新疆自育春小麥品種抗旱性及農藝性狀相關性評價

賈永紅,魏海鵬,侯殿亮,曾潮武,納斯如拉·克熱木,梁曉東

(1.新疆農業科學院奇臺麥類試驗站,新疆奇臺 831800;2.新疆農業科學院糧食作物研究所,烏魯木齊 830052;3.昌吉州農業技術推廣中心,新疆昌吉 831100)

0 引 言

【研究意義】因水資源匱乏而造成的小麥減產,超過其他因素所導致的減產總和[1]。干旱也是制約我國小麥生產的環境限制因子之一,嚴重影響其產量和品質[2-3],對糧食生產構成威脅[4]。新疆是我國小麥重要產區之一,2015～2017年全疆年均小麥種植面積穩定在120×104hm2左右。不同小麥品種的抗旱能力存在差異,準確篩選抗旱性強的小麥品種,對干旱條件下小麥穩產穩收有重要意義[5]。【前人研究進展】小麥產量及農藝性狀是抗旱小麥品種選育工作關注的重點[6-7]。作物的抗旱性是由多基因控制的數量性狀[8-9],作物的株高、有效分蘗數、穗粒數、粒重、生物量等相關性狀與籽粒產量顯著相關,通常被認為是抗旱性的評價參數[10-11]。干旱脅迫會導致小麥的株高、穗下節間長以及葉片相對含水量的降低,影響小麥結穗進而影響小麥產量[12-13]。抗旱系數、干旱敏感指數、抗旱指數、抗旱指數修訂式等抗旱鑒定產量指標[14]。在以往的研究中多種抗旱品種評價指標如抗旱系數、敏感指數、干旱傷害指數、抗旱指數曾得到應用[15-17],并且也提出了抗旱鑒定指標的選擇原則和方法[15]。【本研究切入點】但在抗旱品種篩選中更多采用的是對目標環境中的產量直接排序法,該種方法的缺點是難以同時考慮抗旱性和產量兩個因素,并且難以同時考慮正常水分條件下和干旱脅迫下均高產的情況,因此需要在現有的條件下尋找到考慮正常水分條件下和干旱脅迫下均高產的高產高效品種。需綜合評價春小麥抗旱能力,從新疆春小麥的演變品種中找到豐產性和抗旱性兼顧的育種資源。【擬解決的關鍵問題】以新疆自育的43個春小麥品種為材料,于2017～2018年兩年在新疆奇臺縣半截溝鎮新戶梁對小麥進行全生育期的抗旱性鑒定,分析43個春小麥品種多個性狀間的相關性并對其進行評價,為新疆選育春小麥新品種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

新疆奇臺縣屬中溫帶大陸性半荒漠干旱性氣候,年平均氣溫5.5℃,7月平均氣溫22.6℃,極高最高氣溫39℃,年平均相對濕度60%,無霜期年平153 d(4月20日至10月10日),年平均降水量268.4 mm。試驗材料為新疆自育的43個春小麥品種。表1

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

設正常灌溉和干旱脅迫2個處理,正常灌溉區位于新疆奇臺縣奇臺麥類實驗站,滴灌方式灌溉,全生育期灌水8次,每次600 m3/hm2,共計灌溉4 800 m3/hm2。干旱區處理區位于奇臺縣半截溝鎮新戶梁,全生育期無水量灌溉,在雨養條件下干旱脅迫處理。行長0.8 m,行距0.2 m,小區面積為10 m2,播種量為120粒/行,播前施基肥磷酸二銨(含N 18%、P2O546%)225 kg/hm2、尿素(含N 46.7%)150 kg/hm2,拔節期追施氮肥150 kg/hm2。對照品種為新疆主栽早熟強抗旱品種新旱688號。

表1 參試材料及編號

1.2.2 測定項目

1.2.2.1 物理性狀

性狀調查按照國家小麥品種試驗記載標準,2017～2018年小麥成熟期時測定籽粒落粒性、粒形、粒質、腹溝深淺程度、飽滿度、整齊度等性狀。落粒性分為緊、中、松,粒形為長卵形和卵形,粒質為半角、全角,腹溝深淺分中腹溝和淺腹溝,飽滿度分為中度飽滿、較差飽滿度和飽滿,整齊度分為中等整齊度和滿整齊度。

1.2.2.2 農藝性狀

2017～2018年小麥成熟期時,水區和旱區的每個品種(系)各取 10 株,測定株高、穗下節長、主莖穗長、主莖穗粒數、結實小穗數、總小穗數和千粒重等。

1.2.2.3 產 量

2017～2018年小麥收獲時,對水區、旱區各材料各小區選取1 m2面積實收測產。

1.2.2.4 抗旱性綜合評價

根據產量性狀的抗旱指標的定義,參照黎裕等[18]方法進行。

(1)抗旱性評價

抗旱系數DRC(Drought Resistant Coefficient)=旱區產量Yd/水區產量Yi.

(2) 豐產與抗旱綜合評價

品種耐旱指數DTIv(Drought Tolerance Index of variety ) =(水區產量Yi/所有水區產量平均值)×(旱區產量/所有旱區產量平均值)。

1.3 數據處理

采用 Excel 2007繪圖、SPSS 19.0 進行數據處理和分析。

2 結果與分析

2.1 奇臺春小麥生育期降水量變化

研究表明,2017～2018年3～7月平均降水量分別為7.5、50.5、51.0、48.5和8.5 mm,共計166 mm(1 660 m3/hm2),正常灌水對照的供水總量為4 800 m3/hm2,旱地的水分滿足率為35%(= 1 660/4 800×100%)。圖1

2.2 各品種水區籽粒特征

研究表明,籽粒落粒性主要為松性,其余是緊密和中度落粒性;籽粒粒形主要為卵形,占比58.14%;籽粒粒質主要為全角粒質,占比93.00%,其余為半角粒質,占比7.00%;籽粒腹溝主要為淺腹溝,共有25個品種,占比58.14%;25個小麥品種為飽滿型籽粒,1個小麥品種飽滿性較差,其余小麥品種飽滿性適中;籽粒的千粒重整齊度以中度的整齊度占比大,達到61.9%,其余為滿整齊度。圖2

圖1 2017～2018年奇臺春小麥生育期(3～7 月)降水量(mm)Fig.1 Precipitation of Qitai spring wheat fertility period (March to July) from 2017 and 2018(mm)

2.3 各品種春小麥農藝性狀指標與產量相關性

研究表明,株高與主穗粒重、產量、千粒重等指標呈極顯著正相關,株高與穗下節長呈顯著正相關,株高可作為抗旱性鑒定指標;穗下節長與千粒重呈極顯著正相關;總小穗數與主莖穗長、結實小穗數呈極顯著相關,且相關性最高,達0.677,總小穗數與主穗粒重呈顯著正相關,但與千粒重呈顯著負相關;主莖穗長與結實小穗數、主穗粒重呈極顯著正相關;結實小穗數與主穗粒重呈極顯著正相關;除產量性狀外,干旱也會影響到部分農藝性狀的表現,但各指標間信息重疊,與主穗粒重、千粒重、結實小穗數以及主莖穗長等相關性顯著,對小麥抗旱性的準確性有很大影響。 表2

表2 春小麥部分表型性狀的相關性

2.4 春小麥品種產量變化和抗旱性表現

研究表明,在灌水4 800 m3/hm2的對照條件下,43個春小麥的產量為5 634～8 560 kg/hm2(平均7 467 kg/hm2),大部分集中在7 000～8 000 kg/hm2。

在降雨1 660 m3/hm2水的山旱地條件下,43個春小麥的產量為2 562～5 350 kg/km2(平均3 414 kg/hm2),而大部分則集中在3 000～4 000 kg/hm2。

水地產量大于8 000 kg/hm2的高產品種有7個,分別是新春11號、新春16號、新春19號、新春33號、新春34號、新春43號和新春45號;旱地產量大于4 000 kg/hm2的品種只有4個,分別是新春21號、新春33號、新春44號和新旱688;受旱后產量下降幅度明顯較小的抗旱品種2個:新春21號和新旱688,抗旱性強。

新旱688受旱前后的產量變化很小,抗旱性強,但正常條件下產量位于低產水平(5 633 kg/hm2)。表3,圖3

圖3 43個春小麥受旱后的產量跌落圖Fig. 3 Yield dropping of 43 spring wheat after drought stress

表3 43個春小麥水地產量、旱地產量和抗旱性表現

續表3 43個春小麥水地產量、旱地產量和抗旱性表現

新春33號、新春34號、新春16號、新春19號品種:高產中抗(產量>8 000 kg/hm2,抗旱系數0.4～0.6);

新春11號、新春34號、新春43號: 高產弱抗(產量大于8 000 kg/hm2,抗旱系數<0.4)

新春21號,低產較抗(產量=6 000～7 000 kg/hm2,抗旱系數0.6～0.8)

新旱688,低產高抗(產量<6 000 kg/hm2)

43個春麥品種中,高產品種7個(占15.9%),抗旱品種2個(4.5%),抗旱資源相對較少。43個品種中,沒有高產高抗的類型。圖4

兼顧豐產性和抗旱性,用品種耐旱指數篩選,8個品種作為育種的首選材料。 其中,新春21號和新旱688屬抗旱品種、新春16號和新春19號屬高產品種;新春33號、新春44號、新春38號、 新春26號4個品種屬于豐產性和抗旱性兼顧的品種。圖5

圖4 產量和抗旱性散點圖Fig.4 Scatter gram of drought resistances and yields

圖5 品種耐旱指數圖Fig.5 Drought tolerance index diagram of the varieties

3 討 論

隨著溫室效應加劇,氣候變暖,降雨減少,導致干旱脅迫發生幾率上升[19],糧食生產面臨著水資源短缺的嚴峻挑戰[20,21],逯玉蘭等[22]研究表明旱地小麥產量隨灌漿-成熟期降水量減少而下降,因此,對于小麥品種抗旱性的鑒定迫在眉睫,對不同品種在不同水分條件下進行抗旱性鑒定及評價,能夠實現在小麥育種過程中準確選擇適宜的抗性品種,而在小麥育種過程中需要進行多方面的性狀選擇,小麥抗旱性是復雜的數量性狀,受到基因型、農藝性狀、環境脅迫等因素影響,不同小麥品種在正常、受旱條件下表現出不同的形狀和產量特征。株高、節間長、穗數、穗粒重等農藝性狀是影響小麥產量的重要指標,同時農藝性狀指標亦能夠用作抗旱性的鑒定[23-28],相關系數能夠反映各性狀間的關聯性,小麥產量與其他性狀關聯情況能夠指導小麥品種選育,研究選取43個新疆自育的春小麥品種做研究對象,觀察小麥籽粒性狀、農藝性狀、產量及抗旱指數,結果顯示不同品種間籽粒性狀存在差異,且農藝性狀指標間具有顯著的相關性,通過水、旱地不同小麥品種產量觀察發現不同灌溉條件下小麥產量均有所降低,其中新旱688受旱前后的產量變化較小,顯示出較強的抗旱性,該品種或可用作小麥品種繁育的材料,李源等[29]研究表明產量抗旱指數能比較全面的反映品種的本身的抗旱性以及干旱脅迫下品種的增產潛力,試驗依據春小麥品種抗旱指數進行抗旱性等級劃分,將43個小麥品種分為4類,不同品種抗旱性不同,在進行品種選育中需結合各方條件進行合理選擇,耐旱指數是能夠兼顧豐產性和抗旱性的指標,單一的指標評價作物抗旱性難以準確反映品種抗旱能力[30]。

4 結 論

在水分滿足率35%的山旱地條件下,從43個新疆自育春小麥品種中,鑒定和篩選高產或抗旱的品種8個, 可用于育種首選資源;在43個自育品種中,高產品種7個占16.3%,抗旱材料2個占4.6%。新疆春小麥抗旱性強的資源仍然短缺,高抗資源的引進和育種需同步進行。研究利用品種抗旱指數法對43個新疆自育春小麥品種進行抗旱性綜合評價,新春33號得分最高,其產量最高,抗旱性最強。