寧夏南部山區冬小麥抗旱指標鑒定研究

邵千順，王 斐，王克雄，任小龍，楊 琳

(1.寧夏農林科學院固原分院，寧夏 固原 756000; 2.西北農林科技大學農學院,陜西 楊凌 712100)

干旱已成為全球農業生產面臨的嚴重問題，尤其是進入本世紀以來，全球性氣候變暖導致的干旱程度越來越嚴重，對糧食生產構成直接威脅[1]。全世界發展中國家至少有6000萬hm2小麥栽培在雨養耕地，產量水平只有灌溉條件下的10%～50%。我國小麥單產不足3000 kg·hm-2的低產田約1140萬公頃，占小麥播種面積的41%。以寧夏為例，年降水分配很不均衡，全區降水量在180～650mm之間，由南向北遞減，南部六盤山區為400～650mm，中部地區為250～500mm，北部地區為180～200mm。降雨量多集中在秋季，6-9月的降水量占全年的50%～73%，冬春干旱對小麥生產負面影響很大，是限制產量的主要因素。改進耕作栽培技術，如采用少耕、免耕、地面覆蓋等抗旱耕作方式也不能從根本上解決問題[2-7]。

實踐證明，提高作物抗旱性，選育抗旱品種，是最直接有效地解決干旱對作物產量影響的途徑[8-9]，為此，國內外科學家都做著各種探索與努力。許多學者從抗旱節水的生理生化機制[10-11]、抗旱分子機制[12]和抗旱的分子生物學基礎[13]等方面進行了大量而深入的研究, 提出了一系列抗旱性鑒定的形態、生理生化指標[14]和基因調控機制[15]等方面的理論。在小麥抗旱性研究方面，國內外學者相繼提出了抗旱系數、干旱敏感指數、抗旱指數等抗旱鑒定產量指標[16-17]，目前認為產量抗旱系數是品種抗旱性鑒定的直接、準確的評價指標，得到國內外學者的一致認可[18]。前人這些研究為抗旱育種、旱作節水農業的發展奠定了理論基礎。

但是在旱地冬小麥研究方面進展緩慢，取得的成果有限[19]。再者作物品種抗旱性是一個復雜而系統的生理生化反應、多基因調控的過程，以及生長發育的節奏與農業氣候因素變化相適應的程度，通過單一性狀或指標研究抗旱性存在一定的局限性，本研究通過對8個品種的產量、抗旱系數及11個農藝性狀的研究，篩選旱地冬小麥抗旱性鑒定指標及抗旱品種，以期為寧南旱地冬小麥抗旱育種及抗旱品種的篩選提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以寧夏南部山區8個耐旱性品種Z0349-4、08AWS089、晉太0509、Z0231-3、中引6號(CK)、Z0217-3、98-5808-1和Z0228-2-1為供試材料，材料由寧夏農林科學院固原分院提供。試驗材料種植在寧夏農林科學院固原分院彭陽試驗基地, 2015年9月中旬播種,次年6月中旬收獲。田間水分管理分雨養和灌溉兩種，每小區播種8行，行距0.3m, 行長5m,小區面積12.9m2。

表1 供試材料基本情況

1.2 性狀測定

小麥成熟期每份材料隨機選取5株，分別用鋼卷尺測定其株高、穗長、穗下節長、單株穗數，用電子秤稱量千粒重、單株粒重，逐株數取結實小穗數、穗粒數、有效分蘗數、穎花結實率、不實小穗數。然后按小區收獲，測產。

1.3 抗旱系數計算方法及等級劃分[20]

將鑒定品種種植于有灌溉條件的旱地，設置水、旱兩種處理，處理間起壟并用塑料膜隔離處理。旱處理全生育期靠自然降雨，水處理在自然降雨的基礎上再灌水2次。寧夏彭陽縣在9月到次年7月降雨一般在300～400mm，其中主要降雨集中在8-9月，而在冬小麥生長的關鍵期(次年3-6月)降雨量非常少，大概150mm左右。田間兩次灌水主要是苗期和抽穗期，每小區灌水總量4.5 m3。比較不同水分狀況下同一品種的產量，用每份材料雨養區平均產量除以灌水區平均產量，計算每份參試材料的抗旱系數。它反映不同小麥品種對干旱的敏感程度，一個品種的抗旱指數高，則品種的抗旱性強，穩定性好[21]。根據抗旱系數將參試材料劃分為抗旱性強、中、弱三個等級，評價旱處理苗期抗旱性、株高、穗長、穗下節長、穎花結實率、穗粒數等指標與品種的抗旱性的關系。

1.4 分析方法

將供試品種農藝性狀數據經整理綜合并正態標準化后, 采用SAS 8.2數據分析軟件對其進行相關分析、主成分分析及系統聚類分析。

2 結果與分析

2.1 品種間產量及抗旱系數

根據材料的抗旱系數將抗旱性分為不同等級(詳見表2)，0.2～0.4為弱，0.4～0.6為中，大于0.6為強，據此將8個品種分為3類，抗旱性強的為Z0349-4、08AWS089、晉太0509，中間型的為Z0231-3和中引6號(CK)，抗旱性弱的為Z0217-3、98-5808-1、Z0228-2-1。

表2 參試品種產量及抗旱系數

2.2 不同處理下各品種抗旱性等級劃分

由表3可知，各品種苗期抗旱性能力與全生育期抗旱性強弱不一致。Z0217-3、98-5808-1、Z0349-4和對照中引6號苗期抗旱性強，但品種全生育期抗旱性較弱或中間性；Z0231-3、08AWS089和晉太0509苗期抗旱性弱或中，但全生育期抗旱性強。

表3 不同處理下各品種抗旱性等級劃分

注：S、M、W分別代表抗旱性強、中、弱。

Note:S, M and W represent the degree of drought resistance of different varieties as strong, medium and weak, respectively.

2.3 旱處理條件下品種間各性狀差異及與抗旱性的關系分析

經方差分析，參試8個品種間除結實小穗數差異不顯著外，其它旱地產量、抗旱系數、穗長、穗粒數、千粒重、單株粒重、株高和有效蘗率等性狀差異均到達顯著水平。且由表4可初步判定：各品種的株高、穗長、穗下節長、穗粒數、有效蘗率等性狀指標變化趨勢與品種抗旱系數變化趨勢基本一致，因此，這些性狀可初步作為品種抗旱性強弱判定的指標。

2.4 主要農藝性狀的主成分分析

2.4.1 主成分特征值 利用SAS軟件計算出12個主要農藝性狀的特征向量及貢獻率見表5。根據各向量的絕對值將不同性狀指標劃分到不同的主成分之中，同一指標在各因子中的最大絕對值所在位置即為其所屬主成分。從表4可以看出，在所有主成分構成中，主要信息集中在前4個主成分，其累計貢獻率達93.40%。第1主成分特征值為4.33，貢獻率為36.07%。第2主成分特征值為4.26，貢獻率為35.46%。第3主成分特征值為1.51，貢獻率為12.58%。第4主成分特征值為1.11，貢獻率為9.29%。

表4 參試品種各性狀平均數及方差分析

注：字母a、b、c、d、e表示各品種在0.05水平下的顯著水平。Note: a、b、c、d and e represent significant difference atP<0.05.

2.4.2 主成分分析 4個主要成分因子匯集了12個農藝性狀的93.40%的信息，每個主成分所代表的性狀見表6。第1主成分主要影響產量、抗旱系數及株高，向量值分別為0.44、0.43和0.41。第2主成分主要影響單株產量，穗長、穗粒數和單株粒重是主要指標，向量值分別為0.41、0.42和0.41。第3主成分影響單穗結實率，不實小穗數和穎花結實率是主要指標，向量值分別為-0.55和0.48。第4主成分主要影響千粒重，向量值為0.79。由此可知，與冬小麥抗旱因素相關的12個性狀主要信息集中在產量、抗旱系數、穗粒數、千粒重、單株粒重、株高、不實小穗數和穎花結實率8個性狀中，這8個性狀可作為冬小麥抗旱性鑒定的主要參考性狀。

表5 主成分特征值信息表

表6 8個冬小麥品種12個農藝性狀的主成分分析

2.5 參試8個冬小麥品種性狀相關分析

將8個品種的12個性狀兩兩之間的相關系數值列于表7中。對冬小麥12個性狀的相關分析表明，抗旱系數與旱地產量呈極顯著正相關，說明抗旱系數越高，品種旱地增產可能性越大。穗下節長與旱地產量和抗旱系數呈顯著正相關，表明穗下節長越長，則品種抗旱能力越強，旱地增產可能性越大。穗粒數與穗長呈極顯著正相關，單株粒重與穗長呈顯著正相關，株高與旱地產量、抗旱系數呈極顯著正相關，與穗下節長和結實小穗數呈顯著正相關，表明旱地品種適宜提高株高，可增強抗旱能力。穎花結實率與穗長呈顯著負相關。

表7 8個品種12個性狀間相關分析

注：相關系數臨界值,a=0.05時，r=0.7067，“*”表示顯著；a=0.01時，r=0.8343，“**”表示極顯著。

Note: * and ** denote significantly different between the 12 traits atP<0.05 orP<0.01，respectively.

2.6 參試8個冬小麥品種聚類分析

8個品種根據產量、抗旱系數、穗長、穗下節長、千粒重等12個指標計算8份冬小麥抗旱種質資源間的遺傳距離, 并采用非加權配對算術平均聚類法(UPGMA)進行系統聚類分析(如圖1)，在歐氏距離0.7697處將8個品種分為3大類，第三類為Z0349-4、08AWS089、晉太0509，這三個品種為平均產量高，抗旱系數高，平均穗長最大，平均穗下節長最長，平均結實小穗數最多，千粒重最大、株高最高。第二類為98-5808-1、Z0228-2-1，這兩個品種的穗粒數、單株粒重和不實小穗數三個指標平均值最高，但產量、抗旱系數、穗下節長、千粒重等指標平均值最低。第一類為包括Z0217-3、Z0231-3與對照中引6號，這三個品種的產量、抗旱系數、穗下節長、千粒重及株高等主要指標在第三類和第二類之間，但穗長、穗粒數及單株粒重在三類中平均值最低。

圖1 8個參試冬小麥品種的聚類分析圖Fig. 1 Clustering analysis of 8 winter wheat varieties

3 討 論

作物抗旱性鑒定需要將形態、生理生化、產量等指標相結合, 且對各個時期的抗旱性綜合評價[22]，因此, 簡單、有效的鑒定指標及其評價方法的合理選擇是抗旱性鑒定的關鍵[23]。近年來，國內外學者采用主成分分析法、聚類分析法等方法研究作物抗旱性，并已在小麥[24]、大豆[25]、玉米[26]等作物中廣泛應用。主成分分析是考察多個性狀之間相關性的一種常用的多元統計方法，目的是從多個參試性狀中提煉出幾個彼此獨立的新因子，這幾個新因子能夠反映參試性狀的主要信息。本研究通過對8個品種12個性狀的主成分分析，提煉出4個新的主成分因子，累積貢獻率達93.4%，這4個主成分因子主要反映了產量、抗旱系數、穗長、穗粒數、千粒重、單株粒重、株高、不實小穗數、穎花結實率9個性狀，因此，這9個性狀可作為日后寧南冬小麥抗旱性鑒定的主要指標。

從抗旱等級來看，Z0349-4、08AWS089和晉太0509三個品種的抗旱性最強，通過聚類分析結果來看， Z0349-4、08AWS089和晉太0509這三個品種聚為一類，從表4可知，這三個品種平均產量高，抗旱系數高，平均穗長最大，平均穗下節長最長，平均結實小穗數最多，千粒重最大、株高最高，各性狀都優于其它品種。這三個品種除晉太0509為引進材料外，Z0349-4、08AWS089是本單位在本地長期選育的待審品系，均在本地區有良好的適應性，適宜日后在寧南山區推廣種植，也可作為日后品種選育及雜交親本選配的主要材料。

但是抗旱性是一個復雜的數量性狀，不僅由作物種類、品種基因型、形態性狀、及生理生化反應等有關，而且受干旱發生的時期、強度及持續時間的影響等有關[27]，本身的生理特點和結構特點決定，還與其內部調控系統能否與外界環境相適應密切相關[28]。目前對寧南冬小麥抗旱性指標的研究還不夠深入，日后還需從生理生化指標、抗旱基因等方面入手，從更深層次探討寧南冬小麥抗旱性，更準確地挖掘抗旱材料，為育種工作提供可靠的理論支撐。

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