50 份小麥新種質(zhì)抗旱性綜合評價

趙吉平，周 偉，任杰成，郭鵬燕，許 瑛

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所，山西汾陽032200；2.汾陽市氣象局，山西汾陽032200）

環(huán)境脅迫是麥類作物產(chǎn)量的重要限制性因素，其中，干旱脅迫是影響麥類作物正常生長發(fā)育的重要非生物脅迫因素。培育優(yōu)質(zhì)的抗旱小麥新種質(zhì)是保障國家糧食產(chǎn)量穩(wěn)定以及糧食安全的關(guān)鍵所在。干旱是影響小麥作物產(chǎn)量的主要限制性因素之一[1]，在干旱以及半干旱地區(qū)尤為顯著。受全球氣候變化的影響，降水供給量呈現(xiàn)明顯下降趨勢，小麥全生育期干旱脅迫日漸顯著。相關(guān)研究顯示，干旱因素致糧食作物減產(chǎn)逼近糧食作物全因素減產(chǎn)量的50%[2]。灌溉雖可在短期緩解小麥作物干旱脅迫影響，但因灌溉會誘發(fā)土壤板結(jié)及土壤鹽堿化現(xiàn)象，不利于小麥種植區(qū)的長遠穩(wěn)定發(fā)展[3]。

綜合因素分析可知，選育抗旱高產(chǎn)小麥新種質(zhì)是突破小麥干旱脅迫難題的關(guān)鍵途徑。前人關(guān)于小麥抗旱性指標的篩選研究眾多，主要篩選指標歸為干旱適應性生理指標、干旱脅迫后農(nóng)藝性狀指標兩類。此外，為避免單一抗旱性指標評估的片面性，常常進一步選用主成分分析、隸屬函數(shù)分析等方法對小麥種質(zhì)抗旱性進行綜合評價。其中，主成分分析法在小麥抗旱性綜合評價中的應用越來越廣泛。

本研究選擇50 份山西省小麥新種質(zhì)作為供試材料，通過田間直接鑒定法分析自然干旱條件和灌水條件下小麥品種農(nóng)藝性狀，并對其抗旱性進行綜合評價，以期為小麥新種質(zhì)的推廣種植提供科學理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試小麥品種為2016 年在山西晉城、長治和晉中試驗基地參加山西省和國家區(qū)域試驗的42 個小麥品種、山西省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所種質(zhì)資源中優(yōu)秀骨干品種8 份，分別為：太113、長麥5765、長9499、長8255、京麥10 號、農(nóng)大3486、長6066、CA1091、太1305、中麥4072、太315、中麥93、輪選638、長麥5973、晉太148、旱優(yōu)5 號、太831、晉太1310、長麥3897、太5293、津麥3118、長5553、晉麥79 號、晉太141、長6794、太412、中信麥88、長7080、長麥251、長麥5823、太1508、谷麥0982、晉太9923、晉麥68 號、長6904、航麥2566、長麥3909、眾麥7198、長麥6686、晉太114、嬰泊700、太512、長治6195、科遺12- 6105、潤麥2 號、長麥6697、京農(nóng)12- 79、晉太146、長麥6789 和太1411。目前，已有一大部分品種通過省審和國審[4-16]。

1.2 試驗方法

田間直接鑒定試驗于2016—2018 年連續(xù)2 a在山西省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所試驗基地汾陽市進行。所有試驗田前茬均為綠豆茬口。供試材料在同一地塊分別設置水地和旱地條件下種植。水地、旱地小區(qū)之間設置3 m（含2 條觀察道1 m）隔離帶，隔離帶不澆水。試驗采用隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積5.2 m2（2.0 m×2.6 m），2 次重復。供試材料分別于2016 年10 月8 日（水旱同日）和2017 年10 月5 日（水旱同日）播種，人工開溝播種，播量按照基本苗225.0 萬/hm2計算。旱地不澆水，采取自然雨養(yǎng)條件供給水分。2016 年10 月至2017 年6 月、2017 年10 月至2018 年6 月全生育期降水量分別為146.1，231.3 mm（數(shù)據(jù)來源于山西省汾陽市氣象局）。水地在自然雨養(yǎng)條件外，分別于2017 年4 月10 日、5 月8 日和5 月25 日，2018 年4 月12 日、5 月5 日和5 月27 日進行澆水處理，每次澆水量約為650 m3/hm2。水地除澆水外，其他管理與旱地一致。分別于2017，2018 年小麥成熟時每小區(qū)隨機采20 穗考種備用，并調(diào)查其有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、小區(qū)產(chǎn)量。綜合評價小麥品種的抗旱指數(shù)、隸屬函數(shù)值（U）和抗旱性綜合評價值（D）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

研究獲取的數(shù)據(jù)通過Microsoft Excel 2016 進行整理，并錄入SPSS 22.0 軟件進行統(tǒng)計分析。各農(nóng)藝性狀指標通過SPSS 22.0 軟件進行降維處理，轉(zhuǎn)化成數(shù)量較少、相對具有獨立性的綜合性指標。在此基礎上獲取各個綜合指標的隸屬函數(shù)值，加權(quán)處理后獲取抗旱性綜合評價值。具體核算公式如下。

式中，Xj表示第j 個綜合指標，其中，j 取值1- n；Xmax以及Xmin分別表示第j 個綜合指標的極大值以及極小值；Pj表示第j 個綜合指標的貢獻率。

2 結(jié)果與分析

2.1 各小麥品種抗旱指數(shù)分析

選取有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量以及小區(qū)產(chǎn)量等四大指標進行小麥抗旱指數(shù)的評價。結(jié)果表明，50 個小麥品種的抗旱指數(shù)存在差異性（表1）。有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量以及小區(qū)產(chǎn)量不同指標顯示的小麥抗旱指數(shù)亦存在不同。以小區(qū)產(chǎn)量的抗旱指數(shù)進行評估排名，長治6195 的抗旱指數(shù)最佳，前26 位次分別為：長治6195、農(nóng)大3486、太1305、中麥4072、長6794、長麥5823、太412、谷麥0982、太113、長麥251、長7080、太831、長6904、長麥3909、太1508、科遺12- 6105、長麥6686、晉麥79 號、長麥3897、長麥5765、太512、晉太148、太1411、中麥93、晉麥68 號、晉太1310（表1）。單純使用某一指標的抗旱指數(shù)評估小麥抗旱性價值不大，需要采取主成分分析法對其抗旱性加以綜合評價。

2.2 各小麥品種主成分分析

采用SPSS 22.0 軟件統(tǒng)計，對表1 中各農(nóng)藝性狀指標抗旱指數(shù)進行主成分分析，以特征值＞1 為標準，最終獲取2 個主成分，如表2 所示，通過主成分矩陣分析可知，有效穗數(shù)、小區(qū)產(chǎn)量在第一主成分上有較高荷載，說明第一主成分主要反映有效穗數(shù)、小區(qū)產(chǎn)量與抗旱性的關(guān)系；穗粒數(shù)與千粒質(zhì)量在第二主成分上有較高荷載，說明第二主成分主要反映穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量與抗旱性的關(guān)系。

表1 各小麥品種抗旱指數(shù)分析

表2 小麥品種主成分分析

2.3 各小麥品種抗旱性綜合評價分析

根據(jù)隸屬函數(shù)值U 及權(quán)重W 核算得抗旱性綜合評價值D，結(jié)果表明，晉太148 抗旱性綜合評價值最高（表3）。將抗旱性綜合評價值D 進行以下劃分[19]：強抗旱，D≥0.59；抗旱，0.59＞D≥0.51；中抗旱，0.51＞D≥0.41；較敏感，0.41＞D≥0.35；敏感，D＜0.35。本研究50 個小麥品種中，抗旱品種1 個，為晉太148；中抗旱品種47 個，分別為：太1305、晉太9923、太412、長麥3897、晉麥68 號、太1508、太831、太512、晉太114、長麥5823、長麥6686、津麥3118、長7080、晉太1310、晉太141、長治6195、航麥2566、長麥3909、晉麥79 號、谷麥0982、長麥5765、太315、京農(nóng)12- 79、長麥251、太1411、太113、長6904、長9499、長8255、京麥10、長6065、CA1091、中麥4072、中麥93、輪選638、長麥5973、旱優(yōu)5 號、太5293、長5553、長6794、眾麥7198、嬰泊700、科遺12- 6105、潤麥2 號、長麥6697、晉太146、長麥6789；較敏感品種2 個，分別為：農(nóng)大3486、中信麥88。

表3 各小麥品種抗旱性綜合評價

3 討論

小麥作物的抗旱性能受到多基因協(xié)同控制，不同小麥種質(zhì)間抗旱性能存在明顯差異[20]。準確鑒定小麥種質(zhì)抗旱性，可為小麥抗旱親本選育以及小麥種質(zhì)的推廣提供依據(jù)。主成分分析為目前常見抗旱性指標篩選方法，通過主成分分析，可以將具有相互關(guān)聯(lián)性的生理指標以及農(nóng)藝性狀等轉(zhuǎn)換為相互獨立性的綜合性鑒定指標。在此基礎上，對各指標進行加權(quán)處理，核算隸屬函數(shù)值，進而得到抗旱性綜合評價值D，并對小麥品種抗旱性加以評估。小麥抗旱性綜合評價值D 屬于無量綱純數(shù)值，獲取的小麥抗旱性具有一定的可比性。

本研究通過田間直接鑒定試驗對50 份小麥品種的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、小區(qū)產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀指標加以測定，進而評估其抗旱性綜合評價值D，并對小麥品種抗旱性進行分級鑒定。張軍等[21]對抗旱指數(shù)以及抗旱性綜合評價值D 進行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，不同干旱處理條件下，抗旱指數(shù)以及抗旱性綜合評價值D 均呈現(xiàn)明顯正相關(guān)性。說明抗旱性綜合評價值D 為小麥抗旱性的優(yōu)良評價指標，說明本研究選取抗旱性綜合評價值D 作為抗旱性評價指標具有可行性。有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量以及小區(qū)產(chǎn)量等指標為評估小麥抗旱性的常見農(nóng)藝性狀指標。劉青松等[22]選取千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)、穗數(shù)以及產(chǎn)量作為產(chǎn)量性狀分析指標，綜合分析各產(chǎn)量構(gòu)成因素，獲取了抗旱小麥品種。研究充分證實穗粒數(shù)、穗數(shù)以及產(chǎn)量等指標對于小麥抗旱性評估的有效性。本研究結(jié)果表明，50 個小麥品種的抗旱指數(shù)存在差異性，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量以及小區(qū)產(chǎn)量不同指標顯示的小麥抗旱指數(shù)亦存在不同。說明單純使用某一指標的抗旱指數(shù)評估小麥抗旱性價值不大。將4 個農(nóng)藝性狀指標進行主成分分析獲得了2 個主成分。根據(jù)抗旱性綜合評價值D，獲取抗旱品種1 個、中抗旱品種47 個。說明抗旱性較高的小麥品種稀少，多數(shù)為中等抗旱及抗旱性差的品種。同時，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量以及小區(qū)產(chǎn)量等4 個指標進行主成分分析評估抗旱性可行性高。與直接性抗旱性指標小區(qū)產(chǎn)量的抗旱指數(shù)相比較，抗旱指數(shù)位居前48 位的小麥品種中，與抗旱性綜合評價值前48 位重疊47 個，分別為：太113、長麥5765 、長9499、長8255 、京麥10 號、長6065 、CA1091、太1305、中麥4072 、太315 、中麥93 、長麥5973、晉太148、旱優(yōu)5 號、太831、晉太1310、長麥3897、太5293、津麥3118、長5553、晉麥79 號、晉太141、長6794 、太412 、長7080、長麥251、長麥5823、太1508、谷麥0982、晉太9923、晉麥68 號、長6904、航麥2566、長麥3909、眾麥7198、長麥6686、晉太114、嬰泊700、太512、長治6195、科遺12- 6105、潤麥2 號、長麥6697、京農(nóng)12- 79、晉太146、長麥6789、太1411。

4 結(jié)論

抗旱性綜合評價值D 可有效反映小麥品種的綜合抗旱性。本研究通過該方法鑒定出1 個抗旱品種，即晉太148 以及47 個中抗旱品種。此外，結(jié)合直觀性抗旱指標小區(qū)產(chǎn)量抗旱指數(shù)值，最終獲取47 個抗旱性優(yōu)良的小麥品種，為小麥品種的選育應用和推廣提供科學依據(jù)。對小麥種質(zhì)優(yōu)良性的評價，除抗旱性外，仍有抗寒性以及抗病性等的評估，需進一步加以鑒定，篩選整體優(yōu)良的小麥種質(zhì)。