48份冬小麦主要田间农艺性状的主成分分析及抗旱性综合评价

李素　姜鸿明　宫德衬等

摘要：本试验以48份不同抗旱性的小麦品种（系）为试材，分别调查其在雨养旱地和灌溉水地的旗叶面积、穗长、穗下节长、穗叶距、旗叶相对含水量、旗叶离体失水速率、株高、单位面积穗数、光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度、水分利用效率等19项指标，计算出各指标的抗旱系数，并将其作为衡量抗旱性的指标，利用主成分分析法，将19个单项指标综合成8个相互独立的综合指标，计算出各品种的综合指标值，再利用隶属函数法，综合评价这48个品种（系）在本地区表现出的抗旱性。比较结果显示，在烟台地区自然降雨（不灌溉）条件下表现高度抗旱的品种有洛旱13号，中度抗旱品种有运旱22-33、洛旱11号、洛旱9号、烟农0428、石4185、运旱618、烟中13、烟1213、沧麦6005、洛旱8号、衡4399、长6359、衡观136、衡优18、洛旱7号、烟农21等。这为抗旱节水品种的田间培育提供了种质资源选择的参考性。

关键词：小麦；抗旱性；主成分分析法；综合评价

中图分类号：S512.1+10.1文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）07-0025-06

AbstractThis experiment used 48 wheat varieties with different drought resistance as materials. Nineteen indexes were investigated in non-watered and well-watered field plots with the same soil conditions， such as flag leaf area， spike length， peduncle length， distance of spike and leaves，relative water content of flag leaf， water loss rate of cutting flag leaf， plant height， number of spikes per unit area， photosynthetic rate， transpiration rate， stomata conductance， intercellular CO2 concentration， and water use efficiency. The drought resistance coefficient （DRC） of each index was calculated and employed as the measurement index of drought resistance. The results showed that the 19 indexes could be integrated into 8 independent comprehensive components through the principal component analysis. The value of comprehensive indexes were calculated， and the drought resistance of the varieties in local area was comprehensively evaluated by membership function method. Under the non-watered condition in Yantai， Luohan 13 showed higher drought resistance， and Yunhan 22-33， Luohan 11， Luohan 9， Yannong 0428， Shi 4185， Yunhan 618， Yanzhong 13， Yan 1213， Cangmai 6005， Luohan 8， Heng 4399， Chang 6359， Hengguan 136， Hengyou 18， Luohan 7 and Yannong 21 showed moderate drought resistance.These results provided references for selecting germplasms to cultivate drought-resistant wheat varieties in field.

Key words Wheat； Drought resistance； Principal component analysis； Comprehensive evaluation

在世界范围内，有很多环境因子对植物生长发育以及产量都产生负面影响，其中干旱是农作物产量的主要环境制约因子之一[1]。抗旱性是指作物在干旱环境中，其生长发育和最终产量形成对干旱胁迫的适应能力，它内受多基因调控，外受环境因子的制约，对于环境的适应表现出多样性[2]。研究者们从不同角度出发，对作物的生态学、形态学、生理学抗旱表现进行研究，提出各种抗旱性鉴定指标[3]，包括生长发育的形态指标[4， 5]、生理生化指标[6， 7]、产量鉴定指标[8]等。作物抗旱性的表现是多种抗旱指标相互作用构成的一个复杂综合性状，其中的每一个抗旱指标都与作物的抗旱能力有一定的相关性，但也有一定的局限性，而本试验尽可能多地调查小麦田间农艺性状及生理生化指标，采用综合指标法弥补这一缺陷及不足。

研究干旱的方法有干旱棚法、室内模拟干旱、盆栽法、抗旱池法、自然干旱法等[7]。本研究田间试验选用自然干旱法，设置雨养旱地和有限灌溉两种处理，还原抗旱选择的本地生态条件，以选择适应烟台当地土壤水层分布及自然降水条件的抗旱节水小麦品种，期望为今后的节水育种提供可靠的资源。

1材料与方法

1.1试验材料

供试材料收集于山西、河南、河北、江苏、山东及北京等省市，多数为2001年以来国家审定的旱地品种和几个山东省水地品种。编号1～48分别为：洛旱2号、洛旱6号、洛旱7号、洛旱9号、洛旱11号、洛旱13号、洛旱3号、洛旱8号、洛旱10号、洛旱12号、长6359、运旱618、烟农5158、运旱22-33、烟农999、晋麦47、山农优麦2号、西农538、中农175、邯6172、邯5316、邯4589、邯12、石麦15、石4185、石麦19、石麦20、石家庄8号、石麦22号、沧麦6005、沧麦2007、沧麦6001、沧麦119、衡观136、衡优18、衡观35、衡5229、衡4399、衡216、烟农21、烟农0428、鲁麦21、济麦22、烟农836、青麦6号、烟1213、临丰3号、烟中13。

1.2试验设计

48份小麦试验材料于2012-2013年度在烟台市农业科学研究院试验田种植，10月5日播种，6行区，行长5 m，行距0.22 m，每小区种植1 500株。随机区组设计，两次重复。各小区栽培管理条件一致，播种前按常规大田施肥。

设置雨养旱地和有限灌溉两组试验，后者为拔节期及开花期浇水，灌水量每次为600 m3/hm2（根据本年度当地气候特点），前者全生育期不浇水，靠自然降水供给水分。

1.3调查指标及方法

在灌浆期，田间调查小麦株高、单位面积穗数、旗叶长、旗叶宽，计算旗叶面积；随机选取10株小麦，采集地上部分，在实验室测量其穗下节长、穗叶距、穗长、总小穗数、有效小穗数、穗粒数；随机取20片小麦旗叶，在实验室测定其离体叶片失水速率RWL（每品种10片叶称重后，放在实验台上，保持离体失水状态，4 h后再次称重，烘干计算）及相对含水量RWC（每品种10片叶称重后，放入装有蒸馏水的自封袋里，4℃冰箱浸泡24 h后称重，烘干，计算）；选择晴天，利用美国产LI-6400光合仪测量旗叶光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度，计算水分利用效率[9]；收获后在实验室测量小麦千粒重、容重、小区产量等指标。

3讨论与结论

小麦是我国乃至全世界的重要粮食作物之一，干旱是严重影响小麦生长发育、限制小麦产量的环境因素之一。抗旱品种的鉴定和培育是减少干旱带来生产损失的有效途径之一。不同抗旱品种，其抗旱性状的表现及其抗旱的深层机理存在差异。前人的研究已经筛选出了大批与抗旱有关的田间农艺性状及生理生化指标，而且与抗旱相关的基因片段也越来越多地被克隆出来。小麦的抗旱性是一个受多基因控制的复杂性状，不同抗旱小麦的抗旱机制不同，就会有不同的形态及生理指标。因此，用单项指标来评价小麦的抗旱性是不科学的，是有局限性和片面性的，某一指标抗旱性的高低并不能完全评价一个品种的抗旱性。本试验尽可能多地调查小麦的田间性状，利用主成分分析法将19个单项指标综合成8个相互独立的综合指标，试验分析显示穗部性状（单位面积穗数、穗长、穗粒数、总小穗数、有效小穗数）、光合相关指标（旗叶面积、光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度）、水分相关指标（旗叶水分利用效率、旗叶相对含水量）、植株形态特征（穗下节长）、产量指标、籽粒相关指标（千粒重、容重）均可以作为鉴定小麦抗旱性的相关指标。利用SPSS软件，将各品种各单项指标的抗旱系数标准化，根据主成分表达式，计算出各品种的综合指标值，进而计算出各品种综合指标的隶属函数值。再根据各综合指标的贡献率，求出各综合指标的权重，最终求得抗旱性的综合评价值——D值。且最终计算出来的D值无量纲，可直接用于比较各品种的抗旱性。比较结果显示，在本地区自然降雨（不灌溉）条件下，表现出高度抗旱的品种有洛旱13号，中度抗旱品种有运旱22-33、洛旱11号、洛旱9号、烟农0428、石4185、运旱618、烟中13、烟1213、沧麦6005、洛旱8号、衡4399、长6359、衡观136、衡优18、洛旱7号、烟农21等。这为抗旱节水品种的田间培育提供了种质资源选择的参考性。

参考文献：

[1]朱维琴，吴良欢，陶勤南. 干旱逆境下不同品种水稻叶片有机渗透调节物质变化研究[J]. 土壤通报，2003，34（1）：25-28.

[2]金善宝. 中国小麦学[M]. 北京：中国农业出版社，1996.

[3]栗雨勤，张文英，王有增，等. 作物抗旱性鉴定指标研究及进展[J]. 河北农业科学，2004，8（1）：58-61.

[4]景蕊莲. 作物抗旱研究的现状与思考[J]. 干旱地区农业研究，1999，17（2）：79-85.

[5]景蕊莲，胡荣海. 作物抗旱性的根系研究[J]. 国外农学：麦类作物，1995（3）：37-39.

[6]张娟，张正斌，谢惠民，等. 小麦叶片水分利用效率及相关生理性状的关系研究[J]. 作物学报，2005，31（12）：1593-1599.

[7]李云，李维平，李秀峰. 不同品种冬小麦的抗旱性鉴定与分析[J]. 干旱地区农业研究， 2010，28（2）：17-21.

[8]兰巨生，胡福顺，张景瑞. 作物抗旱指数的概念和统计方法[J]. 华北农学报，1990，5（2）：20-25.

[9]张娟，张正斌，谢惠民，等. 小麦叶片水分利用效率及相关生理性状基因的染色体定位[J]. 西北植物学报，2005，25（8）：1521-1527.

[10]白志英，李存东，孙红春，等. 小麦代换系抗旱生理指标的主成分分析及综合评价[J]. 中国农业科学，2008， 41（12）：4264-4272.

1材料与方法

1.1试验材料

供试材料收集于山西、河南、河北、江苏、山东及北京等省市，多数为2001年以来国家审定的旱地品种和几个山东省水地品种。编号1～48分别为：洛旱2号、洛旱6号、洛旱7号、洛旱9号、洛旱11号、洛旱13号、洛旱3号、洛旱8号、洛旱10号、洛旱12号、长6359、运旱618、烟农5158、运旱22-33、烟农999、晋麦47、山农优麦2号、西农538、中农175、邯6172、邯5316、邯4589、邯12、石麦15、石4185、石麦19、石麦20、石家庄8号、石麦22号、沧麦6005、沧麦2007、沧麦6001、沧麦119、衡观136、衡优18、衡观35、衡5229、衡4399、衡216、烟农21、烟农0428、鲁麦21、济麦22、烟农836、青麦6号、烟1213、临丰3号、烟中13。

1.2试验设计

48份小麦试验材料于2012-2013年度在烟台市农业科学研究院试验田种植，10月5日播种，6行区，行长5 m，行距0.22 m，每小区种植1 500株。随机区组设计，两次重复。各小区栽培管理条件一致，播种前按常规大田施肥。

设置雨养旱地和有限灌溉两组试验，后者为拔节期及开花期浇水，灌水量每次为600 m3/hm2（根据本年度当地气候特点），前者全生育期不浇水，靠自然降水供给水分。

1.3调查指标及方法

在灌浆期，田间调查小麦株高、单位面积穗数、旗叶长、旗叶宽，计算旗叶面积；随机选取10株小麦，采集地上部分，在实验室测量其穗下节长、穗叶距、穗长、总小穗数、有效小穗数、穗粒数；随机取20片小麦旗叶，在实验室测定其离体叶片失水速率RWL（每品种10片叶称重后，放在实验台上，保持离体失水状态，4 h后再次称重，烘干计算）及相对含水量RWC（每品种10片叶称重后，放入装有蒸馏水的自封袋里，4℃冰箱浸泡24 h后称重，烘干，计算）；选择晴天，利用美国产LI-6400光合仪测量旗叶光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度，计算水分利用效率[9]；收获后在实验室测量小麦千粒重、容重、小区产量等指标。

3讨论与结论

小麦是我国乃至全世界的重要粮食作物之一，干旱是严重影响小麦生长发育、限制小麦产量的环境因素之一。抗旱品种的鉴定和培育是减少干旱带来生产损失的有效途径之一。不同抗旱品种，其抗旱性状的表现及其抗旱的深层机理存在差异。前人的研究已经筛选出了大批与抗旱有关的田间农艺性状及生理生化指标，而且与抗旱相关的基因片段也越来越多地被克隆出来。小麦的抗旱性是一个受多基因控制的复杂性状，不同抗旱小麦的抗旱机制不同，就会有不同的形态及生理指标。因此，用单项指标来评价小麦的抗旱性是不科学的，是有局限性和片面性的，某一指标抗旱性的高低并不能完全评价一个品种的抗旱性。本试验尽可能多地调查小麦的田间性状，利用主成分分析法将19个单项指标综合成8个相互独立的综合指标，试验分析显示穗部性状（单位面积穗数、穗长、穗粒数、总小穗数、有效小穗数）、光合相关指标（旗叶面积、光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度）、水分相关指标（旗叶水分利用效率、旗叶相对含水量）、植株形态特征（穗下节长）、产量指标、籽粒相关指标（千粒重、容重）均可以作为鉴定小麦抗旱性的相关指标。利用SPSS软件，将各品种各单项指标的抗旱系数标准化，根据主成分表达式，计算出各品种的综合指标值，进而计算出各品种综合指标的隶属函数值。再根据各综合指标的贡献率，求出各综合指标的权重，最终求得抗旱性的综合评价值——D值。且最终计算出来的D值无量纲，可直接用于比较各品种的抗旱性。比较结果显示，在本地区自然降雨（不灌溉）条件下，表现出高度抗旱的品种有洛旱13号，中度抗旱品种有运旱22-33、洛旱11号、洛旱9号、烟农0428、石4185、运旱618、烟中13、烟1213、沧麦6005、洛旱8号、衡4399、长6359、衡观136、衡优18、洛旱7号、烟农21等。这为抗旱节水品种的田间培育提供了种质资源选择的参考性。

参考文献：

[1]朱维琴，吴良欢，陶勤南. 干旱逆境下不同品种水稻叶片有机渗透调节物质变化研究[J]. 土壤通报，2003，34（1）：25-28.

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[5]景蕊莲，胡荣海. 作物抗旱性的根系研究[J]. 国外农学：麦类作物，1995（3）：37-39.

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[7]李云，李维平，李秀峰. 不同品种冬小麦的抗旱性鉴定与分析[J]. 干旱地区农业研究， 2010，28（2）：17-21.

[8]兰巨生，胡福顺，张景瑞. 作物抗旱指数的概念和统计方法[J]. 华北农学报，1990，5（2）：20-25.

[9]张娟，张正斌，谢惠民，等. 小麦叶片水分利用效率及相关生理性状基因的染色体定位[J]. 西北植物学报，2005，25（8）：1521-1527.

[10]白志英，李存东，孙红春，等. 小麦代换系抗旱生理指标的主成分分析及综合评价[J]. 中国农业科学，2008， 41（12）：4264-4272.

1材料与方法

1.1试验材料

供试材料收集于山西、河南、河北、江苏、山东及北京等省市，多数为2001年以来国家审定的旱地品种和几个山东省水地品种。编号1～48分别为：洛旱2号、洛旱6号、洛旱7号、洛旱9号、洛旱11号、洛旱13号、洛旱3号、洛旱8号、洛旱10号、洛旱12号、长6359、运旱618、烟农5158、运旱22-33、烟农999、晋麦47、山农优麦2号、西农538、中农175、邯6172、邯5316、邯4589、邯12、石麦15、石4185、石麦19、石麦20、石家庄8号、石麦22号、沧麦6005、沧麦2007、沧麦6001、沧麦119、衡观136、衡优18、衡观35、衡5229、衡4399、衡216、烟农21、烟农0428、鲁麦21、济麦22、烟农836、青麦6号、烟1213、临丰3号、烟中13。

1.2试验设计

48份小麦试验材料于2012-2013年度在烟台市农业科学研究院试验田种植，10月5日播种，6行区，行长5 m，行距0.22 m，每小区种植1 500株。随机区组设计，两次重复。各小区栽培管理条件一致，播种前按常规大田施肥。

设置雨养旱地和有限灌溉两组试验，后者为拔节期及开花期浇水，灌水量每次为600 m3/hm2（根据本年度当地气候特点），前者全生育期不浇水，靠自然降水供给水分。

1.3调查指标及方法

在灌浆期，田间调查小麦株高、单位面积穗数、旗叶长、旗叶宽，计算旗叶面积；随机选取10株小麦，采集地上部分，在实验室测量其穗下节长、穗叶距、穗长、总小穗数、有效小穗数、穗粒数；随机取20片小麦旗叶，在实验室测定其离体叶片失水速率RWL（每品种10片叶称重后，放在实验台上，保持离体失水状态，4 h后再次称重，烘干计算）及相对含水量RWC（每品种10片叶称重后，放入装有蒸馏水的自封袋里，4℃冰箱浸泡24 h后称重，烘干，计算）；选择晴天，利用美国产LI-6400光合仪测量旗叶光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度，计算水分利用效率[9]；收获后在实验室测量小麦千粒重、容重、小区产量等指标。

3讨论与结论

小麦是我国乃至全世界的重要粮食作物之一，干旱是严重影响小麦生长发育、限制小麦产量的环境因素之一。抗旱品种的鉴定和培育是减少干旱带来生产损失的有效途径之一。不同抗旱品种，其抗旱性状的表现及其抗旱的深层机理存在差异。前人的研究已经筛选出了大批与抗旱有关的田间农艺性状及生理生化指标，而且与抗旱相关的基因片段也越来越多地被克隆出来。小麦的抗旱性是一个受多基因控制的复杂性状，不同抗旱小麦的抗旱机制不同，就会有不同的形态及生理指标。因此，用单项指标来评价小麦的抗旱性是不科学的，是有局限性和片面性的，某一指标抗旱性的高低并不能完全评价一个品种的抗旱性。本试验尽可能多地调查小麦的田间性状，利用主成分分析法将19个单项指标综合成8个相互独立的综合指标，试验分析显示穗部性状（单位面积穗数、穗长、穗粒数、总小穗数、有效小穗数）、光合相关指标（旗叶面积、光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度）、水分相关指标（旗叶水分利用效率、旗叶相对含水量）、植株形态特征（穗下节长）、产量指标、籽粒相关指标（千粒重、容重）均可以作为鉴定小麦抗旱性的相关指标。利用SPSS软件，将各品种各单项指标的抗旱系数标准化，根据主成分表达式，计算出各品种的综合指标值，进而计算出各品种综合指标的隶属函数值。再根据各综合指标的贡献率，求出各综合指标的权重，最终求得抗旱性的综合评价值——D值。且最终计算出来的D值无量纲，可直接用于比较各品种的抗旱性。比较结果显示，在本地区自然降雨（不灌溉）条件下，表现出高度抗旱的品种有洛旱13号，中度抗旱品种有运旱22-33、洛旱11号、洛旱9号、烟农0428、石4185、运旱618、烟中13、烟1213、沧麦6005、洛旱8号、衡4399、长6359、衡观136、衡优18、洛旱7号、烟农21等。这为抗旱节水品种的田间培育提供了种质资源选择的参考性。

参考文献：

[1]朱维琴，吴良欢，陶勤南. 干旱逆境下不同品种水稻叶片有机渗透调节物质变化研究[J]. 土壤通报，2003，34（1）：25-28.

[2]金善宝. 中国小麦学[M]. 北京：中国农业出版社，1996.

[3]栗雨勤，张文英，王有增，等. 作物抗旱性鉴定指标研究及进展[J]. 河北农业科学，2004，8（1）：58-61.

[4]景蕊莲. 作物抗旱研究的现状与思考[J]. 干旱地区农业研究，1999，17（2）：79-85.

[5]景蕊莲，胡荣海. 作物抗旱性的根系研究[J]. 国外农学：麦类作物，1995（3）：37-39.

[6]张娟，张正斌，谢惠民，等. 小麦叶片水分利用效率及相关生理性状的关系研究[J]. 作物学报，2005，31（12）：1593-1599.

[7]李云，李维平，李秀峰. 不同品种冬小麦的抗旱性鉴定与分析[J]. 干旱地区农业研究， 2010，28（2）：17-21.

[8]兰巨生，胡福顺，张景瑞. 作物抗旱指数的概念和统计方法[J]. 华北农学报，1990，5（2）：20-25.

[9]张娟，张正斌，谢惠民，等. 小麦叶片水分利用效率及相关生理性状基因的染色体定位[J]. 西北植物学报，2005，25（8）：1521-1527.

[10]白志英，李存东，孙红春，等. 小麦代换系抗旱生理指标的主成分分析及综合评价[J]. 中国农业科学，2008， 41（12）：4264-4272.