湖北省近20年審定小麥品種的產(chǎn)量、品質(zhì)性狀及抗病性分析

張華崇，趙樹琪，閆振華，黃曉莉，戴寶生，李 蔚

(黃岡市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖北黃岡 438000)

小麥?zhǔn)呛眱H次于水稻的第二大糧食作物，也是湖北重要的商品糧[1]。2019年湖北省小麥播種面積為101.77×104hm2，總產(chǎn)量為 390.68×107kg，面積和產(chǎn)量均居全國第七位，是我國小麥主產(chǎn)區(qū)之一[2]，為我國糧食安全作出了重要貢獻(xiàn)。

隨著全球人口急劇增長，提高產(chǎn)量潛力仍是小麥研究重點(diǎn)，但消費(fèi)需求和氣候多樣化也對(duì)小麥品質(zhì)和抗病育種提出了更高的要求。因此，研究小麥產(chǎn)量、品質(zhì)及抗病性遺傳改良對(duì)湖北省乃至全國小麥育種和生產(chǎn)具有重要意義。近年來，許多學(xué)者對(duì)不同小麥主產(chǎn)區(qū)小麥品種性狀變化規(guī)律和趨勢(shì)進(jìn)行了研究。郭 瑞等[3]分析了1981-2012年河南省審定小麥品種的產(chǎn)量和主要農(nóng)藝性狀演變規(guī)律，發(fā)現(xiàn)供試小麥品種產(chǎn)量隨年份推移穩(wěn)步提高，株高隨年份波動(dòng)，整體呈降低趨勢(shì)，認(rèn)為半冬性品種選育應(yīng)在保持當(dāng)前有效穗數(shù)基礎(chǔ)上，注重提高千粒重和增加穗粒數(shù)；春性品種選育應(yīng)注重提高穗數(shù)，協(xié)同提高穗粒數(shù)和千粒重。馬小飛等[4]對(duì)1997-2008年山西省審定的175個(gè)小麥品種分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量隨著年份推移呈顯著上升趨勢(shì)，而品質(zhì)沒有顯著變化，指出今后育種要品質(zhì)與產(chǎn)量協(xié)同提高。郭鳳芝等[5]對(duì)山東省2001-2017年審定的83個(gè)高產(chǎn)品種的主要農(nóng)藝、產(chǎn)量和品質(zhì)性狀進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量隨年份推移呈顯著上升趨勢(shì)，品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)變化不一致，提出中、多穗品種更適合山東省的氣候和生產(chǎn)條件，要綜合提高產(chǎn)量三因素來實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)。王漢霞等[6]統(tǒng)計(jì)了2006-2018年49個(gè)北京市審定的小麥品種產(chǎn)量性狀，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量性狀呈逐年遞增趨勢(shì)，提出在保持適中單位面積穗數(shù)的基礎(chǔ)上，增加穗粒數(shù)和千粒重，兼顧品質(zhì)和抗性的育種策略。蔣 進(jìn)等[7]以2008-2018年四川省審定的100個(gè)小麥品種為研究對(duì)象，分析了其農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量和籽粒品質(zhì)提升不同步，品種總體品質(zhì)狀況較差，且品質(zhì)指標(biāo)間不協(xié)調(diào)，亟需加強(qiáng)品質(zhì)改良。佟漢文等[8]對(duì)2001-2016 年湖北省審定的 27個(gè)小麥的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了分析，提出了把增加有效穗數(shù)和千粒重、解決有效穗數(shù)和穗粒數(shù)間的矛盾作為當(dāng)前湖北省小麥產(chǎn)量育種的主攻方向。品種系譜為深入揭示育成品種親緣關(guān)系和性狀變化趨勢(shì)提供了信息，其中直接親本對(duì)分析親本構(gòu)成、貢獻(xiàn)及變化規(guī)律具有重要作用[9]。以上研究顯示，不同地區(qū)小麥產(chǎn)量均取得了較大增加，但存在產(chǎn)量與品質(zhì)提高不協(xié)同問題。當(dāng)前湖北省小麥育種中面臨著抗病性降低和品質(zhì)略下滑等問題[10]。為此，本研究擬通過分析近20年湖北省育成的57個(gè)小麥品種產(chǎn)量、品質(zhì)性狀和抗病性，了解近年來育成品種性狀及其變化趨勢(shì)，以期為今后該地區(qū)小麥育種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

為2001-2020年湖北省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定的57個(gè)小麥品種(表1)。其中“十五”期間審定15個(gè)，“十一五”期間審定14個(gè)，“十二五”期間審定5個(gè)，“十三五”期間審定23個(gè)。

表1 參試材料信息Table 1 Information of the test materials

1.2 數(shù)據(jù)來源

參試的57個(gè)審定品種主要性狀的數(shù)據(jù)資料均來源于中國種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)(http://202. 127.42.47:6010/SDSite/Home/Index)。其中，產(chǎn)量相關(guān)性狀包括株高、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量；抗病性主要是對(duì)赤霉病、白粉病、條銹病和紋枯病的鑒定結(jié)果。為了使分析結(jié)果更加準(zhǔn)確，當(dāng)抗病鑒定結(jié)果抗性未明確，僅鑒定為“抗”或“感”時(shí)，不計(jì)入本數(shù)據(jù)分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用EXCEL、DPS7.5和SAS V8軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量性狀分析

2.1.1 產(chǎn)量及其相關(guān)性狀的分析

從圖1可以看出，株高隨年份推移呈明顯下降趨勢(shì)(圖1A)。線性擬合結(jié)果表明，年平均降低0.65 cm，“十三五”期間審定品種平均株高為 81.60 cm，比“十五”期間審定品種平均株高降低了9.46 cm。有效穗數(shù)隨年份推移呈升高趨勢(shì)(圖1B)，線性擬合結(jié)果表明，有效穗數(shù)年平均增加 6.33×104·hm-2，以鄂麥170有效穗數(shù)最高，達(dá)到561.00×104·hm-2，而穗粒數(shù)和千粒重隨年份推移呈緩慢下降趨勢(shì)(圖1C和1D)。

育成品種產(chǎn)量逐年增加，年增產(chǎn)39.29 kg·hm-2(圖1E)，這與有效穗數(shù)增加有關(guān)。在產(chǎn)量構(gòu)成要素中，變異系數(shù)由大到小依次為有效穗數(shù)(12.19%)、穗粒數(shù)(8.55%)、千粒重 (7.17%)(表2)，這表明在該地區(qū)對(duì)有效穗數(shù)的改良空間較大，可以通過合理調(diào)控有效穗數(shù)進(jìn)一步提高產(chǎn)量。

PH：株高；ES：有效穗數(shù)；KPS：穗粒數(shù)；TKW：千粒重；GY：產(chǎn)量。表2和表3同。PH:Plant height; ES:Effective spikes; KPS:Kernels per spike; TKW:Thousand kernel weight; GY:Grain yield. The same in tables 2 and 3.圖1 小麥品種產(chǎn)量及其相關(guān)性狀隨年份變化趨勢(shì)Fig.1 Change of wheat yield and relative traits with years

表2 小麥品種產(chǎn)量及其相關(guān)性狀的變異分析Table 2 Variation analysis of wheat yield and relative traits

2.1.2 產(chǎn)量及其相關(guān)性狀的相關(guān)和偏相關(guān)分析

相關(guān)分析結(jié)果(表3)顯示，小麥產(chǎn)量與株高顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與有效穗數(shù)、千粒重呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)為有效穗數(shù)(0.549 1)>千粒重(0.392 7)，穗粒數(shù) (0.110 4)，與產(chǎn)量相關(guān)不顯著。

表3 產(chǎn)量及其相關(guān)性狀相關(guān)性和偏相關(guān)性分析Table 3 Correlation and partial correlation analysis of the yield and relative traits

偏相關(guān)分析結(jié)果表明，3個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)程度為有效穗數(shù) (0.821 0)>千粒重(0.811 8)>穗粒數(shù) (0.783 6)，且各因素間均呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明產(chǎn)量構(gòu)成因素間互相制約。

綜上，從“十五”到“十三五”期間，湖北省審定小麥品種株高呈下降趨勢(shì)，平均產(chǎn)量呈增加趨勢(shì)，與有效穗數(shù)相關(guān)性最大。有效穗數(shù)和千粒重與產(chǎn)量極顯著正相關(guān)，產(chǎn)量構(gòu)成因素間顯著負(fù)相關(guān)。

2.2 品質(zhì)性狀分析

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《小麥品種品質(zhì)分類》(GB/T 17320-2013)規(guī)定，將小麥按品質(zhì)分為強(qiáng)筋、中強(qiáng)筋、中筋和弱筋四類。不同時(shí)期各類品質(zhì)品種個(gè)數(shù)及所占百分比見圖2。

圖2 不同時(shí)期審定小麥品種的品質(zhì)性狀Fig.2 Quality traits of wheat varieties in different periods

“十五”期間育成的15個(gè)品種中，達(dá)到中筋和弱筋標(biāo)準(zhǔn)小麥品種數(shù)量分別為5和1個(gè)，各占本時(shí)期全部育成品種比例為33.33%和6.67%，其中，鄂麥103、鄂麥25、鄂麥19和鄂麥21因面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間小于3 min，未達(dá)到中筋標(biāo)準(zhǔn)?！笆晃濉逼陂g育成的14個(gè)品種中，達(dá)到強(qiáng)筋、中筋和弱筋標(biāo)準(zhǔn)小麥品種數(shù)量分別為3、7和1個(gè)，各占該時(shí)期全部育成品種比例為21.43%、50.00%和 7.14%。 “十二五”期間育成的5個(gè)品種中，達(dá)到強(qiáng)筋、中筋和弱筋標(biāo)準(zhǔn)小麥品種數(shù)量分別為1、3和1個(gè)，各占該時(shí)期全部育成品種比例為20.00%、60.00%和20.00% ?！笆濉逼陂g育成的23個(gè)品種中，達(dá)到強(qiáng)筋、中強(qiáng)筋、中筋和弱筋標(biāo)準(zhǔn)小麥品種數(shù)量分別為2、1、3和6個(gè)，各占該時(shí)期全部育成品種比例為8.70%、4.35%、13.04%和 26.09%，其中，慶麥101、襄麥75、兆豐8號(hào)和襄麥D31因面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間也小于3 min，未達(dá)到中筋標(biāo)準(zhǔn)，楚襄18和鄂麥398面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間未達(dá)到弱筋標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)果表明，近20年湖北省審定小麥品種品質(zhì)主要以中筋為主，弱筋小麥所占比例呈逐步增加趨勢(shì)。各時(shí)期均有未達(dá)到四類品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品種，主要受面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間的制約。

2001-2020期間通過審定的弱筋小麥品種有鄂麥426、龍麥169、鄂麥28、西銘318、鄂麥007、金樂1號(hào)、鄂麥580、鄂恩7號(hào)和華麥12共9個(gè)品種，其中“十三五”期間有6個(gè)品種，占全部弱筋小麥的66.67%。說明近20年來弱筋小麥育種在湖北發(fā)展快速。此外，楚襄1號(hào)和華麥1168達(dá)到國家強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)筋小麥也有了突破，小麥品質(zhì)也更多樣化。

2.3 抗病性分析

圖3為不同時(shí)期育成小麥品種的抗病表現(xiàn)。赤霉病抗性方面(圖3A)，供試品種均未表現(xiàn)高抗，主要以中感為主，“十一五”和“十三五”期間分別審定的鄂麥25號(hào)和龍麥169達(dá)到了中抗水平。白粉病抗性方面(圖3B)，“十五”和“十一五”期間，各審定品種主要以中抗和中感為主，但“十二五”和“十三五”期間的品種以中感為主，“十三五”

圖3 不同時(shí)期審定小麥品種的抗病性分析Fig.3 Disease resistance analysis of the approved wheat varieties in different periods

期間的品種均未達(dá)到中抗水平，高感品種占比較大，說明審定品種抗性有降低趨勢(shì)。條銹病抗性方面(圖3C)，各時(shí)期審定品種抗性多以中抗和中感為主，但近期有5個(gè)品種(西銘318、慶麥101、兆豐8號(hào)、鄂麥DH16和先麥8號(hào))達(dá)到了高抗水平。紋枯病抗性方面(圖3D)，各時(shí)期審定品種抗性多以中感和高感為主，抗性普遍較低。

分析抗病性鑒定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，育成品種中，有的兼抗兩種或三種病害，如：襄麥35、瑞星1號(hào)、豫麥51、鄂麥18、鄂麥19兼抗白粉病和條銹病，鄂麥20兼抗白粉病和紋枯病，鄂恩7號(hào)和鄂麥251兼抗白粉病、條銹病和紋枯病?？傮w上看，湖北省育成小麥品種缺少高抗赤霉病、白粉病和紋枯病品種，抗性水平有待提高。

2.4 高使用頻率直接親本統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)育成品種系譜分析發(fā)現(xiàn)(表1)，育成的57個(gè)小麥品種，共來自46個(gè)配置組合，其中，組合8811/貴農(nóng)24-7//鄂麥19選育出了襄麥35和襄麥55，組合華矮01/川8910//華麥12/鄂麥12選育出了華麥1369和華麥1309。以育成品種≥4 個(gè)的親本為依據(jù)，篩選出4個(gè)高使用頻率直接親本(表4)，其中，鄂麥426、龍麥169、西銘318、鄂麥007、金宛999、慶麥101、先麥8號(hào)和鄂麥596共 8個(gè)品種，均以鄭麥9023為其親本之一。利用高使用頻率直接親本鄭麥9023、鄂麥12、華矮01和川8910育成品種主要集中于“十三五”期間，占全部審定品種24.56%，表明“十三五”期間湖北省審定品種遺傳基礎(chǔ)較狹窄。

表4 高使用頻率直接親本及育成品種Table 4 High frequency direct parents and approved varieties

3 討 論

本研究對(duì)近20年湖北省審定的57個(gè)小麥品種產(chǎn)量及品種性狀進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，育成品種產(chǎn)量逐年增加，年增產(chǎn)39.29 kg·hm-2；株高隨著年份推移呈明顯下降趨勢(shì)，年平均降低0.65 cm；有效穗數(shù)隨著年份推移呈升高趨勢(shì)，年平均增加 6.33×104·hm-2，穗粒數(shù)和千粒重隨年份推移呈緩慢下降趨勢(shì)。郭鳳芝[5]對(duì)2001-2017山東省審定小麥品種農(nóng)藝、產(chǎn)量和品質(zhì)性狀演變分析表明，產(chǎn)量和有效穗數(shù)隨年份推移均呈增加趨勢(shì)，與本研究結(jié)果較為一致；而王玲燕等[11]對(duì)2013-2018年河南審定的83個(gè)半冬性小麥品種產(chǎn)量結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析表明，產(chǎn)量逐年提高，除有效穗數(shù)外，穗粒數(shù)和千粒重均呈逐年上升趨勢(shì)。以上研究結(jié)論差異可能與不同生態(tài)地區(qū)有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，湖北省育成品種產(chǎn)量構(gòu)成要素中，變異系數(shù)表現(xiàn)為有效穗數(shù)>穗粒數(shù)>千粒重，說明有效穗數(shù)改良空間較大，可以通過合理調(diào)控有效穗數(shù)進(jìn)一步提高產(chǎn)量。

相關(guān)性分析顯示，小麥產(chǎn)量與株高顯著負(fù)相關(guān)，可能因?yàn)檫m當(dāng)矮化可提高小麥抗倒性，株高過高易倒伏，不利于獲得高產(chǎn)。曹亞偉等[12]在河南省對(duì)30個(gè)冬小麥品種(系)株高進(jìn)行分析，指出株高控制在70～80 cm利于高產(chǎn)。本研究偏相關(guān)分析結(jié)果顯示，產(chǎn)量構(gòu)成各因素與產(chǎn)量均呈極顯著正相關(guān)，產(chǎn)量構(gòu)成各因素之間呈極顯著負(fù)相關(guān)。但不同學(xué)者對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成各因素與產(chǎn)量相關(guān)性研究結(jié)果卻不一致。蘆艷珍等[13]研究表明，山西南部旱地區(qū)試小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量相關(guān)性為千粒重>有效穗數(shù)>穗粒數(shù)，馬 慶等[14]研究結(jié)果表明，安徽省2014-2019年度小麥區(qū)試半冬性組284個(gè)品種產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量相關(guān)性為穗粒數(shù)>千粒重>有效穗數(shù)。趙 倩等[15]通過分析2006-2012年山東省審定高產(chǎn)小麥品種產(chǎn)量構(gòu)成因素相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)相關(guān)性為千粒重>穗粒數(shù)>有效穗數(shù)。本研究中，產(chǎn)量相關(guān)程度為有效穗數(shù)>千粒重>穗粒數(shù)。研究結(jié)論的差異可能與不同生態(tài)區(qū)域有關(guān)。本研究結(jié)果表明，針對(duì)湖北地區(qū)，小麥品種選育要在適當(dāng)降低株高基礎(chǔ)上，提高有效穗數(shù)和千粒重，兼顧穗粒數(shù)，同時(shí)協(xié)調(diào)三因素間關(guān)系。這啟示育種者在選育過程中，要注重選擇多穗型和大穗型，株高適中，同時(shí)產(chǎn)量構(gòu)成因素協(xié)調(diào)發(fā)展的品種。

品質(zhì)分析顯示，近20年湖北審定小麥品種主要以中筋為主，弱筋小麥所占比例呈逐步增加趨勢(shì)，近年來審定強(qiáng)筋小麥也有了突破，楚襄1號(hào)和華麥1168達(dá)到國家強(qiáng)筋標(biāo)準(zhǔn)，小麥品質(zhì)也更多樣化。湖北位于長江中下游，以亞熱帶季風(fēng)氣候?yàn)橹?，氣候濕潤、熱量充足，適宜推廣生產(chǎn)弱筋小麥[16]。2001-2020期間育成了9個(gè)弱筋小麥品種中，僅“十三五”期間育成了6了弱筋品種，占全部弱筋小麥的66.67%，說明弱筋小麥育種在湖北發(fā)展快速。目前面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間是制約小麥品質(zhì)的重要因子，今后應(yīng)把面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間作為品質(zhì)育種主攻方向。

小麥赤霉病、白粉病、條銹病和紋枯病在我國具有大區(qū)流行性、危害嚴(yán)重性、暴發(fā)性的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響小麥品種生產(chǎn)推廣[17]。朱 光等[18]對(duì)湖北省審定和區(qū)試中493份品種(系)開展了抗病性鑒定，結(jié)果顯示，參試材料抗性水平不高，特別是對(duì)赤霉病和紋枯病的抗性水平較低。本研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，近20年湖北審定小麥品種缺少高抗赤霉病、白粉病和紋枯病品種，抗性水平有待提高。但部分品種表現(xiàn)兼抗多種病害，如鄂恩7號(hào)和鄂麥251兼抗白粉病、條銹病和紋枯病，在抗病育種具有較大應(yīng)用價(jià)值。今后應(yīng)加快引入新的抗源，挖掘新的抗病基因，采用聚合育種等手段逐步提高品種抗性，重點(diǎn)加強(qiáng)小麥赤霉病、白粉病和紋枯病等綜合抗性品種選育。

品種系譜分析對(duì)育成品種親緣關(guān)系和品種選育規(guī)律具有重要意義。本研究對(duì)57個(gè)審定品種直接親本統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)4個(gè)高使用頻率直接親本鄭麥9023、鄂麥12、華矮01和川8910育成品種主要集中于“十三五”期間，占全部審定品種24.56%，表明近期湖北省審定品種遺傳背景較狹窄。因此，今后要加強(qiáng)不同來源種質(zhì)資源收集、利用和創(chuàng)新，擴(kuò)大和豐富現(xiàn)有小麥種質(zhì)資源。