不同生態區域旱地冬小麥品種(系)生態適應性篩選

邵千順,楊 琳,2

(1.寧夏農林科學院固原分院,寧夏 固原 756000; 2.寧夏旱作農業工程技術研究中心,寧夏 固原 756000)

寧夏位于西北內陸高原，屬典型的大陸性干旱半干旱氣候，冬寒長，夏暑短，雨雪稀少，氣候干燥，南寒北暖。平均海拔在1 000 m以上，氣溫日差大，日照時間長，太陽輻射強，大部分地區晝夜溫差一般可達12℃～15℃。全年平均氣溫在5℃～9℃之間。根據水源情況，寧夏主要分為北部引黃灌區和南部山區雨養區。南部山區年平均降水400 mm，雨季多集中在6—9月[1]，年蒸發量在1 000 mm以上，且多發各種自然災害。南部山區主要包括西吉、隆德、海原、原州區、彭陽、同心、鹽池、涇源、紅寺堡9個縣(區)[2]，也是國家全面脫貧攻堅的主戰場。

寧南山區種植作物主要有冬小麥、玉米、馬鈴薯、小雜糧等[3-4]。2018年小麥種植面積10.78萬hm2，較上年減少2.08萬hm2，其中寧南山區小麥播種面積6.67萬hm2左右[5]，占寧夏小麥種植面積的60%以上。但由于特殊的氣候、生態類型，小麥平均單產僅2 730 kg·hm-2。品種廣適性差，針對特定生態環境的適應性品種缺乏[6]，是限制冬小麥產量提升的關鍵因素。因此，針對不同生態區域，選育不同適應性或具有廣適性的品種是有效提高寧南山區冬小麥產量的重要路徑。

針對特定的生態區域選育相適應的品種，在不同地區不同作物中均有所報道[7-12]。肖步陽[13]早在20世紀就開始了春小麥的生態育種，并取得了系統而豐碩的成果[14]。本研究針對寧夏南部山區特定氣候類型和生態條件，有目的地開展旱地冬小麥產量及適應性鑒定。以原州區中河點和彭陽縣玉洼點為試點，對16個冬小麥品種(系)進行適應性、豐產性、抗逆性鑒定，篩選出特征特性良好、豐產性狀突出、適合寧夏南部各區縣種植的旱地冬小麥品種(系)，助力寧南山區脫貧致富。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料16個，對照品種為寧冬16號(見表1)。

表1 2019—2020年參試材料冬小麥名稱及來源

1.2 田間設計

試驗于2019年9月—2020年8月在固原市原州區中河鄉高坡村(E1)和彭陽縣玉洼村(E2)2個點進行，采取隨機區組排列，3次重復，小區面積12.19 m2(6.70 m×1.82 m)，12行區，行距16.50 cm，區距30 cm，排距50 cm。于2019年9月20日播種，2020年8月14日收獲。播種量依千粒重、發芽率每公頃按45×105個有效粒數計算，采用人力四行小區播種機分行稱量播種。

1.3 試驗地基本情況

試驗設于固原原州區中河鄉高坡村(106°13′11″E,36°1′45″N)和彭陽縣玉洼村(106°42′22″E,35°57′27″N)。原州區冬季寒冷漫長，春季氣溫多變，夏季短暫涼爽，秋季降溫迅速，差異性大；具有春季和夏初雨量偏少，災害性天氣多，區域降水差異大等氣候特征。原州區年平均氣溫6.8℃，無霜期120～140 d；年均降水量在300～550 mm之間，自南向北遞減，降水量大多集中在7—9月，平均蒸發量1 200～1 800 mm；一年四季晴天多、陰天少，日照充足，年均日照時數2 250～2 700 h；晝夜溫差大，在10～20℃之間。彭陽縣海拔1 248～2 418 m，年降水量450～550 mm，年平均氣溫7.4～8.5℃，日照時數2 311.2 h，無霜期140～170 d，屬典型的溫帶半干旱大陸性季風氣候。

1.4 測定項目與方法

產量：試驗小區全部收獲測產，小區面積12.19 m2。

生育期：采用田間調查法，如期記錄出苗、返青、拔節等時期。

農藝性狀：包括株高、穗長、有效穗數、穗下節長、穗粒數、單株粒重及千粒重等。在成熟期，每小區隨機選取10株帶回實驗室，先記錄每株有效穗數，選取每株主莖、主穗，用鋼卷尺測定單株株高、穗長、穗下節長；選取主穗，數其穗粒數、可育小穗數、不育小穗數，計算結實率；再將每株所有麥穗脫粒，用百分之一電子秤稱取單株粒重，然后計算10株平均株高、穗長、有效穗數、穗下節長、穗粒數、單株粒重等。將10株樣品所有籽粒混合，隨機選取3份1 000粒，用百分之一電子秤稱重，計算平均千粒重。

結實率=可育小穗數/每穗小穗數×100%

抗性：包括抗旱性、抗寒性、抗青干、抗倒伏、越冬率等。抗性強弱主要通過田間比例確定。

1.5 數據處理與分析

數據整理使用Microsoft Excel 2016，數據分析使用DPS 10.1軟件。

2 結果與分析

2.1 不同生態試驗點品種間產量結果分析

2.1.1 E1點各品種(系)產量結果分析 由表2可知，參試的16個材料由于受春季低溫冷害影響產量普遍較低，平均產量2 420.25 kg·hm-2，變幅1 807.50～3 183.15 kg·hm-2。參試材料平均產量較對照‘寧冬16號’增產6.00%，其中‘9924’、‘Z0228-2-2’等10個材料增幅2.52%～39.40%，增產最大的是‘9924’，產量為3 183.15 kg·hm-2，增幅39.40%。通過方差分析(見表2)，參試各品種產量之間差異顯著(0.01

表2 E1點參試材料產量及方差分析

從產量三要素來看(見表3)，參試材料間總穗數差異較小，僅‘Z0229-4-3’和‘滄2007-1-1-1-1’與對照材料差異達到顯著水平，其余材料間差異及與對照間差異均不顯著；穗粒數品種間差異顯著，但所有參試材料與對照材料間差異均不顯著；千粒重品種間差異顯著，其中‘隴育0825’、‘隴鑒107’、‘Z0230-2’與對照材料差異顯著。具體來看，所有參試材料單位面積成穗較低，總穗數在225.4～521.1×104穗·hm-2，高于對照材料有‘隴育0825’等7份材料，最高的是‘2007-1-113’，為521.1×104穗·hm-2；低于對照材料的有‘Z0229-4-3’等8份材料，最低的是滄‘2007-1-1-1-1’，僅為225.4×104穗·hm-2。參試材料穗粒數在29.1～39.3粒，高于對照材料有7份材料，變幅35.2～39.3粒，較對照材料高0.1～4.1粒；低于對照材料有‘隴育0825’等8份材料變幅29.1～35.2粒，較對照材料低0.1～6.2粒。參試材料千粒重在31.77～43.38 g，高于對照材料有13份材料，變幅33.45～43.38粒，較對照材料高0.47～10.4 g，千粒重最大的是‘隴育0825’，較對照材料高10.4 g；低于對照材料有2份材料，分別為‘NB96022’和‘隴鑒103’，較對照低1.21 ～1.00 g。

表3 E1點參試材料產量構成因素

2.1.2 E2點各品種(系)產量及構成因素 由表4可知，參試材料與對照間差異均達到顯著水平。共參試16個品種(系)，產量介于3 448.5～5 024.9 kg·hm-2之間，平均產量4 453.8 kg·hm-2，較對照材料增產的有10份材料，增產幅度為12.43%～20.71%，增產最大的是‘長5385-1-2’，增產20.71%，增產幅度最小的是‘NB96022’，增產12.43%；較對照材料減產的有5份材料，減產-17.16%～-10.65%，減產幅度最大的是‘Z0230-2’，減產17.16%。從產量三要素來看，參試材料總穗數在330.0×104～540.0×104穗·hm-2，平均總穗數420×104穗·hm-2，‘9924’、‘隴育0825’、‘長5385-1-2’、‘滄2007-1-1-1-1’、‘Z0230-2’、‘隴育0825’、‘Z0229-4-3’和‘Z0309-18-2’的總穗數與對照材料間差異顯著，其中高于對照材料的有5份材料，最高的是‘9924’，為540.0×104穗·hm-2，較對照高75.0×104穗·hm-2；低于對照材料的有10份材料，總穗數最低的是‘長5385-1’，為330.0×104穗·hm-2，較對照材料低135.0×104穗·hm-2。參試材料穗粒數在21.6～36.0粒·穗-1，平均穗粒數29.3粒·穗-1，‘Z0228-2-2’、‘隴鑒107’和‘隴育0825’的穗粒數與對照材料間差異顯著，較對照材料高的有4份材料，穗粒數最高的是‘Z0229-4-3’，為36.0粒·穗-1，較對照高4.0粒·穗-1；較對照材料低的有11份材料，其中穗粒數最低的是‘隴育0825’，為21.6粒·穗-1，較對照低10.4粒·穗-1。參試材料千粒重為21.40～42.00 g，平均千粒重34.45 g，‘隴鑒107’、‘Z0228-2-2’、‘9924’、‘隴育0825’的千粒重與對照材料間差異顯著，所有參試材料千粒重都較對照材料高，千粒重最高的是‘隴鑒107’，為40.58 g，較對照高12.15 g。

表4 E2點參試材料產量及產量構成因素

2.2 兩試驗點間產量對比分析

參試材料16份同時種植在E1與E2兩個試驗點，由于兩點在降水量及氣溫方面均有所差異，導致同一參試材料在產量和農藝性狀各方面都有差異，有些品種差異較明顯。

由圖1可知，與對照材料相比，在E1與E2兩點同時增產的有6份材料，分別是‘Z0228-2-2’、‘隴鑒103’、‘隴中1號’、‘9924’、‘Z0231-3-1’和‘長5385-1-2’；同時減產的有1份材料，是‘滄2007-1-1-1-1’；在E1點增產、E2點減產的有4份材料，分別是‘隴育0825’、‘Z0229-4-3’、‘Z0309-18-2’、‘Z0230-2’ ；在E1點減產、E2點增產的有4份材料，分別是‘NB96022’、‘隴鑒107’、‘長5385-1’和‘2007-1-113’。

通過2019—2020年多點試驗統計分析(見表5)可以看出，地點間差異達到極顯著水平，而品種間差異不顯著，品種×地點互作也不顯著。

表5 2019—2020年多點試驗統計分析

2.3 兩試驗點間農藝性狀對比分析

從農藝性狀來看，除‘Z0229-4-3’和‘9924’外，E1點各品種的株高整體較E2點低(圖2)，各品種(系)株高在兩點變化趨勢基本一致，受地點的影響較大。E1點各品種(系)穗粒數整體較E2點高(圖3)，穗粒數在兩試驗點間的變化趨勢也基本一致，但‘隴鑒107’、‘滄2007-1-1-1-1’和‘9924’穗粒數在兩點間差異較大。兩試驗點千粒重變化差異較大(圖4)，且各品種(系)千粒重在兩試驗點變化高低交錯，其中E1點‘隴育0825’、‘Z0229-4-3’、‘長5385-1’、‘隴中1號’、‘Z0309-18-2’、‘Z0231-3-1’、‘Z0230-2’、“長5385-1-2”‘2007-1-113’及對照‘寧冬16號’10份材料千粒重大于E2點。參試16個品種(系)中，在E1點‘隴育0825’等11份材料的不實小穗率高于E2點(圖5)，‘Z0228-2-2’等5個品種(系)低于E2點；兩試驗點不實小穗率超過5%的品種(系)有10個，占參試材料的62.5%，這也是2019—2020年度小麥整體減產的主要原因。

2.4 參試品種的豐產性及其穩定性分析

通過對參試16份材料在2個試驗點的數據分析(表6)，‘9924’和‘Z0231-3-1’產量最高(產量位次分別為1和2)，互作效應值較大，互作方差較小，變異系數較小，且回歸系數b<1，說明這兩個品種高產，且具有超平均穩定性，廣適性較好，綜合評價為“很好”。‘Z0228-2-2’、‘長5385-1-2’和‘隴鑒103’具有較高產量(產量位次分別為3、4、5)，效應值小于‘9924’和‘Z0231-3-1’，但大于其它品種，介于13.1724～27.3944，方差值94.800～523.614，變異系數較小，且回歸系數b>1但接近1，介于1.0960～1.2256，因此，這3個品種具有較好的穩定性，綜合評價為“好”。‘隴鑒107’、‘隴中1號’、‘長5385-1’、‘NB96022’、‘2007-1-113’和‘隴育0825’產量位次6～11，效應值較小，方差較大，變異系數較大，且回歸系數b>1，說明這5個品種環境穩定性較低，綜合評價為“一般”。對照材料‘寧冬16號’平均產量排位12，效應值較高，方差值0.001，變異度0.018，回歸系數b=1，屬平均穩定性品種。‘Z0229-4-3’、‘Z0309-18-2’、‘Z0230-2’和‘滄2007-1-1-1-1’產量較低，方差值較大，變異系數較高，回歸系數b<1,屬低產穩產類型，綜合評價‘較差’。

表6 參試材料豐產性和穩定性分析

2.5 參試冬小麥品種聚類分析

16個品種(系)根據兩點產量及農藝性狀等16個指標，采用可變類平均聚類法進行系統聚類分析。圖6所示為E1點供試材料，在卡方距離1.5967處將16個品種(系)分為4大類，第1類為‘NB96022’、‘長5385-1’和‘寧冬16號’3個品種(系)；第2類為‘Z0229-4-3’和‘滄2007-1-1-1-1’2個品種(系)；第3類為‘隴育0825’、‘隴鑒107’、‘Z0228-2-2’、‘隴鑒103’、‘隴中1號’、‘9924’、‘Z0309-18-2’、‘Z0231-3-1’、‘長5385-1-2’和‘2007-1-113’10個品種(系)；第4類為‘Z0230-2’，單獨成類。圖7所示為E2點供試材料，采用同樣的方法，在卡方距離1.3582處聚為4類，第1類為‘Z0229-4-3’和‘寧冬16號’2個品種(系)；第2類為‘隴育0825’、‘NB96022’、‘隴鑒107’、‘長5385-1’、‘Z0228-2-2’、‘隴鑒103’、‘隴中1號’、‘9924’和‘長5385-1-2’9個品種(系)；第3類為‘滄2007-1-1-1-1’、‘Z0309-18-2’、‘2007-1-113’和‘Z0231-3-1’ 4個品種(系)；第4類為‘Z0230-2’，單獨成類。環境不同，聚類結果有所不同，但Z0230-2在兩試驗點均單獨成類，‘隴育0825’、‘隴鑒107’、‘Z0228-2-2’、‘隴鑒103’、‘隴中1號’、‘9924’和‘長5385-1-2’在兩試驗點均聚為一類。由表7可知，E1點第1類表現為大穗高產型；第2類總穗數最高，但不實小穗率也最高，屬多穗低產型；第3類株高最高，穗粒數最多，株莖稈籽粒總重最大，產量居中，屬中產多粒型；第4類產量、穗粒數居中，千粒重最大，屬中產大粒型。由表8可知，E2點第1類總穗數最大，產量較低，與E1點第二類相同，屬多穗低產型；第2類產量最高，穗粒數最多，屬多穗高產型；第3類產量居中，千粒重、株高、穗長、穗下節長最大，屬大粒中產型；第4類產量最低，千粒重、穗長最小，穗粒數居中，屬低產類型。

表7 供試品種(系)聚類分析各類別標準化轉換后數據(E1)

表8 供試品種(系)聚類分析各類別標準化轉換后數據(E2)

3 討 論

作物產量受基因、環境、基因×環境互作[15-19]以及栽培措施[20]等的綜合影響。在全球變暖的背景下，在我國則體現為暖冬、倒春寒等極端天氣事件的不斷發生[21-22]。低溫是影響小麥生長發育的主要氣象災害之一，小麥遭受低溫凍害是其本身抗寒力弱與外界低溫綜合作用的結果[23]。拔節期和孕穗期是冬小麥發育的特殊時期，拔節期冬小麥正處于幼穗分化的關鍵時期，是小穗和小花數目增加的主要時期，此時小麥抗低溫能力相比于越冬期迅速減弱[24]，小于0℃的低溫可對幼穗造成傷害，加速小花退化，使可孕小花數下降，導致小麥產量降低[25]。小麥進入脫寒鍛煉狀態[26]，抗低溫能力也是逐漸減弱；在孕穗期，低于4℃的溫度就可能對小麥旗葉和幼穗造成嚴重傷害，影響后期干物質生產和穗發育。寧夏南部地區每年都會遭遇倒春寒的影響，局部地區會造成嚴重減產，甚至絕收。2020年4月3日至5日連續低溫霜凍，致使冬小麥不育小穗數明顯增多，從而導致減產。根據研究結果來看，‘Z0229-4-3’、‘隴鑒107’、‘隴鑒103’、‘9924’和‘Z0230-2’在兩試驗點的不實小穗率都較低，穗粒數較高，可用作親本材料來改良其它材料的耐倒春寒能力。但‘Z0229-4-3’分蘗力較低，‘Z0230-2’抗旱性較差，因此，‘隴鑒107’、‘隴鑒103’和‘9924’是較適宜的親本材料，也可以利用這3份材料對‘Z0229-4-3’和‘Z0230-2’加以改良。另外，應從栽培技術或植物保護方面入手，研究人員應創新栽培技術，提高農藝措施，防止春季低溫的影響，植物保護研究人員應研發有效的植物保護措施，防止春季低溫造成的影響，將損失降到最低。

從產量結果來看，‘Z0228-2-2’、‘隴鑒103’、‘隴中1號’、‘9924’、‘Z0231-3-1’和‘長5385-1-2’6個品種(系)在兩點試驗中都較對照增產，豐產性較好，其中兩點均增產10%以上的有‘Z0228-2-2’、‘隴鑒103’、‘9924’、‘Z0231-3-1’和‘長5385-1-2’等5個品種(系)，且根據穩定性參數來看，互作效應值較大，互作方差較小，變異系數較小，回歸系數接近于1，所以穩定性較好，綜合評價達到好或很好，這5個品種(系)在兩個試驗區域有較好的發展潛力，可作為廣適性品種的重點選育對象。其他參試品種(系)豐產性較差，但從農藝性狀等方面來看，每個品種(系)都有其特性，譬如，‘隴育0825’，其籽粒較大，屬大粒型品種；‘Z0230-2’株高較低，可作為培育機械化收割的親本資源。只要加以合理的開發利用，這些材料都可作為具有某種特殊性狀的種質資源。

從兩點間產量方差分析來看，產量變異的主要來源是地點，即試驗點間的差異是導致產量差異顯著的主要因素。由此可見，原州區中河鄉高坡村(E1)和彭陽縣玉洼村(E2)間環境差異明顯，在兩點間選育的同時增產的品種廣適性具有一定代表性。但同時應看到，品種間、品種與地點間互作均不顯著，也就是說，參試材料中缺乏產量較突出的基因型，也缺乏具有特殊環境適應性的基因型。為進一步提升品種選育的質量，應在選配組合時選擇高產類型的親本，另一親本則選擇在主要性狀方面能與之互補的類型。

4 結 論

1)篩選出適宜原州區中河鄉高坡村(E1)和彭陽縣玉洼村(E2)種植的品種(系)6個，分別是‘9924’、‘Z0231-3-1’、‘Z0228-2-2’、‘長5385-1-2’、‘隴鑒103’和‘隴中1號’，其中在兩個試驗點增產幅度大于10%的有‘9924’、‘Z0231-3-1’、‘Z0228-2-2’、‘長5385-1-2’和‘隴鑒103’5個品種(系)；僅適宜E1點的有‘隴育0825’、‘Z0229-4-3’、‘Z0309-18-2’和‘Z0230-2’4個品種(系)；僅適宜E2點的有‘NB96022’、‘隴鑒107’、‘長5385-1’和‘2007-1-113’4個品種(系)。

2)與對照材料‘寧冬16號’相比，‘9924’和‘Z0231-3-1’屬超平均穩定性品種，廣適性較好；‘Z0228-2-2’、‘長5385-1-2’和‘隴鑒103’屬穩定性品種。這5個品種在生產中具有較高的應用潛力，應進一步深入研究。