小麦红色胚芽鞘具有抗氧化、光保护和增强苗期抗逆性的生理功能。为解析小麦红色胚芽鞘的分子调控机制、完善形态标记辅助育种理论与技术，本研究以普通小麦宁7840（白色胚芽鞘，母本）与Clark（红色胚芽鞘，父本）杂交构建的127个F₁₂代重组自交系（RIL）群体为材料，通过完备复合区间作图法（ICIM-ADD）结合高密度遗传图谱（含593个SNP和402个SSR标记）定位红色胚芽鞘调控QTL；利用比较基因组学比对小麦与二穗短柄草、高粱、水稻的染色体共线性区域，筛选花青素调控相关候选基因；克隆候选基因并分析红色与白色胚芽鞘株系的序列差异，开发CAPS标记并验证基因-表型关联性；通过亚细胞定位和小麦愈伤组织瞬时表达检验基因特性及功能。结果表明，127个RIL群体中红色与白色胚芽鞘株系的比例为1∶1；在7A染色体上检测到1个红色胚芽鞘主效QTL（qRc-7A），其位于Xsnp7205与Xsnp5258标记间（1.69 cM），解释66.4%表型变异。该定位区间与二穗短柄草1号染色体、高粱10号染色体及水稻6号染色体对应区段存在共线性关系。在高粱和水稻的共线性区域中，存在2个花青素调控相关的R2R3-MYB转录因子编码基因，二者与小麦7A染色体上的TraesCS7A02G165700基因序列高度相似，推测其为调控小麦红色胚芽鞘花青素合成的关键候选基因，将该基因命名为TaC1。红色胚芽鞘株系中，TaC1a的cDNA长度为774 bp，编码258个氨基酸，其蛋白含完整R2R3结构域及motif 5结构域；白色胚芽鞘株系中，TaC1b因714 bp碱基缺失发生移码突变，缺失motif 5。TaC1a定位于细胞核，在小麦愈伤瞬时表达中能诱导积累花青素，而TaC1b则无此功能。CAPS标记检测显示，TaC1a与红色胚芽鞘性状显著关联，但4份红色胚芽鞘材料（如黑小麦76）携带TaC1b。综上所述，TaC1是调控小麦红色胚芽鞘花青素合成的核心基因，TaC1b因碱基缺失丧失功能；基于该变异的CAPS标记可用于分子鉴定，但部分材料红色性状依赖其他基因调控，需进一步解析多基因互作机制。

为探究小麦类受体激酶基因TaNAK1的两个可变剪接体对小麦农艺和产量相关性状的影响，以冬小麦品种小偃6号、野生型春小麦品种Fielder及其TaNAK1.1（OE1-1、OE1-9、OE1-11）和TaNAK1.2转基因株系（OE2-1、OE2-2、OE2-4）为材料，采用半定量RT-PCR和实时荧光定量RT-qPCR分别检测TaNAK1.1和TaNAK1.2在小麦中的表达模式，并对转基因小麦株系的田间农艺和产量相关性状及幼苗耐旱性进行评价。结果表明，小麦TaNAK1.1和TaNAK1.2在正常条件下的时空表达谱及其在干旱和低温处理下的表达模式均存在差异。正常条件下，TaNAK1.1在花后10 d和15 d籽粒中表达水平相对较高，而TaNAK1.2在幼苗叶片和旗叶中表达水平较高；干旱和低温处理条件下，TaNAK1.2的表达显著上调，而TaNAK1.1的表达变化不明显。TaNAK1.1和TaNAK1.2过表达对小麦田间农艺和产量相关性状的影响不同。与野生型Fielder相比，TaNAK1.1转基因株系的抽穗、扬花时间和旗叶面积差异不大；而TaNAK1.2转基因株系的抽穗和扬花时间均延后约5 d，旗叶面积减小12.50%~14.45%；TaNAK1.1和TaNAK1.2转基因株系的株高、分蘖数、穗长、主穗小穗数、籽粒大小、千粒重、单株产量等性状均显著降低，但二者间各性状降低幅度不尽相同，TaNAK1.1转基因株系的单株产量和单株生物量的降幅更大。TaNAK1.1和TaNAK1.2过表达均能显著提升小麦的耐旱性。在干旱胁迫下，与野生型Fielder相比，TaNAK1.1和TaNAK1.2转基因株系叶片相对含水量、可溶性糖和脯氨酸含量均显著增加，H₂O₂和MDA含量均显著降低；经极度干旱胁迫处理后，转TaNAK1.1和TaNAK1.2株系的存活率均显著提高。综上所述，TaNAK1.1和TaNAK1.2在调控小麦生长发育与抗非生物胁迫中有重要作用，可为小麦抗逆分子育种提供新的基因资源。

为解析编码Pti1-like酪氨酸蛋白激酶的基因TaTPK对条形柄锈菌（Puccinia striiformis West f. sp. tritici）的抗性机制，以小麦抗病品种蜀麦126和感病品种台长29为材料，通过qRT-PCR、亚细胞定位、病毒诱导的基因沉默和组织化学观察等技术，对TaTPK的功能进行了分析。结果表明，在条锈菌CYR34侵染后，抗病品种蜀麦126中TaTPK的表达量显著高于对照及感病品种台长29。TaTPK编码1个膜蛋白。利用基因沉默技术沉默TaTPK后，蜀麦126对条锈菌小种CYR34的抗性减弱，表现为孢子堆增多，菌丝生长加快，且侵染点附近H₂O₂积累减少，孢子覆盖叶面积百分比增加。综上，TaTPK通过调控活性氧积累参与小麦对条锈病的抗性反应，是小麦抗病育种的候选基因资源。

引入抗锈病基因是防治小麦叶锈病最有效的措施，小麦抗叶锈病基因Lr15对中国小麦叶锈菌多数生理小种表现抗性，解析该基因遗传特性，明确其染色体位置，将为分子标记辅助育种和基因克隆奠定基础。本研究首先利用13个锈病生理小种对携带Lr15的材料RL6052进行苗期抗性鉴定，以RL6052与感病品种Thatcher杂交构建F₂群体（257单株），接种PHST小种进行抗性鉴定，利用16K SNP扫描芯片分析抗感池DNA对Lr15进行初步定位，在定位区间内开发SSR及STS标记，构建遗传连锁图谱。结果表明，RL6052对12个锈病生理小种表现高抗；遗传分析显示，F₂群体抗感分离比为192∶65，符合3∶1（=0.012），证明其为单显性基因；16K SNP芯片扫描结果初步将Lr15定位于2DS染色体的60.16~87.26 Mb区间（中国春参考基因组V1.0）；在该区间进一步开发标记将Lr15定位于标记ZBSF63.7与STS64.4之间，物理区间为61.27~62.02 Mb，遗传距离分别为0.17和0.58 cM，其中标记ZBSF2D63.9和ZBSF2D63.92与Lr15共分离。本研究将有效抗病基因Lr15精确定位于2DS染色体上且开发了与其紧密连锁的分子标记，为该基因的进一步克隆奠定了基础，与其紧密连锁的分子标记可用于标记辅助选择培育抗病品种。

由禾本科布氏白粉菌小麦专化型（Blumeria graminis f. sp. tritici，Bgt）引起的小麦白粉病严重影响小麦的产量与品质，挖掘新的抗白粉病基因并开发功能标记对小麦抗病分子育种具有重要意义。本研究先以红蚰麦为抗病亲本、宁麦资119为感病亲本构建F₂遗传分离群体，整合抗性鉴定表型数据、诊断性分子标记开发与重组体分析，对小麦抗白粉病基因PmHYM进行精细定位；通过序列比对、染色体分选测序、表达模式及拷贝数检测，解析候选基因的序列特征；基于功能SNP开发KASP标记，通过回交转育评估基因育种潜力。结果表明，PmHYM精细定位至7BL染色体的Xmp1410~Xmp1396标记之间，0.5 cM遗传区间内，对应中国春参考基因组的310 kb物理区间，该区间预测有2个卷曲螺旋-核苷酸结合-富亮氨酸重复（coiled-coil nucleotide-binding leucine-rich repeat type, CNL）类候选基因；红蚰麦携带的这2个候选基因序列与复壮30的完全一致；红蚰麦与复壮30对白粉菌生理小种B16抗谱存在差异，该差异与基因序列、拷贝数变异无关；开发了PmHYM高通量诊断性KASP分子标记Xmp1394，可快速追踪PmHYM；获得了携带PmHYM的转育植株，农艺性状与轮回亲本相比无明显差异，具备较高的育种利用潜力。

1B/1R易位系小麦因兼具抗病性和产量稳定性而在育种中得到广泛应用，但其对非易位亚基因组三维染色质结构及转录调控的影响仍缺乏系统认识。本研究以1B/1R易位系品种宛麦270及其不含1B/1R易位片段的近等基因系为试验材料，综合利用Hi-C技术、转录组测序及qRT-PCR，从三维基因组层面系统解析1B/1R易位背景下小麦A亚基因组染色质空间结构的重塑特征及其与基因表达调控之间的关系。在A亚基因组中鉴定到大量A/B区室状态转换区段，且整体以B→A转换为主，但区室重排在不同染色体间呈现明显的非均一分布特征。为验证区室转换与基因表达变化之间的关联性，对位于区室转换区段内的20个差异表达基因进行qRT-PCR分析。结果表明，A→B转换区段内基因在宛麦270中的表达量整体低于其近等基因系，而B→A转换区段内基因则整体表现为表达量升高，其表达量变化与区室状态转换趋势一致。亚区室分析显示，宛麦270在A亚基因组整体上表现为A1/A2亚区室比例降低、B1/B2亚区室比例升高，其中1A和3A染色体的亚区室重构最为显著。经TAD（拓扑关联结构域）分析，两种材料在A亚基因组尺度上维持相对稳定的TAD结构框架，但在部分染色体局部区域中，宛麦270出现了TAD合并和边界重组现象。通过进一步结合转录组分析，A/B区室转换区段内富集了大量差异表达基因，这些基因主要涉及染色质组织、DNA复制、碳水化合物代谢及氨基酸代谢等功能过程。经GO、KEGG及GSEA分析，宛麦270的转录差异并非表现为基础代谢通路的整体激活，而更多体现为特定通路内基因的精细化调控。综上，1B/1R易位在保持A亚基因组整体三维结构稳定的同时，引发了区室、亚区室及局部TAD层级的空间重塑，并通过改变基因所处的空间调控环境影响其转录响应。

为深入了解国内外小麦种质的遗传特征，筛选优异资源进行合理的亲本组配，以490份小麦种质资源为试验材料，对其旗叶长度、株高、可育小穗数、千粒重、产量等22个主要农艺性状，以及籽粒粗蛋白含量、湿面筋含量、沉降值、容重等7个品质性状进行遗传多样性分析及综合评价。结果表明，490份小麦种质资源表型多样性丰富。主要农艺性状的变异系数为1.65%~16.75%，抽穗期最低，穗粒数最高，遗传多样性指数为1.74~2.07，平均1.97；籽粒品质性状的变异系数为1.45%~15.93%，沉降值最高，容重最低，遗传多样性指数为2.01~2.07，平均2.04。经相关性分析，旗叶长度、株高、可育小穗数、穗粒数、千粒重与产量之间呈极显著相关；籽粒粗蛋白含量、湿面筋含量、沉降值与延展性之间两两互呈极显著正相关。通过主成分分析提取到3个主成分，累计贡献率为64.64%，其中第1、第2主成分主要反映产量相关性状信息，第1、第3主成分主要反映品质相关性状信息。通过聚类分析将490份小麦种质分为5个类群，类群Ⅰ平均产量最高，类群Ⅱ平均穗粒数最多，类群Ⅳ平均生育期最短，类群V粗蛋白含量、湿面筋含量、沉降值、延展性明显高于其他类群。综合来看，类群Ⅰ、Ⅳ产量性状较优异，类群V品质性状表现突出。基于隶属函数值分析的综合评价结果显示，xf19200、西科麦3号、山农71、Flanders等22份小麦种质的综合性状较好，可结合聚类分析所属类群的特征有选择地利用。

为探究河南省不同年代小麦品种根系生理功能及其与产量性状相关性的演进特征，以河南省1950年代至2010年代的28个代表性小麦品种为材料，按每10年划分为1个年代组，共分为7个年代，于2023—2025年开展室外盆栽试验。系统测定了小麦不同生育时期的根干重、根系活力、根中全氮含量、根中可溶性糖含量，并调查了产量性状。结果表明，随年代更替，1970—2010年代品种根干重较1950—1960年代下降13.0%，生育期内呈先增加后减少并趋于稳定的趋势；根冠比呈现同样的变化趋势，1970—2010年代品种根冠比较1950-1960年代平均降低14.0%，2010年代品种较1950年代降低20.0%；1980—2010年代品种根系活力较1950—1970年代品种在整个生育期内更稳定，且在生育后期下降速率减缓且活力相对较高；根中全氮含量与可溶性糖含量持续升高，均在2010年代达峰值，较1950年代分别提升25.7%和25.6%，生育期内峰值均在返青期；2010年代品种较1950年代品种单株产量提升了56.2%，产量构成要素中，单株穗数下降了29.7%，千粒重增加了56.2%，穗粒数增加了3.9%。经相关分析，返青期根系活力和根中全氮含量与千粒重均呈极显著正相关；拔节期根中可溶性糖含量与单株穗数呈极显著正相关，而与千粒重呈极显著负相关。总之，随着年代更替，河南小麦根干重及根冠比呈下降趋势，产量持续提升，植株干物质更多地分配于产量形成；根系活力随年代更替先升后降，1980年代达到峰值；根中全氮含量及可溶性糖含量随年代的推进呈现出明显的增加趋势。

为明确茬口和施肥量对小麦产量及品质的影响，通过田间试验，设置玉米大豆间作（MS）、玉米单作（M）、大豆单作（S）3个茬口和不施肥（NF）、减量20%施肥（RF）、常量施肥（CF）3个施肥水平，分析了不同处理下小麦产量及品质的差异。结果表明，施肥极显著提升了小麦产量，其中MRF处理产量最高，达6 322.82 kg·hm^-2，与SRF处理（5 860.32 kg·hm^-2）无显著差异，且较两个茬口对应的不施肥处理分别提高190.7%和105.1%；同一施肥水平下，单作茬口产量普遍高于间作茬口，SNF处理的产量较MSNF处理提高61.37%。产量构成中，穗数受茬口与施肥互作影响显著，单作茬口的穗数高于间作茬口；穗粒数受施肥量极显著调控，RF的穗粒数普遍高于CF。MRF处理下粒长、粒宽等籽粒形态性状的表现最佳，但与SRF处理无显著差异。营养品质方面，施肥显著提升籽粒蛋白质与湿面筋含量，施肥条件下MS、M、S茬口的籽粒蛋白质含量较不施肥分别增加3.69~4.88、2.21~2.26和3.83~3.93个百分点，湿面筋含量分别增加10.23~12.58、5.64~5.69和9.09~9.53个百分点。糊化特性受茬口与施肥量协同调控，RF处理部分糊化指标最优，其中SRF处理的峰值粘度（1 338.33 cP）、终值粘度（1 633.33 cP）分别较SCF处理显著提高14.6%、4.8%；流变学特性上，间作茬口优势明显，MSRF处理稳定时间（2.30 min）、质量指数（45.55）高于其他组合，而大豆茬口的吸水率（59.00%~61.30%）与玉米茬口无显著差异。本试验条件下，大豆单作茬口配施减量20%肥料，既能实现小麦高产，又可保障籽粒蛋白质、湿面筋含量，同时优化面粉糊化特性，是小麦绿色高产优质生产的最优栽培组合。

富硒小麦是缺硒地区人群膳食补硒的有效途径。为探究硒在小麦各部位的吸收、转运和分布规律，以小麦品系川文2401为供试材料，叶面喷施清水（CK）和7.5 g·hm^-2（C₁）、15.0 g·hm^-2（C₂）、30.0 g·hm^-2（C₃）纳米硒，分析不同处理对小麦硒吸收、转运、籽粒硒形态、营养元素、生态风险、膳食硒摄入和产量及其构成因素的影响。结果表明，与CK相比，叶面喷施纳米硒后小麦各组织的硒含量显著提高，籽粒硒含量增加25.5~126.8倍；硒转运系数（TF）发生显著变化，其中旗叶与第1茎节、第2叶与第2茎节、第3叶与第3茎节及第4叶与第4茎节的TF分别降低85.5%~91.3%、64.7%~82.4%、75.0%~75.0%和50.0%~83.3%，穗轴与颖壳、穗轴与籽粒的TF分别增加209.4%~718.8%和111.4%~640.0%。CK的籽粒仅检测出硒代胱氨酸（SeCys）和硒代蛋氨酸（SeMet），SeCys占比较高；C₁、C₂和C₃处理籽粒中新增1种硒形态，为甲基硒代半胱氨酸（MeSeCys），SeMet占比最高。与CK相比，C₁、C₂和C₃处理籽粒的锰、锌、铜和蛋白质含量显著下降，降幅分别为12.7%~15.6%、4.1%~18.2%、6.8%~16.1%和6.9%~22.7%；铁含量显著增加，增幅46.4%~111.1%。C₁处理的生态风险指数（Er）为51.6，最接近Er安全阈值（40.0），成人每日膳食硒摄入量（EDI）为297.2 μg，处于推荐范围（60~400 μg）；CK的Er在安全阈值内，但EDI远低于推荐范围的最低值；C₂、C₃处理的Er和EDI均高于安全/推荐范围。与CK相比，C₁、C₂、C₃处理的产量和千粒重显著提高，增幅分别为3.5%~8.5%和2.8%~4.4%；有效穗数和穗粒数无显著变化。综上，叶面喷施纳米硒可显著增加小麦籽粒硒含量和产量，并通过改善硒形态、占比及其他营养元素含量提高其品质，其中C₁处理（7.5 g·hm^-2）为纳米硒最优喷施浓度。

为探究不同覆盖措施下春小麦干物质生产、氮素利用及产量的变化规律，于2024年在西北雨养区进行田间试验，设地膜全覆盖（PM）、秸秆带状覆盖（SM）、碎秆全覆盖（CM）和露地对照（CK）4个处理，分析其对春小麦干物质和氮素积累、分配、转运及氮素利用效率和产量形成的影响。结果表明，覆盖促进了春小麦地上部生长和氮素积累，且相对于CK的增幅均表现为PM>SM>CM；春小麦干物质和氮素在分配方面同步响应覆盖方式，PM的开花期叶干物质和氮素分配比例较CK显著降低，但SM的成熟期籽粒干物质和氮素分配比例较PM显著提高；覆盖显著影响了干物质转运量（P< 0.05），PM的花前干物质转运量较CK提高了84.04%，CM的花后干物质同化量提高了48.46%，SM干物质转运量介于PM与CM之间。覆盖均显著提高了花前氮素转运量和花后氮素同化量，SM、PM和CM花前氮素转运量较CK增幅分别为35.22%、32.43%和21.26%，花后氮素同化量增幅分别为8.95%、34.51%和17.07%；覆盖差异化影响氮素利用，PM的氮吸收效率最高，SM与CM的氮收获指数显著高于PM、CK；覆盖下春小麦籽粒产量较CK均显著提高，增幅分别为33.10%、16.09%和12.98%。由此可见，覆盖可促进春小麦干物质和氮素的积累、分配及转运，进而提高产量和氮素利用效率，其中秸秆带状覆盖综合表现较优，适合在雨养区春小麦生产中推广应用。

为探究不同小麦品种产量和氮素利用效率的差异及其生理基础，于2023—2024年度小麦生长季在河南省新乡市原阳县河南农业大学试验基地，选用40个已审定小麦品种为试材，对氮肥回收利用效率、氮肥偏生产力、氮素生理利用效率和氮肥农学效率共4个关键氮效率指标进行主成分分析和综合得分计算，再结合产量对小麦品种进行产量和氮效率水平筛选，并比较不同产量-氮效率类型品种的生理指标差异，以解析产量与氮素利用效率差异形成的生理基础。结果显示，不同小麦品种间的产量和4个氮效率指标均存在不同程度变异，变异系数为11.61%和11.61%~46.73%。通过对氮素利用效率指标进行主成分分析和综合得分计算，结合产量水平将40个小麦品种划分为4种类型，分别是高产高效型（11个）、高产低效型（5个）、低产高效型（10个）和低产低效型（14个）。对干物质积累和转运指标分析发现，高产高效型品种在开花期和成熟期的地上部干物质和氮素积累量显著高于其他类型，且相比高产低效品种具有较高的花前氮素积累量和花前氮素转运量。高产高效型品种开花至灌浆期叶面积指数衰减率较低（高产高效型为18.77%，高产低效型为22.67%），同时高产型品种在灌浆期维持显著较高的SPAD值。在本研究条件下，高产高效型品种能够在开花期保持较高的干物质和氮素积累量，通过优化叶片空间分布、延长功能叶寿命来提高灌浆期干物质的合成，从而获得较高的产量和氮素利用效率。

为探究自制复合农用益生菌菌剂对小麦生长及产量和品质的影响，以小麦新品系吨麦99-1为研究对象，于2023—2025年度在大田条件及各小区（85.8 m²）每次喷液量均为250 L情况下设置5个施用量：清水（CK）、2.5 L复合菌剂（T1）、5 L复合菌剂（T2）、25 L复合菌剂（T3）和50 L复合菌剂（T4），于小麦苗期至灌浆期采用滴灌方式共施用5次，测定不同时期小麦株高、分蘖数、地上部鲜重、抗氧化酶活性及丙二醛含量等指标，并于成熟期测定产量构成要素及籽粒品质指标。结果表明，复合菌剂对分蘖期、拔节期和孕穗期的小麦均具有明显的促生作用，并表现出良好的增产效果。与CK相比，小麦增产幅度表现为T3>T4>T2>T1，其中T3处理增产效果显著，两个生长季产量分别达到11 258.56和12 046.48 kg·hm^-2，较CK分别提高25.59%和23.63%。在籽粒品质方面，除2024—2025生长季T1处理的淀粉含量略低于CK外，其余处理的淀粉、粗蛋白、湿面筋含量和容重均高于CK，多数品质指标在一定施用范围内随菌剂施用量增加而呈上升趋势，其中T4处理综合表现最佳。综合来看，该自制复合农用益生菌菌剂对小麦具有较好的促生、增产和改善籽粒品质的作用。

为探明小麦条锈菌青海越夏区秋季条锈病发生情况及菌源传播路径，分别于2023年和2024年的8—11月对青海东部麦区主要越夏寄主小麦进行系统性田间病害调查。结果表明，2023与2024年8—10月青海东部麦区存在条锈菌寄主生育期重叠现象，菌源可在不同寄主上完成侵染。小麦条锈菌在青海不受夏季高温的影响，几乎可以在所有的小麦种植区顺利越夏，菌源繁殖期可至12月；2023和2024年8—10月青海东部地区降水量充沛，小麦秋苗条锈菌发病较重，平均病叶率与降水量呈线性正相关，且与2023年9月降水量呈显著正相关（P≤0.05）。根据气流轨迹模拟结果推测，青海省东部麦区秋苗条锈病发生状况可直接影响甘、宁两省小麦的秋苗发病，甚至仅凭借一次远距离传播就可到达关中平原乃至豫南麦区，并有机会威胁鄂西北麦区。