陕西省冬小麦产量构成因素演变规律

冯 帆 ，秦晓梁

(1.杨凌职业技术学院 生物工程分院，陕西 杨凌 712100；2. 西北农林科技大学 农学院，陕西 杨凌 712100)

随着育种的进行和栽培技术的优化，我国小麦产量显著增加，但中国仍面临着巨大的人口压力，单产提升仍是小麦育种和生产的目标之一[1]。小麦单产的提高与品种更替密切相关，育种家定向选择改变了冬小麦产量及产量相关指标。二十世纪六十年代育种家将矮秆基因引入小麦中，有效地降低了小麦株高，提高了穗粒数，使产量获得进一步提升[2]。小麦穗是由多个小花组成，大多数可育小花形成籽粒，其余小花则退化，不同小花间发育具有不平衡性[3]。第一、二粒位(GP1、GP2)上的小花优先发育，籽粒数目和大小明显高于第三、四粒位(GP3、GP4)[4～5]。陕西省是中国冬小麦生产主要麦区之一，近年来几次较大品种更替使产量得到显著提升，但穗粒数、粒重在粒位间如何表现及引入矮秆基因对陕西省冬小麦产量具有什么影响鲜有报道。基于此，试验以陕西省不同育成年代冬小麦品种为供试材料，探究品种更替中产量构成的演变规律，为冬小麦育种工作提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016年10月至2017年6月在西北农林科技大学斗口小麦玉米综合试验站进行。试验0～20 cm耕层土壤含有机质15.75 g·kg-1，全氮1.19 g·kg-1，速效磷22.50 mg·kg-1，速效钾249.43 mg·kg-1，pH值为8.42。冬小麦生长期间降雨142.70 mm，冬季人工灌溉15 mm。

1.2 试验设计

供试材料为陕西省10个代表性品种(表1)，采用单因素完全随机设计，设置3个重复，共计30个小区，行距25 cm，种植密度为15.34万基本苗·667 m-2。施肥量为纯N 15 kg·667 m-2(尿素)、P2O58 kg·667 m-2(过磷酸钙)、KCl 6 kg·667 m-2(氯化钾)，播种前一次性施入。对于间代表性冬小麦品种(碧蚂1号、西农6028、丰产3号)，种植期间使用绳棍支撑，预防群体倒伏的发生。

表1 供试材料相关信息

1.3 测定项目与方法

产量及产量构成：小麦成熟期时在各小区收获生长均匀的1 m行长，测定穗粒数和单位面积穗数，脱粒后测定产量和千粒重。

产量指标遗传增益由公式1[6]得出：

ln((GYi)=a+bYi+u

(1)

粒位粒数、平均粒重：小麦成熟后各小区取20个穗，烘箱80℃至恒重后，按图1将籽粒进行分类，测定不同粒位籽粒数目并称重，计算平均粒重。麦穗各籽粒位置如图1所示。

图1 麦穗不同粒位示意

不同粒位对穗粒数、粒重相对贡献率由公式2[7]得出：

(2)

1.4 数据处理

采用SAS软件数据分析，使用Microsoft软件作图。

2 结果与分析

2.1 品种更替中产量及产量构成的变化

陕西省冬小麦品种更替中，产量极显著增加，产量年遗传增益为0.55%(表2)。穗粒数、千粒重在品种更替中表现为相同的变化规律，年遗传增益分别为0.49%和0.45%，穗数在品种更替中略微下降，年遗传增益为-0.16%，但并不显著(P>0.05)。

表2 供试材料产量及产量构成

2.2 产量构成因素通径分析

由表3可得，陕西省冬小麦品种更替中，对产量增加贡献最大的是穗粒数的增加(总效应为0.66，P<0.01)，其次是千粒重的增加(总效应为0.52，P<0.01)，而穗数则对产量增加作用未达到显著水平。穗粒数的增加对品种更替中产量提升的直接作用最大(0.60，P<0.01)。

表3 供试材料产量构成通径分析

2.3 品种更替中各粒位粒数、粒重的变化

由图2、图3可得，不同粒位粒数、粒重均符合GP1>GP2>GP3>GP4的变化规律。陕西省冬小麦品种更替中，GP1、GP2、GP3、GP4的粒数、粒重均具有极显著增加的变化规律。

图2 供试材料各粒位粒数

图3 供试材料各粒位粒重

由图4可得，陕西省冬小麦品种更替中，粒位对穗粒数和粒重相对贡献均符合GP1>GP2>GP3>GP4的变化规律。GP1、GP2位对穗粒数相对贡献极显著降低，GP3、GP4位显著上升，但明显低于GP1、GP2位。各粒位对粒重的相对贡献则与穗粒数表现不同，GP1、GP2、GP3对粒重的相对贡献在品种更替中表现为下降的趋势，GP1、GP3位分别达到显著和极显著水平，GP4位则极显著上升，但与GP1、GP2、GP3位差距较大。

图4 供试材料各粒位对穗粒数、粒重的相对贡献率

3 结论与讨论

近年来，因冬小麦品种改良和栽培措施改进，陕西省冬小麦单产显著增加，我国冬小麦产量也得到大幅度提升。结果显示，陕西省冬小麦品种更替中，产量、穗粒数、千粒重极显著增加，穗数无显著变化。该结果与前人研究结果相似[8]，但不同于Xiao[9]等的研究结果，后者发现冬小麦品种更替中穗数显著下降。笔者研究中发现穗数虽有所下降，但并未达到显著水平。

矮秆基因的引入可促进小麦产量增加，对穗粒数具有增加效应，对千粒重具有减低效应，对穗数无影响效应[10]。笔者研究中包含1或2个矮秆基因的材料，其产量、穗粒数均要高于其他材料，该结论与前人相似。但其千粒重同样显著较高，这与前人研究不同，可能是因为前人大多使用近等基因系为研究材料，得出矮秆基因可降低千粒重的结论。本试验中供试材料亲本来源广泛，在品种更替中，矮秆基因的引入虽对粒重有减低效应，但并非决定性基因，其他基因可能对千粒重具有增加效应，故笔者研究得到不同于前人的结论。

在冬小麦育种过程中，育种家较为注重穗粒数和千粒重的潜力。笔者研究发现，对陕西省冬小麦产量增加贡献最大的是穗粒数、千粒重，穗数无显著贡献。在品种更替中，穗粒数和粒重在4个粒位上均显著增加，符合GP1>GP2>GP3>GP4的变化规律。GP1、GP2位对穗粒数和粒重相对贡献较大，但在品种更替中表现为降低的规律；GP3、GP4位仍具有较大的提升空间。本研究中，包含矮秆基因的供试材料，其GP3、GP4位粒数高于其他材料，究其原因为矮秆基因的引入减少小花退化，进而增加了GP3、GP4位籽粒数目，该结果同于前人[11]。未来育种工作中应保证GP1、GP2位粒数和粒重，注重GP3、GP4位发展潜力，使冬小麦产量得到进一步提升。