旱作雨養條件下小麥農藝性狀與產量及抗旱性的關系

閆金龍，張俊靈，張東旭，馮麗云，張樹彬

（山西省農業科學院谷子研究所，山西長治046011）

小麥是我國乃至全世界的主要糧食作物，2016 年，我國小麥播種面積為2 418.7 萬hm2，占全國糧食作物播種面積的21.4%，占全國農作物播種面積的14.5%，占全球小麥播種面積的10.9%，小麥生產直接關系著國家的糧食安全[1]。華北平原是我國重要的糧食生產基地，在保證國家糧食安全方面發揮著舉足輕重的作用[2]。在我國華北及西北地區，干旱是限制農業發展的重要因素，小麥種植區主要處于干旱半干旱地區，小麥的生長發育完全依賴于自然降雨，水資源短缺是影響小麥產業發展的最主要因素[3-4]。選育抗旱高產小麥品種是提高小麥品種抗旱性、提高小麥單產水平、保證國家糧食安全和可持續發展最基本最經濟有效的途徑之一。

在抗旱品種選育過程中，對于應該選擇什么樣的品種前人研究較多，李升東等[5]通過研究不同基因型小麥歸一化植被指數與產量的關系認為，在旱地保護性耕作條件下，歸一化植被指數與產量及抗旱性呈顯著正相關，可以將歸一化植被指數作為評價抗旱性的一個重要指標。閆金龍等[6-8]也對歸一化植被指數進行了研究，認為歸一化植被指數是一個可靠的評價指標。張輝[9]通過研究不同年份小麥產量與主要農藝性狀的關系認為，小麥品種選擇時應充分考慮各個性狀特征之間的關系，協調好各農藝性狀之間的關系，才能獲得相對較高的產量。但真正指導旱地品種怎么選擇，以哪些表型性狀為目標進行選擇的研究相對較少。

本試驗通過對重組自交系F3群體（長6878×長4738）在旱作雨養（drought stress，DS）條件下的農藝性狀、產量及抗旱性的關系進行研究，旨在為旱地小麥品種選育提供一定的思路與方向。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗材料選擇具有220 個株系F3重組自交系群體，該群體是以山西省農業科學院谷子研究所選育的抗旱品種長6878 為母本，以該所選育的節水高產品種長4738 為父本雜交構建而成。

1.2 試驗地概況

田間試驗在山西省農業科學院谷子研究所試驗基地進行，該地位于黃淮冬麥區與北部冬麥區銜接處，東經113°07′，北緯36°12′，海拔926.5 m，常年降雨量550 mm 左右，大于0 ℃有效積溫4 200～4 700 ℃。試驗田土壤屬于淡栗鈣土，前茬作物為小麥，土壤肥力均勻，灌溉便利。

1.3 試驗方法

試驗于2014 年9 月23 日播種，設置旱作雨養（drought stress，DS）和正常灌溉（well-watered，WW）2 種種植條件，即將小麥分別播種于灌溉田塊（于越冬期、返青期飽和澆水）和雨養田塊（全生育期不澆水，試驗期間小麥全生育期降雨239.2 mm，低于常年305 mm）2 種水分條件，行長3 m，行距25 cm，兩行區每行60 粒，用TPJ-150 自走式播種機點播，全生育期管理（除草、防病蟲害等）同大田管理。

1.4 農藝性狀調查及產量測定

農藝性狀只調查雨養田塊，調查的農藝性狀有株高、穗長、每穗小穗數、每穗不育小穗數、穗粒數、分蘗。其中，株高在田間調查，2 行區每行隨機選取兩點量株高，4 點平均值為該品系株高。穗長、每穗小穗數、每穗不育小穗數、穗粒數、分蘗在室內調查，在田間每行選取5 株即每個品系選取10 株，小區收獲前拔單株帶回考種室調查。

在小麥完全成熟后，雨養田塊和灌溉田塊均按小區全部實收，單獨脫粒晾干計產（前期拔回的單株脫粒計入），并考察其千粒質量。

1.5 統計分析

采用Microsoft Office Excel 2007 進行數據初期統計，用PASWStatistics 18 進行數據后期相關分析。

式中，DI 表示抗旱指數；GYS.D為品系雨養條件下的籽粒產量；GYS.W為品系灌溉條件下的籽粒產量；GYAS.W為群體灌溉條件下的籽粒產量的均值；GYAS.D為群體雨養條件下的籽粒產量的均值。

2 結果與分析

2.1 農藝性狀與產量的統計分析

從表1 可以看出，群體各性狀指數表型變異廣泛，由大到小依次為抗旱指數＞不育小穗數＞干旱產量＞灌溉產量＞分蘗數＞穗粒數＞穗長＞千粒質量＞株高＞每穗小穗數。其中，變異系數較大的有抗旱指數、不育小穗數、產量，說明在這些性狀上不同品系間有較大的差異。

表1 小麥群體農藝性狀及小區產量表現

2.2 旱作雨養條件下農藝性狀與產量及抗旱指數相關分析

由表2 可知，旱作條件下的產量與株高、千粒質量、每穗小穗數、穗粒數呈極顯著正相關關系，相關系數分別為0.358，0.331，0.169，0.211（P＜0.01），與分蘗數呈顯著負相關，相關系數為-0.148（P＜0.05）。說明旱作條件下，株高、千粒質量、穗粒數是決定產量的主要因素。旱作條件下的產量與抗旱指數呈極顯著正相關，相關系數為0.858（P＜0.01），說明抗旱指數對衡量品種抗旱性具有一定的指導作用。產量與穗長和不育小穗數相關不顯著。

表2 旱作雨養條件下小麥農藝性狀與產量及抗旱指數相關性

2.3 農藝性狀之間相關性分析

由表2 可知，旱作雨養條件下株高與千粒質量、穗長、抗旱指數都呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數分別為0.331，0.193，0.242；與不育小穗數呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數為0.138，說明旱作條件下只有保證一定的株高，通過提高植株生物產量來增加產量相關要素，從而增加籽粒產量。株高與每穗小穗數、穗粒數、分蘗數相關不顯著。

旱作雨養條件下分蘗數與產量、千粒質量、穗長、每穗小穗數、穗粒數呈顯著或極顯著負相關，相關系數分別為-0.148（P ＜0.05），-0.155（P ＜0.05），-0.157（P＜0.05），-0.242（P＜0.01），-0.326（P＜0.01），說明在旱地品種的選育過程中不能一味地追求分蘗能力過強的品種，在水資源限制的條件下，分蘗能力過強或群體過大會影響后期穗部性狀的發育，減少穗粒數及千粒質量，降低穗粒質量，進而影響整體產量的形成（表2）。

抗旱指數與株高、千粒質量、每穗小穗數、分蘗數呈顯著或極顯著相關性，相關系數分別為0.242（P＜0.01），0.306（P＜0.01），0.141（P＜0.05），-0.212（P＜0.01），抗旱指數與株高和千粒質量呈極顯著正相關，說明抗旱性強的品種首先得有一定的株高，保證其生物產量才能獲得一定的籽粒產量，同時，抗旱性好的品種在干旱脅迫下能正常灌漿，具有較高的千粒質量，而抗旱性差的品種在水分缺乏的情況下其生長及后期灌漿都不能正常進行，影響其產量的形成（表2）。

穗長與每穗小穗數、穗粒數呈極顯著正相關，與分蘗數呈顯著負相關，但與產量及抗旱指數相關性不顯著，說明穗長可能與產量及抗旱性關系不大，主要是由品種特性所決定的。每穗小穗數與產量、穗長、穗粒數、不育小穗數呈極顯著正相關，與分蘗數呈極顯著負相關（表2）。

3 討論

3.1 產量與株高的關系

研究表明，植株生物產量是籽粒產量的基礎，籽粒產量與生物產量呈極顯著正相關，高產栽培和育種中適當提高株高有利于提高小麥產量[10]。張俊靈等[11]通過研究近30 a 間國家北部冬麥區旱地小麥長治區試點參試品種試驗資料得出，旱地條件下產量與株高呈極顯著相關，認為旱地品種高產的前提是具有一定的株高。本研究中，株高與抗旱指數及產量都成極顯著正相關，由于該試驗處于旱作雨養條件下，水分是限制產量的重要因素，只有品系本身具有一定的株高潛力，并且對水分敏感程度較低，才能在旱作條件下從田間競爭中得到相應的生物學產量，從而形成籽粒產量。同時也說明，干旱脅迫下株高在一定程度上可以反映品系的抗旱性，預測品系產量，可以作為旱地小麥品種選育的一個重要指標。

3.2 產量與分蘗的關系

分蘗是小麥的重要生物學特性之一，分蘗的多少，生長的強弱，都標志著小麥群體結構是否合理，也直接影響著小麥的產量高低[12]。徐大勝等[13]研究認為，控制無效分蘗過多增生，塑造旗葉和倒二葉健挺的株型，建立開花后光合產物積累多、向籽粒分配比例大的合理群體結構，提高生育后期的根系活力，有利于延緩衰老，提高粒質量，進而增加產量。本研究中在旱作雨養條件下，分蘗與產量、抗旱指數、千粒質量、穗長、每穗小穗數、穗粒數都呈顯著負相關，該試驗年份試驗地屬于干旱年份，說明在干旱情況下分蘗過多不利于后期產量的形成，分蘗過多會影響小麥穗部性狀的發育，降低穗粒數和千粒質量。在旱地品種的選育過程中，基于高產必需群體要求育種工作者選擇具有一定分蘗能力的品種，但由于干旱而出于水資源利用考慮又要求不能選擇分蘗過多的品種，把握好這個閾值很關鍵。

3.3 產量與穗部性狀的關系

小麥產量的形成與小麥穗部性狀具有密切的關系。王繼濱等[14]通過研究黃淮冬麥區旱地區試小麥產量與產量3 因素關系認為，選育旱地小麥品種時應注重協調好產量3 因素間的關系，在取得一定群體穗數的基礎上，以千粒質量和穗粒數為重點性狀。田紀春等[15-18]也對小麥產量和穗部性狀間關系進行研究，認為小麥穗部性狀對小麥產量有著決定性的作用。本研究在旱作雨養條件下對小麥穗部性狀分析結果顯示，千粒質量、每穗小穗數、穗粒數都與產量及抗旱指數呈極顯著正相關。說明在干旱脅迫條件下，千粒質量、每穗小穗數、穗粒數是決定產量的主要因素。

3.4 產量與抗旱指數的關系

在旱作雨養條件下，水分是限制小麥產量的主要因素，在品種選育及品種推廣中都應把抗旱性作為最主要的考慮因素。冀天會等[19-20]通過比較研究認為，抗旱指數是目前最適用于小麥抗旱育種和區域試驗的綜合性的抗旱鑒定指標。本研究在旱作雨養條件下的產量與抗旱指數呈極顯著正相關，說明干旱條件下品種抗旱性的強弱對產量的影響最為重要。

4 結論

本研究結果表明，旱作條件下的株高、千粒質量、穗粒數、每穗小穗數在一定程度上能反映品種的抗旱性，可以作為旱地小麥品種選育的表型指標。旱作條件下分蘗過多會影響小麥穗部性狀的發育，降低穗粒數和千粒質量，在旱地品種選育中，應選擇分蘗力中等成穗率高的品種。旱作條件下品種的抗旱性對最終產量的形成至關重要，在旱地品種選育和推廣中應選擇旱作豐產性好的品種。