30 a來河南省不同類型小麥品種產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀演變規(guī)律

郭 瑞，李正玲，張 煜，趙明忠，胡 琳

(河南省農(nóng)業(yè)科學院 小麥研究所/小麥國家工程實驗室/農(nóng)業(yè)部黃淮中部小麥生物學與遺傳育種重點實驗室/河南省小麥生物學重點實驗室/河南省麥類種質資源創(chuàng)新與改良重點實驗室，河南 鄭州 450002)

河南省是我國小麥生產(chǎn)大省，常年種植面積在470萬hm2以上， 約占全國小麥種植面積的21%，年總產(chǎn)達到3 100萬t，約占全國的1/4[1]，按國家保護價收購小麥數(shù)量占全國收購量近60%[2]，河南省小麥生產(chǎn)為我國糧食安全做出了重要貢獻。進入21世紀以來，河南省小麥快速發(fā)展，播種面積、單產(chǎn)、總產(chǎn)持續(xù)增加，自2003—2015年創(chuàng)造了 “十三連增”的紀錄。據(jù)統(tǒng)計，至2017年，河南省小麥年播種面積已從常年的500萬hm2穩(wěn)定增至547萬hm2以上，總產(chǎn)達355億kg，平均單產(chǎn)達6 483 kg/hm2，分別是1980年河南省小麥播種面積392.67萬hm2、總產(chǎn)89.04億kg、單產(chǎn)2 265 kg/hm2的1.39倍、3.98倍、2.86倍。從上述數(shù)據(jù)可以看出，河南省小麥總產(chǎn)量的增加，主要得益于小麥單位面積產(chǎn)量水平的成倍提高。

在糧食增產(chǎn)諸多因素中，品種更新對糧食增產(chǎn)的貢獻率可達40%以上，品種更新代表了科技在育種中的應用[3]。新中國成立以來，河南省小麥共經(jīng)歷了10次更替[4]。其中，新中國成立以來至20世紀80年代共經(jīng)歷了4次品種更替，其中新中國成立以前主要是應用農(nóng)家品種，50年代主要品種是南大2419和碧瑪系列品種，60年代主要品種是豐產(chǎn)3號、內鄉(xiāng)5號，70年代主要品種是矮豐3號、阿夫、阿勃。這4次品種更替主要是應用農(nóng)家品種、引進國外良種、矮化抗倒抗病育種以及推廣完善傳統(tǒng)耕作技術、建設農(nóng)田水利、施用化肥農(nóng)藥等。1981年后，又經(jīng)歷5次換代，至2009年，河南省小麥品種進入第10次更新?lián)Q代時期，品種選育上更注重品種的抗逆性，提倡優(yōu)質、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)相結合。自20世紀80年代以來先后推廣了以豫麥2號、豫麥18、鄭麥9023、矮抗58、周麥22、鄭麥7698、百農(nóng)207等為代表的品種。

上述產(chǎn)量水平的提高與品種的多次更替，證明了小麥品種的遺傳改良在河南省小麥生產(chǎn)上的重要作用。通過對1981—2012年河南省審定的小麥品種的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質性狀的統(tǒng)計分析，研究小麥品種演變趨勢，為河南省小麥遺傳改良方向提供參考。目前，國內外已有許多學者對小麥品種演變規(guī)律進行了大量研究。如雷振生等[5]曾對建國初期到20世紀80 年代中期河南省小麥生產(chǎn)上種植面積較大品種的主要農(nóng)藝性狀演變規(guī)律進行過研究。曹廷杰等[6]利用近20 a河南省小麥冬水組區(qū)域試驗數(shù)據(jù)，對新育成品種的主要農(nóng)藝性狀演變規(guī)律進行了分析。曹文昕等[7]對黃淮麥區(qū)的40個小麥主推品種抗寒性進行了分析。沈磊等[8]對2001年之后河南省小麥審定品種主要性狀的演變規(guī)律進行了分析。以往的研究僅針對河南省內應用較大的品種或者近幾年審定品種，并沒有對20世紀80年代以來所有審定品種進行分析，而且河南省小麥品種包含冬性和春性2類不同發(fā)育特性的品種，以往研究還不多。因此，本研究對20世紀80年代以來河南省小麥審定品種的主要農(nóng)藝性狀演變按半冬性、春性類型進行分析,試圖找出河南省小麥品種主要農(nóng)藝性狀的演變規(guī)律，以了解河南省小麥品種改良的現(xiàn)狀和存在的問題，為今后小麥品種改良提供參考。

1 材料和方法

以1981—2012年河南省審定的小麥品種為研究材料，以每年品種審定公告中生產(chǎn)試驗數(shù)據(jù)為準(春性品種缺1984、1987年相關數(shù)據(jù)，半冬性品種缺1986、1987、1990、1991年相關數(shù)據(jù))，將每年所有審定小麥品種的性狀值進行平均，采用通徑分析和趨勢回歸方法研究品種性狀演變趨勢。研究性狀包括生育期、株高、產(chǎn)量及產(chǎn)量三要素。數(shù)據(jù)分析在Excel軟件中進行。

2 結果與分析

2.1 不同類型小麥品種各年代性狀總體表現(xiàn)

將不同類型品種不同年代性狀表現(xiàn)列于表1。可以看出，不論是半冬性品種還是春性品種，產(chǎn)量水平均大幅提高，生育期、株高演變規(guī)律一致，即生育期縮短、株高降低。但2類品種的產(chǎn)量三要素變化不盡一致。

表2是不同發(fā)育類型品種性狀的描述統(tǒng)計?？梢钥闯?，春性品種各性狀的變異系數(shù)大于半冬性品種。從性狀平均值看，2類品種平均株高差異不大，而平均穗粒數(shù)、平均千粒質量春性品種大于半冬性品種，平均穗數(shù)則是半冬性品種大于春性品種。

2.2 不同類型小麥品種生育期隨年份的變化趨勢

圖1和圖2分別是半冬性和春性品種生育期隨年份的變化趨勢。2類品種生育期均隨年份呈波動縮短趨勢。半冬性品種的生育期至1995年呈上升趨勢，之后呈下降趨勢，2010年稍有下降，然后又開始升高，但整體呈下降趨勢；生育期約以每年0.25 d的速度減少，30 a生育期縮短7.5 d。春性小麥的生育期變幅為210～231 d，生育期隨年份波動變化，整體呈下降趨勢，20世紀90年代小麥的生育期較80年代的變長，進入21世紀后，生育期又有縮短的趨勢，生育期隨年份約每年縮短0.38 d，30 a生育期約縮短11.4 d。生育期縮短究其原因一是躲避后期干熱風、減輕病害的發(fā)生，二是利于玉米等夏糧作物早播，提高糧食年產(chǎn)量。

表1 不同發(fā)育類型小麥品種各年代性狀表現(xiàn)

表2 不同發(fā)育類型小麥品種農(nóng)藝和產(chǎn)量性狀描述統(tǒng)計

圖1 近30 a河南省半冬性小麥品種生育期變化

圖2 近30 a河南省春性小麥品種生育期變化

2.3 不同類型小麥品種株高隨年份的變化趨勢

圖3和圖4分別是河南省半冬性和春性品種株高隨年份變化趨勢，可以看出，2類品種株高均隨年份呈波動降低趨勢。由擬合曲線看，半冬性品種株高約每年降低0.37 cm，30 a株高下降約11.1 cm；春性品種株高隨年份降低的進程約為0.26 cm，30 a株高平均降低約7.8 cm。半冬性品種株高降幅較春性大。

圖3 近30 a河南省半冬性小麥品種株高變化

圖4 近30 a河南省春性小麥品種株高變化

2.4 不同類型小麥品種產(chǎn)量及其三要素隨年份變化趨勢

2.4.1 半冬性小麥品種產(chǎn)量及其要素隨年份變化趨勢 圖5—8為近30 a半冬性小麥產(chǎn)量及其三要素變化趨勢。圖5顯示，近30 a河南省半冬性小麥品種產(chǎn)量隨年份穩(wěn)步提高。從線性擬合方程看，產(chǎn)量水平隨年份以100.88 kg/hm2的增幅提高，30 a單產(chǎn)約增加了3 023.4 kg/hm2。從產(chǎn)量三要素看，穗粒數(shù)和千粒質量隨年份呈升高趨勢，穗數(shù)隨年份呈下降的趨勢，如圖6—8。

由上述可以認為，河南省半冬性小麥品種單產(chǎn)的提升主要得益于千粒質量和穗粒數(shù)的增加。

圖5 近30 a河南省半冬性小麥品種產(chǎn)量變化

圖6 近30 a河南省半冬性小麥品種穗數(shù)變化

圖7 近30 a河南省半冬性小麥品種穗粒數(shù)變化

圖8 近30 a河南省半冬性小麥品種千粒質量變化

2.4.2 春性小麥品種產(chǎn)量及其三要素隨年份變化趨勢 圖9—12顯示了近30 a河南省春性小麥品種的產(chǎn)量及三要素變化趨勢。從圖9可以看出，30 a春性小麥品種的產(chǎn)量大幅提高，依擬合曲線計算，產(chǎn)量年增加102.39 kg/hm2，30 a約提高3 071.7 kg/hm2。

圖9 近30 a河南省春性小麥品種產(chǎn)量變化

圖10 近30 a河南省春性小麥品種穗數(shù)變化

圖11 近30 a河南省春性小麥品種穗粒數(shù)變化

圖12 近30 a河南省春性小麥品種千粒質量變化

從產(chǎn)量成因變化趨勢看(如圖10—12)，春性小麥產(chǎn)量要素中的穗粒數(shù)和千粒質量隨年份變化稍有增加，穗數(shù)隨年份增加幅度較大。因此，可以認為河南省春性小麥產(chǎn)量的提高主要得益于穗數(shù)的增加，穗粒數(shù)和千粒質量增加趨勢不明顯。

從圖5和圖9產(chǎn)量趨勢線可以得出，春性小麥品種年增幅102.39 kg/hm2較半冬性小麥品種年增幅100.88 kg/hm2大，說明河南省小麥產(chǎn)量水平的提高過程中，春性小麥品種也起到了很大的作用。

2.5 小麥品種產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的通徑分析

2.5.1 半冬性小麥品種產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀通徑分析 相關系數(shù)和通徑分析顯示(表3)，半冬性小麥品種產(chǎn)量與株高、生育期呈負相關；與穗粒數(shù)和千粒質量呈正相關，與穗數(shù)呈負相關。從直接相關系數(shù)看，產(chǎn)量構成要素對產(chǎn)量的決定系數(shù)大小依次為千粒質量、穗粒數(shù)。因此，如果將近30 a產(chǎn)量的提高歸因于以上幾個因素，可以認為，一方面，生育期縮短(早熟)以減輕后期干熱風的危害，適當降低株高以增強植株抗倒伏能力，從抗逆性方面實現(xiàn)品種產(chǎn)量潛力的挖掘；另一方面，保持一定穗數(shù)，通過大幅提高千粒質量，同時增加穗粒數(shù)，以增加單穗質量，從幼穗發(fā)育特性和后期灌漿、光合特性方面實現(xiàn)產(chǎn)量潛力的挖掘。以上兩方面共同促進了河南省半冬性小麥產(chǎn)量大幅提高，這也是未來河南省半冬性小麥品種高產(chǎn)育種的發(fā)展趨勢。

表3 河南省半冬性小麥品種產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的通徑分析

2.5.2 春性小麥品種產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀通徑分析 河南省春性小麥品種產(chǎn)量性狀和農(nóng)藝性狀的通徑分析顯示(如表4)，春性小麥品種產(chǎn)量和株高、生育期呈負相關，與穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質量呈正相關。從直接相關系數(shù)看，產(chǎn)量與三要素的直接決定系數(shù)表現(xiàn)為穗數(shù)>千粒質量>穗粒數(shù)。

因此，可以認為，如果將近30 a春性小麥品種產(chǎn)量的提高歸因于以上幾個因素，生育期和株高變化與半冬性品種一致，即縮短生育期(早熟)以減輕后期干熱風的危害，適當降低株高以增強抗倒伏能力；對于產(chǎn)量要素來說則是以增加穗數(shù)為主途徑，協(xié)同增加穗粒數(shù)和千粒質量。

表4 河南省春性小麥品種產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的通徑分析

3 結論與討論

3.1 氣候變暖背景下小麥品種結構的改變

近100 a來，華北地區(qū)平均氣溫增加1.1 ℃[9]。1981—2005年，黃淮海平原年最高氣溫、平均氣溫和年最低氣溫均顯著升高，且北部地區(qū)增溫比南部地區(qū)明顯，10 a高達0.7 ℃[10]。河南省豫北地區(qū)60 a來經(jīng)歷了10次品種更換，產(chǎn)量水平由低到高，植株高度由高變矮，品種特征由冬性品種為主逐步轉變?yōu)榘攵浴⑷醮盒詾橹鱗11]。因此，近年來，整體上河南省品種結構表現(xiàn)為冬性減弱，春性增強。

弱筋小麥主要用于制作餅干，擴大弱筋小麥的種植面積，能彌補我國餅干小麥品種的不足，改善品種結構。河南省弱筋小麥適宜區(qū)位于南部地區(qū)，約在北緯32°40′～33°20′，是河南省餅干小麥和啤酒小麥的重要基地[2]。該地區(qū)夏收小麥面積約106.7萬hm2，約占河南省小麥收獲面積的20%。因此，在河南省小麥品種品質結構方面，應增強弱筋品種選育。

綜上，從氣候因素和品質結構上，春性小麥品種的選育和推廣具有重要的生產(chǎn)意義。河南省以半冬性中強筋小麥品種為主，育種工作者往往忽視了春性和弱筋小麥品種的選育，未來應加強此方面的研究與應用。

3.2 不同類型小麥品種生育期、株高等性狀的演變規(guī)律

河南省近30 a來，不論是春性品種還是半冬性品種，其發(fā)展趨勢都表現(xiàn)出株高降低、生育期縮短的特點。20世紀60年代農(nóng)林10號的出現(xiàn)開啟了矮化育種的先河，我國自20世紀80年代開始矮化育種。20世紀小麥品種的演變過程中，株高降低是一個顯著的特點[12]，陜西省關中地區(qū)、山東品種演變規(guī)律均與本研究結果一致[13-16]。小麥生育期縮短不僅減輕了黃淮地區(qū)后期干熱風對籽粒灌漿的影響，而且可使玉米提早播種，提高光熱利用率。另外，小麥晚播也是引起生育期縮短的因素。一般晚播的原因有2個，一是異常天氣導致的延期播種，二是為降低倒春寒危害頻率而采取的措施。適期晚播后，通過延后小麥拔節(jié)，降低倒春寒危害頻率。孫新素等[17]和程延年[18]的研究也說明了這一點，氣候變暖背景下，黃淮海地區(qū)冬小麥播種時間推遲，生育期縮短，冬小麥增產(chǎn)。因此，從這兩方面來說，小麥生育期縮短適應了河南省的耕作制度和氣候變化。

從品種表現(xiàn)來說，1981年審定的品種鄭引1號、博農(nóng)7203、豐產(chǎn)3號、阿夫、矮豐3號等品種株高為100 cm左右，生育期為230 d左右。之后審定的以豫麥2號、西安8號、徐州9號、豫麥13等為代表的品種才顯現(xiàn)現(xiàn)代品種的特色，株高降至80 cm左右，生育期縮短至220 d左右。進入21世紀之后，生育期、株高的變化趨勢變弱，早熟品種生育期為210 d左右，株高平均在75～80 cm。代表品種優(yōu)質強筋小麥品種鄭麥9023生育期約210 d，矮抗58株高約70 cm。

3.3 不同類型小麥品種產(chǎn)量和產(chǎn)量要素演變規(guī)律

近30 a來，不論半冬性還是春性品種，河南省小麥單產(chǎn)均大幅提高，究其原因，除地力水平提高之外，更重要的是品種改良的貢獻。筆者對產(chǎn)量要素的分析結果表明，半冬性品種和春性品種變化特點不同：半冬性小麥穗粒數(shù)和千粒質量隨年份逐漸增加，穗數(shù)稍有下降，說明產(chǎn)量水平的提升主要得益于千粒質量和穗粒數(shù)的增加，也即單穗質量的增加；春性小麥品種穗粒數(shù)和千粒質量隨年份稍有增加，穗數(shù)增加幅度較大，說明穗數(shù)對產(chǎn)量的貢獻較大。史民芳等[19]對不同穗型品種產(chǎn)量構成分析認為，小麥產(chǎn)量構成因素中，決定產(chǎn)量的主導因子是穗數(shù)，其次是千粒質量，最后是穗粒數(shù)；小麥高產(chǎn)育種策略應增加有效分蘗，穩(wěn)定千粒質量，挖掘穗粒數(shù)的潛力。楊洪強等[20]認為，河南省旱地小麥品種產(chǎn)量的提高是在保證穗數(shù)的基礎上，通過增加穗粒數(shù)、提高千粒質量來實現(xiàn)的。

因此，為適應當前耕作制度、生產(chǎn)條件和氣候變化的影響，河南省半冬性品種選育應在加強品種節(jié)水節(jié)肥性選擇的基礎上，保持當前穗數(shù)，適當降低株高增強抗倒性，發(fā)育節(jié)奏前慢后快減輕倒春寒危害，選擇穗大粒多品系以提高穗粒數(shù)，選擇花后光合速率強、灌漿速率高、抗干熱風、早熟的品系以提高千粒質量。河南省春性品種的選育應在加強抗病性選擇的基礎上，選育分蘗性強的品種，進一步提高有效穗數(shù)，同時注意選擇小花退化率低、后期灌漿速率快的品種提高穗粒數(shù)和千粒質量。

參考文獻:

[1] 王紹中,鄭天存,郭天財．河南小麥育種栽培研究進展[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科學技術出版社,2007．

[2] 王紹中,田云峰,郭天財,等.河南小麥栽培學(新編)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科學技術出版社,2010.

[3] 周新保,宋新莉,程靜.河南小麥品種發(fā)展變化及利用情況分析[J].農(nóng)業(yè)科技通訊,2013(11):4-7.

[4] 曹廷杰.河南省近二十年來小麥育成品種主要農(nóng)藝性狀遺傳演變規(guī)律[D].鄭州:河南農(nóng)業(yè)大學,2009.

[5] 雷振生,林作輯.河南小麥品種農(nóng)藝性狀演變及今后育種方向[J].中國農(nóng)業(yè)科學,1995,28(增刊):28-33.

[6] 曹廷杰,趙虹,王西成,等.河南省半冬性小麥品種主要農(nóng)藝性狀的演變規(guī)律[J].麥類作物學報,2010,30(3)：439-442.

[7] 曹文昕,萬映秀,張琪琪,等.黃淮麥區(qū)主要推廣小麥品種抗寒性的演變規(guī)律[J].麥類作物學報,2015,35(1):57-63.

[8] 沈磊,趙凱銘.近年來河南省小麥審定品種主要性狀的演變規(guī)律[J].農(nóng)業(yè)科技通訊,2016(1):54-56.

[9] 屠其璞,鄧自旺,周曉蘭.中國近117年年平均氣溫變化的區(qū)域特征研究[J].應用氣象學報,1999,10(S1):35-43.

[10] Liu Y,Wang E L,Yang X G,etal.Contributions of climatic and crop varietal changes to crop production in the North China Plain,since 1980s[J].Global Change Biology,2009,16(8):2287-2299.

[11] 李文欣,張丹.豫北地區(qū)小麥品種演變60年[J].安徽農(nóng)學通報,2009,15(15):55-56.

[12] 伍維模,李世清.小麥品種演變過程中性狀遺傳改良規(guī)律綜述[J].塔里木大學學報,2006,18(1):43-47.

[13] 許為鋼,胡琳,姚建華,等.關中地區(qū)小麥品種株型變化的研究[J].西北農(nóng)業(yè)大學學報,1996,24(6):20-24.

[14] 宋健民,戴雙,李豪圣,等.山東省近年來審定小麥品種農(nóng)藝和品質性狀演變分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2013,46 (6):1114-1126.

[15] 吳秀亭,張正斌,徐萍,等.黃淮小麥農(nóng)藝性狀演變趨勢[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2013,46(18):3930-3938.

[16] 姜莉莉,王東.不同年代小麥產(chǎn)量性狀與農(nóng)藝性狀的相關性比較[J].華北農(nóng)學報,2017,32(增刊):130-134.

[17] 孫新素,龍致煒,宋廣鵬,等.氣候變化對黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥種植模式和產(chǎn)量的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學,2017,50(13):2476-2487.

[18] 程延年.氣候變化對北京地區(qū)小麥玉米兩熟種植制度的影響[J].華北農(nóng)學報,1994,9(1):18-24.

[19] 史民芳,安林利.行翠平,等.冬小麥不同穗型對產(chǎn)量構成因素的作用[J].山西農(nóng)業(yè)科學,2009,37(1):38-40.

[20] 楊洪強,田文仲,吳少輝,等.1982—2010年河南省旱地小麥品種主要農(nóng)藝性狀的遺傳演變規(guī)律[J].河南農(nóng)業(yè)科學,2014,43(5):38-41.