山西小麦品（系）种穗部与籽粒性状分析

张东旭，张俊灵，闫金龙，孙美荣，张树彬

（山西省农业科学院谷子研究所，山西长治046011）

山西小麦品（系）种穗部与籽粒性状分析

张东旭，张俊灵，闫金龙，孙美荣，张树彬

（山西省农业科学院谷子研究所，山西长治046011）

为充分了解山西省小麦品（系）种的穗部和籽粒性状，以山西不同地区选育的321个品（系）种为研究对象，对穗长、结实小穗、不孕小穗、穗粒数、株高、千粒质量、籽粒饱满度、穗形状、芒形状、籽粒形状、粒色、粒质等穗部和籽粒性状进行了分析。结果表明，山西小麦品（系）种千粒质量变异系数最小，穗粒数及其相关性状变异系数都较大，说明山西小麦千粒质量最为稳定，穗粒数则遗传基础丰富；山西省不同地区选育的品（系）种穗部和籽粒性状存在较大差异，长治地区选育的小麦品（系）种穗长、结实小穗数和运城地区选育的小麦品（系）种千粒质量均显著高于其他地区；穗长和穗粒数与结实小穗极显著相关，改良小麦穗长能有效提升穗粒数，千粒质量与穗粒数呈弱负相关，与株高呈正相关；依据穗部和籽粒表型性状可以将供试品（系）种聚为3个类群，分别占供试材料的40.51%（中穗粒中粒质量）、20.57%（多穗粒中粒质量）、38.92%（少穗粒大粒质量）。表明山西小麦目前发展方向主要是中穗粒中粒质量和少穗粒大粒质量类型，在多穗粒中粒质量型品种上选育的品种较少。

小麦；穗部性状；籽粒性状；比较分析；相关分析；聚类分析

普通小麦（Triticum aestivum L.）是超过40个国家和35%世界人口的主粮，为人类提供的能量和蛋白质营养超过总量的20%[1]。小麦是我国两大口粮之一，全国有40%的人以面食为主。但是当前小麦的种植效益和水资源约束影响着小麦面积的稳定。因此，保证小麦的稳产增产，提高小麦单产成为主要途径。目前，我国各育种单位都以高产、超高产作为小麦育种目标，并且应用各种途径和方法选育具有更高产量潜力的突破性小麦品种[2]。影响小麦产量的因素很多，其中，研究小麦产量与产量结构的遗传改良及其遗传改良的发展方向是小麦高产育种的一项基本工作，被小麦育种工作者高度重视[3-4]。小麦产量是由单位面积穗数、每穗粒数和粒质量所构成，而小麦产量最基本的构成因素之一穗粒数，主要是由穗长、结实小穗、不孕小穗等穗部性状所决定。而小麦产量另一个最基本的构成因素之一千粒质量，主要是由籽粒粒形、粒质、饱满度等籽粒性状所决定，而且小麦籽粒表型性状还决定小麦商品性的好坏。因此，研究小麦穗部及籽粒表型性状对小麦育种具有重要的价值。但是，大批量的鉴定这些性状费时、费工，更要求精细，因此，关于这些表型性状的研究较少。

山西地处黄河中游，是华夏文明发祥地之一。小麦种植的历史久远，形成独特的面食文化，小麦是山西最重要的粮食作物。山西南北狭长，海拔南北跨度大，使山西小麦生产南北跨越黄淮和北部两大冬麦区，从南到北的运城盆地、临汾盆地、长治盆地、太原盆地及忻定盆地是目前小麦集中种植区[5]。为了适应山西小麦各生态区复杂生态条件的需要，不同生态区选育出的品种也有差别，代表性的如运城地区选育的晋麦47、临汾地区选育的临优145、长治地区选育的长6878、太原地区选育的太原136及忻州地区选育的忻2060等，这些小麦品种的选育不但使山西小麦在抗旱育种、品质育种取得了突出的成效，而且在全国小麦育种中也占有重要的地位。

本研究通过对山西小麦不同生态区所选育出的321个小麦品（系）种的穗部及籽粒表型性状进行分析，旨在了解山西小麦的表型性状特征及不同生态区选育的小麦品种表型性状特征和相关性，为山西省小麦种质利用和遗传改良提供参考，同时为我国小麦抗旱育种和品质育种以及其他小麦高产品种的选育提供信息。

1 材料和方法

1.1 材料

供试材料为山西省不同生态区域所选育出的321个小麦优良品（系）种（表1），均由山西省农业科学院谷子研究所收集提供。

表1 供试小麦品（系）种及选育地点

1.2 试验方法

1.2.1 田间试验供试材料于2015—2016年在山西省农业科学院谷子研究所种植，试验采取人工开沟点播，行距20 cm，行长2 m，点播籽粒120粒，常规田间管理，成熟后在行区中部拔取单株收回。

1.2.2 表型性状测定每品种（系）随机选取30个植株进行株高、穗长、穗形状、芒类型、结实小穗、不孕小穗及穗粒数等形态特征调查测定，测定方法参照国家冬小麦区试品种调查方法。调查的30个植株混合脱粒，选取不少于50粒目测粒色、粒质、饱满度、粒形状，目测分类标准参照国家冬小麦区试品种调查方法。千粒质量用电子天平测定，测量干燥而健全的500粒籽粒的质量，精确至0.01 g，3次重复，取平均值后换算成千粒质量。

1.3 数据分析

利用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0软件统计分析数据。

2 结果与分析

2.1 穗部及籽粒性状分析

供试品（系）种的穗部与籽粒表型性状按照计量方法不同分为计量值性状（表2）和分级（类）性状（表3）。对穗长、结实小穗、不孕小穗、穗粒数、株高和千粒质量6个计量值性状进行了极差、平均数、标准差和变异系数计算（表2）。由表2可知，不孕小穗变异系数最大，为53.66%，表明其离散程度最高，在不同品种间变异较大；穗粒数次之，变异系数为17.77%；千粒质量变异系数最小，为9.26%，表明千粒质量在不同品种间的变异最小。从这6个性状的离散程度来看，山西小麦品（系）种的千粒质量最为稳定，穗粒数则遗传基础丰富。

对穗形状、芒类型、籽粒颜色、粒质、籽粒饱满度和籽粒形状6个分级（类）性状进行了个数和所占比例统计（表3），结果显示，供试品（系）种的芒类型最为集中，92.83%的品（系）种为长芒类型；其次78.19%的品（系）种籽粒为白色，76.64%的品（系）种穗形状为纺锤形，75.70%的品（系）种粒质为硬质，67.29%的品（系）种籽粒形状为卵形；籽粒饱满度分级最多，分为5级，数据显示最为分散，但进一步统计后，饱满度中等以上的品（系）种有91.59%。表明山西省小麦品（系）种总体上以纺锤长芒穗子为主，籽粒以白粒硬质为主，籽粒饱满度总体水平也较好。

表2 供试品（系）种的表型计量值性状参数

表3 供试品（系）种的表型分级（类）情况

2.2 穗部和籽粒性状比较分析

对山西省5个小麦集中种植区选育出品（系）种的穗部和籽粒6个计量值性状比较分析发现，山西省不同种植区选育出的品（系）种在穗部和籽粒性状上存在差异，长治地区选育的品（系）种穗长、结实小穗、不孕小穗和株高都最高，运城地区选育的品（系）种千粒质量最高。方差分析表明，长治地区选育的品（系）种穗长、结实小穗显著高于其他4个地区选育的品（系）种，临汾地区和运城地区选育的品（系）种不孕小穗数显著低于其他3个地区选育的品（系）种，忻定地区选育的品（系）种穗粒数显著低于其他4个地区选育的品（系）种，长治地区和太原地区选育的品（系）种株高显著高于其他3个地区选育的品（系）种，运城地区选育的品（系）种千粒质量和太原地区、忻定地区选育的品（系）种差异不显著，但极显著高于长治地区和临汾地区选育的品（系）种（表4）。

表4 不同地区的小麦品（系）种表型计量值性状比较

对山西省不同地区选育的品（系）种6个分级（类）性状进行比较分析发现（图1），不同地区选育的品（系）种6个分级（类）性状间存在差异，运城地区选育的品（系）种饱满度最好，长治地区选育的品（系）种穗形状最为集中，有87.27%的品（系）种为纺锤穗，临汾地区和运城地区选育的品（系）种粒质比较好，忻定地区和运城地区选育的品（系）种白粒最多，综合来看，运城地区选育的品（系）种籽粒商品性最好，表明在小麦育种中多用运城地区的材料进行杂交组配，可以有效提升籽粒的商品性。

2.3 穗部和籽粒性状相关性分析

对供试材料的表型性状相关性分析发现，6个性状中，结实小穗与穗长相关性达到极显著水平（P＜0.01），相关系数为0.631；穗粒数与穗长、结实小穗极显著正相关，与不孕小穗极显著负相关；千粒质量与穗粒数显著负相关（P＜0.05），与株高极显著正相关（表5）。表明改良小麦品种的穗长能够有效提升结实小穗数和穗粒数；穗粒数的改良要协调好千粒质量；同时穗粒数的改良还应该注重中、矮秆品种的选育。

表5 穗部和籽粒性状相关性分析

2.4 基于表型性状的聚类分析

利用欧式平均距离，采用系统聚类中的离差平方和法（Ward's method），对供试的321个小麦品（系）种进行聚类，其聚类结果如图2所示。在欧式距离为10处，将供试材料分为3大类群，第Ⅰ类群占供试材料的40.51%，是其中最大的一个类群，该类群穗粒数和千粒质量都处于平均水平，属于中穗粒中粒质量类群；第Ⅱ类群占供试材料的20.57%，是其中最小的一个类群，该类群穗长、结实小穗、穗粒数都较高，属于多穗粒中粒质量类群，千粒质量处于平均水平；第Ⅲ类群占供试材料的38.92%，该类群穗长、穗粒数都较低，但千粒质量较高，属于少穗粒大粒质量类群。从聚类分析中可以看出，山西小麦目前发展方向主要是中穗粒中粒质量和少穗粒大粒质量类型，在多穗粒中粒质量型品种上选育的品种较少。

3 结论与讨论

山西小麦自20世纪30年代开展小麦育种工作以来，育种家先后培养出了一大批高产优质的小麦品种，它们不仅促进了山西省小麦品种的演进和更替，也为全国小麦产量的提高提供了保障。山西南北狭长，纬度南北跨越大，加之地形复杂，因此，在山西小麦主要种植区自然条件和耕作栽培制度存在很大差异，也造就了不同地区育种家选育的品种类型存在很大差异。本研究通过对山西省321个小麦品（系）种的穗部和籽粒性状进行分析，结果表明，山西不同地区选育出的小麦品（系）种穗部和籽粒性状存在较大差异，长治地区选育的小麦品（系）种有穗长、穗粒数多等优点，但千粒质量偏低；运城地区选育的小麦品（系）种籽粒饱满度、粒质都较好，千粒质量较高，但穗长较短；临汾地区选育的小麦品（系）种粒质最好，不孕小穗数较少；太原地区选育的小麦品（系）种穗形和粒形种类较多；忻定地区选育的小麦品（系）种粒色最好。了解不同地区小麦品（系）种的穗部和籽粒性状特性，对在育种中选择适宜的组配材料具有重要的指导意义。

穗部性状是影响小麦产量的重要因素。目前，对小麦穗部及籽粒性状的研究已有报道，王瑞等[6]研究认为，小麦良好的穗部结构应有一定的穗长基础，才能确保高穗粒数和高穗粒质量。范永胜等[7]研究认为，穗粒数与穗长、结实小穗呈极显著正相关，而与株高呈较弱的负相关。余泽高等[8]研究认为，穗长、结实小穗数及小穗结实率对小麦品种穗粒数的形成都具有十分重要的作用。王佳佳等[9]研究认为，基部不育小穗数的减少，总小穗数、可育小穗数、穗长的增大，有利于穗粒数的增加。李哲清等[10]研究认为，小麦产量与穗粒数呈正相关，穗长与穗粒数呈负相关。本研究通过对山西省321个小麦品（系）种的穗部性状进行相关性分析，结果发现，穗粒数与穗长、结实小穗呈极显著正相关，千粒质量与穗粒数呈显著负相关，千粒质量与株高呈极显著正相关。这与前人的研究结果既有相同之处[11-12]，也存在差异[13-14]。究其原因，可能与试验材料、生态环境等有关，其还有待进一步深入研究。

高产一直是小麦育种最主要的目标，影响小麦产量因素很多。姚国才等[15]研究认为，小麦的产量结构与产量的遗传相关，其中，每穗粒数的直接作用最强，千粒质量稍弱，穗数较弱。侯远玉等[16]、王瑞等[17]研究认为，通过提高穗粒数来提高小麦单产的潜力大于增加穗粒质量的潜力。刘朝辉等[18]研究认为，单位面积穗数和穗粒数对产量的作用较大且产量三要素对产量（偏相关和通径分析）的数值较大且接近，说明它们已在较高水平上达到协调。郭天才等[19]研究认为，目前在小麦高产育种中，多穗型品种依靠穗数增加来提高产量的空间逐渐缩小，单一产量较高的大穗材料越来越受到育种工作者的关注。大穗材料有茎秆粗壮、穗大、粒多、单穗产量较高等优点[20]。许为刚等[21]、胡廷吉等[22]、张明响[23]、成雪峰等[24]研究认为，小麦产量的进一步提高应着重提高穗粒数，今后我国超高产小麦的育种目标应是通过增加穗粒数提高小麦的单穗质量。董克勤等[25]研究认为，小麦穗部性状的改善目标应重点放在穗粒数的增加上。本研究通过对山西省321个小麦品（系）种的穗部和籽粒性状进行分析，结果表明，山西小麦通过多年的发展，千粒质量最为稳定，穗粒数则遗传基础丰富；同时聚类分析发现，山西小麦品（系）种目前主要可以分为3大类，其中，多穗粒中粒质量型品（系）种最少。因此，山西小麦在高产育种中应积极引进小麦主产区的大穗多粒型种质材料进行种质创新，以提高小麦的穗粒数、促进山西小麦育种的发展。

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Analysis on Spike and Grain Characters of Wheat Cultivars Registered in Shanxi Province

ZHANGDongxu，ZHANGJunling，YANJinlong，SUNMeirong，ZHANGShubin
（Institute ofMillet，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Changzhi 046011，China）

To systematically understand the spike and grain characters of wheat cultivars,twelve wheat traits（spike length,grain number per spike,sterile spikelet,grains per spike,plant height,1 000-grain quality,grain plumpness,spike shape,awn shape,grain shape,grain color,grain quality）of 321 varieties bred in different places of Shanxi province were analyzed.The results showed that the coefficient of variation of wheat's 1 000-grain quality was the smallest,and the coefficient of variation of wheat grains per spike and related traits were more bigger,which showd that the 1 000-grain quality in wheat varieties was the most stable,and the number ofgrains ber spike was rich in genetic basis.There were significant different in panicle and grain traits among different places of Shanxi province. Spike length and grain number per spike of wheat varieties in the Changzhi area was the best,1 000-grain quality of wheat varietiea in the Yuncheng area was the highest.Spike length and spikelet number were significantly correlated with the number of grains per spike. The improvement of spike length could effectively improve the grains per spike.There was a negative correlation between 1 000-grain qualityand the grains per spike,and a positive correlation between 1 000-grain quality and the plant height.Accordingto the phenotypic traits of spike and grain,the tested varieties were clustered into 3 groups,the first one was medium grains per spike and medium grain quality,accounted for 40.51%of the tested materials,the second one was multiple more grains per spike and medium grain quality, accounted for 20.57%,the third one was less grains per spike and larger grain quality,accounted for 38.92%.The results showed that the current development direction ofwheat in Shanxi is mainlyin the mediumgrains per spike

wheat;spike characters;grain characters;comparative analysis;correlation analysis;cluster analysis

S512.1

：A

：1002-2481（2017）06-0867-06

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.06.01

2017-03-08

山西省科技攻关项目（201603D221001）；山西省农业科学院重点攻关项目（YGG1643）；山西省农业科学院育种工程项目（16yzgc059）

张东旭（1982-），男，山西黎城人，助理研究员，硕士，主要从事小麦育种与栽培研究工作。