新疆自育春小麦品种抗旱性及农艺性状相关性评价

贾永红,魏海鹏,侯殿亮,曾潮武,纳斯如拉·克热木,梁晓东

(1.新疆农业科学院奇台麦类试验站,新疆奇台 831800;2.新疆农业科学院粮食作物研究所,乌鲁木齐 830052;3.昌吉州农业技术推广中心,新疆昌吉 831100)

0 引 言

【研究意义】因水资源匮乏而造成的小麦减产,超过其他因素所导致的减产总和[1]。干旱也是制约我国小麦生产的环境限制因子之一,严重影响其产量和品质[2-3],对粮食生产构成威胁[4]。新疆是我国小麦重要产区之一,2015～2017年全疆年均小麦种植面积稳定在120×104hm2左右。不同小麦品种的抗旱能力存在差异,准确筛选抗旱性强的小麦品种,对干旱条件下小麦稳产稳收有重要意义[5]。【前人研究进展】小麦产量及农艺性状是抗旱小麦品种选育工作关注的重点[6-7]。作物的抗旱性是由多基因控制的数量性状[8-9],作物的株高、有效分蘖数、穗粒数、粒重、生物量等相关性状与籽粒产量显著相关,通常被认为是抗旱性的评价参数[10-11]。干旱胁迫会导致小麦的株高、穗下节间长以及叶片相对含水量的降低,影响小麦结穗进而影响小麦产量[12-13]。抗旱系数、干旱敏感指数、抗旱指数、抗旱指数修订式等抗旱鉴定产量指标[14]。在以往的研究中多种抗旱品种评价指标如抗旱系数、敏感指数、干旱伤害指数、抗旱指数曾得到应用[15-17],并且也提出了抗旱鉴定指标的选择原则和方法[15]。【本研究切入点】但在抗旱品种筛选中更多采用的是对目标环境中的产量直接排序法,该种方法的缺点是难以同时考虑抗旱性和产量两个因素,并且难以同时考虑正常水分条件下和干旱胁迫下均高产的情况,因此需要在现有的条件下寻找到考虑正常水分条件下和干旱胁迫下均高产的高产高效品种。需综合评价春小麦抗旱能力,从新疆春小麦的演变品种中找到丰产性和抗旱性兼顾的育种资源。【拟解决的关键问题】以新疆自育的43个春小麦品种为材料,于2017～2018年两年在新疆奇台县半截沟镇新户梁对小麦进行全生育期的抗旱性鉴定,分析43个春小麦品种多个性状间的相关性并对其进行评价,为新疆选育春小麦新品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

新疆奇台县属中温带大陆性半荒漠干旱性气候,年平均气温5.5℃,7月平均气温22.6℃,极高最高气温39℃,年平均相对湿度60%,无霜期年平153 d(4月20日至10月10日),年平均降水量268.4 mm。试验材料为新疆自育的43个春小麦品种。表1

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

设正常灌溉和干旱胁迫2个处理,正常灌溉区位于新疆奇台县奇台麦类实验站,滴灌方式灌溉,全生育期灌水8次,每次600 m3/hm2,共计灌溉4 800 m3/hm2。干旱区处理区位于奇台县半截沟镇新户梁,全生育期无水量灌溉,在雨养条件下干旱胁迫处理。行长0.8 m,行距0.2 m,小区面积为10 m2,播种量为120粒/行,播前施基肥磷酸二铵(含N 18%、P2O546%)225 kg/hm2、尿素(含N 46.7%)150 kg/hm2,拔节期追施氮肥150 kg/hm2。对照品种为新疆主栽早熟强抗旱品种新旱688号。

表1 参试材料及编号

1.2.2 测定项目

1.2.2.1 物理性状

性状调查按照国家小麦品种试验记载标准,2017～2018年小麦成熟期时测定籽粒落粒性、粒形、粒质、腹沟深浅程度、饱满度、整齐度等性状。落粒性分为紧、中、松,粒形为长卵形和卵形,粒质为半角、全角,腹沟深浅分中腹沟和浅腹沟,饱满度分为中度饱满、较差饱满度和饱满,整齐度分为中等整齐度和满整齐度。

1.2.2.2 农艺性状

2017～2018年小麦成熟期时,水区和旱区的每个品种(系)各取 10 株,测定株高、穗下节长、主茎穗长、主茎穗粒数、结实小穗数、总小穗数和千粒重等。

1.2.2.3 产 量

2017～2018年小麦收获时,对水区、旱区各材料各小区选取1 m2面积实收测产。

1.2.2.4 抗旱性综合评价

根据产量性状的抗旱指标的定义,参照黎裕等[18]方法进行。

(1)抗旱性评价

抗旱系数DRC(Drought Resistant Coefficient)=旱区产量Yd/水区产量Yi.

(2) 丰产与抗旱综合评价

品种耐旱指数DTIv(Drought Tolerance Index of variety ) =(水区产量Yi/所有水区产量平均值)×(旱区产量/所有旱区产量平均值)。

1.3 数据处理

采用 Excel 2007绘图、SPSS 19.0 进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 奇台春小麦生育期降水量变化

研究表明,2017～2018年3～7月平均降水量分别为7.5、50.5、51.0、48.5和8.5 mm,共计166 mm(1 660 m3/hm2),正常灌水对照的供水总量为4 800 m3/hm2,旱地的水分满足率为35%(= 1 660/4 800×100%)。图1

2.2 各品种水区籽粒特征

研究表明,籽粒落粒性主要为松性,其余是紧密和中度落粒性;籽粒粒形主要为卵形,占比58.14%;籽粒粒质主要为全角粒质,占比93.00%,其余为半角粒质,占比7.00%;籽粒腹沟主要为浅腹沟,共有25个品种,占比58.14%;25个小麦品种为饱满型籽粒,1个小麦品种饱满性较差,其余小麦品种饱满性适中;籽粒的千粒重整齐度以中度的整齐度占比大,达到61.9%,其余为满整齐度。图2

图1 2017～2018年奇台春小麦生育期(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 各品种春小麦农艺性状指标与产量相关性

研究表明,株高与主穗粒重、产量、千粒重等指标呈极显著正相关,株高与穗下节长呈显著正相关,株高可作为抗旱性鉴定指标;穗下节长与千粒重呈极显著正相关;总小穗数与主茎穗长、结实小穗数呈极显著相关,且相关性最高,达0.677,总小穗数与主穗粒重呈显著正相关,但与千粒重呈显著负相关;主茎穗长与结实小穗数、主穗粒重呈极显著正相关;结实小穗数与主穗粒重呈极显著正相关;除产量性状外,干旱也会影响到部分农艺性状的表现,但各指标间信息重叠,与主穗粒重、千粒重、结实小穗数以及主茎穗长等相关性显著,对小麦抗旱性的准确性有很大影响。 表2

表2 春小麦部分表型性状的相关性

2.4 春小麦品种产量变化和抗旱性表现

研究表明,在灌水4 800 m3/hm2的对照条件下,43个春小麦的产量为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水的山旱地条件下,43个春小麦的产量为2 562～5 350 kg/km2(平均3 414 kg/hm2),而大部分则集中在3 000～4 000 kg/hm2。

水地产量大于8 000 kg/hm2的高产品种有7个,分别是新春11号、新春16号、新春19号、新春33号、新春34号、新春43号和新春45号;旱地产量大于4 000 kg/hm2的品种只有4个,分别是新春21号、新春33号、新春44号和新旱688;受旱后产量下降幅度明显较小的抗旱品种2个:新春21号和新旱688,抗旱性强。

新旱688受旱前后的产量变化很小,抗旱性强,但正常条件下产量位于低产水平(5 633 kg/hm2)。表3,图3

图3 43个春小麦受旱后的产量跌落图Fig. 3 Yield dropping of 43 spring wheat after drought stress

表3 43个春小麦水地产量、旱地产量和抗旱性表现

续表3 43个春小麦水地产量、旱地产量和抗旱性表现

新春33号、新春34号、新春16号、新春19号品种:高产中抗(产量>8 000 kg/hm2,抗旱系数0.4～0.6);

新春11号、新春34号、新春43号: 高产弱抗(产量大于8 000 kg/hm2,抗旱系数<0.4)

新春21号,低产较抗(产量=6 000～7 000 kg/hm2,抗旱系数0.6～0.8)

新旱688,低产高抗(产量<6 000 kg/hm2)

43个春麦品种中,高产品种7个(占15.9%),抗旱品种2个(4.5%),抗旱资源相对较少。43个品种中,没有高产高抗的类型。图4

兼顾丰产性和抗旱性,用品种耐旱指数筛选,8个品种作为育种的首选材料。 其中,新春21号和新旱688属抗旱品种、新春16号和新春19号属高产品种;新春33号、新春44号、新春38号、 新春26号4个品种属于丰产性和抗旱性兼顾的品种。图5

图4 产量和抗旱性散点图Fig.4 Scatter gram of drought resistances and yields

图5 品种耐旱指数图Fig.5 Drought tolerance index diagram of the varieties

3 讨 论

随着温室效应加剧,气候变暖,降雨减少,导致干旱胁迫发生几率上升[19],粮食生产面临着水资源短缺的严峻挑战[20,21],逯玉兰等[22]研究表明旱地小麦产量随灌浆-成熟期降水量减少而下降,因此,对于小麦品种抗旱性的鉴定迫在眉睫,对不同品种在不同水分条件下进行抗旱性鉴定及评价,能够实现在小麦育种过程中准确选择适宜的抗性品种,而在小麦育种过程中需要进行多方面的性状选择,小麦抗旱性是复杂的数量性状,受到基因型、农艺性状、环境胁迫等因素影响,不同小麦品种在正常、受旱条件下表现出不同的形状和产量特征。株高、节间长、穗数、穗粒重等农艺性状是影响小麦产量的重要指标,同时农艺性状指标亦能够用作抗旱性的鉴定[23-28],相关系数能够反映各性状间的关联性,小麦产量与其他性状关联情况能够指导小麦品种选育,研究选取43个新疆自育的春小麦品种做研究对象,观察小麦籽粒性状、农艺性状、产量及抗旱指数,结果显示不同品种间籽粒性状存在差异,且农艺性状指标间具有显著的相关性,通过水、旱地不同小麦品种产量观察发现不同灌溉条件下小麦产量均有所降低,其中新旱688受旱前后的产量变化较小,显示出较强的抗旱性,该品种或可用作小麦品种繁育的材料,李源等[29]研究表明产量抗旱指数能比较全面的反映品种的本身的抗旱性以及干旱胁迫下品种的增产潜力,试验依据春小麦品种抗旱指数进行抗旱性等级划分,将43个小麦品种分为4类,不同品种抗旱性不同,在进行品种选育中需结合各方条件进行合理选择,耐旱指数是能够兼顾丰产性和抗旱性的指标,单一的指标评价作物抗旱性难以准确反映品种抗旱能力[30]。

4 结 论

在水分满足率35%的山旱地条件下,从43个新疆自育春小麦品种中,鉴定和筛选高产或抗旱的品种8个, 可用于育种首选资源;在43个自育品种中,高产品种7个占16.3%,抗旱材料2个占4.6%。新疆春小麦抗旱性强的资源仍然短缺,高抗资源的引进和育种需同步进行。研究利用品种抗旱指数法对43个新疆自育春小麦品种进行抗旱性综合评价,新春33号得分最高,其产量最高,抗旱性最强。