加, 甚至会有所降低。(3) 施氮量对水稻根系形态生理特征影响显著。在0~160 kg hm^-2范围内, 拔节期、齐穗期以及成熟期水稻根干重、0~10 cm土层根干重、10~20 cm土层根干重、总根长、根长密度、比根长以及灌浆中、后期水稻根系氧化力、根系与根系伤流液中Z+ZR浓度水平等根系形态与生理指标均随施氮量的增加而增加, 但进一步将施氮量提高至240 kg hm^-2时, 上述指标中仅根干重、0~10 cm土层根干重、总根长以及根长密度有所增加。(4) 相关分析表明, 灌浆期水稻根系氧化力、根系中Z+ZR含量以及根系伤流液中Z+ZR浓度与剑叶净光合速率、剑叶中Z+ZR含量以及籽粒中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶活性呈极显著正相关关系。以上结果表明, 适宜的施氮量可以优化甬优1540的根系形态与生理特征, 促进地上部生长发育, 提高灌浆中、后期植株生理活性, 进而实现高产与氮肥高效利用。

不同熟期玉米品种籽粒田间脱水特征差异性分析

李璐璐, 明博, 高尚, 谢瑞芝, 王克如, 侯鹏, 薛军, 李少昆

作物学报. 2023, (6):  1643-1652.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.23043

摘要 ( 944 )   HTML ( 28 )   PDF (791KB) ( 1470 )  

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玉米收获期籽粒含水率是影响机械粒收质量和籽粒品质的重要因素, 不同熟期品种收获期籽粒含水率有差异, 同时品种间熟期的差异也使其田间脱水的环境不同, 造成其脱水特征难以精准比较。本研究于2018—2019年, 以不同熟期玉米品种为研究对象, 设置间隔约10 d的8个播期处理, 播期覆盖自早春播至晚夏播, 创制籽粒田间脱水的环境差异, 观测籽粒含水率动态过程, 分析品种之间籽粒田间脱水特征差异。结果表明, 收获期籽粒含水率与品种生育期长短呈显著正相关(r = 0.810^*, 2018; r = 0.912^**, 2019), 早熟品种收获时含水率低、晚熟品种高; 生理成熟期籽粒含水率与灌浆期长短呈显著负相关(r = -0.484^**), 早熟品种生理成熟期籽粒含水率高、晚熟品种低; 籽粒生理成熟前脱水速率(r = -0.655^**)和生理成熟后脱水速率(r = -0.492^**)均与生育期长短呈显著负相关, 表现出早熟品种籽粒脱水速率快、晚熟品种脱水速率慢的特征; 籽粒生理成熟前脱水速率与生理成熟后脱水速率之间呈显著正相关(r = 0.466^**), 一般而言生理成熟前籽粒脱水速率较快的品种, 生理成熟后脱水速率也较快, 但是存在生理成熟前脱水速率快、生理成熟后脱水速率慢的特例品种。本研究认为生育期影响籽粒脱水速率, 通常早熟品种生理成熟前、后籽粒脱水速率均较快, 收获期含水率较低; 晚熟品种生理成熟前、后籽粒脱水速率均较慢, 收获期含水率较高; 但是存在特例品种, 在进行籽粒快速脱水品种的选育和筛选时应引起关注。

灌溉对小麦分蘖发生和不同茎蘖光合同化物生产分配及成穗的影响

冯连杰, 于振文, 张永丽, 石玉

作物学报. 2023, (6):  1653-1667.  doi:10.3724/SP.J.1006.2022.21045

摘要 ( 969 )   HTML ( 32 )   PDF (937KB) ( 1372 )  

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依据土壤墒情适量灌溉可增加小麦穗数, 实现节水高产, 但该灌溉条件下分蘖发生和成穗的生理机制尚不明确。本试验于2019—2020和2020—2021两个小麦生长季, 以中穗型品种济麦22和大穗型品种山农23为试验材料, 设置全生育期不灌溉、节水灌溉和充分灌溉3个处理, 研究了不同穗型小麦分蘖发生和成穗规律。结果表明, 2个品种节水灌溉处理的分蘖节面积和反式玉米素含量、越冬期和返青期主茎最上部展开叶光合参数均高于不灌溉处理, 促进了II、III、I_P、IV和其余蘖发生, 济麦22和山农23单株总茎蘖数比不灌溉处理越冬期两年度平均增加1.01个和0.75个, 拔节期分别增加0.71个和0.56个。节水灌溉处理下2个品种拔节期各茎蘖最上部展开叶光合参数、干物质重和¹³C同化物分配量均高于不灌溉处理, 促进了分蘖成穗, 济麦22和山农23的单株成穗数比不灌溉处理两年度平均增加0.36和0.41个, 籽粒产量增加35.00%和44.27%, 水分利用效率增加9.23%和8.55%。增加灌水至充分灌溉处理, 2个品种越冬期和拔节期单株总茎蘖数较节水灌溉处理增加, 但单株成穗数、公顷穗数和籽粒产量无显著变化, 水分利用效率降低。品种间比较, 各灌溉处理下济麦22的单株总茎蘖数和单株成穗数均高于山农23, 亦归因于济麦22较高的分蘖节面积和反式玉米素含量、各茎蘖较高的光合能力。相关性分析表明, 2个品种单株总茎蘖数、单株成穗数、公顷穗数和籽粒产量与分蘖节总面积和反式玉米素含量、主茎最上部展开叶净光合速率呈正相关, 与生长素和脱落酸含量呈负相关。说明节水灌溉通过适当增加分蘖节面积和激素含量、提高各茎蘖光合同化物生产和分配能力, 促进了分蘖发生和成穗, 获得较高的籽粒产量和水分利用效率。

磷肥用量对油菜籽产量及品质的影响

闫金垚, 宋毅, 陆志峰, 任涛, 鲁剑巍

作物学报. 2023, (6):  1668-1677.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24175

摘要 ( 1282 )   HTML ( 43 )   PDF (412KB) ( 1299 )  

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油菜是重要的油料作物, 对缺磷敏感, 我国油菜主产区土壤供磷状况较差, 缺磷常导致油菜籽减产。于2019—2021年度2季在长江中游地区进行磷肥用量田间试验, 设置0、45、90、135和180 kg P₂O₅ hm^-2 5个施磷水平, 探究磷营养供应状况同时对油菜籽产量和品质的影响。结果表明, 施磷显著增加油菜单株角果数、角粒数和千粒重, 进而增加了油菜产量。不施磷处理的平均产量仅190 kg hm^-2, 施磷增产8.5~12.5倍, 根据产量效应得到的最高产量施磷量为51.8~65.0 kg P₂O₅ hm^-2。油菜籽磷含量、含水率、含油率、蛋白质、硫甙、油酸、亚麻酸和硬脂酸对磷肥用量的响应均达到极显著水平, 芥酸、亚油酸和棕榈酸的响应较小。随着施磷量的增加, 油菜籽含油率呈先增后降的趋势(施磷90 kg P₂O₅ hm^-2和135 kg P₂O₅ hm^-2最高), 蛋白质含量呈缓慢升高趋势, 硫甙含量显著降低。在磷肥投入量为90~135 kg P₂O₅ hm^-2时获得最大油分产量和蛋白质产量。过量的磷肥施用会降低油菜籽的油酸含量, 提高了亚麻酸含量。通径分析表明, 籽粒磷含量、含油率和亚麻酸含量对产量有较大的直接正作用, 含水率、蛋白质和亚麻酸通过籽粒磷含量对产量有较大的间接正作用, 硫甙、油酸、亚油酸和硬脂酸通过籽粒磷含量对产量有较大的间接负作用。综合结果显示, 以油菜籽产量和食用油品质为目标的推荐磷肥用量为45~90 kg P₂O₅ hm^-2, 以追求饲用饼粕蛋白质产量为目标, 推荐磷肥用量为90~135 kg P₂O₅ hm^-2。

叶面喷施亚硒酸钠对甜荞光合特性、产量及硒积累效应的影响

雷新慧, 冷佳俊, 陶金才, 万晨茜, 吴怡欣, 王家乐, 王鹏科, 冯佰利, 王孟, 高金锋

作物学报. 2023, (6):  1678-1689.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21039

摘要 ( 1035 )   HTML ( 28 )   PDF (986KB) ( 1016 )  

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膳食补硒是人类摄入硒的主要途径, 通过硒生物强化技术能有效提高作物硒含量。本研究以甜荞品种西农9976为试验材料, 亚硒酸钠为硒源, 采用大田试验, 设置纯硒施用量0 (Se0)、5 (Se5)和20 g hm^-2 (Se20) 3个水平。于2020—2021年连续两个作物生长季, 研究不同外源硒浓度下甜荞光合特性、干物质积累与转运、农艺性状及产量的变化规律及其对各器官硒含量、硒转运因子及籽粒硒利用率的影响。结果表明, 叶面喷施亚硒酸钠使甜荞叶片叶绿素相对含量(SPAD)、净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、胞间CO₂浓度(C_i)和水分利用效率(WUE)较对照平均增加13.12%、11.50%、5.48%、5.95%和5.77%, 改善了叶片光合物质生产能力; 喷硒处理显著增加甜荞叶片光系统II的最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_PSII)及光化学淬灭系数(q_p), 降低非光化学淬灭系数(NPQ), 使其增强对光能的捕获及转化能力, 减少无效光能损失, 提高对高光的利用能力。两个施硒量下, 甜荞茎部和叶部的干物质积累量较Se0处理显著上升而分配比例显著下降; 籽粒的干物质积累量和分配比例均得到提高; 茎部和叶部的干物质转运量、移动率和对籽粒的贡献率分别在Se5和Se20浓度下出现最大值。喷硒处理使甜荞千粒重、单株粒数和产量较对照分别提高3.1%~11.3%、13.5%~32.0%和4.9%~23.2%。甜荞各部位硒含量和转运因子在Se20处理下出现最大值, 而籽粒硒的利用率在Se5处理下较高。综上所述, 叶面喷施亚硒酸钠能改善甜荞光合作用和叶绿素荧光参数, 增加各器官干物质积累量, 并促进干物质向籽粒转运, 从而提高甜荞籽粒产量。此外, 叶面喷硒后甜荞各部位硒含量显著提高, Se5处理下荞麦籽粒硒利用率最高, 且籽粒硒含量符合国家谷物富硒标准, 适合于黄土高原地区推广使用。

生长素调控水稻颖花开放的效应研究

何永明, 张芳

作物学报. 2023, (6):  1690-1698.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.22027

摘要 ( 882 )   HTML ( 23 )   PDF (593KB) ( 369 )  

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颖花开放由浆片膨大所启动, 对水稻授粉受精具有直接影响。生长素是调节花药开裂、花粉育性和种子起始等生殖发育过程的重要激素。为阐明生长素在水稻颖花开放中的调控作用, 本研究以粳稻品种中花11为试验材料, 调查了外源生长素及其抑制剂对颖花开放的影响, 以及内源生长素水平和生长素信号通路基因表达的动态变化。结果表明, IAA (10~20 mmol L^-1)、NAA (0.05~0.50 mmol L^-1)浸穗处理将推迟水稻颖花开放, 其中高浓度(0.5 mmol L^-1) NAA能使颖花开放推迟3 d, 并表现出颖花张开时间延长和结实率下降的现象。IAA极性运输抑制剂TIBA及其作用抑制剂PCIB也抑制颖花开放。NAA预处理后, 增施茉莉酸甲酯(MeJA)能有效恢复颖花开放。水稻颖花中IAA含量在自然开放前2 h迅速下降, 比开颖前1 d、2 d分别降低了65.85%、74.27%。与IAA水平变化相对应, 颖花开放时浆片IAA生物合成基因(OsTAR2、OsYUCCA3/4/8)表达下调, 而催化IAA结合失活的酶基因(OsGH3.2、OsGH3.8)、IAA输出载体基因(OsPIN1、OsPIN1a)以及IAA极性运输正向调节因子BG1基因均显著上调表达。此外, 我们也鉴定到13个差异表达的IAA早期响应基因(OsAUX/IAAs、OsARF15、OsSAURs), 其中10个上调表达, 3个下调表达。综上表明, 水稻颖花开放受内源生长素调控, 但提高浆片生长素水平则抑制其开放。

研究简报

水稻籽粒伸长突变体lgdp的鉴定与基因定位

林孝欣, 黄明江, 韦祎, 朱洪慧, 王子怡, 李忠成, 庄慧, 李彦羲, 李云峰, 陈锐

作物学报. 2023, (6):  1699-1707.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.22028

摘要 ( 987 )   HTML ( 51 )   PDF (7321KB) ( 2393 )  

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水稻粒形与产量和营养品质密切相关, 挖掘水稻粒形发育相关基因并解析其分子机制, 对提高水稻产量、改善籽粒营养品质具有重要意义。利用甲基磺酸乙酯(ethyl methanesulfonate, EMS)处理籼稻品种西大1B, 获得了1个水稻粒形突变体, 命名为long grain and degenerated palea (lgdp)。lgdp表现出外稃伸长, 从而导致籽粒长度增加的特征, 进一步扫描电镜分析发现, lgdp籽粒变长主要原因是其外稃细胞数目极显著增加。遗传分析表明该性状受1对隐性基因调控; 利用lgdp与ZH11杂交构建的F₂分离群体, 通过BSA法将目标基因定位在3号染色体分子标记ZLN43和ZLN-1之间, 物理距离大约810 kb。通过转录测序和PCR分析初步确认LGDP候选基因编码一个MADS-box基因。qPCR分析表明, LGDP可能通过负向调控GW7/GL7、GS3、TGW6等水稻粒长正向调控因子的表达, 从而影响了颖壳细胞数目的增殖, 进而影响籽粒长度。本研究结果为应用LGDP基因改良水稻粒形提供了新的资源。

基于55K SNP芯片揭示小麦育种亲本遗传多样性

卢茂昂, 彭小爱, 张玲, 汪建来, 何贤芳, 朱玉磊

作物学报. 2023, (6):  1708-1714.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21047

摘要 ( 1280 )   HTML ( 40 )   PDF (1484KB) ( 1686 )  

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为了解不同省份小麦亲本材料间的遗传多样性, 以150份分布于安徽、江苏、河南、四川及山东等省份小麦种质资源为试验材料, 利用小麦55K SNP芯片对其进行遗传多样性分析、聚类分析、主成分分析及群体结构分析。结果表明, 在150份小麦材料中共检测到52,537个SNP位点, 质控后共获得39,422个有效标记, 其中多态性标记为38,135个, 占有效标记数96.74%。多态性标记在亚基因组间分布呈现D (10,450)<A (12,365)<B (15,290); 平均多态信息含量(PIC)为0.315, 变幅为0.068~0.375。各省供试材料平均遗传距离呈现: 河南省>四川省>山东省>江苏省>安徽省; 聚类分析、主成分分析和群体结构分析结果高度一致, 分群结果与血缘关系、区域来源及育成单位均较为吻合。本研究表明各省份平均多态性信息含量处于中度多态水平, 但材料平均遗传距离较为接近, 仍需引入优质种质资源, 缓解材料同质化情况, 增加小麦应对逆境胁迫能力, 减轻小麦实际生产中的脆弱性及风险性。

甘薯PHB基因家族的全基因组鉴定和表达分析

梅玉琴, 刘意, 王崇, 雷剑, 朱国鹏, 杨新笋

作物学报. 2023, (6):  1715-1725.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.24142

摘要 ( 1117 )   HTML ( 47 )   PDF (2453KB) ( 548 )  

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蛋白质抑制素(prohibitin, PHB)是在原核生物到真核生物中发现的含有SPFH结构域的蛋白质。植物PHB基因家族参与多种不同生物过程的重要功能, 包括生长发育以及对生物和非生物胁迫的响应。目前PHB蛋白在拟南芥、水稻、玉米、大豆、番茄和陆地棉等多种植物中被鉴定。但对甘薯中PHB家族的系统分析仍未确定。本研究鉴定出甘薯11个PHB基因, 且对这些保守的蛋白质基序和基因结构的分析显示它们在系统发育亚群中具有高度的保守性。此外, 启动子区域预测出与多种激素调节及胁迫相关的顺式作用元件, 同时研究发现IbPHB基因在植物不同部位及受到不同的非生物胁迫时的表达模式存在差异。本研究系统分析了甘薯中IbPHB基因的一般特性, 为甘薯及其他植物中PHB基因的功能特性研究提供了理论基础。

大麦籽粒纤维素、半纤维素含量全基因组关联分析

田敏, 刘新春, 潘佳佳, 梁丽静, 董雷, 刘美池, 冯宗云

作物学报. 2023, (6):  1726-1732.  doi:10.3724/SP.J.1006.2023.21043

摘要 ( 979 )   HTML ( 31 )   PDF (2148KB) ( 1245 )  

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纤维是衡量大麦饲用品质的重要指标之一, 其遗传机制解析对饲用大麦品种选育具有一定的指导意义。本研究以316份大麦品种为材料, 连续2年种植于成都、康定两地, 利用分布于大麦基因组上的75,289个SNPs对籽粒纤维素、半纤维素含量进行全基因组关联分析。利用TASSEL软件的混合线性模型, 纤维素、半纤维素性状分别重复检测到65个、34个显著SNPs位点(P≤0.05/N), 标记的平均解释表型变异率分别为13.18%、14.10%。纤维素、半纤维素含量在3个及以上环境中重复检测到的显著相关位点分别为4个、1个, 2个性状检测到了相同的SNP位点, 说明2个性状存在遗传相关性。纤维素性状挖掘到6个候选基因, 半纤维素性状挖掘到1个候选基因, 为大麦纤维的遗传与分子机理研究及遗传改良奠定了基础。