旱作雨养条件下小麦农艺性状与产量及抗旱性的关系

闫金龙，张俊灵，张东旭，冯丽云，张树彬

（山西省农业科学院谷子研究所，山西长治046011）

小麦是我国乃至全世界的主要粮食作物，2016 年，我国小麦播种面积为2 418.7 万hm2，占全国粮食作物播种面积的21.4%，占全国农作物播种面积的14.5%，占全球小麦播种面积的10.9%，小麦生产直接关系着国家的粮食安全[1]。华北平原是我国重要的粮食生产基地，在保证国家粮食安全方面发挥着举足轻重的作用[2]。在我国华北及西北地区，干旱是限制农业发展的重要因素，小麦种植区主要处于干旱半干旱地区，小麦的生长发育完全依赖于自然降雨，水资源短缺是影响小麦产业发展的最主要因素[3-4]。选育抗旱高产小麦品种是提高小麦品种抗旱性、提高小麦单产水平、保证国家粮食安全和可持续发展最基本最经济有效的途径之一。

在抗旱品种选育过程中，对于应该选择什么样的品种前人研究较多，李升东等[5]通过研究不同基因型小麦归一化植被指数与产量的关系认为，在旱地保护性耕作条件下，归一化植被指数与产量及抗旱性呈显著正相关，可以将归一化植被指数作为评价抗旱性的一个重要指标。闫金龙等[6-8]也对归一化植被指数进行了研究，认为归一化植被指数是一个可靠的评价指标。张辉[9]通过研究不同年份小麦产量与主要农艺性状的关系认为，小麦品种选择时应充分考虑各个性状特征之间的关系，协调好各农艺性状之间的关系，才能获得相对较高的产量。但真正指导旱地品种怎么选择，以哪些表型性状为目标进行选择的研究相对较少。

本试验通过对重组自交系F3群体（长6878×长4738）在旱作雨养（drought stress，DS）条件下的农艺性状、产量及抗旱性的关系进行研究，旨在为旱地小麦品种选育提供一定的思路与方向。

1 材料和方法

1.1 材料

试验材料选择具有220 个株系F3重组自交系群体，该群体是以山西省农业科学院谷子研究所选育的抗旱品种长6878 为母本，以该所选育的节水高产品种长4738 为父本杂交构建而成。

1.2 试验地概况

田间试验在山西省农业科学院谷子研究所试验基地进行，该地位于黄淮冬麦区与北部冬麦区衔接处，东经113°07′，北纬36°12′，海拔926.5 m，常年降雨量550 mm 左右，大于0 ℃有效积温4 200～4 700 ℃。试验田土壤属于淡栗钙土，前茬作物为小麦，土壤肥力均匀，灌溉便利。

1.3 试验方法

试验于2014 年9 月23 日播种，设置旱作雨养（drought stress，DS）和正常灌溉（well-watered，WW）2 种种植条件，即将小麦分别播种于灌溉田块（于越冬期、返青期饱和浇水）和雨养田块（全生育期不浇水，试验期间小麦全生育期降雨239.2 mm，低于常年305 mm）2 种水分条件，行长3 m，行距25 cm，两行区每行60 粒，用TPJ-150 自走式播种机点播，全生育期管理（除草、防病虫害等）同大田管理。

1.4 农艺性状调查及产量测定

农艺性状只调查雨养田块，调查的农艺性状有株高、穗长、每穗小穗数、每穗不育小穗数、穗粒数、分蘖。其中，株高在田间调查，2 行区每行随机选取两点量株高，4 点平均值为该品系株高。穗长、每穗小穗数、每穗不育小穗数、穗粒数、分蘖在室内调查，在田间每行选取5 株即每个品系选取10 株，小区收获前拔单株带回考种室调查。

在小麦完全成熟后，雨养田块和灌溉田块均按小区全部实收，单独脱粒晾干计产（前期拔回的单株脱粒计入），并考察其千粒质量。

1.5 统计分析

采用Microsoft Office Excel 2007 进行数据初期统计，用PASWStatistics 18 进行数据后期相关分析。

式中，DI 表示抗旱指数；GYS.D为品系雨养条件下的籽粒产量；GYS.W为品系灌溉条件下的籽粒产量；GYAS.W为群体灌溉条件下的籽粒产量的均值；GYAS.D为群体雨养条件下的籽粒产量的均值。

2 结果与分析

2.1 农艺性状与产量的统计分析

从表1 可以看出，群体各性状指数表型变异广泛，由大到小依次为抗旱指数＞不育小穗数＞干旱产量＞灌溉产量＞分蘖数＞穗粒数＞穗长＞千粒质量＞株高＞每穗小穗数。其中，变异系数较大的有抗旱指数、不育小穗数、产量，说明在这些性状上不同品系间有较大的差异。

表1 小麦群体农艺性状及小区产量表现

2.2 旱作雨养条件下农艺性状与产量及抗旱指数相关分析

由表2 可知，旱作条件下的产量与株高、千粒质量、每穗小穗数、穗粒数呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.358，0.331，0.169，0.211（P＜0.01），与分蘖数呈显著负相关，相关系数为-0.148（P＜0.05）。说明旱作条件下，株高、千粒质量、穗粒数是决定产量的主要因素。旱作条件下的产量与抗旱指数呈极显著正相关，相关系数为0.858（P＜0.01），说明抗旱指数对衡量品种抗旱性具有一定的指导作用。产量与穗长和不育小穗数相关不显著。

表2 旱作雨养条件下小麦农艺性状与产量及抗旱指数相关性

2.3 农艺性状之间相关性分析

由表2 可知，旱作雨养条件下株高与千粒质量、穗长、抗旱指数都呈极显著正相关（P＜0.01），相关系数分别为0.331，0.193，0.242；与不育小穗数呈显著正相关（P＜0.05），相关系数为0.138，说明旱作条件下只有保证一定的株高，通过提高植株生物产量来增加产量相关要素，从而增加籽粒产量。株高与每穗小穗数、穗粒数、分蘖数相关不显著。

旱作雨养条件下分蘖数与产量、千粒质量、穗长、每穗小穗数、穗粒数呈显著或极显著负相关，相关系数分别为-0.148（P ＜0.05），-0.155（P ＜0.05），-0.157（P＜0.05），-0.242（P＜0.01），-0.326（P＜0.01），说明在旱地品种的选育过程中不能一味地追求分蘖能力过强的品种，在水资源限制的条件下，分蘖能力过强或群体过大会影响后期穗部性状的发育，减少穗粒数及千粒质量，降低穗粒质量，进而影响整体产量的形成（表2）。

抗旱指数与株高、千粒质量、每穗小穗数、分蘖数呈显著或极显著相关性，相关系数分别为0.242（P＜0.01），0.306（P＜0.01），0.141（P＜0.05），-0.212（P＜0.01），抗旱指数与株高和千粒质量呈极显著正相关，说明抗旱性强的品种首先得有一定的株高，保证其生物产量才能获得一定的籽粒产量，同时，抗旱性好的品种在干旱胁迫下能正常灌浆，具有较高的千粒质量，而抗旱性差的品种在水分缺乏的情况下其生长及后期灌浆都不能正常进行，影响其产量的形成（表2）。

穗长与每穗小穗数、穗粒数呈极显著正相关，与分蘖数呈显著负相关，但与产量及抗旱指数相关性不显著，说明穗长可能与产量及抗旱性关系不大，主要是由品种特性所决定的。每穗小穗数与产量、穗长、穗粒数、不育小穗数呈极显著正相关，与分蘖数呈极显著负相关（表2）。

3 讨论

3.1 产量与株高的关系

研究表明，植株生物产量是籽粒产量的基础，籽粒产量与生物产量呈极显著正相关，高产栽培和育种中适当提高株高有利于提高小麦产量[10]。张俊灵等[11]通过研究近30 a 间国家北部冬麦区旱地小麦长治区试点参试品种试验资料得出，旱地条件下产量与株高呈极显著相关，认为旱地品种高产的前提是具有一定的株高。本研究中，株高与抗旱指数及产量都成极显著正相关，由于该试验处于旱作雨养条件下，水分是限制产量的重要因素，只有品系本身具有一定的株高潜力，并且对水分敏感程度较低，才能在旱作条件下从田间竞争中得到相应的生物学产量，从而形成籽粒产量。同时也说明，干旱胁迫下株高在一定程度上可以反映品系的抗旱性，预测品系产量，可以作为旱地小麦品种选育的一个重要指标。

3.2 产量与分蘖的关系

分蘖是小麦的重要生物学特性之一，分蘖的多少，生长的强弱，都标志着小麦群体结构是否合理，也直接影响着小麦的产量高低[12]。徐大胜等[13]研究认为，控制无效分蘖过多增生，塑造旗叶和倒二叶健挺的株型，建立开花后光合产物积累多、向籽粒分配比例大的合理群体结构，提高生育后期的根系活力，有利于延缓衰老，提高粒质量，进而增加产量。本研究中在旱作雨养条件下，分蘖与产量、抗旱指数、千粒质量、穗长、每穗小穗数、穗粒数都呈显著负相关，该试验年份试验地属于干旱年份，说明在干旱情况下分蘖过多不利于后期产量的形成，分蘖过多会影响小麦穗部性状的发育，降低穗粒数和千粒质量。在旱地品种的选育过程中，基于高产必需群体要求育种工作者选择具有一定分蘖能力的品种，但由于干旱而出于水资源利用考虑又要求不能选择分蘖过多的品种，把握好这个阈值很关键。

3.3 产量与穗部性状的关系

小麦产量的形成与小麦穗部性状具有密切的关系。王继滨等[14]通过研究黄淮冬麦区旱地区试小麦产量与产量3 因素关系认为，选育旱地小麦品种时应注重协调好产量3 因素间的关系，在取得一定群体穗数的基础上，以千粒质量和穗粒数为重点性状。田纪春等[15-18]也对小麦产量和穗部性状间关系进行研究，认为小麦穗部性状对小麦产量有着决定性的作用。本研究在旱作雨养条件下对小麦穗部性状分析结果显示，千粒质量、每穗小穗数、穗粒数都与产量及抗旱指数呈极显著正相关。说明在干旱胁迫条件下，千粒质量、每穗小穗数、穗粒数是决定产量的主要因素。

3.4 产量与抗旱指数的关系

在旱作雨养条件下，水分是限制小麦产量的主要因素，在品种选育及品种推广中都应把抗旱性作为最主要的考虑因素。冀天会等[19-20]通过比较研究认为，抗旱指数是目前最适用于小麦抗旱育种和区域试验的综合性的抗旱鉴定指标。本研究在旱作雨养条件下的产量与抗旱指数呈极显著正相关，说明干旱条件下品种抗旱性的强弱对产量的影响最为重要。

4 结论

本研究结果表明，旱作条件下的株高、千粒质量、穗粒数、每穗小穗数在一定程度上能反映品种的抗旱性，可以作为旱地小麦品种选育的表型指标。旱作条件下分蘖过多会影响小麦穗部性状的发育，降低穗粒数和千粒质量，在旱地品种选育中，应选择分蘖力中等成穗率高的品种。旱作条件下品种的抗旱性对最终产量的形成至关重要，在旱地品种选育和推广中应选择旱作丰产性好的品种。