硬麦与软麦(Triticum aestivum L.)表现出不同的种子活力和储藏抗虫害性:市场类别与谷粒硬度效应的对比检验

《Journal of Stored Products Research》:Hard and soft bread wheat ( Triticum aestivum L.) show contrasting seed vigour and storage pest resistance: A test of market class versus grain-hardness effects

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月22日 来源:Journal of Stored Products Research 3.4

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   •二十个面包小麦基因型,涵盖两个对比鲜明的市场类别——10个硬质和10个软质——分别评估了籽粒品质、种子质量以及对米象Sitophilus oryzae (L.)的抗性。•硬质和软质市场类别在籽粒硬度上表现出明显的分离,硬质基因型的籽粒硬度指数(GHI)范围为72.0–88.

  
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    二十个面包小麦基因型,涵盖两个对比鲜明的市场类别——10个硬质和10个软质——分别评估了籽粒品质、种子质量以及对米象Sitophilus oryzae (L.)的抗性。
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    硬质和软质市场类别在籽粒硬度上表现出明显的分离,硬质基因型的籽粒硬度指数(GHI)范围为72.0–88.0,软质基因型为12.7–24.3。
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    硬质小麦对米象侵染表现出显著更强的抗性,种子损伤、成虫存活率和产卵量均明显低于软质小麦。
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    侵染后硬质基因型的种子劣变大幅减轻,侵染后发芽率仅下降4.6个百分点,而软质基因型下降了28.2个百分点。
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    在全部20个基因型中,GHI与米象损伤(r = ?0.914)、活体成虫数量(r = ?0.898)及产卵量(r = ?0.506)均呈强负相关。
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    本研究强调需要连续的硬度群体、分离材料/近等基因系以及重复水平数据,以判断硬度本身是否为因果因素,还是作为其他遗传关联性状的标记。
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    总体而言,本研究将市场类别效应与类别内硬度效应区分开来,为小麦籽粒硬度、种子质量与抗S. oryzae之间的关系提供了更为审慎的解读。

引言

面包小麦(Triticum aestivum L.)是全球产量最大的三种谷物之一,为约三分之一世界人口提供主要热量和蛋白质来源(Eversole et al., 2014)。自绿色革命以来,全球小麦种植面积和产量持续增长,2020-21年全球产量估计超过7.9亿吨,种植在超过2.2亿公顷的土地上(Dohlman et al., 2022)。单一性状——胚乳质地或"籽粒硬度"——构成了面包小麦硬质和软质市场分类的根本依据,并决定了特定批次的磨粉和烘焙用途(Delcour et al., 2012; Pasha et al., 2010; Campbell et al., 2001)。硬质小麦磨出的面粉较粗,淀粉损伤度高,适合发酵面包;而软质小麦产出精细、淀粉损伤度低的面粉,适合饼干、蛋糕和糕点(Issarny et al., 2017; Singh et al., 2022)。在分子水平上,硬度由5D染色体短臂上的硬度(Ha)位点控制,其机制与puroindoline a和b蛋白的有无有关,这些蛋白决定了淀粉颗粒与胚乳蛋白质基质结合的紧密程度(Giroux and Morris, 1998; Chantret et al., 2005; Law et al., 1978)。
除了磨粉意义之外,胚乳质地还可能与该批籽粒的生理特性和储存性能相关(Bhargude et al., 2021)。籽粒硬度已被报道与籽粒大小、千粒重、蛋白质含量和水分吸收行为相关(Stenvert and Kingswood, 1977; Groos et al., 2004; Nadolska-Orczyk et al., 2009),而这些因素均可合理推测会影响种子发芽、幼苗活力和抗储藏害虫能力。收获后储藏害虫造成的损耗仍是粮食安全的主要制约因素之一,其中米象Sitophilus oryzae (L.)(鞘翅目:象甲科)是全球范围内对储藏小麦最具破坏性的内蛀害虫之一,它钻入完整籽粒中取食和产卵,从而降低重量、等级和种子活力(Campbell, 2002; Chauhan et al., 2005; Rizwan et al., 2022)。寄主籽粒的物理和生化性状,包括籽粒硬度、大小和微量元素含量,已被认为与谷物基因型间的差异性易感性有关(Bulo et al., 2018; Leuschner et al., 2000; Nawrot et al., 2010; Blochet et al., 1993),而最近针对小麦种质资源面板与S. oryzae的比较筛选进一步强化了这一关联,同时也提醒抗性是多因素的,不能简化为单一性状(Arya et al., 2025; Parsons et al., 2026; Guarino et al., 2026)。
贯穿这一文献的方法学局限性同样存在于我们的原始提交中:品种面板往往被刻意设计为对比"抗性"与"感病"或"硬质"与"软质"两个极端,使得定义两组的性状(此处为GHI)与组别归属几乎完美混杂。跨全面板计算出的强相关可能仅仅反映了两组间的差异,而非性状与结果之间的连续、剂量依赖关系。区分这两种可能需要在每个组内检验关联是否持续存在,因为组内混杂已不存在。因此,我们评估了由10个硬质和10个软质六倍体小麦基因型组成的面板,内容包括:(i) 籽粒硬度指数及相关生化与物理种子质量性状;(ii) 标准发芽率和幼苗活力;(iii) 实验室条件下60天S. oryzae侵染的易感性和产卵偏好。具体目标为:(1) 量化硬质与软质基因型在种子质量和生化性状上的差异程度;(2) 检验籽粒硬度指数在整体面板和每个硬度类别内是否均能预测S. oryzae损伤、种群增长和产卵;(3) 审慎解读这些关系,区分类间关联与经验证的、连续的类内剂量-反应关系。

章节摘要

试验材料、种子扩繁与试验地点

本研究使用了二十个六倍体面包小麦(Triticum aestivum L.)基因型,包括10个硬质和10个软质小麦基因型,均保存在印度农业研究学会(IARI)遗传学系,新德里(硬质:PBW-343、HD-1544、HD-3086、HI-1620、HD-2733、LOK-1、HD-3117、DBW-187、HD-3249、HDCSW-18;软质:七个先进软质小麦品系,SWL-1至SWL-7,以及HD-3443、HS-490(Pusa Baker)和NIAW-3170)。基因型从该研究所的工作种质资源中选取,以

结果

在20个基因型面板中,硬质基因型的籽粒硬度指数(GHI)范围为72.0至88.0,软质基因型为12.7至24.3:两个类别之间没有重叠,两者之间留出了47.7个单位的空白GHI区间(24.3–72.0)(表1)。由于这一设计选择使类别归属与全部GHI范围相混杂,我们对每个结果指标同时报告了传统的20个基因型合并分析以及分离类间差异与类内差异的类别校正分析。

类别效应,而非(尚待证实的)连续硬度梯度

本次修订分析的核心方法学发现是:我们检测到的GHI与抗性或活力结果之间的所有关联,均归因于两个预选市场类别之间的差异,而非类内连续的剂量-反应关系。当GHI在各类别内以均值为中心并与类别项联合检验时,所有六个结果指标的类内斜率均不显著(所有P ≥ 0.36;表4),而类别项保持高度显著。

局限性

我们明确列出本研究的若干主要局限性,其中部分在审稿过程中被提出,且我们无法在本次修订范围内完全解决。首先,本文所有基因型水平的分析,包括3.5节的类别校正模型,均使用基因型均值,因为我们无法获得原始重复水平数据(构成每个均值的单个容器、卷或瓶值)进行重新分析;因此,我们无法拟合真正的分层模型或

结论

在本研究中包含的10个硬质和10个软质面包小麦基因型面板中,市场类别与种子活力以及对米象Sitophilus oryzae的抗性始终存在强关联:硬质基因型具有更高的千粒重、蛋白质和锌含量,同时种子损伤、活体成虫回收率、产卵量及侵染后发芽损失均明显低于软质基因型;而软质基因型则表现出更高的标准发芽率和幼苗活力。由于两个类别之间

CRediT作者贡献声明

Bhavani Kumari:资源、项目管理、概念构思。Shahil Kumar:初稿撰写、可视化、验证、调查研究。Shyamal Kumar Chakrabarty:方法学。Anju Mahendru Singh:监督指导、资源、数据管理。Suresh Mahadev Nebapure:审阅与编辑。Sumeet Kumar Singh:监督指导、审阅与编辑。

利益冲突声明

本研究论文是硕士研究的一部分,所有数据均通过实验产生。为使论文更具影响力和更易理解,使用了AI辅助进行英文润色。合著者在提交本研究成果时不存在利益冲突。作者感谢印度农业研究学会(IARI)种子科学与技术系、遗传学系和昆虫学系,新德里,以及IARI

7. 致谢

作者感谢印度农业研究学会(IARI)种子科学与技术系、遗传学系和昆虫学系,新德里,以及IARI恰尔肯德地区站提供的实验室设施和技术支持。本研究基于第一作者在合著者监督下于印度农业研究学会(IARI)种子科学与技术系进行硕士研究期间产生的基因型水平数据。本
Bhavani Kumari|Shahil Kumar|Priya Ranjan Kumar|Shyamal Kumar Chakrabarty|Anju Mahendru Singh|Suresh Mahadev Nebapure|Sumeet Kumar Singh
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