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为探究小麦衰老机制，研究人员利用无人机（UAV）RGB 相机和 SPAD-502 仪器，对 262 个重组自交系进行表型分析，发现 38 个稳定位点，其中 9 个为新 QTL，验证了衰老与产量性状的关系，为小麦育种提供新方向。
小麦作为全球重要的粮食作物，其产量和稳定性一直是农业研究的核心目标。叶片衰老是影响小麦产量的关键生理过程，它不仅涉及复杂的遗传调控网络，还受到环境因素如干旱、高温等的显著影响。传统的衰老表型评估方法，如人工观察叶片绿色面积比例或使用 SPAD 仪器测量叶绿素含量，存在主观性强、效率低且难以大规模应用的缺点。此外，尽管已有研究通过分子标记定位了一些与衰老相关的数量性状位点（QTL），但这些位点的稳定性和环境适应性仍需进一步验证，且高效的高通量表型技术在小麦衰老研究中的应用尚未充分挖掘。因此，开发精准、高效的衰老表型分析方法，解析衰老的遗传基础，对于培育抗逆、高产的小麦品种具有重要意义。
为解决上述问题，中国农业科学院等机构的研究人员开展了相关研究。他们利用无人机（UAV）搭载的红绿蓝（RGB）相机和地面 SPAD-502 仪器，对中麦 578 / 济麦 22 杂交衍生的 262 个重组自交系（RILs）在三个环境下（新乡全灌溉、新乡限灌溉、高邑）进行了从抽穗期到花后 35 天的动态表型分析。研究通过整合旗叶叶绿素含量（FLC）、活动积温（AT）和生育期数据，建立了人工衰老速率（MSR）计算模型，并基于无人机植被指数（VIs）开发了滞绿率（USG）评估方法。结合 50K SNP 芯片的 QTL 定位分析，研究鉴定出 38 个与衰老相关的稳定位点，其中 9 个为新发现的 QTL，相关研究成果发表在《The Crop Journal》。
研究主要采用的关键技术方法包括：一是无人机表型技术，使用 DJI Phantom 4 Advanced 无人机在晴朗天气采集 RGB 图像，通过 Pix4D mapper 生成 orthoimages，提取并分析 b-VIs 等植被指数；二是地面表型测量，利用 SPAD-502 仪器在多个生育期测量 FLC，记录抽穗期（HD）、开花期（AD）等关键物候期；三是遗传分析，通过 QTL Icimapping 4.1 软件进行方差分析（ANOVA）、广义遗传力（hb2）计算和 QTL 定位，结合高密度遗传连锁图谱和 50K SNP 芯片数据，筛选稳定 QTL。
3.1 旗叶叶绿素含量（FLC）和人工衰老速率（MSR）的动态变化
研究发现，亲本中麦 578 和济麦 22 在不同水分胁迫条件下表现出不同的 FLC 变化模式。在新乡全灌溉（XXF）和高邑环境中，两亲本的 FLC 峰值均出现在约 1200 AT，而在新乡限灌溉（XXL）条件下，中麦 578 的 FLC 峰值提前至 1100 AT，济麦 22 则延迟至 1250 AT。衰老启动后，中麦 578 在 XXF 中的衰老速率显著高于济麦 22，而在 XXL 中则表现出较慢的衰老速率。重组自交系群体在高邑环境下花后 21-28 天的 FLC 下降速度显著快于其他环境，表明高温和干旱胁迫加速了衰老进程。FLC 在不同生育期的相关性分析显示，各阶段 FLC 值呈显著正相关（r=0.35-0.91，P<0.001），且与 MSR 呈显著负相关（r=0.26-0.90）。
3.2 无人机植被指数（VIs）与 FLC 的相关性
在多种 RGB-VIs 中，b-VIs 与 FLC 的相关性最高（r=0.38-0.60），尤其在抽穗期至花后 28 天表现出稳定的关联性，因此被选用于构建 USG 指数。USG 动态变化显示，滞绿品系在花后 7 天至 21 天的千粒重（TKW）显著高于早衰品系，但在花后 28 天差异消失。此外，USG 与株高（PH）呈负相关，即株高较高的品系衰老速率较慢。
3.3 遗传力分析
FLC 的广义遗传力（hb2）较高（0.62-0.88），表明遗传因素是其变异的主要来源。相比之下，MSR 的遗传力较低（0.17-0.48），突显了环境因素对衰老速率的显著影响。b-VIs 的遗传力为 0.80，显示出较高的遗传稳定性，而 USG 的遗传力中等（0.34-0.60）。
3.4 衰老速率对产量相关性状的影响
t 检验表明，高衰老速率显著降低千粒重（TKW）和株高（PH），而对穗粒数（KNS）和单位面积穗数（SN）影响较小。滞绿品系在花后早期（7-21 天）的 TKW 显著高于早衰品系，但在花后 28 天因环境胁迫（如高邑的干热风）导致差异缩小。株高与衰老速率呈负相关，可能与矮秆品种的光合特性有关。
3.5 滞绿相关 QTL 的定位
研究共鉴定出 38 个稳定 QTL，分布在 15 条染色体上，涉及 b-VIs、FLC、MSR 和 USG 等性状。其中，9 个 QTL 为新发现位点，6 个 QTL 簇（如 1D、2B、5B 染色体上的簇）表现出多效性，同时影响多个衰老相关性状。例如，位于 7D 染色体的 QSR.caas.7D2.a 在多个生育期被检测到，是影响 FLC 的重要 QTL。此外，部分 QTL 与已知的产量相关位点共定位，表明衰老与产量性状存在遗传关联。
3.6 多生育期稳定 QTL 分析
19 个 QTL 在至少两个生育期被重复检测到，其中 QSR.caas.5B1.a 在抽穗期至花后 21 天均被检测到，与 b-VIs、FLC 和 MSR 均相关。QSR.caas.7D2.a 在花后至 28 天的五个阶段被识别，是 FLC 的主效 QTL。这些稳定 QTL 为分子标记辅助育种提供了可靠靶点。
研究通过整合无人机高通量表型和遗传分析，系统解析了小麦衰老的遗传基础，建立了高效的衰老评估方法，鉴定出多个稳定 QTL，其中新发现的 9 个 QTL 为小麦衰老机制研究提供了新视角。研究结果不仅验证了衰老速率与千粒重、株高的负相关关系，还揭示了无人机植被指数在大规模表型分析中的应用潜力。这些成果为小麦抗逆育种提供了新的分子标记和理论依据，有助于通过分子设计培育滞绿、高产的小麦品种，应对气候变化带来的农业挑战。
