不同小麥雜交組合F1代旗葉光合特性與產(chǎn)量相關因素分析

王海偉，李 瑩，崔 超，趙 斌，朱圣杰，郝水源

(1.河套學院，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾015000，2.河套地區(qū)綠色農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)與預警控制實驗室，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000）

小麥（L.）是世界上重要的主糧之一，也是世界上總產(chǎn)量僅次于玉米的第二大糧食作物。中國是世界上最大的小麥生產(chǎn)和消費國，也是世界小麥貿(mào)易大國。小麥提供的能量高且制作方法豐富，深受中國居民，特別是北方居民的喜愛，是我國不可替代的重要口糧，在我國開展高產(chǎn)優(yōu)質小麥育種對于糧食安全和農(nóng)民增收具有重要意義。光合作用是作物獲得產(chǎn)量的基礎，在選育作物優(yōu)良品種的過程中，如何有效地把光合作用性能作為選育指標已受到人們的高度重視?，F(xiàn)在人們著重研究不同基因型小麥雜交并多代優(yōu)選光合作用特性優(yōu)良與產(chǎn)量性狀穩(wěn)定高產(chǎn)的后代，有利于進一步探討光合作用優(yōu)良特性的遺傳問題。

雜種優(yōu)勢是生物界的一種普遍現(xiàn)象，一般是指雜種在生長勢、生活力、抗逆性、繁殖力、適應性、產(chǎn)量、品質等方面優(yōu)于親本的現(xiàn)象。通過雜種優(yōu)勢的利用，可以培育出高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的優(yōu)良小麥品種，對我國小麥產(chǎn)量和品質的提高起到重要作用。本研究旨在通過對6個雜交小麥組合之間的農(nóng)藝性狀和光合特性進行比較分析，以期在小麥雜交后代選育過程中獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質的雜交后代小麥。本研究通過數(shù)據(jù)分析后，能夠篩選出性狀優(yōu)良、高產(chǎn)小麥品系，可為河套地區(qū)小麥高產(chǎn)、高光效育種提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

試驗于2018年在臨河區(qū)氣象局試驗地進行，試驗組合為Z1(‘HY1701’ב寧春51號’)、Z2(‘寧春51號’בHY1701’)、Z3(‘HY1701’בJ304’)、Z4(‘J304’בHY1701’)、Z5(‘J304’ב永良4號’)、Z6(‘永良4號’בJ304’)。F代進行農(nóng)藝性狀和旗葉光合特性測定，以廣泛種植的‘永良4號’為對照。試驗地土地平坦，小區(qū)面積2 m，行長1 m，行距0.25 m，條播，3次重復。2018年3月17日播種，其他栽培管理措施同一般大田，7月18日收獲。

1.2 測定指標和方法

1.2.1 旗葉光合特性測定 小麥花后25 d左右使用美國Licor公司生產(chǎn)的Li-6400XT便攜式光合測定系統(tǒng)測籽粒灌漿期旗葉光合特性。于晴天的上午9:00-11:30進行，每個試驗材料隨機選擇無病蟲害的植株測定其旗葉凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr），待穩(wěn)定后讀數(shù)，每小區(qū)重復5次。

葉片水分利用率計算公式如下：

水分利用率（WUE）=凈光合速率（Pn）/蒸騰速率（Tr）

1.2.2 農(nóng)藝和產(chǎn)量相關性狀測定 于小麥完熟期隨機選取小麥材料測定植株的株高、穗長、小穗數(shù)和穗粒數(shù)，每個材料測量10株，重復3次。收獲后，每小區(qū)隨機數(shù)1 000粒籽粒稱其質量，從中隨機選取小麥的10粒測定粒長與粒寬，均重復3次，取其平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007進行數(shù)據(jù)整理作圖，用SPSS 23.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同雜交組合F1代旗葉凈光合速率（Pn）

凈光合速率是指總光合作用速率減去呼吸作用速率，體現(xiàn)植物有機物的積累。由圖1可知，雜交組合Z5的F代花后25 d旗葉凈光合速率最高，達9.65 μmol·m·s，顯著高于Z1和Z4雜交組合的，與對照‘永良4號’和其他雜交組合F代之間無顯著性差異。其次，雜交組合Z3、Z6的F代旗葉凈光合速率也較高，且高于對照，也顯著高于雜交組合Z1和Z4，說明雜交組合Z5、Z3和Z6有較高的凈光合速率，光合能力也較強。

圖1 不同小麥雜交組合F1代旗葉凈光合速率

2.2 不同雜交組合F1代旗葉氣孔導度（Gs）

氣孔導度表示氣孔張開的程度，直接影響作物葉片的蒸騰作用。由圖2可知，小麥雜交組合Z2的F代花后25 d旗葉氣孔導度最大，達0.39 mol·m·s。Z4的旗葉氣孔導度值最小，顯著低于Z2和對照‘永良4號’的氣孔導度，其他雜交組合F代的氣孔導度有差異，但未達到顯著性水平。

圖2 不同小麥雜交組合F1代旗葉氣孔導度

2.3 不同雜交組合F1代旗葉胞間CO2濃度（Ci）

由圖3可知，小麥花后25 d旗葉胞間CO濃度最高的為對照品種‘永良4號’，達302.5 μmol·mol，其次為雜交組合Z2和Z6，最低的是Z4，Z4和Z1雜交F代的旗葉胞間CO濃度顯著低于對照和Z2、Z3、Z6，Z5與之無顯著性差異。

圖3 不同小麥雜交組合F1代旗葉胞間CO2濃度

2.4 不同雜交組合F1代旗葉蒸騰速率（Tr）

蒸騰速率是指植物在一定時間內(nèi)單位葉面積蒸騰的水量。由圖4可知，雜交組合Z2的F1代花后25 d旗葉蒸騰速率最高，達6.29 mmol·m·s，Z4的旗葉蒸騰速率最低。對照與Z2、Z3、Z5、Z6之間差異不顯著性，但都顯著高于雜交組合Z4的F1代。

圖4 不同小麥雜交組合F1代旗葉蒸騰速率

2.5 不同雜交組合F1代旗葉水分利用率

由圖5可知，雜交組合Z4的F代花后25 d旗葉水分利用率最高，達2.01，其次為雜交組合Z5與Z6，最低為雜交組合Z2，Z4的F代旗葉水分利用率顯著高于Z1、Z2和對照，其他雜交組合F代和對照之間的旗葉水分利用率無顯著性差異。

圖5 不同小麥雜交組合F1代旗葉水分利用率

2.6 不同小麥雜交組合F1代穗部農(nóng)藝性狀

由表1可知，雜交組合Z5的F代株高最高，達86.1 cm，顯著高于對照和其他雜交組合，‘永良4號’株高最低，僅為67.7 cm。雜交組合Z3、Z6、Z2的F代株高也顯著高于對照，但它們之間無顯著性差異。雜交組合Z3的F代穗長最大，達11.2 cm，顯著高于對照和Z2組合，與Z5、Z4、Z6、Z1組合之間有差異但不顯著，‘永良4號’穗長最小，僅為9.1 cm。

表1 不同小麥雜交組合F1代穗部農(nóng)藝性狀比較

Z4的小穗數(shù)和穗粒數(shù)最多，分別達到20.7個和41.7粒，Z6次之，都顯著高于對照和Z2組合。對照‘永良4號’小穗數(shù)和穗粒數(shù)最少，僅有15.3個和33.6粒，與雜交組合Z1和Z2的差異不顯著。

2.7 不同小麥雜交組合F1代粒長、粒寬、千粒質量

由表2可知，雜交組合Z5的F代粒長、粒寬最大，分別達到0.663，0.383 cm，對照‘永良4號’的最小，顯著低于雜交組合Z5、Z4。Z2、Z3、Z6之間未達到顯著性差異水平，但都高于或顯著高于對照的。雜交組合Z5的F1代千粒質量最大，達46.67 g，其次是Z2、Z3，這3個組合間無顯著性差異?！懒?號’和Z1的千粒質量較小，顯著低于雜交組合Z5、Z2、Z3、Z4的千粒質量。

表2 不同小麥雜交組合F1代粒長、粒寬、千粒質量比較

3 結論與討論

小麥產(chǎn)量的90%~95%來自于直接或間接的光合作用。小麥高產(chǎn)性狀的選擇常與高光合速率相聯(lián)系。根據(jù)測定的旗葉光合參數(shù)來看，對照‘永良4號’、Z5、Z3、Z2花后25 d的旗葉凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO濃度的指標值相對較高。灌漿期是小麥產(chǎn)量形成的重要時期，而千粒質量是小麥籽粒產(chǎn)量的一個重要構成因素。根據(jù)農(nóng)藝性狀的分析，雜交組合Z5、Z3的F代穗長、穗粒數(shù)、粒長、粒寬和千粒質量產(chǎn)量相關性狀表現(xiàn)較優(yōu)秀，其次雜交組合Z2、Z6較對照也表現(xiàn)良好。多數(shù)研究認為，光合作用在產(chǎn)量形成過程中起主導作用。充分發(fā)揮葉片的光合潛能，提高植株表觀凈光合速率是提高作物產(chǎn)量的關鍵。小麥光合速率和產(chǎn)量性狀均屬于數(shù)量性狀遺傳，通過品種間雜交，能夠選育出光合速率、產(chǎn)量較高的后代材料。通過不同雜交組合F代種植篩選，Z5、Z3品種間雜交組合光合特性和產(chǎn)量潛能表現(xiàn)較優(yōu)秀，從其后代中應可以篩選出適合河套地區(qū)種植的高產(chǎn)優(yōu)質小麥品系。