近20年黃淮冬麥區(qū)南片小麥種質(zhì)性狀演變及其育種價(jià)值評(píng)價(jià)

張會(huì)芳， 張建紅， 劉海礁， 孫巖， 齊紅志， 王楠， 段俊枝，郭燕*， 尹海燕

（1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息研究所，鄭州 450002；2.培黎職業(yè)學(xué)院，甘肅 張掖 734100； 3.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，鄭州 450002）

糧食總產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)取決于作物單產(chǎn)、播種面積和種植結(jié)構(gòu)3 個(gè)方面。在我國(guó)土地利用結(jié)構(gòu)每年都在變化、耕地面積逐年減少的總體趨勢(shì)背景下，小麥總產(chǎn)的提高主要通過(guò)單產(chǎn)的提高來(lái)實(shí)現(xiàn)[1-3]。我國(guó)小麥生產(chǎn)經(jīng)歷了恢復(fù)性增長(zhǎng)、穩(wěn)定增長(zhǎng)、單產(chǎn)快速增長(zhǎng)和產(chǎn)量質(zhì)量同步提升4 個(gè)階段，目前小麥單產(chǎn)已得到大幅提升，但品種選育創(chuàng)新效率不夠高，缺乏基礎(chǔ)、頂層、原始的創(chuàng)新品種，且品質(zhì)仍不能完全滿足市場(chǎng)需求[4]。2021 年，我國(guó)頒布了《種業(yè)振興行動(dòng)方案》，將種源安全明確為國(guó)家安全戰(zhàn)略，強(qiáng)調(diào)要打牢種質(zhì)資源基礎(chǔ)，全面加強(qiáng)種質(zhì)資源保護(hù)利用，大力推進(jìn)種業(yè)創(chuàng)新攻關(guān)；2022 年，中央一號(hào)文件明確提出，全面實(shí)施種業(yè)振興行動(dòng)方案，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源普查收集，強(qiáng)化精準(zhǔn)鑒定評(píng)價(jià)。

種質(zhì)是品種選育的物質(zhì)基礎(chǔ)，種質(zhì)資源的遺傳多樣性是物種進(jìn)化的基礎(chǔ)，也是品種選育、遺傳改良的基礎(chǔ)。小麥遺傳多樣性越豐富，其進(jìn)化及抵御不良環(huán)境的潛力就越大[5-7]。進(jìn)化、馴化、育種均會(huì)引起小麥遺傳多樣性的改變，其中，馴化和育種會(huì)導(dǎo)致小麥遺傳多樣性下降，使其遺傳基礎(chǔ)狹窄?？陀^全面地評(píng)價(jià)小麥遺傳多樣性、對(duì)育成品種進(jìn)行有效分類(lèi)，對(duì)于正確認(rèn)識(shí)種質(zhì)資源利用現(xiàn)狀并豐富種質(zhì)資源、有針對(duì)性地選擇優(yōu)異親本及組配親本、增強(qiáng)育種目標(biāo)性及改善小麥品種結(jié)構(gòu)等具有重要意義。黃淮冬麥區(qū)的小麥種植面積和產(chǎn)量在各麥區(qū)中均居第一[8-9]，在保障國(guó)家糧食安全方面舉足輕重。其中，黃淮冬麥區(qū)南片在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的《中國(guó)小麥品質(zhì)區(qū)劃方案（試行）》中被劃為以?xún)?yōu)質(zhì)中筋小麥生產(chǎn)為主，根據(jù)具體生態(tài)條件兼顧強(qiáng)、弱筋小麥發(fā)展的小麥產(chǎn)區(qū)[10]。關(guān)于黃淮冬麥區(qū)南片乃至黃淮冬麥區(qū)小麥的農(nóng)藝、品質(zhì)性狀及多樣性等已有一定的研究[11-13]。江濤等[11]研究了黃淮冬麥區(qū)85個(gè)品種（系）農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性，并對(duì)其進(jìn)行了聚類(lèi)分析，就未來(lái)品種選育提出了建議；姚盟等[12]研究了黃淮冬麥區(qū)111份小麥新品系12個(gè)農(nóng)藝性狀的變異情況，發(fā)現(xiàn)12 個(gè)農(nóng)藝性狀均存在較大的變異幅度，認(rèn)為遺傳距離與材料來(lái)源地沒(méi)有必然聯(lián)系；馬艷明等[13]以黃淮冬麥區(qū)100個(gè)小麥品種（系）為材料，探討了其蛋白質(zhì)、淀粉品質(zhì)的多樣性，并將100個(gè)品種（系）劃分為4個(gè)類(lèi)別，為小麥品質(zhì)改良提供參考。目前，尚缺乏對(duì)黃淮冬麥區(qū)南片小麥品種不同時(shí)期遺傳多樣性及其演變過(guò)程的系統(tǒng)分析。不同時(shí)期育成的小麥品種代表著該時(shí)期小麥育種的主攻方向及種質(zhì)資源的利用范圍，鑒于此，本研究以黃淮冬麥區(qū)南片近20 年育成的小麥品種為研究對(duì)象，分析其農(nóng)藝、品質(zhì)性狀及其遺傳多樣性的演變規(guī)律，以篩選品種評(píng)價(jià)指標(biāo)及優(yōu)質(zhì)親本資源，為持續(xù)提升黃淮冬麥區(qū)南片小麥品質(zhì)及保護(hù)其種質(zhì)遺傳多樣性提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以2003—2022年通過(guò)國(guó)家審定的黃淮冬麥區(qū)南片小麥品種為研究材料，數(shù)據(jù)來(lái)源于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植業(yè)管理司、全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心編著的《小麥國(guó)家區(qū)試品種報(bào)告》，統(tǒng)計(jì)株高、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量、基本苗6個(gè)農(nóng)藝性狀和容重、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時(shí)間、吸水率5個(gè)品質(zhì)性狀。

1.2 品種分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《小麥品種品質(zhì)分類(lèi)》（GB/T 17320—2013）[14]，對(duì)黃淮冬麥區(qū)南片2003—2022 年通過(guò)國(guó)家審定的小麥品種按照蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、吸水率、穩(wěn)定時(shí)間進(jìn)行如下分類(lèi)：蛋白質(zhì)含量≥14.0%、濕面筋含量≥30%、吸水率≥60%、穩(wěn)定時(shí)間≥8.0 min 為強(qiáng)筋小麥；蛋白質(zhì)含量≥13.0%、濕面筋含量≥28%、吸水率≥58%、穩(wěn)定時(shí)間≥6.0 min 為中強(qiáng)筋小麥；蛋白質(zhì)含量≥12.5%、濕面筋含量≥26%、吸水率≥56%、穩(wěn)定時(shí)間≥3.0 min 為中筋小麥；蛋白質(zhì)含量<12.5%、濕面筋含量<26%、吸水率<56%、穩(wěn)定時(shí)間<3.0 min 為弱筋小麥；不符合以上4種類(lèi)型的歸為中筋小麥。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

利用Excel 2013 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，獲取11個(gè)性狀的最大值、最小值、平均值、變異系數(shù)。參照唐如玉等[15]的方法計(jì)算Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)（H′）。

式中，Pi為分析單元內(nèi)某性狀第i級(jí)的材料數(shù)占該單元內(nèi)總材料數(shù)的百分比。

利用SPSS 26 對(duì)農(nóng)藝及品質(zhì)性狀的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，利用公式（2）將原始變量Xi轉(zhuǎn)化成均值為0、標(biāo)準(zhǔn)差為1的新變量Zi，消除單位及數(shù)量級(jí)差別對(duì)不同性狀帶來(lái)的影響。

式中，Zi為新變量，Xi為原始變量，xˉ為平均值，S為標(biāo)準(zhǔn)差。

利用Excel 2013 分析性狀的演化擬合趨勢(shì)。利用SPSS 26 進(jìn)行主成分分析，獲取綜合評(píng)價(jià)值（D），再分別以0.6、0.1為轉(zhuǎn)化后綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)均值、標(biāo)準(zhǔn)差的近似值，借助T分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化法[16]消除數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的負(fù)值，將D轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的D′。

式中，D為小麥綜合得分，Qi為第i個(gè)主成分權(quán)重，yi為第i個(gè)主成分得分，n為主成分?jǐn)?shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 2003—2022 年黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥品種數(shù)量及階段特點(diǎn)

2003—2022年黃淮冬麥區(qū)南片共育成小麥品種443個(gè)（總計(jì)發(fā)布19次審定公告），每年育成品種的數(shù)量及其在整個(gè)黃淮冬麥區(qū)數(shù)量的占比如圖1所示。黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥品種數(shù)量可分為3個(gè)階段：基本穩(wěn)定階段、明顯抬升后短暫高企階段、井噴式爆發(fā)階段。其中，2003—2017年為基本穩(wěn)定階段，每年育成品種數(shù)量為7～14個(gè)，平均9個(gè)；2018—2019年為短暫高企階段，在2018和2019年分別育成品種數(shù)量36和34個(gè)，較2017年明顯抬升；2020年至今為井噴式爆發(fā)階段，2020年64個(gè)，2022年則高達(dá)103個(gè)。分析占比可知（圖1），南片小麥品種數(shù)量在整個(gè)黃淮冬麥區(qū)占比較大，每年育成品種數(shù)量的占比為35.3%～84.0%，平均66.4%；除2008、2011年占比較低外，其余年份占比均在50.0%及以上。

圖1 2003—2022年黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥品種數(shù)量及占比Fig. 1 Number and proportion of wheat varieties in southern Huang-Huai winter wheat region from 2003 to 2022

2.2 2003—2022 年黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥性狀演變

2.2.1農(nóng)藝性狀演變 2003—2022 年黃淮冬麥區(qū)南片443個(gè)小麥育成品種的株高為77.0～85.6 cm，平均80.5 cm；穗數(shù)為557.6 萬(wàn)～667.2 萬(wàn)穗·hm-2，平均603.2 萬(wàn)穗·hm-2；穗粒數(shù)為31.1～38.7 粒，平均33.6 粒；千粒重為40.4～47.0 g，平均43.1 g；產(chǎn)量為6 902.3～8 810.2 kg·hm-2，平均7 841.5 kg·hm-2；基本苗為200.8 萬(wàn)～273.4 萬(wàn)·hm-2，平均248.0 萬(wàn)·hm-2。以標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化預(yù)處理后，2003—2022年黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥農(nóng)藝性狀演變趨勢(shì)如圖2所示。依據(jù)性狀演變強(qiáng)度，將性狀演變規(guī)律分為3大類(lèi)：①數(shù)據(jù)年際間波動(dòng)較大，總體呈緩慢下降趨勢(shì)，呈現(xiàn)該演變規(guī)律的性狀是株高；②數(shù)據(jù)年際間或個(gè)別年份波動(dòng)較大，總體呈上升趨勢(shì)，但勢(shì)頭較弱，呈現(xiàn)該演變規(guī)律的性狀是穗數(shù)、穗粒數(shù)；③數(shù)據(jù)年際間波動(dòng)較小，總體呈較強(qiáng)上升趨勢(shì)，呈現(xiàn)該演變規(guī)律的性狀是千粒重、產(chǎn)量、基本苗。

圖2 2003—2022年黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥農(nóng)藝性狀演變Fig. 2 Evolution of agronomic traits of wheat varieties in southern Huang-Huai winter wheat region from 2003 to 2022

2.2.2品質(zhì)性狀演變 黃淮冬麥區(qū)南片443個(gè)小麥品種的容重為787.2～813.2 g·L-1，平均798.8 g·L-1；蛋白質(zhì)含量為13.5%～14.9%，平均14.2%；濕面筋含量為29.4%～32.5%，平均31.1%；吸水率為55.0%～60.2%，平均58.1%；穩(wěn)定時(shí)間為3.6～8.4 min，平均5.5 min。對(duì)品質(zhì)性狀數(shù)據(jù)無(wú)量綱化預(yù)處理后，品質(zhì)性狀演變趨勢(shì)如圖3所示。依據(jù)演變強(qiáng)度，品質(zhì)性狀亦分為3大類(lèi)：①數(shù)據(jù)年際間波動(dòng)較大，但總體呈穩(wěn)定趨勢(shì)，呈現(xiàn)該演變規(guī)律的性狀是吸水率；②數(shù)據(jù)年際間波動(dòng)較大，總體呈上升趨勢(shì)，但勢(shì)頭較弱，呈現(xiàn)該演變規(guī)律的性狀是蛋白質(zhì)含量、穩(wěn)定時(shí)間；③數(shù)據(jù)年際間波動(dòng)相對(duì)較小，總體呈較強(qiáng)上升趨勢(shì)，呈現(xiàn)該演變規(guī)律的性狀是容重、濕面筋含量。

圖3 2003—2022年黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥品質(zhì)性狀演變Fig. 3 Evolution of quality traits of wheat varieties in southern Huang-Huai winter wheat region from 2003 to 2022

2.3 2003—2022 年黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥性狀遺傳多樣性演變

2.3.1農(nóng)藝性狀遺傳多樣性演變 443 個(gè)小麥品種的株高、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量、基本苗變異系數(shù)分別為3.8%～7.1%、2.7%～9.7%、2.6%～10.2%、 2.7%～10.7%、 0.6%～7.2%、 6.0%～22.0%，平均變異系數(shù)3.4%～13.3%，其中基本苗變化最大，產(chǎn)量變化最小。這表明基本苗的平均離散程度最大，產(chǎn)量的最小。就變異系數(shù)演變趨勢(shì)而言，株高、基本苗隨年份逐漸降低；穗數(shù)、穗粒數(shù)、產(chǎn)量逐漸下降后又有所回升；千粒重逐漸上升后又有所下降（圖4）。就遺傳多樣性指數(shù)（H′）演變趨勢(shì)而言，6 個(gè)農(nóng)藝性狀的平均H′為2.20～2.58，均隨年份呈上升趨勢(shì)，表明6 個(gè)農(nóng)藝性狀的遺傳穩(wěn)定性逐年提高。其中，產(chǎn)量、株高的H′上升較快；基本苗的H′上升較慢。

圖4 2003—2022年黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥農(nóng)藝性狀遺傳多樣性演變Fig. 4 Evolution of H′ of agronomic traits of wheat varieties in southern Huang-Huai winter wheat region from 2003 to 2022

2.3.2品質(zhì)性狀遺傳多樣性演變 5 個(gè)品質(zhì)性狀的平均變異系數(shù)為1.4%～66.7%，穩(wěn)定時(shí)間的變異系數(shù)最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他品質(zhì)性狀；容重的最小。就變異系數(shù)演變趨勢(shì)而言，蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時(shí)間的變化極為緩慢；容重隨年份逐漸升高；吸水率逐漸下降（圖5）。表明蛋白質(zhì)和濕面筋含量及穩(wěn)定時(shí)間的離散程度逐年變化較??；容重的離散程度逐年提高；吸水率的離散程度逐年降低。5個(gè)品質(zhì)性狀的平均H′為2.19～2.48，其中，穩(wěn)定時(shí)間最高，蛋白質(zhì)含量最低，表明穩(wěn)定時(shí)間的遺傳穩(wěn)定性較高，蛋白質(zhì)含量的遺傳穩(wěn)定性較低。5 個(gè)品質(zhì)性狀的H′隨年份均呈上升趨勢(shì)（圖5），表明品質(zhì)性狀的遺傳基礎(chǔ)在逐步拓寬。

圖5 2003—2022年黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥品質(zhì)性狀遺傳多樣性演變Fig. 5 Evolution of H′ of quality traits of wheat cultivars in southern Huang-Huai winter wheat region from 2003 to 2022

2.4 2003—2022 年黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥不同類(lèi)型占比演變

黃淮冬麥區(qū)南片443 個(gè)小麥品種的品質(zhì)類(lèi)型及其占比如表1 所示。不同年份優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用麥（強(qiáng)筋、中強(qiáng)筋、弱筋）占比變動(dòng)較大，其中2004 年最高，占比為57.1%；2008、2013、2014 年沒(méi)有優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用麥品種；其余年份的占比為9.1%～32.0%。自2016 年以來(lái)，優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用麥品種的占比整體呈上升趨勢(shì)，尤其自2020 年其占比不斷攀升，2020、2021、2022 年的優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用麥占比分別為25.0%、28.6%、32.0%。在優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用麥中，弱筋小麥的選育相對(duì)較為滯后，除2004 年育成1 個(gè)弱筋品種（‘鄭麥004’）外，截至目前，尚未有新的弱筋小麥品種。443 個(gè)品種中，強(qiáng)筋、中強(qiáng)筋、中筋、弱筋小麥分別有31、72、339、1 個(gè)，占比分別為7.0%、16.3%、76.5%、0.2%。

2.5 2003—2022 年黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥綜合評(píng)價(jià)

2.5.1主成分分析 主成分分析結(jié)果（表2）表明，前7個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為85.81%，能夠反映黃淮冬麥區(qū)南片小麥11 個(gè)性狀的大部分信息。其中第1、2 主成分主要反映品質(zhì)性狀信息；第3、6、7主成分主要反映農(nóng)藝性狀信息；第4、5主成分反映農(nóng)藝及品質(zhì)性狀綜合信息。第1 主成分的特征值為3.95，貢獻(xiàn)率28.22%，其中穩(wěn)定時(shí)間的載荷較高且為正值；第2 主成分特征值為2.25，貢獻(xiàn)率16.09%，其中濕面筋含量載荷較高且為正值；第3主成分特征值為1.64，貢獻(xiàn)率11.73%，其中千粒重、產(chǎn)量載荷較高且均為負(fù)值；第4 主成分特征值為1.40，貢獻(xiàn)率9.99%，其中基本苗載荷較高且為正值，容重載荷較高且為負(fù)值；第5 主成分特征值為1.08，貢獻(xiàn)率7.69%，其中穗粒數(shù)載荷較高且為正值，蛋白質(zhì)含量載荷較高且為負(fù)值；第6 主成分特征值為0.98，貢獻(xiàn)率7.01%，其中千粒重、基本苗載荷較高且均為正值；第7 主成分特征值為0.71，貢獻(xiàn)率5.07%，其中穗粒數(shù)載荷較高且為負(fù)值。

表2 2003—2022年黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥前7個(gè)主成分的特征向量、特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 2 Eigenvectors， eigenvalues， contribution rates and cumulative contribution rates of the first 7 principal components of wheat varieties in southern Huang-Huai winter wheat region from 2003 to 2022

2.5.2綜合評(píng)價(jià) 基于上述7 個(gè)主成分權(quán)重及11 個(gè)性狀標(biāo)準(zhǔn)化得分，獲取改進(jìn)后的小麥綜合得分（D′值），對(duì)育成品種進(jìn)行排名。其中，第1 主成分的線性方程如下。

式中，y1指第1 主成分得分；x1′、x2′、x3′、x4′、x5′、x6′、x7′、x8′、x9′、x10′、x11′分別指株高、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量、基本苗、容重、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、吸水率、穩(wěn)定時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)化值。

之后分別以0.6、0.1 為新數(shù)據(jù)集均值、標(biāo)準(zhǔn)差的近似值，以T分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化獲取標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的D′?；贒′排名前50 的品種如表3 所示。其中，排名前5的品種依次是2021年的‘稷麥336’和2022年的‘安科1801’‘濟(jì)麥44’‘谷神麥19’及2020 年的‘華偉305’。除‘安科1801’為中強(qiáng)筋外，其余4個(gè)品種均為強(qiáng)筋類(lèi)型。排名前50 的品種中，強(qiáng)筋小麥21 個(gè)、中強(qiáng)筋小麥16 個(gè)，中筋小麥13 個(gè)，分別占強(qiáng)筋、中強(qiáng)筋、中筋小麥總數(shù)的67.7%、22.2%、3.8%。結(jié)合443 個(gè)小麥品種的排名結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同類(lèi)型小麥的綜合評(píng)價(jià)得分表現(xiàn)為：強(qiáng)筋小麥>中強(qiáng)筋小麥>中筋小麥>弱筋小麥。

表3 2003—2022年黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥綜合得分前50的品種名稱(chēng)及品質(zhì)分類(lèi)Table 3 Comprehensive scores and quality classification of wheat varieties in southern Huang-Huai winter wheat region from 2003 to 2022

將11 個(gè)性狀與D′進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表4 所示。除株高、穗粒數(shù)、千粒重、基本苗外，D′與穗數(shù)、產(chǎn)量及5 個(gè)品質(zhì)性狀（容重、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、吸水率、穩(wěn)定時(shí)間）均呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明提取的主成分能反映11 個(gè)性狀的絕大部分信息，可以應(yīng)用綜合評(píng)價(jià)得分對(duì)品種進(jìn)行評(píng)價(jià)；同時(shí)表明，盡管D′是基于農(nóng)藝和品質(zhì)性狀獲取的，但D′的大小主要與品質(zhì)性狀極顯著正相關(guān)。將品質(zhì)類(lèi)型（強(qiáng)筋、中強(qiáng)筋、中筋、弱筋）作為計(jì)數(shù)變量（無(wú)序分類(lèi)變量，取值之間無(wú)順序差別，不能比較優(yōu)劣，僅做分類(lèi)）對(duì)其進(jìn)行賦值，令1=弱筋、2=中筋、3=中強(qiáng)筋、4=強(qiáng)筋，對(duì)小麥品質(zhì)分類(lèi)與D′進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，相關(guān)系數(shù)為0.520，呈極顯著正相關(guān)（表4）。再次表明，基于株高等農(nóng)藝性狀及蛋白質(zhì)含量等品質(zhì)性狀的小麥綜合評(píng)價(jià)值（D′）最終與小麥品質(zhì)類(lèi)型密切相關(guān)。

表4 2003—2022年黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥性狀、品質(zhì)分類(lèi)與D′相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between traits， quality classification and D′ of wheat varieties in southern Huang-Huai wheat winter region from 2003 to 2022

2.6 黃淮冬麥區(qū)南片育成小麥回歸模型構(gòu)建與品種評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選

以D′為因變量（y）、以11 個(gè)農(nóng)藝及品質(zhì)性狀為自變量（x）構(gòu)建回歸模型，得到回歸方程如式（6）所示。

式中，x2、x5、x7、x8、x10分別代表穗數(shù)、產(chǎn)量、容重、蛋白質(zhì)含量、吸水率；且各項(xiàng)F值均達(dá)極顯著水平（P<0.01）；回歸方程的決定系數(shù)（R2）為0.971；穗數(shù)、產(chǎn)量、容重、蛋白質(zhì)含量、吸水率能解釋D′97.1%的變異。

將穗數(shù)、產(chǎn)量、容重、蛋白質(zhì)含量、吸水率分別與D′進(jìn)行偏相關(guān)分析，排除其他變量影響后的偏相關(guān)系數(shù)分別為0.870、0.903、0.904、0.820、0.928，且均達(dá)極顯著水平（P<0.01）。綜上，可將穗數(shù)、產(chǎn)量、容重、蛋白質(zhì)含量、吸水率5 個(gè)性狀作為黃淮冬麥區(qū)南片小麥綜合表現(xiàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3 討論

3.1 無(wú)量綱化及趨勢(shì)線擬合在性狀演變中的應(yīng)用

計(jì)量單位和數(shù)量級(jí)不同的指標(biāo)間不能直接比較，分析之前通常需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化預(yù)處理，以減少或消除單位及數(shù)量級(jí)差別造成的影響[17]。數(shù)據(jù)規(guī)范化預(yù)處理主要包括趨化和無(wú)量綱化，其中標(biāo)準(zhǔn)化是無(wú)量綱化處理的最常用方法，已在較多研究中被用來(lái)輔助分析以篩選關(guān)鍵指標(biāo)[18-19]、評(píng)價(jià)種質(zhì)[20]、判斷指標(biāo)間相關(guān)性[21]、構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型[22]等。另外，在農(nóng)學(xué)相關(guān)研究中，獲取自變量（x）和因變量（y）之間真實(shí)的曲線關(guān)系非常困難，一定區(qū)間內(nèi)，可用線性關(guān)系做近似描述[23]。成廣雷等[24]利用趨勢(shì)線輔助研究我國(guó)青貯玉米農(nóng)藝性狀、生物、產(chǎn)量及品質(zhì)的變化。本研究中，不同性狀在不同年份間波動(dòng)較大，兼顧數(shù)據(jù)特點(diǎn)、性狀走勢(shì)、擬合度、簡(jiǎn)單性原則，對(duì)性狀的演變以常用的線性趨勢(shì)線進(jìn)行擬合，對(duì)性狀的遺傳多樣性以擬合度最高的趨勢(shì)線進(jìn)行擬合，結(jié)果表明，對(duì)農(nóng)藝及品質(zhì)性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化后擬合趨勢(shì)線，能夠有效展現(xiàn)性狀演變趨勢(shì)及強(qiáng)度，客觀評(píng)價(jià)不同性狀對(duì)產(chǎn)量或品質(zhì)影響的重要程度，使評(píng)價(jià)更加科學(xué)。在作物性狀演變趨勢(shì)、強(qiáng)度及性狀對(duì)綜合指標(biāo)影響的重要程度相關(guān)研究中，建議將無(wú)量綱化與趨勢(shì)線擬合有機(jī)結(jié)合，以提取隱含在數(shù)據(jù)中潛在的有用信息和規(guī)律，并客觀、科學(xué)地進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.2 農(nóng)藝性狀及其遺傳多樣性的演變

將性狀數(shù)據(jù)無(wú)量綱化后擬合趨勢(shì)線，2003—2022 年黃淮冬麥區(qū)南片小麥株高總體呈緩慢下降趨勢(shì)，這與我國(guó)20世紀(jì)80年代開(kāi)始矮化育種[25-26]有關(guān)；穗數(shù)、穗粒數(shù)總體呈緩慢上升趨勢(shì)；千粒重、產(chǎn)量、基本苗總體呈上升趨勢(shì)。由綜合趨勢(shì)線方程及決定系數(shù)（R2）可知，6 個(gè)農(nóng)藝性狀中，產(chǎn)量的上升強(qiáng)度及年份間的穩(wěn)定性均較大；穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、基本苗的提高均有助于產(chǎn)量的增加，但產(chǎn)量的不斷上升主要是得益于千粒重的穩(wěn)定增加。遺傳多樣性是物種多樣性的基礎(chǔ)，物種的穩(wěn)定性和進(jìn)化潛力依賴(lài)其遺傳多樣性[5]。本研究中，株高、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量、基本苗的H′均隨年份呈上升趨勢(shì)，除基本苗外，其他5 個(gè)性狀的遺傳多樣性均隨年份在穩(wěn)步強(qiáng)勢(shì)提升。因此，未來(lái)在品種選育方面應(yīng)保持千粒重，注重提升穗數(shù)和穗粒數(shù)；在種質(zhì)資源保護(hù)方面，應(yīng)注意保持株高、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量的遺傳多樣性，注意拓寬基本苗的遺傳基礎(chǔ)，可將品種選育與引種有機(jī)結(jié)合，提高性狀的遺傳穩(wěn)定性。

3.3 品質(zhì)性狀及其遺傳多樣性的演變

近20 年，黃淮冬麥區(qū)南片小麥的品質(zhì)在不斷提高，容重、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時(shí)間總體均隨年份呈上升趨勢(shì)，但蛋白質(zhì)含量和穩(wěn)定時(shí)間的上升勢(shì)頭較弱，容重和濕面筋含量的上升勢(shì)頭較強(qiáng)，而容重在年際間波動(dòng)較小，較穩(wěn)定；吸水率在年際間波動(dòng)較大，但總體趨勢(shì)隨年份維持不變。容重的平均變異系數(shù)最小，但其隨年份處于上升趨勢(shì)；蛋白質(zhì)和濕面筋含量及穩(wěn)定時(shí)間的變異系數(shù)隨年份變動(dòng)較??；吸水率的變異系數(shù)呈下降趨勢(shì)。這表明容重?cái)?shù)據(jù)離散程度在逐年增大，吸水率隨年份逐漸變小。5 個(gè)品質(zhì)性狀的H′均呈上升趨勢(shì)，表明品質(zhì)性狀的遺傳多樣性隨年份也在不斷提高。本研究發(fā)現(xiàn)，2017 年以來(lái)，尤其2020 年之后，優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用麥（強(qiáng)筋、中強(qiáng)筋、弱筋）占比處于較高水平，強(qiáng)筋小麥占比為7.8%～9.5%，中強(qiáng)筋小麥占比為17.2%～24.3%，強(qiáng)筋、中強(qiáng)筋小麥合計(jì)占比25.0%～32.0%，遠(yuǎn)高于云南（5.9%）[6]，也高于全國(guó)平均水平（19.4%）[27]。本研究發(fā)現(xiàn)，黃淮冬麥區(qū)南片優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用麥占比的提升主要得益于中強(qiáng)筋小麥占比的提升，強(qiáng)筋小麥占比未有明顯提升，其品質(zhì)歸類(lèi)主要受限于吸水率和穩(wěn)定時(shí)間。因此，在品種選育方面應(yīng)注重保持容重、濕面筋含量、蛋白質(zhì)含量，提升吸水率、穩(wěn)定時(shí)間，繼續(xù)加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)專(zhuān)用小麥、尤其弱筋小麥的選育；在種質(zhì)資源保護(hù)方面，繼續(xù)保持品質(zhì)性狀的遺傳多樣性，加強(qiáng)種質(zhì)資源的保護(hù)利用。

3.4 品種評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選、育種應(yīng)用價(jià)值評(píng)價(jià)

主成分分析可將原始的多個(gè)變量通過(guò)線性組合提煉出較少的且彼此獨(dú)立的幾個(gè)綜合指標(biāo)新變量[28]，常被作為獲取目標(biāo)的中間步驟，將信息濃縮后繼續(xù)采用其他分析方法解決實(shí)際問(wèn)題。近年來(lái)，在作物耐鹽性[29]及品質(zhì)特性[30]評(píng)價(jià)、種質(zhì)資源篩選[31]等方面得到了廣泛應(yīng)用。丁明亮等[6]基于容重等13 個(gè)品質(zhì)性狀進(jìn)行主成分分析綜合打分，對(duì)云南的171 份小麥品種（系）排名后發(fā)現(xiàn)，不同類(lèi)型小麥的綜合得分表現(xiàn)為強(qiáng)筋小麥>中強(qiáng)筋小麥>中筋小麥>弱筋小麥。本研究基于6個(gè)農(nóng)藝性狀及5 個(gè)品質(zhì)性狀，對(duì)不同類(lèi)型小麥的綜合評(píng)價(jià)得分也表現(xiàn)出同樣規(guī)律；并且將品質(zhì)類(lèi)型作為計(jì)數(shù)變量賦值后，與D′的相關(guān)性分析也表明，綜合得分與品質(zhì)類(lèi)型密切相關(guān)。進(jìn)一步構(gòu)建回歸模型，結(jié)合方程R2、F值及其與D′的偏相關(guān)系數(shù)，篩選出穗數(shù)、產(chǎn)量、容重、蛋白質(zhì)含量、吸水率5個(gè)性狀，作為黃淮冬麥區(qū)南片小麥綜合表現(xiàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。這與張會(huì)芳等[32]的結(jié)論略有不同，這是因?yàn)楸狙芯渴腔诮?0 年育成品種的數(shù)據(jù)，是關(guān)于小麥種質(zhì)整體表現(xiàn)的指標(biāo)篩選；而后者是基于2021年的數(shù)據(jù)，是對(duì)新品種表現(xiàn)的指標(biāo)篩選。綜合得分排名靠前的品種，尤其是‘稷麥336’‘安科1801’‘濟(jì)麥44’‘谷神麥19’‘華偉305’等在強(qiáng)筋小麥的選育中可作為優(yōu)異種質(zhì)資源加以利用。