新疆春小麥品種資源抗倒性評價

柴亞茹，李召鋒，劉新玲，李衛(wèi)華

(1.石河子大學農(nóng)學院，新疆石河子 832000； 2.第五師88團農(nóng)業(yè)技術綜合服務中心，新疆博樂 833400)

新疆春小麥品種資源抗倒性評價

柴亞茹1，李召鋒1，劉新玲2，李衛(wèi)華1

(1.石河子大學農(nóng)學院，新疆石河子 832000； 2.第五師88團農(nóng)業(yè)技術綜合服務中心，新疆博樂 833400)

為了給新疆小麥抗倒育種提供參考依據(jù)，采用田間試驗與實驗室分析相結合的方法，比較了兩種種植密度(100×104和600×104株· hm-2)下40份新疆自育春小麥品種資源的抗倒性，分析了抗倒性與其影響因素的關系。結果表明，與低密度(100×104株· hm-2)相比，高密度(基本苗為600×104株·hm-2)條件下小麥抗倒伏能力、第二節(jié)間機械強度、壁厚、莖粗、充實度及地上部鮮重極顯著降低，第二節(jié)間長度及重心高度極顯著增加，莖稈機械強度的降低是小麥抗倒伏能力下降的關鍵因素。低密度下抗倒性與第二節(jié)間長、株高、重心高及第二節(jié)間壁厚的關系密切。其中，第二節(jié)間長度與小麥抗倒性關系最密切，第二節(jié)間越短，抗倒伏能力越強。高密度下第二節(jié)間機械強度與抗倒性的關系最密切，莖稈強度越高，抗倒性越強。壁厚可作為評價莖稈機械強度的可靠指標。依據(jù)倒伏指數(shù)的大小，將40份品種分為高抗型、普抗型、中間型、風險型和易倒型5個級別。供試材料中，80.0%的品種抗倒性較好，其中新春22號為高抗型品種，是較為理想的抗倒伏育種親本。

春小麥;品種資源;抗倒性;綜合評價

倒伏是指由于內外因素引起的植物莖稈從自然直立狀態(tài)到永久性偏離垂直位置的現(xiàn)象[1]，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨的最為嚴峻的非生物脅迫之一。倒伏是由內部和外部因素共同作用的結果。外因主要指風雨等自然因素及不當?shù)脑耘喙芾泶胧?，內因即不同品種間抗倒伏能力的差異。小麥倒伏可分為莖倒伏、根倒伏和復合型倒伏三種類型[2]，生產(chǎn)中莖倒伏發(fā)生較為普遍，已成為制約小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的限制性因素。植株高度，基部節(jié)間長度、粗細、壁厚及機械強度與小麥抗倒性關系密切[3]。在株高相差較大的情況下，株高是影響抗倒性的重要原因，而在株高差異不明顯的情況下，機械強度是主要決定因素[4]。降低株高有利于提高植株的抗倒伏能力，但基部莖稈品質與倒伏的關系更為密切，基部第二節(jié)間機械強度是影響小麥抗倒性的關鍵因素[5]。也有研究認為，根量與抗倒性關系最密切[6-7]。通過遺傳改良提高品種的抗倒性，對實現(xiàn)小麥優(yōu)質高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有十分重要的現(xiàn)實意義。種質資源是育種的基礎，然而有關抗倒種質鑒定、篩選及評價的研究尚處于起步階段。目前，對小麥抗倒性的研究多集中于冬小麥品種，而關于春小麥抗倒性的研究鮮見報道。本研究對高低兩種種植密度下新疆春小麥品種資源的抗倒性進行了鑒定評價，以期為春小麥抗倒伏品種的選育提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為20世紀80年代以來新疆審定的40個春小麥品種(從新春2號到新春41號)，這些品種代表了新疆自育春小麥品種資源。供試材料均由石河子大學麥類作物研究所提供。

1.2 試驗設計與方法

試驗在石河子大學農(nóng)學院試驗站進行。試驗材料于2014年3月26日播種，采用品種和種植密度兩因素試驗隨機區(qū)組設計，其中種植密度設高低兩個水平(分別為600×104株·hm-2和100×104株·hm-2)，3次重復，行長1.5 m，高密度處理(代表生產(chǎn)密度)為5行區(qū)，低密度處理為1行區(qū)。滴灌，全生育期灌水8次，每次灌水600 m3·hm-2，灌溉周期為10～15 d。每個小區(qū)基施尿素(含N量為46.6%)120 kg·hm-2和磷酸二銨(含純氮16.5%，含P2O547.5%)150 kg·hm-2；在三葉期、拔節(jié)期、孕穗期和拔節(jié)期追施尿素4次，隨灌水施入，各次用量分別為75、150、75和75 kg·hm-2。其他田間管理措施同當?shù)卮筇?。供試材料抗倒性的測定時期均為蠟熟期。

1.3 試驗項目與方法

1.3.1 莖稈抗倒伏性狀的測定

每小區(qū)取5株典型植株，測定株高、主莖重心高度、第二節(jié)間長、第二節(jié)間粗、第二節(jié)間壁厚、第二節(jié)間干重、充實度等與莖稈倒伏有關的性狀。

測定地上部鮮重即主莖連葉帶穗的完整鮮重；重心高度指莖稈基部到該莖(帶穗、葉和葉鞘)平衡支點的距離；第二節(jié)間機械強度的測定采取支點法，即取去掉葉鞘的基部第二節(jié)間，將其放在間隔5 cm的支撐架上，用YYD-1型莖稈強度測定儀(浙江托普儀器有限公司)以平穩(wěn)的力拉莖稈，使莖稈瞬間折斷的力乘以100 g·N-1即為該莖稈的機械強度。

1.3.2 品種倒伏系數(shù)的計算

按王 勇等[8]提出的品種倒伏指數(shù)來計算供試材料抗倒性的大小。品種倒伏指數(shù)越大，其抗倒性越差，越易倒伏；反之，抗倒伏能力越強。

品種倒伏指數(shù)=莖稈鮮重×重心高÷第二節(jié)間機械強度

借鑒玉米耐旱性分級方法[9]，對參試品種的抗倒性進行分類：

1級：高抗型(倒伏指數(shù)

2級：普抗型(X-1.5σ≤倒伏指數(shù)

3級：中間型(X-0.5σ≤倒伏指數(shù)≤X+0.5σ)；

4級：風險型(X+0.5σ<倒伏指數(shù)≤X+1.5σ)；

5級：易倒型(倒伏指數(shù)>X+1.5σ)。

其中，X、σ分別為供試小麥品種倒伏指數(shù)的平均值和標準差。數(shù)據(jù)用Excel 2007和SAS 8.0 軟件[10]進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 種植密度對小麥倒伏指數(shù)及相關性狀的影響

高種植密度條件下參試品種倒伏指數(shù)的平均值為0.800，極顯著高于低密度(表1)，說明密度對小麥倒伏性有重要影響，高密度增加了小麥的倒伏風險。倒伏指數(shù)主要受莖稈機械強度、重心高度及地上部鮮重的影響。低密度下莖稈第二節(jié)間機械強度及地上部鮮重極顯著大于高密度，而高密度下莖稈重心高度極顯著高于低密度。低密度下莖稈機械強度是高密度下的2.5倍，地上部鮮重是高密度下的1.4倍，重心高度差異較小，說明在影響倒伏指數(shù)的這三個因素中，莖稈機械強度對密度的響應最敏感，其次為地上部鮮重，重心高度受密度影響相對較小。第二節(jié)間壁厚、莖粗及充實度均表現(xiàn)為低密度極顯著大于高密度，第二節(jié)間長度表現(xiàn)為高密度極顯著高于低密度，第二節(jié)間干重及株高在不同密度間差異不顯著。表明高密度下小麥抗倒伏能力的降低主要是由第二節(jié)間機械強度、壁厚、莖粗及充實度的下降及節(jié)間長度和重心高度的增加造成的，其中莖稈機械強度的降低是關鍵因素。

表1 密度對小麥倒伏指數(shù)及相關性狀的影響Table 1 Effects of density on wheat lodging index and its relative traits

**:P<0.01.

2.2 小麥倒伏指數(shù)與其影響因素的相關性

相關分析(表2)表明，兩種密度下倒伏指數(shù)與其影響因素的相關性不同。低密度下，第二節(jié)間粗度、第二節(jié)間長度、第二節(jié)間干重、株高及重心高度與倒伏指數(shù)呈極顯著正相關，第二節(jié)間充實度及地上部鮮重與倒伏指數(shù)呈顯著正相關；倒伏指數(shù)與第二節(jié)間壁厚呈極顯著負相關，與第二節(jié)間機械強度呈不顯著負相關。各因素與倒伏指數(shù)的相關系數(shù)絕對值表現(xiàn)為第二節(jié)間長度>重心高度>株高>第二節(jié)間壁厚>第二節(jié)間粗度>第二節(jié)間干重>地上部鮮重>第二節(jié)間充實度>第二節(jié)間機械強度，倒伏指數(shù)與第二節(jié)間長、重心高度、株高及第二節(jié)間壁厚的相關性明顯大于與其他性狀的相關性。表明低密度下小麥抗倒性主要受第二節(jié)間長度、重心高度、株高及第二節(jié)間壁厚的影響。適當縮短第二節(jié)間長度、降低株高及重心高度、增加壁厚有利于提高抗倒伏能力。而第二節(jié)間長度與株高及重心高度均呈極顯著正相關(相關系數(shù)分別為0.442和0.412)，與第二節(jié)間壁厚呈極顯著負相關(相關系數(shù)為-0.557)?？s短第二節(jié)間長度不僅可以降低株高及重心高度，還可以增加壁厚，有助于增強抗倒性。因此，在低密度下第二節(jié)間長度對小麥抗倒伏能力起著關鍵作用,第二節(jié)間越短，抗倒伏能力越強。

高密度下，倒伏指數(shù)與株高、重心高度及地上部鮮重呈極顯著正相關，與第二節(jié)間長度和粗度呈顯著正相關，與第二節(jié)間干重呈不顯著正相關，與第二節(jié)間機械強度呈極顯著負相關，與第二節(jié)間壁厚呈不顯著的負相關，與第二節(jié)間充實度呈較弱負相關。相關系數(shù)絕對值表現(xiàn)為第二節(jié)間機械強度>地上部鮮重>株高>重心高度>第二節(jié)間長度>第二節(jié)間粗度>第二節(jié)間壁厚>第二節(jié)間干重>第二節(jié)間充實度，倒伏指數(shù)與前三者的相關性明顯高于與其他性狀的相關性。表明高密度下小麥的抗倒性主要受第二節(jié)間機械強度、地上部鮮重及株高的影響。第二節(jié)間機械強度與壁厚呈極顯著正相關(相關系數(shù)為0.426)，與第二節(jié)間粗度呈不顯著正相關(相關系數(shù)為0.115)，同時壁厚與倒伏指數(shù)呈負相關，莖粗與倒伏指數(shù)呈正相關。表明莖粗對莖稈機械強度的貢獻主要是通過壁厚實現(xiàn)的，壁厚可以作為評價莖稈機械強度的可靠指標。因此，在育種中應選擇莖粗適中、腔小壁厚的基因，以增強品種的抗倒伏能力。

表2 倒伏指數(shù)與其影響因素的相關分析Table 2 Correlation analysis between lodging index and its influence factors

左下角與右上角分別為高密度和低密度下的相關系數(shù)。*:P<0.05; **:P<0.01。T1～T10分別指第二節(jié)間機械強度、第二節(jié)間壁厚、第二節(jié)間粗度、第二節(jié)間長度、第二節(jié)間干重、第二節(jié)間充實度、株高、重心高度、地上部分鮮重、倒伏指數(shù)。

The values in the lower left and upper right corners were correlation coefficients on high and low densities,respectively. *:P<0.05; **:P<0.01. T1-T10 refer to mechanical strength,wall thickness,diameter,length,dry weight,filling degree of the 2nd internode,plant height,height of gravity,shoot fresh weight,respectively.

2.3 新疆春小麥品種資源的抗倒性分級

密度是影響小麥抗倒伏能力的重要因素。低密度下，易倒型品種為新春10號和新春28號，占供試品種的5.0%；風險型品種包括新春3號、新春9號、新春19號、新春33號、新春34號、新春35號，共6份材料，占供試品種的15.0%；中間型品種包括新春2號、新春5號、新春7號、新春8號、新春11號、新春14號、新春15號、新春16號、新春18號、新春20號、新春23號、新春24號、新春25號、新春27號、新春29號、新春30號、新春41號，共17份材料，占供試品種的42.5%；普抗型品種包括新春4號、新春6號、新春12號、新春13號、新春17號、新春21號、新春26號、新春31號、新春32號、新春36號、新春37號、新春38號、新春39號、新春40號，共14份材料，占供試品種的35.0%；1份高抗型材料，為新春22號，占供試品種的2.5%(表3)。方差分析表明，風險型品種和易倒型品種間抗倒伏能力差異不顯著，且均極顯著弱于中間型，中間型極顯著弱于普抗型，而普抗型又極顯著弱于高抗型。

高密度下，易倒型品種包括新春24號、新春34號、新春35號、新春40號，共4份材料，占供試品種的10.0%；風險型品種包括新春3號、新春10號、新春15號、新春33號，共4份材料，占供試品種的10.0%；中間型品種包括新春2號、新春4號、新春5號、新春8號、新春9號、新春11號、新春13號、新春18號、新春20號、新春25號、新春26號、新春27號、新春29號、新春30號、新春37號、新春38號、新春41號，共17份材料，占供試品種的42.5%；普抗型品種包括新春4號、新春6號、新春12號、新春13號、新春17號、新春21號、新春26號、新春31號、新春32號、新春36號、新春37號、新春38號、新春39號、新春40號，共14份材料，占供試品種的35.0%；高抗型品種1份，為新春22號，占供試品種的2.5%(表4)。方差分析表明，不同類型間品種抗倒性差異均達顯著水平，高抗型顯著優(yōu)于普抗型，普抗型顯著優(yōu)于中間型，中間型顯著優(yōu)于風險型，風險型顯著優(yōu)于易倒型。

上述分類結果與新疆春小麥實際表現(xiàn)基本吻合。生產(chǎn)實踐證明，新春22號不僅抗倒，而且豐產(chǎn)，在南北疆均有大面積種植，在育種中可重點加以利用，表明小麥抗倒性能夠與豐產(chǎn)性能夠實現(xiàn)同步改良。兩種密度下，中間型、普抗型和高抗型材料均為32份，共占所有品種的80%；普抗型和高抗型材料均為15份，在供試品種中占37.5%；而高抗型品種僅有1份，在供試品種中占2.5%。表明新疆春小麥品種資源均有較好的抗倒伏能力，但抗倒伏能力特別突出的品種明顯不足。

兩種密度下供試材料的抗倒性分類結果不完全相同，但抗倒能力強的品種在兩種密度下均表現(xiàn)較好，如新春22號在兩種密度下均屬于高抗類型。而抗倒伏性較弱的品種在兩種密度下均表現(xiàn)不佳，如新春35號，在高低密度下分別屬于易倒型和風險型。相關分析結果表明，兩種密度下倒伏指數(shù)間的相關系數(shù)為0.432，達極顯著水平，說明在本試驗條件下，密度對小麥抗倒性分類結果無明顯影響。

表3 低密度下供試材料抗倒性類型及分類標準Table 3 Lodging resistance type and classification criteria under low density

倒伏指數(shù)后的小寫字母不同表示類型間差異顯著(P<0.05)。下同。

Different small letters after lodging index values mean significant difference among types at 0.05 level.The same below.

表4 高密度下供試材料抗倒性類型及分類標準Table 4 Lodging resistance type and classification criteria under high density

3 討 論

倒伏是制約小麥產(chǎn)量的重要限制性因素之一，要實現(xiàn)小麥安全生產(chǎn)，抗倒性是亟待解決的問題之一。前人對抗倒性的研究多集中在降低株高上，但從研究和生產(chǎn)情況看，降低空間有限[11]。植株過矮會降低生物產(chǎn)量，從而影響經(jīng)濟產(chǎn)量的提高，同時伴隨病蟲害加劇、葉片早衰、籽粒飽滿度差、千粒重低等一系列不良反應。姚金保等[12]研究表明，評價小麥品種的抗倒性，不能單以株高而論，應結合莖稈特性綜合評價。目前研究者逐步將焦點轉移到對莖稈質量性狀的分析上[5,13]。

種植密度對小麥莖稈質量及抗倒性有重要影響。本研究表明，與低密度相比，高密度下莖稈機械強度及抗倒伏能力顯著降低。這與李金才等[14]、陳曉光等[15]的研究結果一致。節(jié)間壁厚及充實度是影響莖稈機械強度的重要因素，高密度下壁厚及充實度顯著降低，這可能是導致莖稈質量劣變的直接原因。從抗倒性與其相關性狀的關系來看，莖稈機械強度大、莖稈基部第二節(jié)間短粗、壁厚、株高及重心高度較低的品種在兩種密度下抗倒性均較強，這與大多數(shù)研究結果一致[5,14]。高密度下第二節(jié)間機械強度與抗倒性的相關性遠高于低密度，即在高密度種植條件下應重視對小麥莖稈質量的改良。

在小麥育種及生產(chǎn)中，增強抗倒性是為提高產(chǎn)量和改善品質服務的。倒伏指數(shù)與株高及地上部鮮重呈顯著或極顯著正相關，株高及地上部鮮重的降低固然可以增強抗倒伏能力，但也意味產(chǎn)量的降低。因此，以犧牲產(chǎn)量來提高抗倒性的育種策略是不可取的。那么，在育種中怎樣才能實現(xiàn)產(chǎn)量及抗倒性的統(tǒng)一呢？筆者認為有兩條途徑。第一，矮密早途徑。借鑒新疆棉花育種及生產(chǎn)的矮稈、密植、早熟模式，在小麥育種中可通過早熟品種的選育及化控技術以控制株高，通過增加群體密度彌補單株產(chǎn)量的損失，通過這種“小個體大群體”的途徑實現(xiàn)高產(chǎn)。第二，著力改良莖稈質量。王 勇等[16]研究指出，小麥株高與抗倒性間不存在必然關系，高稈品種中也有抗倒性理想的材料。因此，可改良莖稈質量以增強植株的抗倒性，在育種及生產(chǎn)中達到“高而不倒”的目的，從而實現(xiàn)高產(chǎn)與抗倒的協(xié)調與統(tǒng)一。

抗倒伏育種，首先要有抗倒伏種質，但國內關于小麥種質抗倒性鑒定的研究鮮有報道，對種質資源抗倒性分級的評價體系尚未建立。前人在對種質資源進行分類評價的研究中，多采用聚類分析的方法。但由于與小麥抗倒伏能力密切相關的性狀不止一種，抗倒伏能力相同的材料間其抗倒性狀間的組配方式多種多樣，有的通過降低株高和重心高度，有的通過縮短基部節(jié)間長度或增加壁厚，還有的是增加莖稈木質素或纖維素含量等提高抗倒伏能力[13]。因此，聚類分析法不完全適用于抗倒伏研究，作者曾嘗試通過聚類分析的方法對供試材料進行分類，但結果無規(guī)律可循，且與生產(chǎn)實踐有較大出入。因此，借鑒玉米抗旱性分類評價指標，以參試品種倒伏指數(shù)的平均值及標準差為依據(jù)，建立小麥品種資源抗倒性鑒定的分類評價標準，以期為研究者提供參考。本試驗將新疆春小麥品種資源分為抗倒性不同的5個類群。其中新春6號是新疆春小麥主栽品種，抗倒性優(yōu)良，同時具有高產(chǎn)、抗旱、水分利用效率高等優(yōu)點[17]。因此，在育種中應重視對多種目標性狀的協(xié)同改良，從而培育出高產(chǎn)、廣適的優(yōu)良品種。

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Analysis and Evaluation of Lodging Resistance of Spring Wheat Cultivars in Xinjiang

CHAI Yaru1,LI Zhaofeng1,LIU Xinling2,LI Weihua1

(1.College of Agriculture,Shihezi University,Shihezi,Xinjiang 832000,China; 2.Agricultural Technology Service Center of Fifth Division 88 Group Bole,Xinjiang 833400,China)

The objective of this study was to evaluate the lodging resistance of 40 spring wheat cultivars in Xinjiang under two density,and analyze the relationship between lodging resistance and its in fluence factors.The relationship between lodging index and its influence factors on two density were studied based on field experiment and laboratory analysis. The results showed that comparing with low planting density(100×104plants per hectare),high planting density(600×104plants per hectare) significantly decreased the lodging resistance,mechanical strength,wall thickness,diameter,filling degree of 2nd stem and the fresh plant weight of above-ground part,while,length of 2nd stem and height of gravity were significantly increased. The decreased of mechanical strength was very important to lodging resistance of wheat from low density to high density. Lodging index has close relationship with the characteristics of length of 2nd stem,plant height,height of gravity and wall thickness of 2nd stem under low planting density. The correlation coefficient between length of 2nd stem and the character of resistance lodging ability was maximum,which means shorter 2nd stem gives greater lodging resistance. The correlation coefficient between of mechanical strength of 2nd stem and the character of resistance lodging ability was maximum under high density,which means stronger culm gives greater lodging resistance. The wall thickness could be applied as a reliable index for evaluating the mechanical strength. Based on the lodging index,40 cultivars were divided into five types. Eighty percent of the tested spring wheats present great lodging resistance. Xinchun 22 with high yielding characteristics,can be used as an ideal lodging resistance breeding parent.

Spring wheat; Cultivar resources; Lodging resistance; Comprehensive evaluation

時間：2017-01-03

2016-06-02

2016-08-07

石河子大學動植物育種專項(GXJS2015-YZ05); 新疆生產(chǎn)建設兵團“十三五”小麥育種專項(2016BA002)

E-mail：2310326815@qq.com

李召鋒(E-mail:hnlizhaofeng@163.com)

S512.1；S332

A

1009-1041(2017)01-0073-07

網(wǎng)絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170103.1626.018.html