不同小麥雜交組合F1代旗葉光合特性與產量相關因素分析

王海偉，李 瑩，崔 超，趙 斌，朱圣杰，郝水源

(1.河套學院，內蒙古 巴彥淖爾015000，2.河套地區綠色農產品安全生產與預警控制實驗室，內蒙古 巴彥淖爾 015000）

小麥（L.）是世界上重要的主糧之一，也是世界上總產量僅次于玉米的第二大糧食作物。中國是世界上最大的小麥生產和消費國，也是世界小麥貿易大國。小麥提供的能量高且制作方法豐富，深受中國居民，特別是北方居民的喜愛，是我國不可替代的重要口糧，在我國開展高產優質小麥育種對于糧食安全和農民增收具有重要意義。光合作用是作物獲得產量的基礎，在選育作物優良品種的過程中，如何有效地把光合作用性能作為選育指標已受到人們的高度重視。現在人們著重研究不同基因型小麥雜交并多代優選光合作用特性優良與產量性狀穩定高產的后代，有利于進一步探討光合作用優良特性的遺傳問題。

雜種優勢是生物界的一種普遍現象，一般是指雜種在生長勢、生活力、抗逆性、繁殖力、適應性、產量、品質等方面優于親本的現象。通過雜種優勢的利用，可以培育出高產、穩產的優良小麥品種，對我國小麥產量和品質的提高起到重要作用。本研究旨在通過對6個雜交小麥組合之間的農藝性狀和光合特性進行比較分析，以期在小麥雜交后代選育過程中獲得高產、穩產、優質的雜交后代小麥。本研究通過數據分析后，能夠篩選出性狀優良、高產小麥品系，可為河套地區小麥高產、高光效育種提供一定的理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

試驗于2018年在臨河區氣象局試驗地進行，試驗組合為Z1(‘HY1701’ב寧春51號’)、Z2(‘寧春51號’בHY1701’)、Z3(‘HY1701’בJ304’)、Z4(‘J304’בHY1701’)、Z5(‘J304’ב永良4號’)、Z6(‘永良4號’בJ304’)。F代進行農藝性狀和旗葉光合特性測定，以廣泛種植的‘永良4號’為對照。試驗地土地平坦，小區面積2 m，行長1 m，行距0.25 m，條播，3次重復。2018年3月17日播種，其他栽培管理措施同一般大田，7月18日收獲。

1.2 測定指標和方法

1.2.1 旗葉光合特性測定 小麥花后25 d左右使用美國Licor公司生產的Li-6400XT便攜式光合測定系統測籽粒灌漿期旗葉光合特性。于晴天的上午9:00-11:30進行，每個試驗材料隨機選擇無病蟲害的植株測定其旗葉凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr），待穩定后讀數，每小區重復5次。

葉片水分利用率計算公式如下：

水分利用率（WUE）=凈光合速率（Pn）/蒸騰速率（Tr）

1.2.2 農藝和產量相關性狀測定 于小麥完熟期隨機選取小麥材料測定植株的株高、穗長、小穗數和穗粒數，每個材料測量10株，重復3次。收獲后，每小區隨機數1 000粒籽粒稱其質量，從中隨機選取小麥的10粒測定粒長與粒寬，均重復3次，取其平均值。

1.3 數據處理

用Excel 2007進行數據整理作圖，用SPSS 23.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同雜交組合F1代旗葉凈光合速率（Pn）

凈光合速率是指總光合作用速率減去呼吸作用速率，體現植物有機物的積累。由圖1可知，雜交組合Z5的F代花后25 d旗葉凈光合速率最高，達9.65 μmol·m·s，顯著高于Z1和Z4雜交組合的，與對照‘永良4號’和其他雜交組合F代之間無顯著性差異。其次，雜交組合Z3、Z6的F代旗葉凈光合速率也較高，且高于對照，也顯著高于雜交組合Z1和Z4，說明雜交組合Z5、Z3和Z6有較高的凈光合速率，光合能力也較強。

圖1 不同小麥雜交組合F1代旗葉凈光合速率

2.2 不同雜交組合F1代旗葉氣孔導度（Gs）

氣孔導度表示氣孔張開的程度，直接影響作物葉片的蒸騰作用。由圖2可知，小麥雜交組合Z2的F代花后25 d旗葉氣孔導度最大，達0.39 mol·m·s。Z4的旗葉氣孔導度值最小，顯著低于Z2和對照‘永良4號’的氣孔導度，其他雜交組合F代的氣孔導度有差異，但未達到顯著性水平。

圖2 不同小麥雜交組合F1代旗葉氣孔導度

2.3 不同雜交組合F1代旗葉胞間CO2濃度（Ci）

由圖3可知，小麥花后25 d旗葉胞間CO濃度最高的為對照品種‘永良4號’，達302.5 μmol·mol，其次為雜交組合Z2和Z6，最低的是Z4，Z4和Z1雜交F代的旗葉胞間CO濃度顯著低于對照和Z2、Z3、Z6，Z5與之無顯著性差異。

圖3 不同小麥雜交組合F1代旗葉胞間CO2濃度

2.4 不同雜交組合F1代旗葉蒸騰速率（Tr）

蒸騰速率是指植物在一定時間內單位葉面積蒸騰的水量。由圖4可知，雜交組合Z2的F1代花后25 d旗葉蒸騰速率最高，達6.29 mmol·m·s，Z4的旗葉蒸騰速率最低。對照與Z2、Z3、Z5、Z6之間差異不顯著性，但都顯著高于雜交組合Z4的F1代。

圖4 不同小麥雜交組合F1代旗葉蒸騰速率

2.5 不同雜交組合F1代旗葉水分利用率

由圖5可知，雜交組合Z4的F代花后25 d旗葉水分利用率最高，達2.01，其次為雜交組合Z5與Z6，最低為雜交組合Z2，Z4的F代旗葉水分利用率顯著高于Z1、Z2和對照，其他雜交組合F代和對照之間的旗葉水分利用率無顯著性差異。

圖5 不同小麥雜交組合F1代旗葉水分利用率

2.6 不同小麥雜交組合F1代穗部農藝性狀

由表1可知，雜交組合Z5的F代株高最高，達86.1 cm，顯著高于對照和其他雜交組合，‘永良4號’株高最低，僅為67.7 cm。雜交組合Z3、Z6、Z2的F代株高也顯著高于對照，但它們之間無顯著性差異。雜交組合Z3的F代穗長最大，達11.2 cm，顯著高于對照和Z2組合，與Z5、Z4、Z6、Z1組合之間有差異但不顯著，‘永良4號’穗長最小，僅為9.1 cm。

表1 不同小麥雜交組合F1代穗部農藝性狀比較

Z4的小穗數和穗粒數最多，分別達到20.7個和41.7粒，Z6次之，都顯著高于對照和Z2組合。對照‘永良4號’小穗數和穗粒數最少，僅有15.3個和33.6粒，與雜交組合Z1和Z2的差異不顯著。

2.7 不同小麥雜交組合F1代粒長、粒寬、千粒質量

由表2可知，雜交組合Z5的F代粒長、粒寬最大，分別達到0.663，0.383 cm，對照‘永良4號’的最小，顯著低于雜交組合Z5、Z4。Z2、Z3、Z6之間未達到顯著性差異水平，但都高于或顯著高于對照的。雜交組合Z5的F1代千粒質量最大，達46.67 g，其次是Z2、Z3，這3個組合間無顯著性差異。‘永良4號’和Z1的千粒質量較小，顯著低于雜交組合Z5、Z2、Z3、Z4的千粒質量。

表2 不同小麥雜交組合F1代粒長、粒寬、千粒質量比較

3 結論與討論

小麥產量的90%~95%來自于直接或間接的光合作用。小麥高產性狀的選擇常與高光合速率相聯系。根據測定的旗葉光合參數來看，對照‘永良4號’、Z5、Z3、Z2花后25 d的旗葉凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO濃度的指標值相對較高。灌漿期是小麥產量形成的重要時期，而千粒質量是小麥籽粒產量的一個重要構成因素。根據農藝性狀的分析，雜交組合Z5、Z3的F代穗長、穗粒數、粒長、粒寬和千粒質量產量相關性狀表現較優秀，其次雜交組合Z2、Z6較對照也表現良好。多數研究認為，光合作用在產量形成過程中起主導作用。充分發揮葉片的光合潛能，提高植株表觀凈光合速率是提高作物產量的關鍵。小麥光合速率和產量性狀均屬于數量性狀遺傳，通過品種間雜交，能夠選育出光合速率、產量較高的后代材料。通過不同雜交組合F代種植篩選，Z5、Z3品種間雜交組合光合特性和產量潛能表現較優秀，從其后代中應可以篩選出適合河套地區種植的高產優質小麥品系。