抗旱節(jié)水冬小麥品種衡H1401 主要性狀分析與評(píng)價(jià)

柳斌輝，王變銀，陳朝陽(yáng)，張文英*，張曉

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所／河北省農(nóng)作物抗旱研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 衡水 053000；2.衡水市水利局河湖保護(hù)中心，河北 衡水 053000）

冬小麥?zhǔn)俏覈?guó)華北地區(qū)主要的糧食作物之一，用水量約占農(nóng)業(yè)總用水量的70%[1，2]，因此，冬小麥節(jié)水在農(nóng)業(yè)節(jié)水中占有重要地位。為了緩解華北地區(qū)地下水超采的嚴(yán)峻局勢(shì)[3～5]，通過生物節(jié)水，培育抗旱節(jié)水小麥新品種，提高小麥水分利用效率是節(jié)約水資源的有效途徑之一。廣大科技工作者廣泛開展了抗旱節(jié)水冬小麥新品種的選育研究，并取得了顯著成績(jī)[6～11]。

衡H1401 是2018 年通過河北省審定的抗旱節(jié)水小麥品種，抗旱節(jié)水性突出。對(duì)衡H1401 的抗旱節(jié)水性和主要性狀進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，以期探討該品種的抗旱節(jié)水性特征，并為其他抗旱節(jié)水小麥新品種的選育提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019 年10 月～2020 年6 月在河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站（河北深州市，北緯37°54′、東經(jīng)115°42′，海拔20 m）進(jìn)行。該區(qū)年平均降水量497.1 mm，其中 70%的降水集中在7～8 月，2019～2020 年小麥生育期降水量為109.9 mm；年平均氣溫13.3 ℃，其中最熱月平均氣溫為27.1 ℃，最冷月平均氣溫為-2.1 ℃；無霜期202 d，年≥10 ℃有效積溫為4 603.7 ℃。試驗(yàn)地0～30 cm 耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)15.62 g/kg、全氮1.15 g/kg、速效氮84.03 mg/kg、速效磷14.38 mg/kg、速效鉀182.23 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)冬小麥材料為衡H1401 和衡4399（CK），均由河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所選育并提供。衡H1401 突出特點(diǎn)為抗旱節(jié)水，抗干熱風(fēng)，落黃好；衡4399 為河北省小麥區(qū)域試驗(yàn)水地組對(duì)照品種，在高水肥條件下產(chǎn)量潛力大。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 2019 年10 月15 日足墑播種冬小麥，行距0.18 m，基本苗數(shù)量375 萬(wàn)株/hm2。試驗(yàn)水分條件設(shè)水、節(jié)水、旱3 個(gè)處理，其中，水處理采用正常水分管理，澆2 水（拔節(jié)水、揚(yáng)花水），每次灌水量均為900 m3/hm2；節(jié)水處理只澆1 次拔節(jié)水，灌水量900 m3/hm2；旱處理是在出全苗的基礎(chǔ)上，至收獲不再澆水。小區(qū)面積8.1m2（長(zhǎng)7.5m、寬1.08m），6行/區(qū)，采用隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)。試驗(yàn)地兩頭設(shè)10 行保護(hù)區(qū)；為防止側(cè)滲，小區(qū)之間均采用了防滲區(qū)處理；其他管理同大田常規(guī)。

1.3.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.2.1 產(chǎn)量性狀和產(chǎn)量。小麥?zhǔn)斋@前，每小區(qū)隨機(jī)選取有代表性的植株10 株，收獲后室內(nèi)考種，采用常規(guī)方法測(cè)定株高、千粒重和穗粒數(shù)。小麥?zhǔn)斋@時(shí)，去除邊行，每小區(qū)均收取中間行，脫粒后曬干，測(cè)定子粒產(chǎn)量。

1.3.2.2 葉綠素含量。分別在返青期（3 月6 日）、拔節(jié)中期（4 月15 日）、抽穗期（4 月27 日）和揚(yáng)花期（5 月 6 日），以及花后第 5 天 （5 月 11 日）、第 10 天（5 月 16 日）、第 15 天 （5 月 21 日） 和第 20 天 （5 月26 日）取樣測(cè)定。每小區(qū)隨機(jī)選取單莖10 根，用活體葉綠素儀SPAD-502 測(cè)定單莖旗葉的葉綠素含量，指標(biāo)值取平均數(shù)。

1.3.2.3 離體葉片失水速率（RWL）。采用稱重法測(cè)定[12]。取樣時(shí)間自揚(yáng)花期（5 月6 日）開始，之后每隔5 d取旗葉測(cè)定1 次，每小區(qū)每次隨機(jī)取10 片葉，共連續(xù)取樣測(cè)定5 次。

1.3.2.4 單株生物量。分別在返青期（3 月6 日）、拔節(jié)中期（4 月15 日）、抽穗期（4 月27 日）、揚(yáng)花期（5 月 6 日）、灌漿中期 （5 月 20 日） 和收獲期 （6 月6 日）取樣測(cè)定。每小區(qū)隨機(jī)選取5 株，烘干后分別稱重，指標(biāo)值取平均數(shù)。

1.3.2.5 抗旱性評(píng)價(jià)。利用抗旱指數(shù)（DI）進(jìn)行品種的抗旱性評(píng)價(jià)。計(jì)算公式為：

式中，DI 為抗旱指數(shù)；GYS(T)為待測(cè)材料旱地子粒產(chǎn)量；GYS(W)為待測(cè)材料水地子粒產(chǎn)量；GYCK(W)為對(duì)照品種水地子粒產(chǎn)量；GYCK(T)為對(duì)照品種旱地子粒產(chǎn)量。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 利用Microsoft Excel 2007 和DPS 15.10 統(tǒng)計(jì)軟件[13]進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD 法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水分條件下衡H1401 的產(chǎn)量性狀和抗旱性分析

水處理下衡H1401 產(chǎn)量＞CK，節(jié)水處理下衡H1401 產(chǎn)量＜CK，但差異均不顯著；旱處理下，衡H1401 產(chǎn)量顯著＞CK（表1）。表明不同水分條件下，衡H1401 產(chǎn)量均達(dá)到了衡4399 水平，其中干旱條件下產(chǎn)量明顯高于衡4399。

進(jìn)一步對(duì)不同水分條件下的小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，水處理和節(jié)水處理下，衡H1401 單位面積穗數(shù)＜CK，穗粒數(shù)和千粒重＞CK，但差異均不顯著；旱處理下，衡H1401 單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均＞CK，其中千粒重差異達(dá)到了顯著水平。可以看出，在干旱條件下衡H1401 具有明顯產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)的主要原因是千粒重的大幅度增高。

隨著干旱脅迫程度的增大，2 個(gè)小麥品種的單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)均逐漸降低，指標(biāo)值均表現(xiàn)為水處理與節(jié)水處理差異不顯著，但均顯著＞旱處理；千粒重變化趨勢(shì)不同，CK 指標(biāo)值順序?yàn)樗幚恚竞堤幚恚竟?jié)水處理但差異均不顯著，衡H1401 指標(biāo)值順序?yàn)楹堤幚盹@著＞水處理和節(jié)水處理?？梢钥闯?，抗旱節(jié)水性好的衡H1401 在干旱條件下具有較高的千粒重優(yōu)勢(shì)。

抗旱指數(shù)是基于產(chǎn)量綜合評(píng)價(jià)品種抗旱性的一個(gè)指標(biāo)?？购倒?jié)水性好的衡H1401 抗旱指數(shù)達(dá)到了1.265，其抗旱性級(jí)別為強(qiáng)。

表1 不同水分條件下衡H1401 的產(chǎn)量性狀和產(chǎn)量Table 1 Yield characters and yield of Heng H1401 under different water conditions

2.2 不同水分條件下衡H1401 的植株性狀分析

2.2.1 葉片SPAD 值 隨著生育進(jìn)程，不同水分條件處理的2 個(gè)小麥品種葉片SPAD 值均呈“S”型變化，但指標(biāo)值差異隨著干旱脅迫程度的增大而增大（圖1）。

水處理下，3 月6 日～5 月21 日（返青期到灌漿中期），衡H1401 的葉片SPAD 值與CK 差異均不顯著；之后，2 個(gè)品種的葉片衰老速度均加快，但衡H1401 的衰老速度慢于CK，至5 月26 日葉片SPAD值顯著＞CK（p＜0.05）。節(jié)水處理下，衡H1401 的葉片SPAD 值始終與CK 差異不顯著。旱處理下，3 月6日～4 月15 日（返青期到拔節(jié)中期），衡H1401 的葉片SPAD 值與 CK 基本持平；自 4 月 27 日開始，衡H1401 的葉片SPAD 值均＞CK，且差異隨生育進(jìn)程而增大，至 5 月 26 日衡 H1401 指標(biāo)值顯著＞CK（p＜0.05），充分顯示了其較好的抗旱性。可以看出，在不同水分條件下，衡H1401 的光合作用能力均達(dá)到了衡4399 水平，尤其是干旱條件下，小麥灌漿中后期具有較強(qiáng)的持綠性，進(jìn)而保持較高的光合速率，促進(jìn)干物質(zhì)的形成。

圖1 不同水分條件下衡H1401 葉片SPAD 值的動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of SPAD value of leaves of Heng H1401 under different water conditions

2.2.2 旗葉失水速率 從小麥花期開始，隨著生育進(jìn)程，不同水分處理的2 個(gè)小麥品種旗葉失水速率均呈增加趨勢(shì)；隨著干旱脅迫程度的增大，2 個(gè)小麥品種的旗葉失水速率均呈降低趨勢(shì)（圖2）。

圖2 不同水分條件下衡H1401 旗葉失水速率的動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of flag leaf water loss rate of Heng H1401 under different water treatments

水處理下，在灌漿過程中，2 個(gè)品種的旗葉失水速率差異均不顯著；節(jié)水處理下，衡H1401 的旗葉失水速率均＜CK，但差異不顯著；旱處理下，衡H1401 的旗葉失水速率在5 月11～21 日＞CK，在灌漿中后期（5月26 日）＜CK?？梢钥闯觯诟珊得{迫程度增大、脅迫時(shí)間延長(zhǎng)的情況下，抗旱節(jié)水性好的衡H1401 旗葉失水速率能夠保持在一定水平，不再持續(xù)大幅度增大。

2.2.3 單株生物量 水處理下，3 月6 日～6 月6 日（返青期至收獲），2 個(gè)小麥品種的單株生物量始終差異不顯著（圖3），表明在正常水分管理?xiàng)l件下衡H1401生物量達(dá)到了衡4399 水平。節(jié)水處理下，3 月6日～5 月6日（花期以前）衡H1401 的單株生物量＜CK，花期后衡H1401 的指標(biāo)值＞CK，表明在灌漿期衡H1401 生物量增長(zhǎng)速度較快。旱處理下，返青期至收獲，衡H1401的單株生物量始終＞CK，表明衡H1401 在持續(xù)干旱脅迫環(huán)境下具有較高的生物量增長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，顯示了其較好的抗旱節(jié)水性。

圖2 不同水分條件下衡H1401 的旗葉失水速率動(dòng)態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of flag leaf water loss rate of Heng H1401 under different water treatments

3 結(jié)論與討論

衡H1401 是河北省黑龍港流域節(jié)水組審定的抗旱節(jié)水性較強(qiáng)的品種，以河北省小麥區(qū)域試驗(yàn)水地組對(duì)照品種衡4399 為CK，在水、節(jié)水、旱3 種水分環(huán)境下，對(duì)衡H1401 的主要性狀進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，衡H1401 在不同的水分條件下均具有豐產(chǎn)、抗旱、節(jié)水的優(yōu)良特性，尤其是干旱環(huán)境下，與對(duì)照品種衡4399 相比具有較多的單位面積穗數(shù)（p＞0.05）和明顯的千粒重（p＜0.05）優(yōu)勢(shì)。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，作物葉片葉綠素含量可以有效反映植物的光合特性[14]，葉綠素含量越高表明光合能力越強(qiáng)，不同水分條件下冬小麥葉片葉綠素含量與光合速率的季節(jié)變化趨勢(shì)基本一致[15]。何麗香等[16]研究表明，小麥灌漿期上三葉葉綠素含量與穗粒數(shù)、千粒重和穗粒重均呈正相關(guān)；楊國(guó)華等[17]研究表明，無論是高溫脅迫下還是在常溫條件下，春小麥旗葉葉綠素含量與千粒重和穗粒重均呈正相關(guān)，但相關(guān)性不顯著。本研究結(jié)果表明，干旱處理下，在灌漿中后期衡H1401 的葉片葉綠素含量顯著高于衡4399，使光合速率保持在較高水平，維持了較高的灌漿速率，形成了較高產(chǎn)量。離體葉片失水速率是研究作物抗旱節(jié)水的重要指標(biāo)，小麥生育期間消耗的水分絕大部分是通過作物表面散失到大氣中，通常用離體葉片失水速率衡量小麥葉片的保水力，小麥離體葉片失水速率與其抗旱性之間有密切關(guān)系[18～20]，較低的離體葉片失水速率與作物抗旱性有關(guān)[21，22]。不同生育期、不同品種和不同灌水的小麥離體葉片失水速率表現(xiàn)不同[23]。小麥花期后，節(jié)水處理下衡4399 的旗葉失水速率均高于衡H1401；旱處理?xiàng)l件下，在灌漿中后期（5 月26 日） 衡H1401 的旗葉失水速率低于衡4399，可見，在脅迫程度增大、脅迫時(shí)間延長(zhǎng)的情況下，衡H1401 旗葉失水速率能夠保持在一定水平，不再持續(xù)大幅度增大，其通過降低葉片水分散失的速度，保障了小麥后期灌漿正常的生理功能。小麥生物產(chǎn)量是指小麥一生中積累的同化物總量，干旱條件下單株干物質(zhì)量與小麥品種的抗旱性關(guān)系密切。持續(xù)的嚴(yán)重干旱往往造成小麥分蘗或者分蘗成穗等減少，降低水分消耗是抵御干旱從而保證種子延續(xù)性的有效辦法，然而這不可避免地會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量降低，但是抗旱型品種降低的幅度較小。在節(jié)水和旱處理?xiàng)l件下，灌漿期衡H1401 的單株生物量始終高于衡4399，且其增長(zhǎng)速度大于衡4399，可見在持續(xù)旱脅迫環(huán)境下，衡H1401 具有較高的生物量增長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)小麥子粒產(chǎn)量的增加奠定了基礎(chǔ)，顯示了其較好的抗旱節(jié)水性。

衡H1401 具有突出的抗旱節(jié)水性，其可以作為生產(chǎn)品種在河北省水資源嚴(yán)重短缺和地下水壓采區(qū)進(jìn)行推廣，能有效緩解農(nóng)業(yè)用水嚴(yán)重超采的問題；還可以作為抗旱節(jié)水種質(zhì)資源加以改良和利用，能為抗旱節(jié)水小麥新品種的選育提供技術(shù)支撐。