50 份小麥新種質抗旱性綜合評價

趙吉平，周 偉，任杰成，郭鵬燕，許 瑛

（1.山西省農業科學院經濟作物研究所，山西汾陽032200；2.汾陽市氣象局，山西汾陽032200）

環境脅迫是麥類作物產量的重要限制性因素，其中，干旱脅迫是影響麥類作物正常生長發育的重要非生物脅迫因素。培育優質的抗旱小麥新種質是保障國家糧食產量穩定以及糧食安全的關鍵所在。干旱是影響小麥作物產量的主要限制性因素之一[1]，在干旱以及半干旱地區尤為顯著。受全球氣候變化的影響，降水供給量呈現明顯下降趨勢，小麥全生育期干旱脅迫日漸顯著。相關研究顯示，干旱因素致糧食作物減產逼近糧食作物全因素減產量的50%[2]。灌溉雖可在短期緩解小麥作物干旱脅迫影響，但因灌溉會誘發土壤板結及土壤鹽堿化現象，不利于小麥種植區的長遠穩定發展[3]。

綜合因素分析可知，選育抗旱高產小麥新種質是突破小麥干旱脅迫難題的關鍵途徑。前人關于小麥抗旱性指標的篩選研究眾多，主要篩選指標歸為干旱適應性生理指標、干旱脅迫后農藝性狀指標兩類。此外，為避免單一抗旱性指標評估的片面性，常常進一步選用主成分分析、隸屬函數分析等方法對小麥種質抗旱性進行綜合評價。其中，主成分分析法在小麥抗旱性綜合評價中的應用越來越廣泛。

本研究選擇50 份山西省小麥新種質作為供試材料，通過田間直接鑒定法分析自然干旱條件和灌水條件下小麥品種農藝性狀，并對其抗旱性進行綜合評價，以期為小麥新種質的推廣種植提供科學理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試小麥品種為2016 年在山西晉城、長治和晉中試驗基地參加山西省和國家區域試驗的42 個小麥品種、山西省農業科學院經濟作物研究所種質資源中優秀骨干品種8 份，分別為：太113、長麥5765、長9499、長8255、京麥10 號、農大3486、長6066、CA1091、太1305、中麥4072、太315、中麥93、輪選638、長麥5973、晉太148、旱優5 號、太831、晉太1310、長麥3897、太5293、津麥3118、長5553、晉麥79 號、晉太141、長6794、太412、中信麥88、長7080、長麥251、長麥5823、太1508、谷麥0982、晉太9923、晉麥68 號、長6904、航麥2566、長麥3909、眾麥7198、長麥6686、晉太114、嬰泊700、太512、長治6195、科遺12- 6105、潤麥2 號、長麥6697、京農12- 79、晉太146、長麥6789 和太1411。目前，已有一大部分品種通過省審和國審[4-16]。

1.2 試驗方法

田間直接鑒定試驗于2016—2018 年連續2 a在山西省農業科學院經濟作物研究所試驗基地汾陽市進行。所有試驗田前茬均為綠豆茬口。供試材料在同一地塊分別設置水地和旱地條件下種植。水地、旱地小區之間設置3 m（含2 條觀察道1 m）隔離帶，隔離帶不澆水。試驗采用隨機區組排列，小區面積5.2 m2（2.0 m×2.6 m），2 次重復。供試材料分別于2016 年10 月8 日（水旱同日）和2017 年10 月5 日（水旱同日）播種，人工開溝播種，播量按照基本苗225.0 萬/hm2計算。旱地不澆水，采取自然雨養條件供給水分。2016 年10 月至2017 年6 月、2017 年10 月至2018 年6 月全生育期降水量分別為146.1，231.3 mm（數據來源于山西省汾陽市氣象局）。水地在自然雨養條件外，分別于2017 年4 月10 日、5 月8 日和5 月25 日，2018 年4 月12 日、5 月5 日和5 月27 日進行澆水處理，每次澆水量約為650 m3/hm2。水地除澆水外，其他管理與旱地一致。分別于2017，2018 年小麥成熟時每小區隨機采20 穗考種備用，并調查其有效穗數、穗粒數、千粒質量、小區產量。綜合評價小麥品種的抗旱指數、隸屬函數值（U）和抗旱性綜合評價值（D）。

1.3 數據處理

研究獲取的數據通過Microsoft Excel 2016 進行整理，并錄入SPSS 22.0 軟件進行統計分析。各農藝性狀指標通過SPSS 22.0 軟件進行降維處理，轉化成數量較少、相對具有獨立性的綜合性指標。在此基礎上獲取各個綜合指標的隸屬函數值，加權處理后獲取抗旱性綜合評價值。具體核算公式如下。

式中，Xj表示第j 個綜合指標，其中，j 取值1- n；Xmax以及Xmin分別表示第j 個綜合指標的極大值以及極小值；Pj表示第j 個綜合指標的貢獻率。

2 結果與分析

2.1 各小麥品種抗旱指數分析

選取有效穗數、穗粒數、千粒質量以及小區產量等四大指標進行小麥抗旱指數的評價。結果表明，50 個小麥品種的抗旱指數存在差異性（表1）。有效穗數、穗粒數、千粒質量以及小區產量不同指標顯示的小麥抗旱指數亦存在不同。以小區產量的抗旱指數進行評估排名，長治6195 的抗旱指數最佳，前26 位次分別為：長治6195、農大3486、太1305、中麥4072、長6794、長麥5823、太412、谷麥0982、太113、長麥251、長7080、太831、長6904、長麥3909、太1508、科遺12- 6105、長麥6686、晉麥79 號、長麥3897、長麥5765、太512、晉太148、太1411、中麥93、晉麥68 號、晉太1310（表1）。單純使用某一指標的抗旱指數評估小麥抗旱性價值不大，需要采取主成分分析法對其抗旱性加以綜合評價。

2.2 各小麥品種主成分分析

采用SPSS 22.0 軟件統計，對表1 中各農藝性狀指標抗旱指數進行主成分分析，以特征值＞1 為標準，最終獲取2 個主成分，如表2 所示，通過主成分矩陣分析可知，有效穗數、小區產量在第一主成分上有較高荷載，說明第一主成分主要反映有效穗數、小區產量與抗旱性的關系；穗粒數與千粒質量在第二主成分上有較高荷載，說明第二主成分主要反映穗粒數、千粒質量與抗旱性的關系。

表1 各小麥品種抗旱指數分析

表2 小麥品種主成分分析

2.3 各小麥品種抗旱性綜合評價分析

根據隸屬函數值U 及權重W 核算得抗旱性綜合評價值D，結果表明，晉太148 抗旱性綜合評價值最高（表3）。將抗旱性綜合評價值D 進行以下劃分[19]：強抗旱，D≥0.59；抗旱，0.59＞D≥0.51；中抗旱，0.51＞D≥0.41；較敏感，0.41＞D≥0.35；敏感，D＜0.35。本研究50 個小麥品種中，抗旱品種1 個，為晉太148；中抗旱品種47 個，分別為：太1305、晉太9923、太412、長麥3897、晉麥68 號、太1508、太831、太512、晉太114、長麥5823、長麥6686、津麥3118、長7080、晉太1310、晉太141、長治6195、航麥2566、長麥3909、晉麥79 號、谷麥0982、長麥5765、太315、京農12- 79、長麥251、太1411、太113、長6904、長9499、長8255、京麥10、長6065、CA1091、中麥4072、中麥93、輪選638、長麥5973、旱優5 號、太5293、長5553、長6794、眾麥7198、嬰泊700、科遺12- 6105、潤麥2 號、長麥6697、晉太146、長麥6789；較敏感品種2 個，分別為：農大3486、中信麥88。

表3 各小麥品種抗旱性綜合評價

3 討論

小麥作物的抗旱性能受到多基因協同控制，不同小麥種質間抗旱性能存在明顯差異[20]。準確鑒定小麥種質抗旱性，可為小麥抗旱親本選育以及小麥種質的推廣提供依據。主成分分析為目前常見抗旱性指標篩選方法，通過主成分分析，可以將具有相互關聯性的生理指標以及農藝性狀等轉換為相互獨立性的綜合性鑒定指標。在此基礎上，對各指標進行加權處理，核算隸屬函數值，進而得到抗旱性綜合評價值D，并對小麥品種抗旱性加以評估。小麥抗旱性綜合評價值D 屬于無量綱純數值，獲取的小麥抗旱性具有一定的可比性。

本研究通過田間直接鑒定試驗對50 份小麥品種的有效穗數、穗粒數、千粒質量、小區產量等農藝性狀指標加以測定，進而評估其抗旱性綜合評價值D，并對小麥品種抗旱性進行分級鑒定。張軍等[21]對抗旱指數以及抗旱性綜合評價值D 進行相關性分析，結果顯示，不同干旱處理條件下，抗旱指數以及抗旱性綜合評價值D 均呈現明顯正相關性。說明抗旱性綜合評價值D 為小麥抗旱性的優良評價指標，說明本研究選取抗旱性綜合評價值D 作為抗旱性評價指標具有可行性。有效穗數、穗粒數、千粒質量以及小區產量等指標為評估小麥抗旱性的常見農藝性狀指標。劉青松等[22]選取千粒質量、穗粒數、穗數以及產量作為產量性狀分析指標，綜合分析各產量構成因素，獲取了抗旱小麥品種。研究充分證實穗粒數、穗數以及產量等指標對于小麥抗旱性評估的有效性。本研究結果表明，50 個小麥品種的抗旱指數存在差異性，有效穗數、穗粒數、千粒質量以及小區產量不同指標顯示的小麥抗旱指數亦存在不同。說明單純使用某一指標的抗旱指數評估小麥抗旱性價值不大。將4 個農藝性狀指標進行主成分分析獲得了2 個主成分。根據抗旱性綜合評價值D，獲取抗旱品種1 個、中抗旱品種47 個。說明抗旱性較高的小麥品種稀少，多數為中等抗旱及抗旱性差的品種。同時，有效穗數、穗粒數、千粒質量以及小區產量等4 個指標進行主成分分析評估抗旱性可行性高。與直接性抗旱性指標小區產量的抗旱指數相比較，抗旱指數位居前48 位的小麥品種中，與抗旱性綜合評價值前48 位重疊47 個，分別為：太113、長麥5765 、長9499、長8255 、京麥10 號、長6065 、CA1091、太1305、中麥4072 、太315 、中麥93 、長麥5973、晉太148、旱優5 號、太831、晉太1310、長麥3897、太5293、津麥3118、長5553、晉麥79 號、晉太141、長6794 、太412 、長7080、長麥251、長麥5823、太1508、谷麥0982、晉太9923、晉麥68 號、長6904、航麥2566、長麥3909、眾麥7198、長麥6686、晉太114、嬰泊700、太512、長治6195、科遺12- 6105、潤麥2 號、長麥6697、京農12- 79、晉太146、長麥6789、太1411。

4 結論

抗旱性綜合評價值D 可有效反映小麥品種的綜合抗旱性。本研究通過該方法鑒定出1 個抗旱品種，即晉太148 以及47 個中抗旱品種。此外，結合直觀性抗旱指標小區產量抗旱指數值，最終獲取47 個抗旱性優良的小麥品種，為小麥品種的選育應用和推廣提供科學依據。對小麥種質優良性的評價，除抗旱性外，仍有抗寒性以及抗病性等的評估，需進一步加以鑒定，篩選整體優良的小麥種質。