陜西省冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素演變規(guī)律

馮 帆 ，秦曉梁

(1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 生物工程分院，陜西 楊凌 712100；2. 西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

隨著育種的進(jìn)行和栽培技術(shù)的優(yōu)化，我國小麥產(chǎn)量顯著增加，但中國仍面臨著巨大的人口壓力，單產(chǎn)提升仍是小麥育種和生產(chǎn)的目標(biāo)之一[1]。小麥單產(chǎn)的提高與品種更替密切相關(guān)，育種家定向選擇改變了冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)。二十世紀(jì)六十年代育種家將矮稈基因引入小麥中，有效地降低了小麥株高，提高了穗粒數(shù)，使產(chǎn)量獲得進(jìn)一步提升[2]。小麥穗是由多個(gè)小花組成，大多數(shù)可育小花形成籽粒，其余小花則退化，不同小花間發(fā)育具有不平衡性[3]。第一、二粒位(GP1、GP2)上的小花優(yōu)先發(fā)育，籽粒數(shù)目和大小明顯高于第三、四粒位(GP3、GP4)[4～5]。陜西省是中國冬小麥生產(chǎn)主要麥區(qū)之一，近年來幾次較大品種更替使產(chǎn)量得到顯著提升，但穗粒數(shù)、粒重在粒位間如何表現(xiàn)及引入矮稈基因?qū)﹃兾魇《←湲a(chǎn)量具有什么影響鮮有報(bào)道。基于此，試驗(yàn)以陜西省不同育成年代冬小麥品種為供試材料，探究品種更替中產(chǎn)量構(gòu)成的演變規(guī)律，為冬小麥育種工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2016年10月至2017年6月在西北農(nóng)林科技大學(xué)斗口小麥玉米綜合試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)0～20 cm耕層土壤含有機(jī)質(zhì)15.75 g·kg-1，全氮1.19 g·kg-1，速效磷22.50 mg·kg-1，速效鉀249.43 mg·kg-1，pH值為8.42。冬小麥生長期間降雨142.70 mm，冬季人工灌溉15 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料為陜西省10個(gè)代表性品種(表1)，采用單因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共計(jì)30個(gè)小區(qū)，行距25 cm，種植密度為15.34萬基本苗·667 m-2。施肥量為純N 15 kg·667 m-2(尿素)、P2O58 kg·667 m-2(過磷酸鈣)、KCl 6 kg·667 m-2(氯化鉀)，播種前一次性施入。對于間代表性冬小麥品種(碧螞1號、西農(nóng)6028、豐產(chǎn)3號)，種植期間使用繩棍支撐，預(yù)防群體倒伏的發(fā)生。

表1 供試材料相關(guān)信息

1.3 測定項(xiàng)目與方法

產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成：小麥成熟期時(shí)在各小區(qū)收獲生長均勻的1 m行長，測定穗粒數(shù)和單位面積穗數(shù)，脫粒后測定產(chǎn)量和千粒重。

產(chǎn)量指標(biāo)遺傳增益由公式1[6]得出：

ln((GYi)=a+bYi+u

(1)

粒位粒數(shù)、平均粒重：小麥成熟后各小區(qū)取20個(gè)穗，烘箱80℃至恒重后，按圖1將籽粒進(jìn)行分類，測定不同粒位籽粒數(shù)目并稱重，計(jì)算平均粒重。麥穗各籽粒位置如圖1所示。

圖1 麥穗不同粒位示意

不同粒位對穗粒數(shù)、粒重相對貢獻(xiàn)率由公式2[7]得出：

(2)

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SAS軟件數(shù)據(jù)分析，使用Microsoft軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 品種更替中產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的變化

陜西省冬小麥品種更替中，產(chǎn)量極顯著增加，產(chǎn)量年遺傳增益為0.55%(表2)。穗粒數(shù)、千粒重在品種更替中表現(xiàn)為相同的變化規(guī)律，年遺傳增益分別為0.49%和0.45%，穗數(shù)在品種更替中略微下降，年遺傳增益為-0.16%，但并不顯著(P>0.05)。

表2 供試材料產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

2.2 產(chǎn)量構(gòu)成因素通徑分析

由表3可得，陜西省冬小麥品種更替中，對產(chǎn)量增加貢獻(xiàn)最大的是穗粒數(shù)的增加(總效應(yīng)為0.66，P<0.01)，其次是千粒重的增加(總效應(yīng)為0.52，P<0.01)，而穗數(shù)則對產(chǎn)量增加作用未達(dá)到顯著水平。穗粒數(shù)的增加對品種更替中產(chǎn)量提升的直接作用最大(0.60，P<0.01)。

表3 供試材料產(chǎn)量構(gòu)成通徑分析

2.3 品種更替中各粒位粒數(shù)、粒重的變化

由圖2、圖3可得，不同粒位粒數(shù)、粒重均符合GP1>GP2>GP3>GP4的變化規(guī)律。陜西省冬小麥品種更替中，GP1、GP2、GP3、GP4的粒數(shù)、粒重均具有極顯著增加的變化規(guī)律。

圖2 供試材料各粒位粒數(shù)

圖3 供試材料各粒位粒重

由圖4可得，陜西省冬小麥品種更替中，粒位對穗粒數(shù)和粒重相對貢獻(xiàn)均符合GP1>GP2>GP3>GP4的變化規(guī)律。GP1、GP2位對穗粒數(shù)相對貢獻(xiàn)極顯著降低，GP3、GP4位顯著上升，但明顯低于GP1、GP2位。各粒位對粒重的相對貢獻(xiàn)則與穗粒數(shù)表現(xiàn)不同，GP1、GP2、GP3對粒重的相對貢獻(xiàn)在品種更替中表現(xiàn)為下降的趨勢，GP1、GP3位分別達(dá)到顯著和極顯著水平，GP4位則極顯著上升，但與GP1、GP2、GP3位差距較大。

圖4 供試材料各粒位對穗粒數(shù)、粒重的相對貢獻(xiàn)率

3 結(jié)論與討論

近年來，因冬小麥品種改良和栽培措施改進(jìn)，陜西省冬小麥單產(chǎn)顯著增加，我國冬小麥產(chǎn)量也得到大幅度提升。結(jié)果顯示，陜西省冬小麥品種更替中，產(chǎn)量、穗粒數(shù)、千粒重極顯著增加，穗數(shù)無顯著變化。該結(jié)果與前人研究結(jié)果相似[8]，但不同于Xiao[9]等的研究結(jié)果，后者發(fā)現(xiàn)冬小麥品種更替中穗數(shù)顯著下降。筆者研究中發(fā)現(xiàn)穗數(shù)雖有所下降，但并未達(dá)到顯著水平。

矮稈基因的引入可促進(jìn)小麥產(chǎn)量增加，對穗粒數(shù)具有增加效應(yīng)，對千粒重具有減低效應(yīng)，對穗數(shù)無影響效應(yīng)[10]。筆者研究中包含1或2個(gè)矮稈基因的材料，其產(chǎn)量、穗粒數(shù)均要高于其他材料，該結(jié)論與前人相似。但其千粒重同樣顯著較高，這與前人研究不同，可能是因?yàn)榍叭舜蠖嗍褂媒然蛳禐檠芯坎牧希贸霭捇蚩山档颓ЯＶ氐慕Y(jié)論。本試驗(yàn)中供試材料親本來源廣泛，在品種更替中，矮稈基因的引入雖對粒重有減低效應(yīng)，但并非決定性基因，其他基因可能對千粒重具有增加效應(yīng)，故筆者研究得到不同于前人的結(jié)論。

在冬小麥育種過程中，育種家較為注重穗粒數(shù)和千粒重的潛力。筆者研究發(fā)現(xiàn)，對陜西省冬小麥產(chǎn)量增加貢獻(xiàn)最大的是穗粒數(shù)、千粒重，穗數(shù)無顯著貢獻(xiàn)。在品種更替中，穗粒數(shù)和粒重在4個(gè)粒位上均顯著增加，符合GP1>GP2>GP3>GP4的變化規(guī)律。GP1、GP2位對穗粒數(shù)和粒重相對貢獻(xiàn)較大，但在品種更替中表現(xiàn)為降低的規(guī)律；GP3、GP4位仍具有較大的提升空間。本研究中，包含矮稈基因的供試材料，其GP3、GP4位粒數(shù)高于其他材料，究其原因?yàn)榘捇虻囊霚p少小花退化，進(jìn)而增加了GP3、GP4位籽粒數(shù)目，該結(jié)果同于前人[11]。未來育種工作中應(yīng)保證GP1、GP2位粒數(shù)和粒重，注重GP3、GP4位發(fā)展?jié)摿Γ苟←湲a(chǎn)量得到進(jìn)一步提升。