旱作雨養(yǎng)條件下小麥農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量及抗旱性的關(guān)系

閆金龍，張俊靈，張東旭，馮麗云，張樹(shù)彬

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所，山西長(zhǎng)治046011）

小麥?zhǔn)俏覈?guó)乃至全世界的主要糧食作物，2016 年，我國(guó)小麥播種面積為2 418.7 萬(wàn)hm2，占全國(guó)糧食作物播種面積的21.4%，占全國(guó)農(nóng)作物播種面積的14.5%，占全球小麥播種面積的10.9%，小麥生產(chǎn)直接關(guān)系著國(guó)家的糧食安全[1]。華北平原是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地，在保證國(guó)家糧食安全方面發(fā)揮著舉足輕重的作用[2]。在我國(guó)華北及西北地區(qū)，干旱是限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素，小麥種植區(qū)主要處于干旱半干旱地區(qū)，小麥的生長(zhǎng)發(fā)育完全依賴(lài)于自然降雨，水資源短缺是影響小麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最主要因素[3-4]。選育抗旱高產(chǎn)小麥品種是提高小麥品種抗旱性、提高小麥單產(chǎn)水平、保證國(guó)家糧食安全和可持續(xù)發(fā)展最基本最經(jīng)濟(jì)有效的途徑之一。

在抗旱品種選育過(guò)程中，對(duì)于應(yīng)該選擇什么樣的品種前人研究較多，李升東等[5]通過(guò)研究不同基因型小麥歸一化植被指數(shù)與產(chǎn)量的關(guān)系認(rèn)為，在旱地保護(hù)性耕作條件下，歸一化植被指數(shù)與產(chǎn)量及抗旱性呈顯著正相關(guān)，可以將歸一化植被指數(shù)作為評(píng)價(jià)抗旱性的一個(gè)重要指標(biāo)。閆金龍等[6-8]也對(duì)歸一化植被指數(shù)進(jìn)行了研究，認(rèn)為歸一化植被指數(shù)是一個(gè)可靠的評(píng)價(jià)指標(biāo)。張輝[9]通過(guò)研究不同年份小麥產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀的關(guān)系認(rèn)為，小麥品種選擇時(shí)應(yīng)充分考慮各個(gè)性狀特征之間的關(guān)系，協(xié)調(diào)好各農(nóng)藝性狀之間的關(guān)系，才能獲得相對(duì)較高的產(chǎn)量。但真正指導(dǎo)旱地品種怎么選擇，以哪些表型性狀為目標(biāo)進(jìn)行選擇的研究相對(duì)較少。

本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)重組自交系F3群體（長(zhǎng)6878×長(zhǎng)4738）在旱作雨養(yǎng)（drought stress，DS）條件下的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及抗旱性的關(guān)系進(jìn)行研究，旨在為旱地小麥品種選育提供一定的思路與方向。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料選擇具有220 個(gè)株系F3重組自交系群體，該群體是以山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所選育的抗旱品種長(zhǎng)6878 為母本，以該所選育的節(jié)水高產(chǎn)品種長(zhǎng)4738 為父本雜交構(gòu)建而成。

1.2 試驗(yàn)地概況

田間試驗(yàn)在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所試驗(yàn)基地進(jìn)行，該地位于黃淮冬麥區(qū)與北部冬麥區(qū)銜接處，東經(jīng)113°07′，北緯36°12′，海拔926.5 m，常年降雨量550 mm 左右，大于0 ℃有效積溫4 200～4 700 ℃。試驗(yàn)田土壤屬于淡栗鈣土，前茬作物為小麥，土壤肥力均勻，灌溉便利。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2014 年9 月23 日播種，設(shè)置旱作雨養(yǎng)（drought stress，DS）和正常灌溉（well-watered，WW）2 種種植條件，即將小麥分別播種于灌溉田塊（于越冬期、返青期飽和澆水）和雨養(yǎng)田塊（全生育期不澆水，試驗(yàn)期間小麥全生育期降雨239.2 mm，低于常年305 mm）2 種水分條件，行長(zhǎng)3 m，行距25 cm，兩行區(qū)每行60 粒，用TPJ-150 自走式播種機(jī)點(diǎn)播，全生育期管理（除草、防病蟲(chóng)害等）同大田管理。

1.4 農(nóng)藝性狀調(diào)查及產(chǎn)量測(cè)定

農(nóng)藝性狀只調(diào)查雨養(yǎng)田塊，調(diào)查的農(nóng)藝性狀有株高、穗長(zhǎng)、每穗小穗數(shù)、每穗不育小穗數(shù)、穗粒數(shù)、分蘗。其中，株高在田間調(diào)查，2 行區(qū)每行隨機(jī)選取兩點(diǎn)量株高，4 點(diǎn)平均值為該品系株高。穗長(zhǎng)、每穗小穗數(shù)、每穗不育小穗數(shù)、穗粒數(shù)、分蘗在室內(nèi)調(diào)查，在田間每行選取5 株即每個(gè)品系選取10 株，小區(qū)收獲前拔單株帶回考種室調(diào)查。

在小麥完全成熟后，雨養(yǎng)田塊和灌溉田塊均按小區(qū)全部實(shí)收，單獨(dú)脫粒晾干計(jì)產(chǎn)（前期拔回的單株脫粒計(jì)入），并考察其千粒質(zhì)量。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Office Excel 2007 進(jìn)行數(shù)據(jù)初期統(tǒng)計(jì)，用PASWStatistics 18 進(jìn)行數(shù)據(jù)后期相關(guān)分析。

式中，DI 表示抗旱指數(shù)；GYS.D為品系雨養(yǎng)條件下的籽粒產(chǎn)量；GYS.W為品系灌溉條件下的籽粒產(chǎn)量；GYAS.W為群體灌溉條件下的籽粒產(chǎn)量的均值；GYAS.D為群體雨養(yǎng)條件下的籽粒產(chǎn)量的均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)分析

從表1 可以看出，群體各性狀指數(shù)表型變異廣泛，由大到小依次為抗旱指數(shù)＞不育小穗數(shù)＞干旱產(chǎn)量＞灌溉產(chǎn)量＞分蘗數(shù)＞穗粒數(shù)＞穗長(zhǎng)＞千粒質(zhì)量＞株高＞每穗小穗數(shù)。其中，變異系數(shù)較大的有抗旱指數(shù)、不育小穗數(shù)、產(chǎn)量，說(shuō)明在這些性狀上不同品系間有較大的差異。

表1 小麥群體農(nóng)藝性狀及小區(qū)產(chǎn)量表現(xiàn)

2.2 旱作雨養(yǎng)條件下農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量及抗旱指數(shù)相關(guān)分析

由表2 可知，旱作條件下的產(chǎn)量與株高、千粒質(zhì)量、每穗小穗數(shù)、穗粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.358，0.331，0.169，0.211（P＜0.01），與分蘗數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.148（P＜0.05）。說(shuō)明旱作條件下，株高、千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)是決定產(chǎn)量的主要因素。旱作條件下的產(chǎn)量與抗旱指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.858（P＜0.01），說(shuō)明抗旱指數(shù)對(duì)衡量品種抗旱性具有一定的指導(dǎo)作用。產(chǎn)量與穗長(zhǎng)和不育小穗數(shù)相關(guān)不顯著。

表2 旱作雨養(yǎng)條件下小麥農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量及抗旱指數(shù)相關(guān)性

2.3 農(nóng)藝性狀之間相關(guān)性分析

由表2 可知，旱作雨養(yǎng)條件下株高與千粒質(zhì)量、穗長(zhǎng)、抗旱指數(shù)都呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.331，0.193，0.242；與不育小穗數(shù)呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為0.138，說(shuō)明旱作條件下只有保證一定的株高，通過(guò)提高植株生物產(chǎn)量來(lái)增加產(chǎn)量相關(guān)要素，從而增加籽粒產(chǎn)量。株高與每穗小穗數(shù)、穗粒數(shù)、分蘗數(shù)相關(guān)不顯著。

旱作雨養(yǎng)條件下分蘗數(shù)與產(chǎn)量、千粒質(zhì)量、穗長(zhǎng)、每穗小穗數(shù)、穗粒數(shù)呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.148（P ＜0.05），-0.155（P ＜0.05），-0.157（P＜0.05），-0.242（P＜0.01），-0.326（P＜0.01），說(shuō)明在旱地品種的選育過(guò)程中不能一味地追求分蘗能力過(guò)強(qiáng)的品種，在水資源限制的條件下，分蘗能力過(guò)強(qiáng)或群體過(guò)大會(huì)影響后期穗部性狀的發(fā)育，減少穗粒數(shù)及千粒質(zhì)量，降低穗粒質(zhì)量，進(jìn)而影響整體產(chǎn)量的形成（表2）。

抗旱指數(shù)與株高、千粒質(zhì)量、每穗小穗數(shù)、分蘗數(shù)呈顯著或極顯著相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.242（P＜0.01），0.306（P＜0.01），0.141（P＜0.05），-0.212（P＜0.01），抗旱指數(shù)與株高和千粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明抗旱性強(qiáng)的品種首先得有一定的株高，保證其生物產(chǎn)量才能獲得一定的籽粒產(chǎn)量，同時(shí)，抗旱性好的品種在干旱脅迫下能正常灌漿，具有較高的千粒質(zhì)量，而抗旱性差的品種在水分缺乏的情況下其生長(zhǎng)及后期灌漿都不能正常進(jìn)行，影響其產(chǎn)量的形成（表2）。

穗長(zhǎng)與每穗小穗數(shù)、穗粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與分蘗數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，但與產(chǎn)量及抗旱指數(shù)相關(guān)性不顯著，說(shuō)明穗長(zhǎng)可能與產(chǎn)量及抗旱性關(guān)系不大，主要是由品種特性所決定的。每穗小穗數(shù)與產(chǎn)量、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、不育小穗數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與分蘗數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)（表2）。

3 討論

3.1 產(chǎn)量與株高的關(guān)系

研究表明，植株生物產(chǎn)量是籽粒產(chǎn)量的基礎(chǔ)，籽粒產(chǎn)量與生物產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，高產(chǎn)栽培和育種中適當(dāng)提高株高有利于提高小麥產(chǎn)量[10]。張俊靈等[11]通過(guò)研究近30 a 間國(guó)家北部冬麥區(qū)旱地小麥長(zhǎng)治區(qū)試點(diǎn)參試品種試驗(yàn)資料得出，旱地條件下產(chǎn)量與株高呈極顯著相關(guān)，認(rèn)為旱地品種高產(chǎn)的前提是具有一定的株高。本研究中，株高與抗旱指數(shù)及產(chǎn)量都成極顯著正相關(guān)，由于該試驗(yàn)處于旱作雨養(yǎng)條件下，水分是限制產(chǎn)量的重要因素，只有品系本身具有一定的株高潛力，并且對(duì)水分敏感程度較低，才能在旱作條件下從田間競(jìng)爭(zhēng)中得到相應(yīng)的生物學(xué)產(chǎn)量，從而形成籽粒產(chǎn)量。同時(shí)也說(shuō)明，干旱脅迫下株高在一定程度上可以反映品系的抗旱性，預(yù)測(cè)品系產(chǎn)量，可以作為旱地小麥品種選育的一個(gè)重要指標(biāo)。

3.2 產(chǎn)量與分蘗的關(guān)系

分蘗是小麥的重要生物學(xué)特性之一，分蘗的多少，生長(zhǎng)的強(qiáng)弱，都標(biāo)志著小麥群體結(jié)構(gòu)是否合理，也直接影響著小麥的產(chǎn)量高低[12]。徐大勝等[13]研究認(rèn)為，控制無(wú)效分蘗過(guò)多增生，塑造旗葉和倒二葉健挺的株型，建立開(kāi)花后光合產(chǎn)物積累多、向籽粒分配比例大的合理群體結(jié)構(gòu)，提高生育后期的根系活力，有利于延緩衰老，提高粒質(zhì)量，進(jìn)而增加產(chǎn)量。本研究中在旱作雨養(yǎng)條件下，分蘗與產(chǎn)量、抗旱指數(shù)、千粒質(zhì)量、穗長(zhǎng)、每穗小穗數(shù)、穗粒數(shù)都呈顯著負(fù)相關(guān)，該試驗(yàn)?zāi)攴菰囼?yàn)地屬于干旱年份，說(shuō)明在干旱情況下分蘗過(guò)多不利于后期產(chǎn)量的形成，分蘗過(guò)多會(huì)影響小麥穗部性狀的發(fā)育，降低穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量。在旱地品種的選育過(guò)程中，基于高產(chǎn)必需群體要求育種工作者選擇具有一定分蘗能力的品種，但由于干旱而出于水資源利用考慮又要求不能選擇分蘗過(guò)多的品種，把握好這個(gè)閾值很關(guān)鍵。

3.3 產(chǎn)量與穗部性狀的關(guān)系

小麥產(chǎn)量的形成與小麥穗部性狀具有密切的關(guān)系。王繼濱等[14]通過(guò)研究黃淮冬麥區(qū)旱地區(qū)試小麥產(chǎn)量與產(chǎn)量3 因素關(guān)系認(rèn)為，選育旱地小麥品種時(shí)應(yīng)注重協(xié)調(diào)好產(chǎn)量3 因素間的關(guān)系，在取得一定群體穗數(shù)的基礎(chǔ)上，以千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)為重點(diǎn)性狀。田紀(jì)春等[15-18]也對(duì)小麥產(chǎn)量和穗部性狀間關(guān)系進(jìn)行研究，認(rèn)為小麥穗部性狀對(duì)小麥產(chǎn)量有著決定性的作用。本研究在旱作雨養(yǎng)條件下對(duì)小麥穗部性狀分析結(jié)果顯示，千粒質(zhì)量、每穗小穗數(shù)、穗粒數(shù)都與產(chǎn)量及抗旱指數(shù)呈極顯著正相關(guān)。說(shuō)明在干旱脅迫條件下，千粒質(zhì)量、每穗小穗數(shù)、穗粒數(shù)是決定產(chǎn)量的主要因素。

3.4 產(chǎn)量與抗旱指數(shù)的關(guān)系

在旱作雨養(yǎng)條件下，水分是限制小麥產(chǎn)量的主要因素，在品種選育及品種推廣中都應(yīng)把抗旱性作為最主要的考慮因素。冀天會(huì)等[19-20]通過(guò)比較研究認(rèn)為，抗旱指數(shù)是目前最適用于小麥抗旱育種和區(qū)域試驗(yàn)的綜合性的抗旱鑒定指標(biāo)。本研究在旱作雨養(yǎng)條件下的產(chǎn)量與抗旱指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明干旱條件下品種抗旱性的強(qiáng)弱對(duì)產(chǎn)量的影響最為重要。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，旱作條件下的株高、千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)、每穗小穗數(shù)在一定程度上能反映品種的抗旱性，可以作為旱地小麥品種選育的表型指標(biāo)。旱作條件下分蘗過(guò)多會(huì)影響小麥穗部性狀的發(fā)育，降低穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量，在旱地品種選育中，應(yīng)選擇分蘗力中等成穗率高的品種。旱作條件下品種的抗旱性對(duì)最終產(chǎn)量的形成至關(guān)重要，在旱地品種選育和推廣中應(yīng)選擇旱作豐產(chǎn)性好的品種。