黃淮冬麥區南片氣象因子對不同品種小麥籽粒特性的影響*

柏軍兵，常旭虹，王德梅，楊玉雙，王玉嬌，郭丹丹，劉哲文，王艷杰**，石書兵，趙廣才**

黃淮冬麥區南片氣象因子對不同品種小麥籽粒特性的影響*

柏軍兵1,2，常旭虹1，王德梅1，楊玉雙1，王玉嬌1,2，郭丹丹1,2，劉哲文1,2，王艷杰1**，石書兵2**，趙廣才1**

（1. 中國農業科學院作物科學研究所，北京 100081；2.新疆農業大學農學院，烏魯木齊 830052）

2020/2021年度在黃淮冬麥區南片的4個省份分別設置大田試驗，選擇周麥18、周麥36及愛民藍麥1號3個不同品質類型的冬小麥品種，分析比較不同氣象因子對3個品種小麥產量及品質的影響。結果表明：不同小麥品種特性和試驗點生態環境對小麥籽粒長寬、產量及品質的影響均達到顯著水平，其中籽粒長度、株高及產量受環境條件的影響大于品種基因型，而籽粒寬度、產量三要素、籽粒淀粉、蛋白質和纖維素含量受品種基因型的影響大于環境條件。從不同試驗點氣象因子來看，籽粒長寬和千粒重表現一致，主要受抽穗?灌漿中期水分的正向調控和拔節?成熟期氣溫的負向調控；株高主要受拔節期水分和氣溫的正向調控；產量和穗粒數主要受抽穗期水分和氣溫、灌漿中期水分的正向調控；有效穗數主要受拔節?抽穗期日照時數的正向調控。籽粒淀粉含量受拔節后氣溫、水分的正向調控，受揚花后期日照時數的負向調控，籽粒蛋白質含量則與其相反，纖維素主要受抽穗?灌漿中期水分的正向調控。綜上所述，不同小麥品種特性和試驗點生態環境對小麥籽粒長寬、產量及品質均存在顯著影響；拔節后的平均氣溫、總供水量及總日照時數對小麥籽粒表型、產量及品質性狀的影響存在差異。

氣象因子；小麥品種；產量；品質；相關分析

適宜的生態環境和高產優質品種是小麥實現高產的關鍵因子。目前，小麥種植區域廣泛，品種資源豐富，適宜不同生態區的高產優質品種也不盡相同[1]。然而，生產上普遍存在同一小麥品種在同一生態區受不同氣象因素的影響導致產量和品質性狀差異較大。因此，探究不同生態環境條件對小麥產量和品質形成的影響對穩定籽粒產量和品質至關重要。相關研究表明，小麥產量和品質的形成受基因型、環境及其交互作用的影響很大[2?3]，小麥本身的品種特性是決定其產量和品質的基礎[4?5]，優異基因是實現高產的必要條件，但產量基因是數量性狀，同時還受地域的影響。前人研究表明影響品種產量穩定性的主要因素之一是互作效應，不同基因型品種與不同環境之間存在明顯的互作效應，加劇了選育廣適性品種的難度[6]。吳冰潔等[7]研究表明，氣象因子對華北平原冬小麥產量變異影響程度表現為平均氣溫＞日照時數＞降水量。石書兵[8]研究了不同類型小麥品種在不同環境下的產量變異規律，發現不同環境條件對小麥產量有顯著差異，品種與地點間的互作效應也達到極顯著差異。小麥的主要品質性狀都受遺傳基因的控制，優質的遺傳基礎是品質優良的前提，但大部分品質性狀在遺傳上都是數量性狀，容易受環境條件的影響，小麥不同品質性狀對基因型和環境條件的響應有所不同[9]。環境條件對小麥籽粒蛋白質含量和濕面筋含量的影響大于基因型影響[10]。總淀粉含量受基因型的影響大于環境條件[11]。曹俊梅等[12]指出基因型和地域均對小麥產量和品質性狀有重要影響，應根據不同小麥的品質特性和各地域特點進行合理布局以充分發揮小麥的品質潛力。Rharrabti等[13]在西班牙的3個生態區研究了10個小麥品種的品質變異，結果表明蛋白含量受地域影響較大，同時指出地域對品質的影響主要是由氣象因子引起的。丁媛媛[14]通過研究50a的氣象因子變化對魯西南小麥的影響發現，小麥產量與生育期內平均溫度呈負相關，與降水量呈正相關。諸多研究認為，小麥抽穗?成熟期光照充足、干旱少雨的環境有利于蛋白質含量提高，而不利于淀粉含量的提高[15?16]；生育后期溫度與蛋白質[17]、淀粉含量[18?19]均呈正相關。對于土壤水分或者降水量，過多或過少均不利于籽粒產量的提高，且導致籽粒品質也相對降低。有研究發現，抽穗?成熟期水分減少時，小麥籽粒蛋白質含量增加[20]。因此，深入探討生態環境條件，特別是氣象因子對不同小麥品種產量和品質的影響，對進一步發揮同一生態區的不同氣象條件優勢，選擇適宜的小麥品種，推動小麥高產優質種植具有重要理論和現實意義。

前人多對同一小麥品種種植在不同生態環境進行的研究，且根據小麥生長時期跨度的不同所得結論也不盡相同，而本試驗選擇不同品質類型的小麥品種種植在同一生態區的不同氣象條件下，通過比較小麥籽粒長寬值、產量及品質指標，探討基因型和環境及其互作對小麥產量及品質指標的影響，以期為小麥產量和品質的穩步提高提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2020?2021年在黃淮冬麥區南片的河南、江蘇、安徽和陜西四省進行，在各省選擇一個試驗點，分別為安陽（A1，河南省安陽市農業科學院36°1′N、114°35′E）、連云港（A2，江蘇省連云港農業科學院，33°8′N、116°3′E）、淮北（A3，安徽省農業科學院淮北柳湖農場，34°33′N、119°18′E）、咸陽（A4，陜西省咸陽市三原縣渠岸鎮渠岸村，34°62′N、108°93′E）。選擇生產上種植較為廣泛的3個不同品質類型的品種：周麥18（B1，中筋品種）、周麥36（B2，強筋品種）和愛民藍麥1號（B3，彩色品種）。3個品種的種植方式均采用條播，行距為20cm，基本苗為270萬株·hm?2，每個品種設置3個小區，每個小區面積13.3m2。小麥拔節期以后根據各地降水情況進行適時補充灌溉，保證小麥全生育期供水量不低于400mm，灌溉方式采用漫灌。小麥拔節期以后統計所有降水量和灌溉量。溫度及日照時數按小麥不同生育時期進行累計，氣象數據由各試驗點提供。田間施氮量與黃淮海南片區域試驗相同，均選取當地基礎肥力相對中上水平的土壤，試驗中土壤基礎肥力之間的差異忽略不計。生育期間及時觀察病蟲害狀況，隨時預防。成熟期取樣進行室內考種，每個小區全部實收測產。各試驗點小麥部分生育時期見表1。

1.2 各試驗點小麥拔節?成熟期不同階段溫光水情況

各試驗地點小麥拔節期后的氣溫、總供水量及日照時數等氣象因子在不同生育時期的變化情況見圖1。從不同生育階段的供水量看，安陽點在拔節期供水量最多（72.9mm），咸陽點在抽穗期供水量最多（26.2mm），連云港點在揚花?灌漿中期供水量最多（59.3mm），淮北和安陽在灌漿中期?成熟期的供水量較其他兩個地點高。不同生育階段的平均氣溫看，連云港點在整個生育后期氣溫均最低，安陽點除抽穗期外，在其他時期的平均氣溫均較高（15.0～23.0℃），其次是咸陽（13.0～23.0℃）、淮北（13.5～21.5℃）。4個試驗點在不同生育時期的總日照時數變化趨勢一致，均在灌漿中期?成熟期達到最大值，咸陽點在拔節期、抽穗期的總日照時數為最小值，在灌漿中期?成熟期達到最大值175h。

1.3 小麥籽粒特性項目測定

1.3.1 產量及產量構成

收獲前于田間準確測定單位面積穗數；取樣點植株進行室內考種，包括穗粒數、千粒重；成熟后全小區收獲，測定產量。

表1 各試驗地點小麥部分生育時期日期(mm-dd)

注：A1代表安陽試驗點，A2代表連云港試驗點，A3代表淮北試驗點，A4代表咸陽試驗點。B1代表周麥18，B2代表周麥36，B3代表愛民藍麥1號。下同。

Note: A1 is Anyang station, A2 is Lianyungang station, A3 is Huaibei station and A4 is Xianyang station. B1 is Zhoumai 18, B2 is Zhoumai 36 and B3 is Aiminlanmai 1.The same as below.

圖1 各試驗地點小麥拔節?成熟期不同階段溫光水情況

注：D1－拔節期，D2－抽穗期，D3－揚花?灌漿中期，D4－灌漿中期?成熟期。下同。

Note: D1 is jointing date, D2 is heading date, D3 is flowering to mid filling date, D4 is mid filling to maturity date. The same as below.

1.3.2 籽粒長寬值

取不同試驗點不同小麥品種籽粒若干，籽粒腹溝朝下排放，利用萬深稻麥性狀測定儀（SC-G型）進行無影拍照，獲得高質量電子圖片，測定粒長、粒寬。

1.3.3 籽粒蛋白質、淀粉及纖維素含量

蛋白質含量測定采用凱氏定氮法。成熟期粉碎后稱取全麥粉0.100±0.001g于消化管中，加入適量催化劑，在消解儀420℃下消化85min，冷卻后用K9840凱氏定氮儀（上海）測定耗酸量，計算得到籽粒蛋白質含量。

參考高俊鳳等[21]的高氯酸?硫酸蒽酮法測定籽粒淀粉含量，稀釋適宜倍數后，測定620nm處吸光值；將測定淀粉含量時的沉淀依次使用NaOH、熱蒸餾水和丙酮洗滌2～3次，然后向沉淀中加入一定量的60%H2SO4轉移至4℃冰箱冷水解12h以上，再使用硫酸蒽酮法測定其在620nm處的吸光值，通過配置葡萄糖、纖維素標準液獲得標準曲線，進而得到籽粒淀粉及纖維素含量。

1.4 數據分析

利用DPS軟件對試驗數據進行方差分析，應用Microsoft Excel 2016和R軟件作圖。采用Duncan新負極差法進行差異顯著性檢驗。采用R軟件繪制網絡圖進行氣象因子與各測定指標之間的關系標示。影響程度分析表示所測定指標的品種基因型、環境及其互作效應平方和所占總平方和的百分數[22]。

2 結果與分析

2.1 氣象因子對小麥籽粒長度和寬度的影響

由圖2a、圖2b可見，籽粒長寬受試驗地點的影響。從平均值看，在連云港和咸陽站種植的小麥，籽粒長度為最大和次大，籽粒寬度也顯著大于其他兩個試驗點，表明連云港和咸陽的生態環境更有利于增加小麥籽粒大小。圖2c、圖2d顯示，不同品種間比較，愛民藍麥1號（B3）相對較長，周麥18（B1）相對較寬，周麥36（B2）處于中間水平。

小麥籽粒的長寬值既受品種遺傳特性的影響，同時也受到生態環境及其互作效應的影響，因此，進一步對籽粒長寬值受基因型、環境條件及其互作影響程度進行分析（表2），試驗點和品種對小麥籽粒長度和寬度的影響通過了0.01水平的顯著性檢驗，兩者互作效應對籽粒寬度的影響也通過了0.01水平的顯著性檢驗，而且小麥籽粒寬度受品種基因型的影響較大，籽粒長度受試驗點環境的影響遠大于基因型。

圖2 四個試驗點3個品種小麥籽粒長寬值的統計比較

注：方框上、中、下的橫線Q1、Q3和Q2分別代表上四分位數、中位數和下四分位數；上、下方線段代表的數值分別指數據最大值和最小值，方框以外的點代表離群值。圖示上方數值表示兩兩變量間的P值，“*”表示差異顯著，而“ns”表示差異不顯著。下同。

Note: The horizontal lines Q1, Q3and Q2on the top, middle and bottom of the box represent the upper quartile, median and lower quartile, respectively; The values represented by the upper and lower line segments refer to the maximum and minimum values of the data, respectively, and the points outside the box represent outliers. The value above the figure indicates the P value between two variables, "*" indicates that there is a significant difference, while "ns" indicates that the difference is not significant. The same as below.

表2 籽粒長寬受基因型、環境型及其互作影響程度和方差分析

注：*、**分別表示F值通過0.05、0.01水平的顯著性檢驗。下同。

Note:*,**respectively indicate that the F value has passed the significance test at the level of 0.05 and 0.01. The same as below.

分析氣溫、水分和日照時數與籽粒長寬的相關性，結果見圖3。由圖可見，氣溫和水分與籽粒發育程度的關系較為密切。籽粒長度與抽穗期和揚花?灌漿中期供水量（R2和R3）呈正相關，與拔節期和灌漿中期?成熟期供水量（R1和R4），拔節期、抽穗期、揚花?灌漿和灌漿中期?成熟期平均氣溫（T1、T2、T3、T4），以及拔節期和揚花?灌漿中期日照時數（S1及S3）呈負相關；籽粒寬度與抽穗期和揚花?灌漿中期供水量（R2和R3）和抽穗期日照時數（S2）呈正相關，與拔節期和灌漿中期?成熟期供水量（R1和R4）、拔節期和揚花?灌漿期平均氣溫（T1和T3）呈負相關。可見，小麥籽粒的長寬既受品種遺傳特性的影響，同時也受到生態環境及互作效應的影響。試驗結果表明，籽粒長寬主要受供水量及平均氣溫的影響。

圖3 不同階段氣象因子與小麥籽粒長寬值的相關系數

注：圖中僅給出相關系數取值∣r∣>0.3的因子，紅色代表正相關，藍紫色代表負相關，顏色深淺表示相關性強弱。灰色方形代表不同氣象因子，灰色圓圈代表不同指標。R1、R2、R3和R4分別為拔節期、抽穗期、揚花?灌漿中期和灌漿中期?成熟期供水量；T1、T2、T3和T4分別為拔節期、抽穗期、揚花?灌漿和灌漿中期?成熟期平均氣溫；S1、S2、S3和S4分別為拔節期、抽穗期、揚花?灌漿中期和灌漿中期?成熟期總日照時數。下同。

Note:Only factors with correlation coefficient value ∣r∣> 0.3 are shown in the figure. Red represents positive correlation, blue purple represents negative correlation, and color depth represents correlation strength. The grey square represents different meteorological hardness, and the grey circle represents different indicators. R1, R2, R3 and R4 are total water supply in jointing stage, heading stage, flowering to mid filling stage, and mid filling to maturity stage, respectively; T1, T2, T3 and T4 are average temperature in jointing stage, heading stage, flowering to mid filling stage, mid filling to maturity stage, respectively; S1, S2, S3 and S4 are total sunshine hours in jointing stage, heading stage, flowering to mid filling stage and mid filling to maturity stage, respectively. The same as below.

2.2 氣象因子對小麥株高及產量性狀的影響

由表3可知，試驗點對小麥株高、有效穗數、穗粒數、千粒重及籽粒產量的影響通過了0.01水平的顯著性檢驗；品種對小麥株高、穗粒數、千粒重及籽粒產量的影響通過了0.01水平的顯著性檢驗，品種對有效穗數的影響通過了0.05水平的顯著性檢驗；兩者互作效應對小麥株高、千粒重及籽粒產量的影響也通過了0.01水平的顯著性檢驗。在不同環境條件下，株高以安陽最高且顯著高于其他地點，穗粒數和籽粒產量在咸陽最高，相比其最低值分別增加了54.2%和33.4%，而千粒重在連云港最大，相比其最低值增加了28.4%，有效穗數在不同試驗點無顯著差異。從不同品種看，周麥18除株高外，產量、有效穗數、穗粒數和千粒重均高于或顯著高于其他兩個品種；周麥36的株高和千粒重最小，但產量、有效穗數和穗粒數均顯著高于藍粒小麥；藍粒小麥的平均株高達到91.4cm，千粒重最高，產量最低。

分析小麥株高及產量性狀受品種、環境及其互作的影響程度（表4）發現，小麥株高和產量受環境的影響明顯高于基因型；有效穗數、穗粒數和千粒重受基因型的影響大于環境。

對氣象因子與小麥株高產量性狀進行相關性（∣r∣>0.3）分析（圖4）可知，株高與R1、T1、T3、S3、S4呈正相關；籽粒產量與R2、R3、T2和S4呈正相關，與R1、R4、T1、T3、S1和S2呈負相關。進一步對氣象因子與產量三要素的相關性分析可知，有效穗數與S1、S2及R4呈正相關，與R2、T2、T4、S3和S4呈負相關；千粒重與R2、R3和S2呈正相關，與R4、T1、T2、T3和T4呈負相關；穗粒數與R2、R3、T2、T4和S4呈正相關，與R1、S1、S2和R4呈負相關。

2.3 氣象因子對小麥籽粒淀粉、蛋白質及纖維素含量的影響

由圖5可知，試驗點和品種對籽粒淀粉、蛋白質及纖維素含量的影響通過了0.05水平的顯著性檢驗。籽粒淀粉、蛋白質及纖維素含量受到試驗點的影響，從平均值來看，籽粒淀粉含量以安陽（A1）試驗點最高，蛋白質含量以連云港（A2）試驗點最高，纖維素含量在咸陽（A4）試驗點最高。從不同品種比較，周麥18（B1）的淀粉含量最高，周麥36（B2）的蛋白質含量最高，愛民藍麥1號（B3）的纖維素含量最高，相比各指標含量在不同品種間的最低值，淀粉、蛋白質及纖維素含量分別增加了4.25%、11.35%和4.63%。

表3 不同環境對不同品種小麥株高及產量性狀的影響

注：每列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著；*、**分別表示F值通過0.05、0.01水平的顯著性檢驗。下同。

Note: Different lowercase letters in each column indicate the difference P<0.05;*,**indicate that the F value has passed the significance test at the level of 0.05 and 0.01, respectively. The same as below.

表4 株高和產量性狀受品種基因型、試驗點環境及其互作的影響程度(%)

圖4 不同階段氣象因子與小麥株高及產量性狀的相關系數

圖5 不同環境對各品種小麥籽粒淀粉、蛋白質及纖維素含量的影響

注：不同小寫字母表示不同環境條件和小麥品種對籽粒品質的影響達到顯著水平（P<0.05）。短線表示均方誤。

Note:Different mall letters on the column indicate that the effects of different environmental conditions and wheat varieties on grain quality reach a significant level (P<0.05), and the short line indicates mean square error.

對籽粒淀粉、蛋白質及纖維素含量受基因型、環境型及其互作影響程度的分析，由表5可知，淀粉、蛋白質和纖維素含量受基因型的影響最大，兩者的互作效應影響次之，環境型的影響最小。

對氣象因子與籽粒淀粉、蛋白質及纖維素含量進行相關性（∣r∣>0.3）分析，由圖6可知，籽粒淀粉含量與R1、R2、R4、T1、T2、T3、T4、S3及S4呈正相關，與R3、S1、S2呈負相關；蛋白質含量與R3、S1和S2呈正相關，與R1、R2、T1、T2、T3、T4、S3和S4呈負相關；纖維素含量與R2、R3及S4呈正相關，與R1、R4、T1、T3、S1、S2及S3呈負相關。

表5 淀粉、蛋白質及纖維素含量受基因型、環境型及其互作影響的程度(%)

圖6 不同階段氣象因子與小麥籽粒淀粉、蛋白質及纖維素含量的相關系數

2.4 氣象因子與籽粒長寬、株高、產量及品質指標的相關分析

對拔節期后水分、氣溫和日照時數與籽粒長寬、產量和品質指標進行相關性分析，由圖7可知，總供水量的增加有利于提高株高和籽粒淀粉含量，但會降低千粒重、籽粒長寬、纖維素和蛋白質含量；平均氣溫的升高可顯著促進籽粒淀粉的合成，但會降低千粒重、籽粒長寬和有效穗數；日照時數的增加可顯著促進籽粒蛋白質含量和株高的增加，但會降低纖維素含量、穗粒數和產量。此外，籽粒蛋白質含量與有效穗數及千粒重呈正相關，與籽粒淀粉含量、纖維素含量呈負相關；籽粒產量與穗粒數、千粒重及纖維素含量呈正相關，而與株高、有效穗數及籽粒蛋白質含量呈負相關，與籽粒長度和寬度呈顯著正相關。說明不同生態環境下，水分、氣溫和日照時數等氣象因子對小麥籽粒長寬、產量和品質的影響存在差異，不同生育階段各氣象因子相互交錯共同影響小麥產量和品質的形成。

圖7 氣象因子、籽粒長寬、株高、產量及品質指標之間的相關系數

注：T、R及S表示拔節-成熟期（D1+D2+D3+D4）平均氣溫、總供水量及總日照時數；GRL表示粒長、GRW表示粒寬、St表示淀粉、Ce表示纖維素、Pr表示蛋白質、H表示株高、Y表示產量、EP表示有效穗數、TGW表示千粒重、GN表示穗粒數；紅色代表正相關，綠色代表負相關，顏色深淺表示相關性強弱，數值表示相關系數。

Note: T, R and S represent the average temperature, total supply and total sunshine hours from jointing to maturity (D1 + D2 + D3 + D4); GRL indicates grain length, GRW indicates grain width, St represents starch, Ce represents cellulose, Pr represents protein, H represents plant height,Y represents yield, EP represents effective panicles, TGW represents 1000 grain weight, GN represents panicle number per ear; Red represents positive correlation, green represents negative correlation, color depth represents correlation strength, and numerical value represents correlation coefficient.

3 結論與討論

3.1 討論

3.1.1 基因型和環境型及其互作對小麥籽粒長寬的影響

小麥籽粒發育過程中，其灌漿充實程度直接影響其產量和品質等各項指標，而籽粒灌漿充實度除受到遺傳因素的控制外，還受栽培措施和環境因素的影響。有研究發現，當同一重組自交系群體種植于不同地域時，結果顯示籽粒長、籽粒長寬比及千粒重受到基因型、環境和基因型與環境互作的顯著影響，而籽粒寬僅受到環境的顯著影響[23]。本試驗中不同小麥品種種植在不同環境條件下，其籽粒長度、寬度存在顯著差異。總體而言，愛民藍麥1號（B3）小麥的籽粒表型性狀最優，周麥18（B1）次之，研究同時表明籽粒長度受到環境型的影響大于受基因型的影響，與上述結果一致。有研究發現，5月中旬平均氣溫對小麥籽粒千粒重存在抑制作用，籽粒較小[24]。本試驗中，小麥生長后期平均氣溫和供水量與籽粒千粒重存在負效應，氣溫和供水量越高，千粒重越小，籽粒長寬值越低，與上述研究結果基本一致，表明抽穗?灌漿中期增加水分供應，可加速籽粒灌漿，增加有機物積累，使籽粒更加飽滿，增大籽粒長寬值，但拔節期水分供應充足主要促進分蘗和莖稈伸長，灌漿中后期水分供應充足則會抑制籽粒灌漿，抑制籽粒發育。拔節?成熟期氣溫偏高，會降低淀粉和蛋白質相關合成酶和轉移酶的活性，影響籽粒灌漿，降低籽粒長寬值。

3.1.2 基因型和環境型及其互作對小麥株高及產量性狀的影響

本試驗研究發現，不同品種、環境條件及其互作效應對小麥株高的影響存在差異，且株高受環境型的影響明顯大于基因型，這是由于株高與拔節期后的平均氣溫、總供水量及總日照時數均呈正相關（R=0.36～0.79）。羅丕[25]探究了兩個小麥品種對氣象因子的響應，發現株高與平均氣溫、日照時數呈顯著正相關，與降水量呈極顯著負相關，與本試驗中株高與供水量呈正相關的結果相反，原因可能是由于小麥在不同生育時期降水或人工灌溉時間的不同，引起莖稈節間伸長程度不一致。王琛等[26]通過對春小麥的不同生育階段進行干旱處理，發現拔節期水分對株高的影響遠高于開花期。本試驗發現安陽點的株高表現最高（89.9cm），顯著高于其他試驗點，這主要是由于安陽在拔節期的供水量遠高于其他3個試驗點，說明拔節期的水分對株高的影響極為顯著，揚花?灌漿中期提高氣溫和日照時數會促進小麥的營養生長，增加小麥株高，與上述研究結果一致。不同小麥品種產量的穩定性差異較大，導致穩定性差的品種產量受生態環境的影響較大，使其適宜種植區域變窄[27]。本研究結果表明，3個小麥品種在不同試驗點的產量變化均較大，產量受到環境型的影響大于其品種基因型。由于咸陽（A4）試驗點在揚花灌漿中期的水分供應充足，且灌漿中后期氣溫和日照時數較高，因此產量最高。3個品種中愛民藍麥1號（B3）小麥的產量受其他環境影響較小，產量較為穩定，其次為周麥18。郭春強等[28]根據氣溫、降水量和光照等氣象要素指標，建立了氣象產量預測模型，其結果表現為平均氣溫影響較大，且為正向作用，其次是降水量和日照時數，二者均為負向作用。本試驗中，拔節期后的總日照時數、總供水量均與小麥產量呈負相關，與上述結果一致；而平均氣溫對產量影響不大，其相關系數r=0.00，與上述結果不一致，可能是由于不同試驗點在拔節期、抽穗期及揚花期的氣溫差異較小造成的。氣溫提高有利于小麥小花的分化，從而提高了穗粒數。有研究發現灌漿前中期氣溫與千粒重呈負相關，降水量和相對濕度與千粒重呈正相關[29]，與本試驗結果一致。表明抽穗?灌漿中期水分、抽穗期氣溫及灌漿中后期日照時數增加，會顯著促進籽粒發育和灌漿，對于提高產量至關重要，但拔節期和灌漿中后期水分過多、拔節期和揚花?灌漿中期氣溫過高，拔節和抽穗期日照時數過多則會促進分蘗及營養生長，抑制后期籽粒發育，影響產量。拔節期及抽穗期增加總日照時數，有利于提高小麥成穗率，增加有效分蘗穗數，但抽穗期后總日照時數的增加對有效分蘗數無促進作用，且抽穗期的平均氣溫及供水量過高，反而抑制小麥分蘗。抽穗?灌漿中期供水量及抽穗期總日照時數的增加，可促進籽粒發育，有利于籽粒有機物的積累，增加千粒重；拔節?成熟期平均氣溫與千粒重呈負相關，這與對籽粒長寬的影響一致，說明千粒重與籽粒長寬變化一致。

3.1.3 基因型和環境型及其互作對小麥品質指標的影響

不同小麥品種的品質指標因其遺傳背景不同而差異顯著，并且也受到環境及其互作效應的影響。前人研究發現，相同小麥品種的品質往往由于栽培環境的改變而表現出不同的特征[25]。本試驗結果表明，小麥的品質指標受到品種、生態環境及其互作效應的顯著影響，與上述研究結果一致。氣象因子對籽粒品質有著重要的調控作用。本試驗中，小麥籽粒蛋白質含量與拔節?成熟期總供水量呈負相關，與日照時數總體呈正相關，但在開花期以后呈負相關，與前人研究結果一致[30?31]。有研究發現籽粒蛋白質含量與抽穗?成熟期的平均氣溫呈極顯著正相關[32]，而本試驗中拔節以后平均氣溫與籽粒蛋白質含量呈顯著負相關，與上述結果相反，原因可能是平均氣溫及總供水量增加，有利于籽粒淀粉的合成，從而導致籽粒蛋白質含量相對降低。淀粉作為小麥籽粒含量最高的組分，其組成和理化特性對小麥面粉的品質具有重要影響。本試驗中，籽粒淀粉含量與小麥拔節期后的平均氣溫和總供水量呈顯著正相關，而與總日照時數無顯著相關性，這與鄧梅[19]的研究結果一致。本研究發現籽粒纖維素含量與小麥拔節期后的水分、氣溫和日照時數均呈負相關，而僅抽穗?灌漿中期的總供水量與纖維素含量呈正相關，表明水分對纖維素合成具有積極的促進作用。但目前氣象因子對籽粒纖維素含量的影響報道較少，結果有待進一步驗證。試驗結果表明拔節期、抽穗期和灌漿中后期總供水量增加，拔節?成熟期平均氣溫升高，以及揚花?成熟期的總日照時數增加，均可促進有機物向籽粒中運轉和積累，增加淀粉合成，但卻降低籽粒中蛋白質含量。拔節?抽穗期總日照時數、揚花?灌漿中期總供水量的增加，有利于氮素從植株莖稈向穗部的轉移，籽粒形成和發育期氮素含量較高，顯著促進籽粒蛋白質的合成，增加蛋白質含量，但卻降低了淀粉含量。抽穗?灌漿中期總供水量的增加有利于籽粒增大，對增加籽粒中纖維素含量具有促進作用。因此，品質指標不僅受品種本身特性的影響，氣溫、水分及日照時數也對其具有顯著調節作用。本試驗僅針對不同類型的三個小麥品種做了一年大田試驗，結果有待進一步商榷。

3.2 結論

不同小麥品種的產量和品質指標受氣象環境條件的影響均達到顯著水平。其中，籽粒長度、株高及產量受環境型的影響大于基因型，而籽粒寬度、產量三要素、籽粒淀粉、蛋白質和纖維素含量受基因型的影響大于環境型。拔節期后的平均氣溫、總供水量及總日照時數對小麥籽粒表型、產量及品質性狀的影響存在差異。

[1] 趙廣才.小麥優質高產栽培理論與技術[M].中國農業科學技術出版社,2018.

Zhao G C.Good quality and high yield cultivation of wheat:theory and technology[M].China Agricultural Science and Technology Press,2018.(in Chinese)

[2] Jan R,Ceglinska A,Gozdowski D,et al.Influence of the varieties,environment and management on the grain yield and bread-making quality in winter wheat[J].Journal of Cereal Science,2015(11):61126-61132.

[3] 金欣欣,姚艷榮,賈秀領,等.基因型和環境對小麥產量、品質和氮素效率的影響[J].作物學報,2019,45(4):635-644.

Jin X X,Yao Y R,Jia X L,et al.Effects of genotype and environment on wheat yield,quality and nitrogen use efficiency[J].Acta Agronomica Sinica,2019,45(4):635-644. (in Chinese)

[4] Rozbicki J,Ceglińska A,Gozdowski D,et al.Influence of the cultivar,environment and management on the grain yield and bread-making quality in winter wheat[J].Journal of Cereal Science,2015,61:126-132.

[5] 朱統泉,宋全昊,孟祥鋒.不同生長因素變化對小麥產量及品質的影響:以駐馬店市近10年小麥生產情況為例[J].作物雜志,2020(6):80-88.

Zhu T Q,Song Q H,Meng X F.Influences of various growth factors on yield and grain quality in wheat:taking Zhumadian's wheat production in the past ten years as example[J].Crops,2020(6):80-88.(in Chinese)

[6] Yan W,Frégeau-Reid J,Pageau D,et al.Genotype-by- environment interaction and trait associations in two genetic populations of oat[J].Crop Science,2016,56(3): 1136.

[7] 吳冰潔,王靖,唐建昭,等.華北平原冬小麥產量變異的氣象影響因子分析[J].中國農業氣象,2018,39(10):623-635.

Wu B J,Wang J,Tang J Z,et al.Meteorological influencing factors on variation in winter wheat yield in the North China Plain[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2018, 39(10):623-635.(in Chinese)

[8] 石書兵.不同生態條件下小麥品質形成的特征、調節及其生理基礎[D].泰安:山東農業大學,2005.

Shi S B.Characteristics of end-use quality formation of grains and its regulation in wheat(L.) grown in different ecological zones[D].Tai’an:Shandong Agricultural University,2005.(in Chinese)

[9] Caffe-Treml M,Glover K D,Krishnan P G,et al.Effect of wheat genotype and environment on relationships between dough extensibility and breadmaking quality[J].Cereal Chemistry,2013,88(2):201-208.

[10] 劉愛峰,張臣良,王運智,等.基因型與環境對小麥品質性狀的影響[J].山東農業科學,2002(3):3-5.

Liu A F,Zhang C L,Wang Y Z,et al.Effects of genotype and environment on wheat quality traits[J].Shandong Agricultural Science,2002(3):3-5.(in Chinese)

[11] 趙春,寧堂原,焦念元,等.基因型與環境對小麥籽粒蛋白質和淀粉品質的影響[J].應用生態學報,2005(7):1257- 1260.

Zhao C,Ning T Y,Jiao N Y,et al.Effects of genotype and environment on protein and starch quality of wheat grain[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2005(7):1257- 1260.(in Chinese)

[12] 曹俊梅,周安定,劉聯正,等.基因型與環境對三種筋型小麥品質性狀的影響[J].新疆農業科學,2015,52(8):1382- 1387.

Cao J M,Zhou A D,Liu L Z,et al.Effects of genotype and environment on quality characters of three gluten wheat varieties[J].Xinjiang Agricultural Sciences,2015,52(8):1382- 1387.(in Chinese)

[13] Rharrabti Y,Royo C,Villegas D,et al.Durum wheat quality in Mediterranean environments I:quality expression under different zones,latitudes and water regimes across Spain[J]. Field Crops Research,2003,80(2):123-131.

[14] 丁媛媛.魯西南地區氣候變化對小麥生育期及產量的影響[J].農技服務,2021,38(3):93-95.

Ding Y Y.Effects of climate change on wheat growth period and yield in Southwest Shandong[J].Agricultural Technical Services,2021,38(3):93-95.(in Chinese)

[15] Majzoobi M,Roushan F,Kadivar M,et al.Effects of heat-moisture treatment on physicochemical properties of wheat starch[J].Iran Agricultural Research,2017,36(1):1-6.

[16] 李佳楠.水分對普冰151光合生理特性、主要農藝性狀及淀粉積累規律的影響[D].楊凌:西北農林科技大學,2019.

Li J N.Effects of moisture on photosynthetic physiological characteristics, main agronomic traits and starch accumulation regularity of Pubing 151[D].Yangling: Northwest Agriculture and Forestry University,2019.(in Chinese)

[17] 宋康,朱彥威,李鵬,等.氣溫對不同筋型小麥游離氨基酸與籽粒蛋白質含量的影響[J].山東農業科學,2013,45(12): 24-26.

Song K,Zhu Y W,Li P,et al.Effects of temperature on free amino acid and grain protein contents in wheat with different gluten types[J].Shandong Agricultural Science, 2013,45(12):24-26.(in Chinese)

[18] 喬玉強,馬傳喜,黃正來,等.小麥品質性狀的基因型和環境及其互作效應分析[J].核農學報,2008(5):706-711.

Qiao Y Q,Ma C X,Huang Z L,et al.Analysis of genotype, environment and interaction effects of wheat quality traits[J].Journal of Nuclear and Agricultural Sciences, 2008(5):706-711.(in Chinese)

[19] 鄧梅,張雄,鐘小娟,等.不同生態環境對四川小麥品種(系)籽粒淀粉含量及理化特性的影響[J].麥類作物學報,2019, 39(1):64-72.

Deng M,Zhang X,Zhong X J,et al.Effects of different ecological environments on grain starch content and physicochemical properties of Sichuan wheat varieties(lines)[J]. Journal of Triticeae Crops,2019,39(1):64-72.(in Chinese)

[20] 李金峰,劉駿,張金霞,等.小麥品質影響因素及改良途徑分析[J].農業科技通訊,2018(6):214-216.

Li J F,Liu J,Zhang J X,et al.Analysis of influencing factors and improvement approaches of wheat quality[J].Bulletin of Agricultural Science and Technology,2018(6):214-216. (in Chinese)

[21] 高俊鳳.植物生理學實驗指導[M].北京:高等教育出版社,2006.

Gao J F.Experimental guidance of plant physiology[M]. Beijing:Higher Education Press,2006.(in Chinese)

[22] 姚金保,張鵬,余桂紅,等.江蘇省小麥品種(系)籽粒產量基因型與環境互作分析[J].麥類作物學報,2021,41(2): 191-202.

Yao J B,Zhang P,Yu G H,et al.Genotype by environment interaction effect on grain yield of wheat varieties in Jiangsu Province[J].Journal of Triticeae Crops,2021,41(2): 191-202.(in Chinese)

[23] 唐昊.小麥重要品質性狀、籽粒性狀及延綠性狀的分子遺傳學研究[D].雅安:四川農業大學,2018.

Tang H.Molecular genetics research for wheat main quality traits,kernel traits and stay-green traits[D].Ya’an:Sichuan Agricultural University,2018.(in Chinese)

[24] 郭翠榮,申存良,閆俊明,等.冬小麥千粒重與氣象因素的相關分析[J].中國農學通報,2018,34(18):1-5.

Guo C R,Shen C L,Yan J M,et al.Winter wheat:correlation analysis of 1000-grain weight and meteorological factors[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin,2018, 34(18):1-5.(in Chinese)

[25] 羅丕.氣象因子對小麥生長發育及品質性狀的影響[D].長沙:湖南農業大學,2009.

Luo P.The influence of meteorological factors on wheat growth,and development and quality traits[D]. Changsha: Hunan Agricultural University,2009.(in Chinese)

[26] 王琛,王連喜,馬國飛,等.寧夏灌區春小麥形態結構及干物質分配對不同時期干旱脅迫的響應[J].生態學雜志, 2019,38(7):2049-2056.

Wang C,Wang L X,Ma G F,et al.Responses of morphological structure and dry matter allocation of spring wheat to drought stress at different developmental stages in the irrigation district of Ningxia[J].Chinese Journal of Ecology,2019,38(7):2049-2056.(in Chinese)

[27] 楊子光,冀天會,郭軍偉,等.北部冬麥區旱地小麥新品種產量穩定性分析[J].干旱地區農業研究,2004(1):70-72.

Yang Z G,Ji T H,Guo J W,et al.Yield stability analysis of new dryland wheat varieties in northern winter wheat area[J].Agricultural Research in the Arid Areas,2004(1): 70-72.(in Chinese)

[28] 郭春強,張振永,齊雙麗,等.影響小麥產量的氣象因素分析及產量氣象模型研究[J].天津農業科學,2019,25(4): 38-41.

Guo C Q,Zhang Z Y,Qi S L,et al.Analysis of meteorological factors affecting wheat yield and study of its yield meteorological model[J].Tianjin Agricultural Science,2019,25(4):38-41.(in Chinese)

[29] 郭明明,董召娣,易媛,等.氮肥運籌對不同筋型小麥產量和品質的影響[J].麥類作物學報,2014,34(11):1559-1565.

Guo M M,Dong Z D,Yi Y,et al.Effects of nitrogen management on grain yield and quality of wheat cutivars with different gluten types[J].Journal of Triticeae Crops, 2014,34(11):1559-1565.(in Chinese)

[30] 劉小飛,費良軍,段愛旺,等.調虧灌溉對冬小麥產量和品質及其關系的調控效應[J].水土保持學報,2019,33(3): 276-282.

Liu X F,Fei L J,Duan A W,et al.Effect of regulated deficit irrigation(RDI) on grain yield and quality traits of winter wheat and their relationship[J].Journal of Soil and Water Conservation,2019,33(3):276-282.(in Chinese)

[31] 金艷,郭慧娟,崔黨群.環境因素對小麥蛋白質含量和品質的影響研究進展[J].中國農學通報,2009,25(17):250-254.

Jin Y,Guo H J,Cui D Q.Effects of environment the content and quality of protein in wheat[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2009,25(17):250-254.(in Chinese)

[32] 曹廣才,吳東兵,陳賀芹,等.氣溫和日照與春播小麥品質的關系[J].中國農業科學,2004(5):663-669.

Cao G C,Wu D B,Chen H Q,et al.Relationship between temperature,sunshine and quality of spring-sowing wheat[J].Scientia Agricultura Sinica,2004(5):663-669.(in Chinese)

Effects of Meteorological Factors on Grain Characteristics in Different Wheat Varieties in the Southern of Huang-Huai Planting

BAI Jun-bing1,2, CHANG Xu-hong1, WANG De-mei1, YANG Yu-shuang1, WANG Yu-jiao1,2, GUO Dan-dan1,2, LIU Zhe-wen1,2, WANG Yan-jie1, SHI Shu-bing2, ZHAO Guang-cai1

(1. Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 2. College of Agriculture, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052 )

Field experiments were set up in four provinces including the winter wheat planting area of southern Huang-Huai in 2020 and 2021. Zhoumai 18, Zhoumai 36 and Aiminlanmai 1 were selected to reveal the effects of different meteorological factors on the yield and quality of three varieties. The results showed that the effects of different wheat variety characteristics and ecological environment on grain length, width, yield and quality reached a significant level in wheat. The effects of environmental conditions on grain length, plant height and yield were greater than those of variety genotypes, while the effects of variety genotypes on grain width, yield three elements, grain starch, protein and cellulose content were greater than those of environmental conditions. Analysis of meteorological factors from different experimental sites suggested that the performance of length and width of grain and weight 1000 grains were consistent. It showed that these two traits were positively regulated during heading to middle date of grain filling, and the negative regulation of temperature was found from jointing date to maturity date. Plant height was positively regulated by factors of moisture and temperature at jointing date. The yield and number of grains were positively regulated by moisture and temperature at heading date, and moisture at middle date of grain filling. The number of effective panicles was mainly positively regulated by the sunshine hours from jointing to heading date. Starch content of grain was positively regulated by temperature and moisture after jointing date, and negatively regulated by sunshine hours in the late flowering date. However, protein content of grain was negatively regulated by temperature and moisture after jointing date, and positively regulated by sunshine hours in the late flowering date. Cellulose was positively regulated by moisture from heading to mid date of grain filling. In conclusion, the characteristics of different wheat varieties and the ecological environment of the test site had significant effects on grain length, width, yield and quality in wheat. Great effects on wheat grain phenotype, yield and quality traits were observed in the analysis of average temperature, total water supply and total sunshine hours after jointing date.

Meteorological factors; Wheat varieties; Yield; Quality; Correlation analysis

10.3969/j.issn.1000-6362.2022.06.005

柏軍兵,常旭虹,王德梅,等.黃淮冬麥區南片氣象因子對不同品種小麥籽粒特性的影響[J].中國農業氣象,2022,43(6):474-486

收稿日期：2021-09-07

國家重點研發計劃（2016YFD0300407）；國家現代農業產業技術體系（CARS-3-1-13)

通訊作者：趙廣才，研究員，研究方向為小麥優質高產栽培理論與技術，E-mail：zhaoguangcai@caas.cn；王艷杰，副研究員，研究方向為小麥優質高產栽培理論與技術，E-mail：wangyanjie@caas.cn；石書兵，教授，研究方向為小麥高產栽培研究，E-mail：ssb@xjau. edu. cn

柏軍兵，E-mail：2071895102@qq.com