旱地小麥高代新品系的農(nóng)藝性狀

吳秀寧，張軍，于浩世

（1.商洛學(xué)院 健康管理學(xué)院，陜西商洛726000；2.商洛學(xué)院 生物醫(yī)藥與食品工程學(xué)院，陜西商洛726000）

小麥?zhǔn)顷兾魇〉闹饕Z食作物，常年種植面積約120萬(wàn)公頃，其中旱地小麥面積占70%左右[1]。由于地理位置特殊，干旱已成為陜西最大的氣候?yàn)?zāi)害[2]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，1961—2006年陜西平均受旱面積為48.7%，2001年高達(dá)91.9%[3]。在全球變暖的大背景下，小麥全生育期遭受干旱的風(fēng)險(xiǎn)呈上升趨勢(shì)[4]。因此，選育（用）抗旱豐產(chǎn)性好的小麥新品種對(duì)保障陜西及同類(lèi)型生態(tài)區(qū)的糧食生產(chǎn)具有重要的意義。

科學(xué)、準(zhǔn)確地鑒定和篩選新品系，是關(guān)系作物抗旱育種成效的主要環(huán)節(jié)。抗旱性評(píng)價(jià)多以外設(shè)脅迫來(lái)鑒定萌發(fā)期等特定生育階段的品種（系）抗旱性能[4-5]。多采用生理指標(biāo)和農(nóng)藝性狀相結(jié)合來(lái)評(píng)價(jià)品種（系）的生產(chǎn)能力[1,4,6-7]。這些報(bào)道為后續(xù)研究提供了較好地借鑒和參考。而高代品系類(lèi)型復(fù)雜、種子量少，很難對(duì)其進(jìn)行特定生育期抗旱性評(píng)價(jià)，加之（室內(nèi)）模擬干旱逆境下的研究也難以代表大田的真實(shí)情況。本研究以課題組選育地26份旱地小麥高代新品系為材料，通過(guò)對(duì)其田間自然生長(zhǎng)條件下的農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析，并依據(jù)性狀進(jìn)行聚類(lèi)，以期為科學(xué)合理地鑒定新品系提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與材料

試驗(yàn)于2017—2018年在商洛學(xué)院秦嶺植物良種繁育中心張村小麥育種試驗(yàn)田進(jìn)行。試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，土壤質(zhì)地屬褐土。肥力水平中等，有機(jī)質(zhì)17.7 g·kg－1，速效氮58.12 mg·kg－1，速效磷18.71 mg·kg－1，速效鉀93.72 mg·kg－1。播種前結(jié)合整地施復(fù)合肥（N-P2O5-K2O：14-16-15）、尿素10 kg·hm－2。試驗(yàn)為間比排列，小區(qū)長(zhǎng)5m，寬1.34m，5行區(qū)。2017年10月30日人工開(kāi)溝種植，播種密度為20萬(wàn)株/公頃。全生育期無(wú)灌溉，適期進(jìn)行人工除草，成熟期及時(shí)人工收獲。2018年4月7日遭遇倒春寒。其余管理措施參照小麥區(qū)域試驗(yàn)田。

供試材料為小麥育種團(tuán)隊(duì)2016年出圃的26份高代品系，選用商洛地區(qū)小麥區(qū)試試驗(yàn)對(duì)照品種小偃15為對(duì)照。

1.2 指標(biāo)測(cè)定

田間記載凍害率、抽穗期、穗數(shù)、株高。凍害率為低溫（最低溫度約6℃）發(fā)生72 h后，參考安曉東等[8]方法進(jìn)行調(diào)查。每小區(qū)取中間1 m固定樣段，成熟后在樣段內(nèi)隨機(jī)選取10株帶回室內(nèi)考種，測(cè)定穗下莖節(jié)長(zhǎng)、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)。混合脫粒后測(cè)定千粒重、籽粒飽滿(mǎn)度。籽粒飽滿(mǎn)度劃分為5級(jí)，即1（差）、2（較差）、3（中）、4（較飽）、5（飽滿(mǎn)）。小區(qū)全部收獲脫粒曬干，測(cè)定產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖，SPSS 22進(jìn)行變異性分析和相關(guān)性分析。聚類(lèi)時(shí)將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)轉(zhuǎn)換，后在歐式距離水平上采用離差平方和法進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同小麥高代品系主要農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)

不同小麥高代品系主要農(nóng)藝性狀見(jiàn)表1。

表1 供試品系及其主要農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

由表1可得，供試品系的凍害率、穗數(shù)、株高、穗下莖節(jié)長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量存在較大差異，而抽穗期、穗長(zhǎng)、飽滿(mǎn)度差異較小。以?xún)龊β省⑺霐?shù)、株高和抽穗期為例，品系27、25的凍害率最為嚴(yán)重，分別為80.1%和70.3%；品系12最低，為0.6%。品系27、13的穗數(shù)較多，分別為832.9、821.3萬(wàn)/公頃；品系11最少，為493.4萬(wàn)/公頃。品系28株高最大，為90.4 cm，品系23、20最低，分別為74.4 cm、74.3 cm。其余品系（種）介于二者之間。品系15和品系12抽穗期分別為4月16日和4月17日，品系7等10個(gè)品系（種）為4月18日，品系1等16個(gè)品系為4月19日。

2.2 農(nóng)藝性狀的變異性分析

供試品系（種）的變異系數(shù)見(jiàn)表2。其中，凍害率的變異系數(shù)最大，為115.8%；其次為穗粒數(shù)和飽滿(mǎn)度，變異系數(shù)分別為30.1%和22.7%；穗數(shù)、穗下莖節(jié)長(zhǎng)、千粒重和產(chǎn)量的變異系數(shù)介于11.6%～16.6%。株高的變異系數(shù)最小，為5.4%。可見(jiàn)供試品系的農(nóng)藝性狀上具有較大的變異程度。

表2 供試品系主要農(nóng)藝性狀變異

2.3 農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

由表3可得，產(chǎn)量與凍害率、穗數(shù)均在0.01水平上負(fù)相關(guān)。株高與穗粒數(shù)在0.05水平上正相關(guān)。穗粒數(shù)與凍害率在0.05水平上顯著負(fù)相關(guān)、與穗數(shù)則在0.01水平上負(fù)相關(guān)。飽滿(mǎn)度與凍害率在0.05水平上正相關(guān)、與千粒重在0.01水平上極顯著正相關(guān)。

表3 供試品系主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

2.4 農(nóng)藝性狀的聚類(lèi)分析

對(duì)供試品系的10個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行聚類(lèi)分析（圖1），26份小麥高代品系在歐式距離為11時(shí)可以劃分為5個(gè)類(lèi)群（表4）。第Ⅰ類(lèi)群包括7個(gè)品系，依次為7、9、11、12、16、17、19和對(duì)照。這一類(lèi)群凍害率較低、株高較低、穗數(shù)中等、穗粒數(shù)較多，其中品系12較對(duì)照小偃15增產(chǎn)3.8%（為方便分析，對(duì)照產(chǎn)量取平均值4 591.6 kg·hm-2，下同）。第Ⅱ類(lèi)群包括14個(gè)品系，依次為1、2、3、4、6、10、14、18、20、22、23、24、26和28，本類(lèi)群凍害率和株高相對(duì)較高、穗數(shù)較低、千粒重較大，除品系1和6較對(duì)照增產(chǎn)4.1%和1.6%外，其余品系產(chǎn)量均不同程度地低于對(duì)照。第Ⅲ類(lèi)群包括5和13號(hào)2個(gè)品系，凍害率相對(duì)較大、穗數(shù)較大、株高較高，產(chǎn)量均低于對(duì)照。第Ⅳ類(lèi)群包括25和27號(hào)2個(gè)品系，凍害率最大、穗數(shù)較大、株高最高、穗粒數(shù)較低、千粒重較大，產(chǎn)量低于對(duì)照。第Ⅴ類(lèi)群只有15號(hào)這1個(gè)品系，凍害率較低，千粒重最大，產(chǎn)量低于對(duì)照1.7%。

表4 各類(lèi)群主要農(nóng)藝性狀平均值

圖1 旱地小麥高代新品系的主要農(nóng)藝性狀的聚類(lèi)分析

3 討論與結(jié)論

科學(xué)、準(zhǔn)確地篩選高代品系是小麥育種的重要環(huán)節(jié)。受高代品系數(shù)量多且類(lèi)型復(fù)雜等特點(diǎn)，對(duì)新品系的鑒定多是基于產(chǎn)量等單個(gè)性狀、參考田間調(diào)查結(jié)果進(jìn)行決選[9]，育種過(guò)程中缺乏綜合、定量的統(tǒng)計(jì)分析。加之受育種者主觀(guān)因素，難免會(huì)造成決選失誤，使得一些綜合性狀優(yōu)良的品系被淘汰。聚類(lèi)分析可克服上述缺陷，在評(píng)價(jià)小麥[6,10,11]、玉米[12]、花生[13]、水稻[14]、棉花[15]、馬鈴薯[16]等作物優(yōu)劣的真實(shí)性方面受到了眾多學(xué)者的認(rèn)可。本試驗(yàn)中，通過(guò)聚類(lèi)將27份小麥參試材料分為5個(gè)類(lèi)群。第Ⅰ類(lèi)群的7個(gè)品系綜合性狀與對(duì)照接近，屬低稈、中等穗數(shù)、多粒類(lèi)型。本類(lèi)型品系可進(jìn)入品系比較試驗(yàn)。第Ⅱ類(lèi)群的14個(gè)品系穗數(shù)較低，其中品系1和6較對(duì)照增產(chǎn)4.1%和1.6%，品系10減產(chǎn)0.1%。這些品系綜合性狀優(yōu)良，在繼續(xù)試驗(yàn)觀(guān)察的同時(shí)，根據(jù)各自農(nóng)藝性狀特點(diǎn)加以改造利用。

產(chǎn)量為數(shù)量性狀，是作物遺傳特性和外界環(huán)境共同作用的結(jié)果[17]。農(nóng)藝性狀具有表現(xiàn)直觀(guān)、便于識(shí)別、與生產(chǎn)直接相關(guān)等特點(diǎn)，在分子標(biāo)記快速發(fā)展的今天，作物品種改良很大程度上依賴(lài)于農(nóng)藝性狀的研究[18]。郭瑞林等[19]研究認(rèn)為參與聚類(lèi)的性狀并非越多越好，應(yīng)選取能反映資源客觀(guān)實(shí)際的性狀。前人研究多選用產(chǎn)量及其構(gòu)成要素、株高等農(nóng)藝性狀用于聚類(lèi)分析[9,11,18-20]，本試驗(yàn)將抽穗期、籽粒飽滿(mǎn)度，特別是首次將凍害率列入其中，取得了較為滿(mǎn)意的結(jié)果。經(jīng)歷倒春寒后，凍害率與小麥產(chǎn)量極顯著負(fù)相關(guān)、與穗粒數(shù)顯著負(fù)相關(guān)、而與飽滿(mǎn)度呈顯著正相關(guān)、與千粒重極顯著正相關(guān)。可見(jiàn)將凍害率作為主要農(nóng)藝性狀參與聚類(lèi)分析是可行的。就倒春寒對(duì)小麥生長(zhǎng)影響而言，低溫降低了單株穗粒數(shù)、相對(duì)提高了每粒的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)[21]，表現(xiàn)為低溫后籽粒飽滿(mǎn)度和千粒重呈增加趨勢(shì)。此外，生產(chǎn)實(shí)踐表明小偃系列小麥品種在陜西旱塬區(qū)域表現(xiàn)出較好的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性，本試驗(yàn)選用的對(duì)照品種小偃15自2006年起至今為商洛地區(qū)小麥區(qū)域試驗(yàn)對(duì)照品種，小偃22自2001年起為陜西省小麥區(qū)試對(duì)照品種[21]。在全球氣候變化不穩(wěn)定的背景下，豐富育種基礎(chǔ)材料的遺傳多樣性是提高小麥育種水平的必由之路。