小麥氮、磷高效新品系的鑒定和評價

袁園園 朱曉梁 李 彪 戴 兵 段雪梅 韓麗蘋 謝永法 孟昭京

（濟南市農業科學研究院，山東濟南 250316）

小麥是我國重要的糧食作物之一，國家統計局統計數字顯示，2021 年小麥播種面積2291.1 萬hm2，總產量1.3434億t，單位面積產量5863.4kg/hm2。氮和磷是植物生長的重要營養元素，直接影響小麥的產量和品質，因此氮肥和磷肥在實際生產中施用量較大。但氮肥和磷肥的利用效率較低，其中氮肥利用效率只有21.2%～35.9%，我國每年約有超過1500 萬t 氮素通過不同途徑損失[1]；而磷肥利用率僅有15%，大量磷素被土壤固定不能被作物吸收[2]。過多的氮肥、磷肥會導致資源浪費、土壤板結、水地富營養化和大氣污染等環境問題[3]。因此提高小麥養分利用率，降低施肥量是發展綠色可持續農業迫切需要解決的問題。而挖掘品種對氮、磷的吸收利用潛力，培育和鑒定氮、磷高效新品系是提高肥料利用效率的重要途徑之一。

小麥對氮素和磷素的吸收和利用效率存在廣泛的品種差異。趙瑞等[4]發現土壤氮水平對小麥產量相關性狀存在顯著影響；李丹丹等[5]發現不同小麥基因型的植株氮積累量存在顯著差異。張祥池等[6]發現相同磷處理下，不同小麥品種對磷素的吸收和利用能力存在差異；不同磷處理條件下，同一小麥品種對磷元素的吸收和利用能力也存在差異。近年來，濟南市農業科學研究院對黃淮麥區的100 余份品種（系）進行苗期和成株期的氮效率和磷效率評價，分別篩選出了良星99 等氮高效和臨麥6 號等磷高效品種（系）[7-8]。以這些品種（系）為親本進行雜交，培育出了一些綜合農藝性狀優良的新品系。本研究以其中的12 份優良品系為材料，以濟麥22為對照品種，通過正常、低氮和低磷3 個養分處理的營養池栽培試驗，對小麥成株期的產量性狀、氮效率性狀和磷效率性狀進行鑒定，明確不同養分處理條件下氮、磷效率的品種差異，以篩選出氮、磷高效品系，為氮、磷高效育種儲備材料基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料采用濟南市農業科學研究院自主選育的12 個F9小麥優良品系為材料，以濟麥22 為對照（CK），參試品系及其親本組合詳見表1。

表1 參試小麥品系及其親本組合

1.2 試驗設計設置正常、低氮、低磷3 個處理。施肥前正常處理土壤的氮、磷、鉀含量分別為111.60mg/kg、21.82mg/kg 和273.71mg/kg，低氮處理土壤的速效氮、磷、鉀含量分別為66.40mg/kg、20.68mg/kg 和202.61mg/kg，低磷處理土壤的速效氮、磷、鉀含量分別為80.24mg/kg、18.68mg/kg 和233.85mg/kg（表2）。

表2 不同營養池的基礎養分含量

1.3 田間種植試驗在濟南市農業科學研究院稼禾園內的營養池進行，營養池面積為784m2，各小區之間用1.5 m深的水泥墻隔開，已進行多年處理，地力條件均勻一致。每個參試品系種1 個小區，小區長6m、寬1.2m，小區面積7.2m2，播種6 行，完全隨機區組排列，重復2 次。按照基本苗18 萬/667m2統一計算播量。2020 年10 月13 日播種，2021 年6 月5 日收獲。其他措施同常規田間管理。

1.4 測定指標及方法測定性狀有3 類，分別是產量性狀、氮效率性狀和磷效率性狀（表3）。產量性狀包括不同處理下的千粒重和小區產量。氮效率性狀包括以產量為基礎的氮敏感系數、氮效率指數[9]以及以籽粒氮含量和產量為基礎的籽粒氮利用效率，氮素含量用凱氏定氮法測定。磷效率性狀包括以產量為基礎的磷敏感系數、磷效率指數[9]以及以籽粒磷含量和產量為基礎的籽粒磷利用效率，磷素含量用釩鉬黃比色法測定。具體測定性狀和計算方法見表3。

表3 營養池栽培試驗測定性狀及其測定方法

1.5 試驗數據統計分析采用Excel 和SPSS 17.0軟件對調查數據進行統計和方差分析。

2 結果與分析

2.1 表型變異分析不同肥料處理對千粒重、小區產量、籽粒氮含量、籽粒氮利用效率、籽粒磷含量和籽粒磷利用效率這6 個性狀的影響不同（表4）。方差分析（表5）發現與正常處理相比，低磷處理顯著降低不同品系的千粒重，低氮處理顯著降低了不同品系的小區產量，但低磷和低氮處理對籽粒磷含量、籽粒磷利用效率、籽粒氮含量和籽粒氮利用效率的影響不顯著。不同品系之間在千粒重上存在極顯著差異，小區產量上存在顯著差異，籽粒氮含量上存在顯著差異，籽粒氮利用效率上存在極顯著差異。

表4 不同品系在不同處理下的產量、籽粒氮、磷含量及利用效率表現

表5 產量、籽粒氮、磷含量及利用效率性狀在基因型和處理之間差異顯著性

2.2 氮、磷敏感系數和效率指數鑒定

2.2.1 不同品系的氮、磷敏感系數和效率指數12份供試材料的平均氮敏感系數為1.00，高于對照品種濟麥22（0.95），平均氮效率指數1.09，屬于中等水平（0.90～1.10）。12 份供試材料的平均磷敏感系數1.01，高于對照品種濟麥22（0.89），平均磷效率指數1.19，高于1.10，屬于較好水平（表6）。說明與對照品種濟麥22 相比，12 份小麥品系的氮效率平均水平中等，磷效率平均水平較高。

表6 不同品系的氮、磷敏感系數和效率指數

2.2.2 不同品系的氮、磷效率指數評價以濟麥22為對照品種，對12 個自主選育的優良品系進行氮、磷效率指數鑒定。發現JK60787（山東省預試）、JK60871、JK61593 和JK61879 的氮效率指數和磷效率指數均≥1.1（表7 和表8），氮效率和磷效率評價為好，屬于氮、磷雙高效品系。JK64109（國家和山東省區試）、JK61560、JK61574、JK65485-1和JK64513-2 的磷效率指數≥1.1，磷效率評價為好，屬于磷高效品系。

表7 各參試品系的氮敏感系數、氮效率指數及評價等級

表8 各參試品系的磷敏感系數、磷效率指數及評價等級

2.3 籽粒氮、磷含量及利用效率鑒定

2.3.1 籽粒氮含量及利用效率以濟麥22 為對照品種，對12 個品系在正常氮和低氮處理下的籽粒含氮量進行了測定（表9）。在正常處理下，JK60871、JK64109、JK61593 和JK64637-1-5 的籽粒氮利用效率分別為5.77、5.58、4.71 和4.37，比濟麥22 的籽粒氮利用效率4.33 分別高了33.26%、28.87%、8.78%和0.92%。在低氮處理下，JK60871、JK64109、JK61879、JK61593 和64637-1-5 的籽粒氮利用效率分別為4.98、4.78、4.65、4.45 和4.45，比對照濟麥22 的籽粒氮利用效率4.38 分別高出13.70%、9.13%、6.16%、1.60%和1.60%，說明這5 個品系在正常氮和低氮條件下單位氮濃度支撐的產量均較高，即氮利用效率較高。

表9 正常氮和低氮處理下的籽粒氮利用效率

2.3.2 籽粒磷含量及利用效率以濟麥22 為對照品種，對JK60787 等12 個品系在正常磷和低磷處理下的籽粒含磷量進行了測定（表10）。在正常磷處理下，只有JK61593 的籽粒磷利用效率比對照濟麥22 的籽粒磷利用效率高，其他品系的籽粒磷利用效率均低于對照。但在低磷處理下，12 個品系的籽粒磷利用效率均大于對照，其中7 個品系的籽粒磷利用效率高于對照10%以上，即JK64109、JK61879、JK60787、JK60871、JK61560、JK61593和JK61574，籽粒磷利用效率分別為16.73、14.71、14.31、14.27、14.20、13.97 和13.93，比對照濟麥22 的籽粒磷利用效率（12.45）分別高出34.38%、18.15%、14.94%、14.62%、14.06%、12.21%和11.89%，說明這7個品系在低磷條件下單位磷濃度支撐的產量較高，對磷的利用效率較高。

表10 正常磷和低磷處理下的籽粒磷利用效率

3 討論與結論

培育氮、磷高效小麥品種是節約化肥、降低生產成本、提高收益、發展綠色高效農業的重要途徑之一。本研究通過營養池栽培試驗，采用氮磷效率指數和籽粒氮磷利用效率兩種方法，以濟麥22為對照，對12 個小麥新品系的氮磷效率進行綜合評價。其中以產量為基礎的氮磷效率指數鑒定發現，JK60787、JK60871、JK61879 和JK61593 為氮磷雙高效品系，JK64109、JK60847、JK61560、JK61574、JK65485-1 和JK64513-2為磷高效品系。以不同處理下籽粒的氮、磷利用效率為基礎，鑒定出正常氮和低氮條件下的氮高效品系是JK60871 和JK64109；正常磷條件下磷利用效率在品種間的差異不明顯，但在低磷條件下7 個品系的籽粒磷利用效率高于對照10%以上，即JK64109、JK61879、JK60787、JK60871、JK61560、JK61593和JK61574。

綜合兩種評價指標，發現JK60871 為氮、磷雙高效品系，氮效率指數為1.18、磷效率指數為1.10，正常和低氮處理下籽粒氮利用效率分別比對照品種高出33.26%和13.70%，正常磷處理下籽粒磷利用效率與對照相當，低磷處理下籽粒磷利用效率比對照高14.62%。JK60787、JK61879、JK61593、JK64109、JK61560 和JK61574 為磷高效品系，它們的磷效率指數均≥1.1，正常磷處理下籽粒磷利用效率與對照相當，在低磷條件下的籽粒磷利用效率比對照高出10%以上。