48份冬小麥主要田間農(nóng)藝性狀的主成分分析及抗旱性綜合評價

李素　姜鴻明　宮德襯等

摘要：本試驗以48份不同抗旱性的小麥品種（系）為試材，分別調(diào)查其在雨養(yǎng)旱地和灌溉水地的旗葉面積、穗長、穗下節(jié)長、穗葉距、旗葉相對含水量、旗葉離體失水速率、株高、單位面積穗數(shù)、光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度、水分利用效率等19項指標(biāo)，計算出各指標(biāo)的抗旱系數(shù)，并將其作為衡量抗旱性的指標(biāo)，利用主成分分析法，將19個單項指標(biāo)綜合成8個相互獨立的綜合指標(biāo)，計算出各品種的綜合指標(biāo)值，再利用隸屬函數(shù)法，綜合評價這48個品種（系）在本地區(qū)表現(xiàn)出的抗旱性。比較結(jié)果顯示，在煙臺地區(qū)自然降雨（不灌溉）條件下表現(xiàn)高度抗旱的品種有洛旱13號，中度抗旱品種有運旱22-33、洛旱11號、洛旱9號、煙農(nóng)0428、石4185、運旱618、煙中13、煙1213、滄麥6005、洛旱8號、衡4399、長6359、衡觀136、衡優(yōu)18、洛旱7號、煙農(nóng)21等。這為抗旱節(jié)水品種的田間培育提供了種質(zhì)資源選擇的參考性。

關(guān)鍵詞：小麥；抗旱性；主成分分析法；綜合評價

中圖分類號：S512.1+10.1文獻標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2014）07-0025-06

AbstractThis experiment used 48 wheat varieties with different drought resistance as materials. Nineteen indexes were investigated in non-watered and well-watered field plots with the same soil conditions， such as flag leaf area， spike length， peduncle length， distance of spike and leaves，relative water content of flag leaf， water loss rate of cutting flag leaf， plant height， number of spikes per unit area， photosynthetic rate， transpiration rate， stomata conductance， intercellular CO2 concentration， and water use efficiency. The drought resistance coefficient （DRC） of each index was calculated and employed as the measurement index of drought resistance. The results showed that the 19 indexes could be integrated into 8 independent comprehensive components through the principal component analysis. The value of comprehensive indexes were calculated， and the drought resistance of the varieties in local area was comprehensively evaluated by membership function method. Under the non-watered condition in Yantai， Luohan 13 showed higher drought resistance， and Yunhan 22-33， Luohan 11， Luohan 9， Yannong 0428， Shi 4185， Yunhan 618， Yanzhong 13， Yan 1213， Cangmai 6005， Luohan 8， Heng 4399， Chang 6359， Hengguan 136， Hengyou 18， Luohan 7 and Yannong 21 showed moderate drought resistance.These results provided references for selecting germplasms to cultivate drought-resistant wheat varieties in field.

Key words Wheat； Drought resistance； Principal component analysis； Comprehensive evaluation

在世界范圍內(nèi)，有很多環(huán)境因子對植物生長發(fā)育以及產(chǎn)量都產(chǎn)生負(fù)面影響，其中干旱是農(nóng)作物產(chǎn)量的主要環(huán)境制約因子之一[1]。抗旱性是指作物在干旱環(huán)境中，其生長發(fā)育和最終產(chǎn)量形成對干旱脅迫的適應(yīng)能力，它內(nèi)受多基因調(diào)控，外受環(huán)境因子的制約，對于環(huán)境的適應(yīng)表現(xiàn)出多樣性[2]。研究者們從不同角度出發(fā)，對作物的生態(tài)學(xué)、形態(tài)學(xué)、生理學(xué)抗旱表現(xiàn)進行研究，提出各種抗旱性鑒定指標(biāo)[3]，包括生長發(fā)育的形態(tài)指標(biāo)[4， 5]、生理生化指標(biāo)[6， 7]、產(chǎn)量鑒定指標(biāo)[8]等。作物抗旱性的表現(xiàn)是多種抗旱指標(biāo)相互作用構(gòu)成的一個復(fù)雜綜合性狀，其中的每一個抗旱指標(biāo)都與作物的抗旱能力有一定的相關(guān)性，但也有一定的局限性，而本試驗盡可能多地調(diào)查小麥田間農(nóng)藝性狀及生理生化指標(biāo)，采用綜合指標(biāo)法彌補這一缺陷及不足。

研究干旱的方法有干旱棚法、室內(nèi)模擬干旱、盆栽法、抗旱池法、自然干旱法等[7]。本研究田間試驗選用自然干旱法，設(shè)置雨養(yǎng)旱地和有限灌溉兩種處理，還原抗旱選擇的本地生態(tài)條件，以選擇適應(yīng)煙臺當(dāng)?shù)赝寥浪畬臃植技白匀唤邓畻l件的抗旱節(jié)水小麥品種，期望為今后的節(jié)水育種提供可靠的資源。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試材料收集于山西、河南、河北、江蘇、山東及北京等省市，多數(shù)為2001年以來國家審定的旱地品種和幾個山東省水地品種。編號1～48分別為：洛旱2號、洛旱6號、洛旱7號、洛旱9號、洛旱11號、洛旱13號、洛旱3號、洛旱8號、洛旱10號、洛旱12號、長6359、運旱618、煙農(nóng)5158、運旱22-33、煙農(nóng)999、晉麥47、山農(nóng)優(yōu)麥2號、西農(nóng)538、中農(nóng)175、邯6172、邯5316、邯4589、邯12、石麥15、石4185、石麥19、石麥20、石家莊8號、石麥22號、滄麥6005、滄麥2007、滄麥6001、滄麥119、衡觀136、衡優(yōu)18、衡觀35、衡5229、衡4399、衡216、煙農(nóng)21、煙農(nóng)0428、魯麥21、濟麥22、煙農(nóng)836、青麥6號、煙1213、臨豐3號、煙中13。

1.2試驗設(shè)計

48份小麥試驗材料于2012-2013年度在煙臺市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗田種植，10月5日播種，6行區(qū)，行長5 m，行距0.22 m，每小區(qū)種植1 500株。隨機區(qū)組設(shè)計，兩次重復(fù)。各小區(qū)栽培管理條件一致，播種前按常規(guī)大田施肥。

設(shè)置雨養(yǎng)旱地和有限灌溉兩組試驗，后者為拔節(jié)期及開花期澆水，灌水量每次為600 m3/hm2（根據(jù)本年度當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c），前者全生育期不澆水，靠自然降水供給水分。

1.3調(diào)查指標(biāo)及方法

在灌漿期，田間調(diào)查小麥株高、單位面積穗數(shù)、旗葉長、旗葉寬，計算旗葉面積；隨機選取10株小麥，采集地上部分，在實驗室測量其穗下節(jié)長、穗葉距、穗長、總小穗數(shù)、有效小穗數(shù)、穗粒數(shù)；隨機取20片小麥旗葉，在實驗室測定其離體葉片失水速率RWL（每品種10片葉稱重后，放在實驗臺上，保持離體失水狀態(tài)，4 h后再次稱重，烘干計算）及相對含水量RWC（每品種10片葉稱重后，放入裝有蒸餾水的自封袋里，4℃冰箱浸泡24 h后稱重，烘干，計算）；選擇晴天，利用美國產(chǎn)LI-6400光合儀測量旗葉光合速率、蒸騰速率、胞間二氧化碳濃度、氣孔導(dǎo)度，計算水分利用效率[9]；收獲后在實驗室測量小麥千粒重、容重、小區(qū)產(chǎn)量等指標(biāo)。

3討論與結(jié)論

小麥?zhǔn)俏覈酥寥澜绲闹匾Z食作物之一，干旱是嚴(yán)重影響小麥生長發(fā)育、限制小麥產(chǎn)量的環(huán)境因素之一。抗旱品種的鑒定和培育是減少干旱帶來生產(chǎn)損失的有效途徑之一。不同抗旱品種，其抗旱性狀的表現(xiàn)及其抗旱的深層機理存在差異。前人的研究已經(jīng)篩選出了大批與抗旱有關(guān)的田間農(nóng)藝性狀及生理生化指標(biāo)，而且與抗旱相關(guān)的基因片段也越來越多地被克隆出來。小麥的抗旱性是一個受多基因控制的復(fù)雜性狀，不同抗旱小麥的抗旱機制不同，就會有不同的形態(tài)及生理指標(biāo)。因此，用單項指標(biāo)來評價小麥的抗旱性是不科學(xué)的，是有局限性和片面性的，某一指標(biāo)抗旱性的高低并不能完全評價一個品種的抗旱性。本試驗盡可能多地調(diào)查小麥的田間性狀，利用主成分分析法將19個單項指標(biāo)綜合成8個相互獨立的綜合指標(biāo)，試驗分析顯示穗部性狀（單位面積穗數(shù)、穗長、穗粒數(shù)、總小穗數(shù)、有效小穗數(shù)）、光合相關(guān)指標(biāo)（旗葉面積、光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度）、水分相關(guān)指標(biāo)（旗葉水分利用效率、旗葉相對含水量）、植株形態(tài)特征（穗下節(jié)長）、產(chǎn)量指標(biāo)、籽粒相關(guān)指標(biāo)（千粒重、容重）均可以作為鑒定小麥抗旱性的相關(guān)指標(biāo)。利用SPSS軟件，將各品種各單項指標(biāo)的抗旱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)主成分表達式，計算出各品種的綜合指標(biāo)值，進而計算出各品種綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值。再根據(jù)各綜合指標(biāo)的貢獻率，求出各綜合指標(biāo)的權(quán)重，最終求得抗旱性的綜合評價值——D值。且最終計算出來的D值無量綱，可直接用于比較各品種的抗旱性。比較結(jié)果顯示，在本地區(qū)自然降雨（不灌溉）條件下，表現(xiàn)出高度抗旱的品種有洛旱13號，中度抗旱品種有運旱22-33、洛旱11號、洛旱9號、煙農(nóng)0428、石4185、運旱618、煙中13、煙1213、滄麥6005、洛旱8號、衡4399、長6359、衡觀136、衡優(yōu)18、洛旱7號、煙農(nóng)21等。這為抗旱節(jié)水品種的田間培育提供了種質(zhì)資源選擇的參考性。

參考文獻：

[1]朱維琴，吳良?xì)g，陶勤南. 干旱逆境下不同品種水稻葉片有機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)變化研究[J]. 土壤通報，2003，34（1）：25-28.

[2]金善寶. 中國小麥學(xué)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1996.

[3]栗雨勤，張文英，王有增，等. 作物抗旱性鑒定指標(biāo)研究及進展[J]. 河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，8（1）：58-61.

[4]景蕊蓮. 作物抗旱研究的現(xiàn)狀與思考[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1999，17（2）：79-85.

[5]景蕊蓮，胡榮海. 作物抗旱性的根系研究[J]. 國外農(nóng)學(xué)：麥類作物，1995（3）：37-39.

[6]張娟，張正斌，謝惠民，等. 小麥葉片水分利用效率及相關(guān)生理性狀的關(guān)系研究[J]. 作物學(xué)報，2005，31（12）：1593-1599.

[7]李云，李維平，李秀峰. 不同品種冬小麥的抗旱性鑒定與分析[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2010，28（2）：17-21.

[8]蘭巨生，胡福順，張景瑞. 作物抗旱指數(shù)的概念和統(tǒng)計方法[J]. 華北農(nóng)學(xué)報，1990，5（2）：20-25.

[9]張娟，張正斌，謝惠民，等. 小麥葉片水分利用效率及相關(guān)生理性狀基因的染色體定位[J]. 西北植物學(xué)報，2005，25（8）：1521-1527.

[10]白志英，李存東，孫紅春，等. 小麥代換系抗旱生理指標(biāo)的主成分分析及綜合評價[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008， 41（12）：4264-4272.

1材料與方法

1.1試驗材料

供試材料收集于山西、河南、河北、江蘇、山東及北京等省市，多數(shù)為2001年以來國家審定的旱地品種和幾個山東省水地品種。編號1～48分別為：洛旱2號、洛旱6號、洛旱7號、洛旱9號、洛旱11號、洛旱13號、洛旱3號、洛旱8號、洛旱10號、洛旱12號、長6359、運旱618、煙農(nóng)5158、運旱22-33、煙農(nóng)999、晉麥47、山農(nóng)優(yōu)麥2號、西農(nóng)538、中農(nóng)175、邯6172、邯5316、邯4589、邯12、石麥15、石4185、石麥19、石麥20、石家莊8號、石麥22號、滄麥6005、滄麥2007、滄麥6001、滄麥119、衡觀136、衡優(yōu)18、衡觀35、衡5229、衡4399、衡216、煙農(nóng)21、煙農(nóng)0428、魯麥21、濟麥22、煙農(nóng)836、青麥6號、煙1213、臨豐3號、煙中13。

1.2試驗設(shè)計

48份小麥試驗材料于2012-2013年度在煙臺市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗田種植，10月5日播種，6行區(qū)，行長5 m，行距0.22 m，每小區(qū)種植1 500株。隨機區(qū)組設(shè)計，兩次重復(fù)。各小區(qū)栽培管理條件一致，播種前按常規(guī)大田施肥。

設(shè)置雨養(yǎng)旱地和有限灌溉兩組試驗，后者為拔節(jié)期及開花期澆水，灌水量每次為600 m3/hm2（根據(jù)本年度當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c），前者全生育期不澆水，靠自然降水供給水分。

1.3調(diào)查指標(biāo)及方法

在灌漿期，田間調(diào)查小麥株高、單位面積穗數(shù)、旗葉長、旗葉寬，計算旗葉面積；隨機選取10株小麥，采集地上部分，在實驗室測量其穗下節(jié)長、穗葉距、穗長、總小穗數(shù)、有效小穗數(shù)、穗粒數(shù)；隨機取20片小麥旗葉，在實驗室測定其離體葉片失水速率RWL（每品種10片葉稱重后，放在實驗臺上，保持離體失水狀態(tài)，4 h后再次稱重，烘干計算）及相對含水量RWC（每品種10片葉稱重后，放入裝有蒸餾水的自封袋里，4℃冰箱浸泡24 h后稱重，烘干，計算）；選擇晴天，利用美國產(chǎn)LI-6400光合儀測量旗葉光合速率、蒸騰速率、胞間二氧化碳濃度、氣孔導(dǎo)度，計算水分利用效率[9]；收獲后在實驗室測量小麥千粒重、容重、小區(qū)產(chǎn)量等指標(biāo)。

3討論與結(jié)論

小麥?zhǔn)俏覈酥寥澜绲闹匾Z食作物之一，干旱是嚴(yán)重影響小麥生長發(fā)育、限制小麥產(chǎn)量的環(huán)境因素之一。抗旱品種的鑒定和培育是減少干旱帶來生產(chǎn)損失的有效途徑之一。不同抗旱品種，其抗旱性狀的表現(xiàn)及其抗旱的深層機理存在差異。前人的研究已經(jīng)篩選出了大批與抗旱有關(guān)的田間農(nóng)藝性狀及生理生化指標(biāo)，而且與抗旱相關(guān)的基因片段也越來越多地被克隆出來。小麥的抗旱性是一個受多基因控制的復(fù)雜性狀，不同抗旱小麥的抗旱機制不同，就會有不同的形態(tài)及生理指標(biāo)。因此，用單項指標(biāo)來評價小麥的抗旱性是不科學(xué)的，是有局限性和片面性的，某一指標(biāo)抗旱性的高低并不能完全評價一個品種的抗旱性。本試驗盡可能多地調(diào)查小麥的田間性狀，利用主成分分析法將19個單項指標(biāo)綜合成8個相互獨立的綜合指標(biāo)，試驗分析顯示穗部性狀（單位面積穗數(shù)、穗長、穗粒數(shù)、總小穗數(shù)、有效小穗數(shù)）、光合相關(guān)指標(biāo)（旗葉面積、光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度）、水分相關(guān)指標(biāo)（旗葉水分利用效率、旗葉相對含水量）、植株形態(tài)特征（穗下節(jié)長）、產(chǎn)量指標(biāo)、籽粒相關(guān)指標(biāo)（千粒重、容重）均可以作為鑒定小麥抗旱性的相關(guān)指標(biāo)。利用SPSS軟件，將各品種各單項指標(biāo)的抗旱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)主成分表達式，計算出各品種的綜合指標(biāo)值，進而計算出各品種綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值。再根據(jù)各綜合指標(biāo)的貢獻率，求出各綜合指標(biāo)的權(quán)重，最終求得抗旱性的綜合評價值——D值。且最終計算出來的D值無量綱，可直接用于比較各品種的抗旱性。比較結(jié)果顯示，在本地區(qū)自然降雨（不灌溉）條件下，表現(xiàn)出高度抗旱的品種有洛旱13號，中度抗旱品種有運旱22-33、洛旱11號、洛旱9號、煙農(nóng)0428、石4185、運旱618、煙中13、煙1213、滄麥6005、洛旱8號、衡4399、長6359、衡觀136、衡優(yōu)18、洛旱7號、煙農(nóng)21等。這為抗旱節(jié)水品種的田間培育提供了種質(zhì)資源選擇的參考性。

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[3]栗雨勤，張文英，王有增，等. 作物抗旱性鑒定指標(biāo)研究及進展[J]. 河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，8（1）：58-61.

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[6]張娟，張正斌，謝惠民，等. 小麥葉片水分利用效率及相關(guān)生理性狀的關(guān)系研究[J]. 作物學(xué)報，2005，31（12）：1593-1599.

[7]李云，李維平，李秀峰. 不同品種冬小麥的抗旱性鑒定與分析[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2010，28（2）：17-21.

[8]蘭巨生，胡福順，張景瑞. 作物抗旱指數(shù)的概念和統(tǒng)計方法[J]. 華北農(nóng)學(xué)報，1990，5（2）：20-25.

[9]張娟，張正斌，謝惠民，等. 小麥葉片水分利用效率及相關(guān)生理性狀基因的染色體定位[J]. 西北植物學(xué)報，2005，25（8）：1521-1527.

[10]白志英，李存東，孫紅春，等. 小麥代換系抗旱生理指標(biāo)的主成分分析及綜合評價[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008， 41（12）：4264-4272.

1材料與方法

1.1試驗材料

供試材料收集于山西、河南、河北、江蘇、山東及北京等省市，多數(shù)為2001年以來國家審定的旱地品種和幾個山東省水地品種。編號1～48分別為：洛旱2號、洛旱6號、洛旱7號、洛旱9號、洛旱11號、洛旱13號、洛旱3號、洛旱8號、洛旱10號、洛旱12號、長6359、運旱618、煙農(nóng)5158、運旱22-33、煙農(nóng)999、晉麥47、山農(nóng)優(yōu)麥2號、西農(nóng)538、中農(nóng)175、邯6172、邯5316、邯4589、邯12、石麥15、石4185、石麥19、石麥20、石家莊8號、石麥22號、滄麥6005、滄麥2007、滄麥6001、滄麥119、衡觀136、衡優(yōu)18、衡觀35、衡5229、衡4399、衡216、煙農(nóng)21、煙農(nóng)0428、魯麥21、濟麥22、煙農(nóng)836、青麥6號、煙1213、臨豐3號、煙中13。

1.2試驗設(shè)計

48份小麥試驗材料于2012-2013年度在煙臺市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗田種植，10月5日播種，6行區(qū)，行長5 m，行距0.22 m，每小區(qū)種植1 500株。隨機區(qū)組設(shè)計，兩次重復(fù)。各小區(qū)栽培管理條件一致，播種前按常規(guī)大田施肥。

設(shè)置雨養(yǎng)旱地和有限灌溉兩組試驗，后者為拔節(jié)期及開花期澆水，灌水量每次為600 m3/hm2（根據(jù)本年度當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c），前者全生育期不澆水，靠自然降水供給水分。

1.3調(diào)查指標(biāo)及方法

在灌漿期，田間調(diào)查小麥株高、單位面積穗數(shù)、旗葉長、旗葉寬，計算旗葉面積；隨機選取10株小麥，采集地上部分，在實驗室測量其穗下節(jié)長、穗葉距、穗長、總小穗數(shù)、有效小穗數(shù)、穗粒數(shù)；隨機取20片小麥旗葉，在實驗室測定其離體葉片失水速率RWL（每品種10片葉稱重后，放在實驗臺上，保持離體失水狀態(tài)，4 h后再次稱重，烘干計算）及相對含水量RWC（每品種10片葉稱重后，放入裝有蒸餾水的自封袋里，4℃冰箱浸泡24 h后稱重，烘干，計算）；選擇晴天，利用美國產(chǎn)LI-6400光合儀測量旗葉光合速率、蒸騰速率、胞間二氧化碳濃度、氣孔導(dǎo)度，計算水分利用效率[9]；收獲后在實驗室測量小麥千粒重、容重、小區(qū)產(chǎn)量等指標(biāo)。

3討論與結(jié)論

小麥?zhǔn)俏覈酥寥澜绲闹匾Z食作物之一，干旱是嚴(yán)重影響小麥生長發(fā)育、限制小麥產(chǎn)量的環(huán)境因素之一。抗旱品種的鑒定和培育是減少干旱帶來生產(chǎn)損失的有效途徑之一。不同抗旱品種，其抗旱性狀的表現(xiàn)及其抗旱的深層機理存在差異。前人的研究已經(jīng)篩選出了大批與抗旱有關(guān)的田間農(nóng)藝性狀及生理生化指標(biāo)，而且與抗旱相關(guān)的基因片段也越來越多地被克隆出來。小麥的抗旱性是一個受多基因控制的復(fù)雜性狀，不同抗旱小麥的抗旱機制不同，就會有不同的形態(tài)及生理指標(biāo)。因此，用單項指標(biāo)來評價小麥的抗旱性是不科學(xué)的，是有局限性和片面性的，某一指標(biāo)抗旱性的高低并不能完全評價一個品種的抗旱性。本試驗盡可能多地調(diào)查小麥的田間性狀，利用主成分分析法將19個單項指標(biāo)綜合成8個相互獨立的綜合指標(biāo)，試驗分析顯示穗部性狀（單位面積穗數(shù)、穗長、穗粒數(shù)、總小穗數(shù)、有效小穗數(shù)）、光合相關(guān)指標(biāo)（旗葉面積、光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度）、水分相關(guān)指標(biāo)（旗葉水分利用效率、旗葉相對含水量）、植株形態(tài)特征（穗下節(jié)長）、產(chǎn)量指標(biāo)、籽粒相關(guān)指標(biāo)（千粒重、容重）均可以作為鑒定小麥抗旱性的相關(guān)指標(biāo)。利用SPSS軟件，將各品種各單項指標(biāo)的抗旱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)主成分表達式，計算出各品種的綜合指標(biāo)值，進而計算出各品種綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值。再根據(jù)各綜合指標(biāo)的貢獻率，求出各綜合指標(biāo)的權(quán)重，最終求得抗旱性的綜合評價值——D值。且最終計算出來的D值無量綱，可直接用于比較各品種的抗旱性。比較結(jié)果顯示，在本地區(qū)自然降雨（不灌溉）條件下，表現(xiàn)出高度抗旱的品種有洛旱13號，中度抗旱品種有運旱22-33、洛旱11號、洛旱9號、煙農(nóng)0428、石4185、運旱618、煙中13、煙1213、滄麥6005、洛旱8號、衡4399、長6359、衡觀136、衡優(yōu)18、洛旱7號、煙農(nóng)21等。這為抗旱節(jié)水品種的田間培育提供了種質(zhì)資源選擇的參考性。

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