山西小麥品（系）種穗部與籽粒性狀分析

張東旭，張俊靈，閆金龍，孫美榮，張樹彬

（山西省農業科學院谷子研究所，山西長治046011）

山西小麥品（系）種穗部與籽粒性狀分析

張東旭，張俊靈，閆金龍，孫美榮，張樹彬

（山西省農業科學院谷子研究所，山西長治046011）

為充分了解山西省小麥品（系）種的穗部和籽粒性狀，以山西不同地區選育的321個品（系）種為研究對象，對穗長、結實小穗、不孕小穗、穗粒數、株高、千粒質量、籽粒飽滿度、穗形狀、芒形狀、籽粒形狀、粒色、粒質等穗部和籽粒性狀進行了分析。結果表明，山西小麥品（系）種千粒質量變異系數最小，穗粒數及其相關性狀變異系數都較大，說明山西小麥千粒質量最為穩定，穗粒數則遺傳基礎豐富；山西省不同地區選育的品（系）種穗部和籽粒性狀存在較大差異，長治地區選育的小麥品（系）種穗長、結實小穗數和運城地區選育的小麥品（系）種千粒質量均顯著高于其他地區；穗長和穗粒數與結實小穗極顯著相關，改良小麥穗長能有效提升穗粒數，千粒質量與穗粒數呈弱負相關，與株高呈正相關；依據穗部和籽粒表型性狀可以將供試品（系）種聚為3個類群，分別占供試材料的40.51%（中穗粒中粒質量）、20.57%（多穗粒中粒質量）、38.92%（少穗粒大粒質量）。表明山西小麥目前發展方向主要是中穗粒中粒質量和少穗粒大粒質量類型，在多穗粒中粒質量型品種上選育的品種較少。

小麥；穗部性狀；籽粒性狀；比較分析；相關分析；聚類分析

普通小麥（Triticum aestivum L.）是超過40個國家和35%世界人口的主糧，為人類提供的能量和蛋白質營養超過總量的20%[1]。小麥是我國兩大口糧之一，全國有40%的人以面食為主。但是當前小麥的種植效益和水資源約束影響著小麥面積的穩定。因此，保證小麥的穩產增產，提高小麥單產成為主要途徑。目前，我國各育種單位都以高產、超高產作為小麥育種目標，并且應用各種途徑和方法選育具有更高產量潛力的突破性小麥品種[2]。影響小麥產量的因素很多，其中，研究小麥產量與產量結構的遺傳改良及其遺傳改良的發展方向是小麥高產育種的一項基本工作，被小麥育種工作者高度重視[3-4]。小麥產量是由單位面積穗數、每穗粒數和粒質量所構成，而小麥產量最基本的構成因素之一穗粒數，主要是由穗長、結實小穗、不孕小穗等穗部性狀所決定。而小麥產量另一個最基本的構成因素之一千粒質量，主要是由籽粒粒形、粒質、飽滿度等籽粒性狀所決定，而且小麥籽粒表型性狀還決定小麥商品性的好壞。因此，研究小麥穗部及籽粒表型性狀對小麥育種具有重要的價值。但是，大批量的鑒定這些性狀費時、費工，更要求精細，因此，關于這些表型性狀的研究較少。

山西地處黃河中游，是華夏文明發祥地之一。小麥種植的歷史久遠，形成獨特的面食文化，小麥是山西最重要的糧食作物。山西南北狹長，海拔南北跨度大，使山西小麥生產南北跨越黃淮和北部兩大冬麥區，從南到北的運城盆地、臨汾盆地、長治盆地、太原盆地及忻定盆地是目前小麥集中種植區[5]。為了適應山西小麥各生態區復雜生態條件的需要，不同生態區選育出的品種也有差別，代表性的如運城地區選育的晉麥47、臨汾地區選育的臨優145、長治地區選育的長6878、太原地區選育的太原136及忻州地區選育的忻2060等，這些小麥品種的選育不但使山西小麥在抗旱育種、品質育種取得了突出的成效，而且在全國小麥育種中也占有重要的地位。

本研究通過對山西小麥不同生態區所選育出的321個小麥品（系）種的穗部及籽粒表型性狀進行分析，旨在了解山西小麥的表型性狀特征及不同生態區選育的小麥品種表型性狀特征和相關性，為山西省小麥種質利用和遺傳改良提供參考，同時為我國小麥抗旱育種和品質育種以及其他小麥高產品種的選育提供信息。

1 材料和方法

1.1 材料

供試材料為山西省不同生態區域所選育出的321個小麥優良品（系）種（表1），均由山西省農業科學院谷子研究所收集提供。

表1 供試小麥品（系）種及選育地點

1.2 試驗方法

1.2.1 田間試驗供試材料于2015—2016年在山西省農業科學院谷子研究所種植，試驗采取人工開溝點播，行距20 cm，行長2 m，點播籽粒120粒，常規田間管理，成熟后在行區中部拔取單株收回。

1.2.2 表型性狀測定每品種（系）隨機選取30個植株進行株高、穗長、穗形狀、芒類型、結實小穗、不孕小穗及穗粒數等形態特征調查測定，測定方法參照國家冬小麥區試品種調查方法。調查的30個植株混合脫粒，選取不少于50粒目測粒色、粒質、飽滿度、粒形狀，目測分類標準參照國家冬小麥區試品種調查方法。千粒質量用電子天平測定，測量干燥而健全的500粒籽粒的質量，精確至0.01 g，3次重復，取平均值后換算成千粒質量。

1.3 數據分析

利用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0軟件統計分析數據。

2 結果與分析

2.1 穗部及籽粒性狀分析

供試品（系）種的穗部與籽粒表型性狀按照計量方法不同分為計量值性狀（表2）和分級（類）性狀（表3）。對穗長、結實小穗、不孕小穗、穗粒數、株高和千粒質量6個計量值性狀進行了極差、平均數、標準差和變異系數計算（表2）。由表2可知，不孕小穗變異系數最大，為53.66%，表明其離散程度最高，在不同品種間變異較大；穗粒數次之，變異系數為17.77%；千粒質量變異系數最小，為9.26%，表明千粒質量在不同品種間的變異最小。從這6個性狀的離散程度來看，山西小麥品（系）種的千粒質量最為穩定，穗粒數則遺傳基礎豐富。

對穗形狀、芒類型、籽粒顏色、粒質、籽粒飽滿度和籽粒形狀6個分級（類）性狀進行了個數和所占比例統計（表3），結果顯示，供試品（系）種的芒類型最為集中，92.83%的品（系）種為長芒類型；其次78.19%的品（系）種籽粒為白色，76.64%的品（系）種穗形狀為紡錘形，75.70%的品（系）種粒質為硬質，67.29%的品（系）種籽粒形狀為卵形；籽粒飽滿度分級最多，分為5級，數據顯示最為分散，但進一步統計后，飽滿度中等以上的品（系）種有91.59%。表明山西省小麥品（系）種總體上以紡錘長芒穗子為主，籽粒以白粒硬質為主，籽粒飽滿度總體水平也較好。

表2 供試品（系）種的表型計量值性狀參數

表3 供試品（系）種的表型分級（類）情況

2.2 穗部和籽粒性狀比較分析

對山西省5個小麥集中種植區選育出品（系）種的穗部和籽粒6個計量值性狀比較分析發現，山西省不同種植區選育出的品（系）種在穗部和籽粒性狀上存在差異，長治地區選育的品（系）種穗長、結實小穗、不孕小穗和株高都最高，運城地區選育的品（系）種千粒質量最高。方差分析表明，長治地區選育的品（系）種穗長、結實小穗顯著高于其他4個地區選育的品（系）種，臨汾地區和運城地區選育的品（系）種不孕小穗數顯著低于其他3個地區選育的品（系）種，忻定地區選育的品（系）種穗粒數顯著低于其他4個地區選育的品（系）種，長治地區和太原地區選育的品（系）種株高顯著高于其他3個地區選育的品（系）種，運城地區選育的品（系）種千粒質量和太原地區、忻定地區選育的品（系）種差異不顯著，但極顯著高于長治地區和臨汾地區選育的品（系）種（表4）。

表4 不同地區的小麥品（系）種表型計量值性狀比較

對山西省不同地區選育的品（系）種6個分級（類）性狀進行比較分析發現（圖1），不同地區選育的品（系）種6個分級（類）性狀間存在差異，運城地區選育的品（系）種飽滿度最好，長治地區選育的品（系）種穗形狀最為集中，有87.27%的品（系）種為紡錘穗，臨汾地區和運城地區選育的品（系）種粒質比較好，忻定地區和運城地區選育的品（系）種白粒最多，綜合來看，運城地區選育的品（系）種籽粒商品性最好，表明在小麥育種中多用運城地區的材料進行雜交組配，可以有效提升籽粒的商品性。

2.3 穗部和籽粒性狀相關性分析

對供試材料的表型性狀相關性分析發現，6個性狀中，結實小穗與穗長相關性達到極顯著水平（P＜0.01），相關系數為0.631；穗粒數與穗長、結實小穗極顯著正相關，與不孕小穗極顯著負相關；千粒質量與穗粒數顯著負相關（P＜0.05），與株高極顯著正相關（表5）。表明改良小麥品種的穗長能夠有效提升結實小穗數和穗粒數；穗粒數的改良要協調好千粒質量；同時穗粒數的改良還應該注重中、矮稈品種的選育。

表5 穗部和籽粒性狀相關性分析

2.4 基于表型性狀的聚類分析

利用歐式平均距離，采用系統聚類中的離差平方和法（Ward's method），對供試的321個小麥品（系）種進行聚類，其聚類結果如圖2所示。在歐式距離為10處，將供試材料分為3大類群，第Ⅰ類群占供試材料的40.51%，是其中最大的一個類群，該類群穗粒數和千粒質量都處于平均水平，屬于中穗粒中粒質量類群；第Ⅱ類群占供試材料的20.57%，是其中最小的一個類群，該類群穗長、結實小穗、穗粒數都較高，屬于多穗粒中粒質量類群，千粒質量處于平均水平；第Ⅲ類群占供試材料的38.92%，該類群穗長、穗粒數都較低，但千粒質量較高，屬于少穗粒大粒質量類群。從聚類分析中可以看出，山西小麥目前發展方向主要是中穗粒中粒質量和少穗粒大粒質量類型，在多穗粒中粒質量型品種上選育的品種較少。

3 結論與討論

山西小麥自20世紀30年代開展小麥育種工作以來，育種家先后培養出了一大批高產優質的小麥品種，它們不僅促進了山西省小麥品種的演進和更替，也為全國小麥產量的提高提供了保障。山西南北狹長，緯度南北跨越大，加之地形復雜，因此，在山西小麥主要種植區自然條件和耕作栽培制度存在很大差異，也造就了不同地區育種家選育的品種類型存在很大差異。本研究通過對山西省321個小麥品（系）種的穗部和籽粒性狀進行分析，結果表明，山西不同地區選育出的小麥品（系）種穗部和籽粒性狀存在較大差異，長治地區選育的小麥品（系）種有穗長、穗粒數多等優點，但千粒質量偏低；運城地區選育的小麥品（系）種籽粒飽滿度、粒質都較好，千粒質量較高，但穗長較短；臨汾地區選育的小麥品（系）種粒質最好，不孕小穗數較少；太原地區選育的小麥品（系）種穗形和粒形種類較多；忻定地區選育的小麥品（系）種粒色最好。了解不同地區小麥品（系）種的穗部和籽粒性狀特性，對在育種中選擇適宜的組配材料具有重要的指導意義。

穗部性狀是影響小麥產量的重要因素。目前，對小麥穗部及籽粒性狀的研究已有報道，王瑞等[6]研究認為，小麥良好的穗部結構應有一定的穗長基礎，才能確保高穗粒數和高穗粒質量。范永勝等[7]研究認為，穗粒數與穗長、結實小穗呈極顯著正相關，而與株高呈較弱的負相關。余澤高等[8]研究認為，穗長、結實小穗數及小穗結實率對小麥品種穗粒數的形成都具有十分重要的作用。王佳佳等[9]研究認為，基部不育小穗數的減少，總小穗數、可育小穗數、穗長的增大，有利于穗粒數的增加。李哲清等[10]研究認為，小麥產量與穗粒數呈正相關，穗長與穗粒數呈負相關。本研究通過對山西省321個小麥品（系）種的穗部性狀進行相關性分析，結果發現，穗粒數與穗長、結實小穗呈極顯著正相關，千粒質量與穗粒數呈顯著負相關，千粒質量與株高呈極顯著正相關。這與前人的研究結果既有相同之處[11-12]，也存在差異[13-14]。究其原因，可能與試驗材料、生態環境等有關，其還有待進一步深入研究。

高產一直是小麥育種最主要的目標，影響小麥產量因素很多。姚國才等[15]研究認為，小麥的產量結構與產量的遺傳相關，其中，每穗粒數的直接作用最強，千粒質量稍弱，穗數較弱。侯遠玉等[16]、王瑞等[17]研究認為，通過提高穗粒數來提高小麥單產的潛力大于增加穗粒質量的潛力。劉朝輝等[18]研究認為，單位面積穗數和穗粒數對產量的作用較大且產量三要素對產量（偏相關和通徑分析）的數值較大且接近，說明它們已在較高水平上達到協調。郭天才等[19]研究認為，目前在小麥高產育種中，多穗型品種依靠穗數增加來提高產量的空間逐漸縮小，單一產量較高的大穗材料越來越受到育種工作者的關注。大穗材料有莖稈粗壯、穗大、粒多、單穗產量較高等優點[20]。許為剛等[21]、胡廷吉等[22]、張明響[23]、成雪峰等[24]研究認為，小麥產量的進一步提高應著重提高穗粒數，今后我國超高產小麥的育種目標應是通過增加穗粒數提高小麥的單穗質量。董克勤等[25]研究認為，小麥穗部性狀的改善目標應重點放在穗粒數的增加上。本研究通過對山西省321個小麥品（系）種的穗部和籽粒性狀進行分析，結果表明，山西小麥通過多年的發展，千粒質量最為穩定，穗粒數則遺傳基礎豐富；同時聚類分析發現，山西小麥品（系）種目前主要可以分為3大類，其中，多穗粒中粒質量型品（系）種最少。因此，山西小麥在高產育種中應積極引進小麥主產區的大穗多粒型種質材料進行種質創新，以提高小麥的穗粒數、促進山西小麥育種的發展。

［1］HAWKESFORD M J，ARSUS J L，PARK R，et al.Prospects of dou-bling global wheat yield[J].Food and Energy Security，2013，2（1）：34-48.

［2］牟春生，于經川，劉兆曄，等.小麥葉片性狀和粒數葉比研究[J].萊陽農學院學報，2000，17（2）：116-119.

［3］吳兆蘇，魏樊中.長江下游地區小麥品種更替中產量及有關性狀的演變與發展方向[J].中國農業科學，1984，17（3）：14-22.

［4］莊巧生，杜振華.中國小麥育種研究進展[M].北京：中國農業出版社，1996：1-14.

［5］徐兆飛.山西小麥[M].北京：中國農業出版社，2006：9-12.

［6］王瑞，寧錕，王怡，等.普通小麥穗部性狀的遺傳與相關分析[J].河南農業大學學報，1997，31（1）：17-21.

［7］范永勝，趙宗武，馬志華，等.超級小麥品種穗部性狀間相關性分析及穗粒數改良途徑的研究[J].中國種業，2007（7）：38-40.

［8］余澤高，許立俊.小麥穗部性狀間的相關及穗粒數改良途徑的研究[J].湖北農業科學，2002（6）：38-40.

［9］王佳佳，王盈盈，張照貴，等.小麥穗部性狀和株高的QTL定位[J].分子植物育種，2015，13（1）：77-84.

［10］李哲清，趙萬春，杜軍志.不同灌溉模式對冬小麥穗部性狀及籽粒產量的影響[J].河南農業科學，2013，42（12）：33-36．

［11］田紀春，鄧志英，胡瑞波，等.不同類型超級小麥產量構成因素及籽粒產量的通徑分析[J].作物學報，2006，32（11）：1699-1705.

［12］宋志偉，楊首樂.春性小麥品種主要農藝性狀與產量的相關及通徑分析[J].中國農學通報，2006（5）：174-176．

［13］王漢民.華北地區小麥產量構成因素的相關和通徑分析[J].現代農業科技，2006（4）：55-56．

［14］王繼濱，李鳳云，李紅芹，等.黃淮冬麥區旱地區試小麥產量與產量三因素通徑分析[J].中國農學通報，2005（1）：142-143.

［15］姚國才，姚金保，楊學明，等.長江中下游小麥品種產量性狀的遺傳相關和通徑分析[J].南京農專學報，2002，18（4）：11-14.

［16］侯遠玉.小麥品種間不同穗粒數與粒重的變異[J].四川農業大學學報，1997，15（2）：218-222．

［17］王瑞，寧錕，王怡，等.普通小麥穗部性狀的遺傳與相關分析[J].河南農業大學學報，1997，31（1）：17-22．

［18］劉朝輝，李江偉，蔣志凱，等.河南省小麥區試品種（系）產量與產量構成因素的相關和通徑分析[J].山東農業科學，2013，45（9）：26-28，32.

［19］郭天財，朱云集，沈天民，等.重穗型小麥品種窄行密植公頃產量超10 t配套栽培技術探討[J].河南農業科學，2006（3）：25-28.

［20］魏艷麗，王彬龍，李瑞國，等.大穗小麥穗部性狀的遺傳分析[J].麥類作物學報，2015，35（10）：1366-1371.

［21］許為鋼，胡琳，吳兆蘇，等.關中地區小麥品種產量與產量結構遺傳改良的研究[J].作物學報，2000，26（3）：352-358.

［22］胡廷吉，趙擅方.小麥高產育種中產量性狀的相關及其改良[J].華北農學報，1997，12（3）：17-21.

［23］張明響.黃淮麥區不同小麥品種的產量及其相關因素分析[D].北京：中國農業科學院，2013.

［24］成雪峰，張鳳云，柴守璽.灌水處理對春小麥穗部性狀和產量的影響[J].干旱區農業研究，2000（3）：15-17．

［25］董克勤，諸德輝，趙昌平，等.品種類型與營養生長積溫對小麥穗部性狀的影響[J].華北農學報，1994，9（3）：39-43.

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Analysis on Spike and Grain Characters of Wheat Cultivars Registered in Shanxi Province

ZHANGDongxu，ZHANGJunling，YANJinlong，SUNMeirong，ZHANGShubin
（Institute ofMillet，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Changzhi 046011，China）

To systematically understand the spike and grain characters of wheat cultivars,twelve wheat traits（spike length,grain number per spike,sterile spikelet,grains per spike,plant height,1 000-grain quality,grain plumpness,spike shape,awn shape,grain shape,grain color,grain quality）of 321 varieties bred in different places of Shanxi province were analyzed.The results showed that the coefficient of variation of wheat's 1 000-grain quality was the smallest,and the coefficient of variation of wheat grains per spike and related traits were more bigger,which showd that the 1 000-grain quality in wheat varieties was the most stable,and the number ofgrains ber spike was rich in genetic basis.There were significant different in panicle and grain traits among different places of Shanxi province. Spike length and grain number per spike of wheat varieties in the Changzhi area was the best,1 000-grain quality of wheat varietiea in the Yuncheng area was the highest.Spike length and spikelet number were significantly correlated with the number of grains per spike. The improvement of spike length could effectively improve the grains per spike.There was a negative correlation between 1 000-grain qualityand the grains per spike,and a positive correlation between 1 000-grain quality and the plant height.Accordingto the phenotypic traits of spike and grain,the tested varieties were clustered into 3 groups,the first one was medium grains per spike and medium grain quality,accounted for 40.51%of the tested materials,the second one was multiple more grains per spike and medium grain quality, accounted for 20.57%,the third one was less grains per spike and larger grain quality,accounted for 38.92%.The results showed that the current development direction ofwheat in Shanxi is mainlyin the mediumgrains per spike

wheat;spike characters;grain characters;comparative analysis;correlation analysis;cluster analysis

S512.1

：A

：1002-2481（2017）06-0867-06

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.06.01

2017-03-08

山西省科技攻關項目（201603D221001）；山西省農業科學院重點攻關項目（YGG1643）；山西省農業科學院育種工程項目（16yzgc059）

張東旭（1982-），男，山西黎城人，助理研究員，碩士，主要從事小麥育種與栽培研究工作。