30年来宁夏引黄灌区春小麦优良品种（系）的产量构成因素分析及高产育种展望

张双喜　季新梅　李红霞等

摘要：通过研究宁夏引黄灌区多年春小麦育种中出现的产量结构类型，为今后小麦育种提供新思路。以1983—2013年宁夏引黄灌区春小麦区域试验数据中排名前2位的优良品系为选材、以宁春4号品种为对照进行试验，并对试验数据进行统计分析。结果表明，227个参试品种（系）中增产的品种（系）达69个，增产幅度为0.01%～15.47%；对照宁春4号品种与参试品种的环境系数产量呈波状变化，与实际生产情况一致；对宁春4号品种的产量与构成因素进行回归分析，得到方程Y=5.227-1.021X1-0.111X2+11.728X3；优良品种（系）的株高比对照高2～3 cm，穗数比对照多24.0穗，穗粒数比对照多3粒，千粒质量比对照高1.2 g。未来春小麦育种应适当控制株高，增加穗数和粒质量。

关键词：宁夏；春小麦；产量；构成因素；分析；育种展望

中图分类号： S512.1+20.3文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）11-0100-04

收稿日期：2015-02-10

基金项目：宁夏自然科学基金（编号：NZ13100）；宁夏农林科学院自主研发项目（编号：NKYJ-13-01）；国家科技支撑计划（编号：2011BAD35B03-5）。

作者简介：张双喜（1972—），男，宁夏固原人，博士，副研究员，主要从事小麦遗传育种研究。E-mail：shxzhang@163.com。

通信作者：魏亦勤，硕士，研究员。E-mail：yqwei@163.com。随着人口数量逐渐增多和人均耕地的减少，进一步提高单位面积产量已成为农业生产、社会经济发展的客观需要[1]。小麦产量的提高是由多种手段和方法共同完成的，培育优良新品种是提高小麦产量最重要的手段之一[2]。国内外研究结果表明，小麦产量的提高有45%～50%归功于品种，因此推广优良小麦品种是小麦高产、稳产、优质、低成本的首要保证[3]。小麦品种的演变常与农业生产条件的改善、外部环境条件特别是胁迫条件的变化、耕作制度的改变、人们的经济要求相伴随，也必然伴随着小麦品种的农艺性状、产量性状、抗性、适应性等综合性状的改进[4]。

宁夏引黄灌区属于西北春麦区的银宁灌溉副区，春小麦面积仅占全区总耕地面积的12%，但在西北春麦区中占有重要地位，育成品种的丰产性和稳定性在全国春麦区中具有一定的影响。自20世纪90年代中期以来，以丰产性和稳产性好而著称的宁春16号、宁春4号品种均作为国家西北春麦区域的统一试验对照，并在该地区大面积推广[5]。1990年，培育品种宁春4号在西北春麦区的最大种植面积为33.3万hm2，约占西北春麦区春小麦总面积的29%[6]，因此宁夏引黄灌区的春小麦品种在西北春麦区甚至全国春小麦品种中具有重要地位[7]。

小麦产量潜力是许多性状的综合表现，与产量构成因素的关系最直接。大量研究表明，产量的提高主要源于收获指数和单位面积粒数的增加[8]，收获指数的提高主要体现于株高降低，粒数的增加主要是由于穗粒数[9]或单位面积穗数的增加[10]。不同生态环境、栽培条件下获得高产的产量结构有很大差异，在一定地区大面积生产条件下，存在较为优化的产量结构类型[11]，因此全面了解参试高产型品种的产量类型，对该地区新品种的配育和推广具有重要意义。本研究将1987年以来参加区域试验优良品种（系）与宁春4号品种的产量构成因素进行比较，全面分析育成品种、推广品种的产量结构，旨在探索宁夏引黄灌区春小麦较为理想的产量结构类型，为今后该区域春小麦的育种方向提供依据。

1材料与方法

1.1资料与概述

以1983—2013年宁夏引黄灌区春小麦区域试验（简称区试）的汇总数据为材料。参加区试的5个固定地点由南向北依次为中宁县良繁场、吴忠市良繁场、宁夏农林科学院作物研究所、贺兰县原种场、平罗县良繁场，3个不固定地点分别为灵武农场、国营连湖农场、前进农场。区试地点的土壤类型由南向北依次为沙壤土（中宁县良繁场）、灌淤土（吴忠市良繁场、宁夏农林科学院作物研究所、贺兰县原种场）、盐碱土（平罗县良繁场）。宁春4号品种于1983年通过宁夏回族自治区品种审定委员会的审定，自1986年以来作为区域试验的对照品种。除个别特殊年份外，各试验点的播种期为2月下旬至3月上旬，收获期为7月中旬，全生育期灌溉水3～4次。试验采用随机区组设计，设3次重复，小区面积为13.33～16.80 m2，播种量为675万粒/hm2。

1.2参试品种（系）的产量性状

由于1983—1986年参加区试的品种（系）中没有相对于宁春4号品种增产的品系，本研究以1987—2013年区试中产量居第1、第2位的小麦优良品种（系，分别简称优1、优2）为材料（表1），以宁春4号品种为对照，考察株高、有效穗数、穗粒数、千粒质量、产量性状的各试验点平均值，并采用Excel 2003软件、DPS v7.05软件处理试验数据。

表130年来参加区域试验的优良品种（系）

年份优1优2代号 名称代号 名称1987内蒙11号9711宁春12号198886YJ9宁春13号原86-1198986Q16宁春14号B-20199086Y1608宁春16号Q26宁春17号199186Y1608宁春16号中宁2014宁春18号199290Q33788N2427199388N3438宁春22号永1712199489N1414宁春23号88N24271995永3263宁春26号BD-31996永3263宁春26号93J104宁农2号1997永920宁春33号J210宁J2101998J210宁J210宁农9741999石1953宁农974200096H19897J230宁春32号200196H19897J230宁春32号2002品引1号宁春37号永3119宁春39号2003永3119宁春39号99-245-1宁春40号2004永283499-2612005紫繁3号宁春46号99-2612006紫繁3号宁春46号永16202007J249宁春47号H5366宁春50号2008永1579宁春51号42022 200942022宁春49号N2038 2010永1937宁春52号N2038 2011古麦15永1471 2012永3388永3089 2013永1081永1285

1.3宁春4号品种的产量性状变化及相关性分析

在1983—2013年区试汇总数据中，以宁春4号品种各试验点的平均产量及各年份产量为变异系数，以当年参试品种的平均产量为环境系数，通过直线方程分析其稳产性。对株高、有效穗数、穗粒数、千粒质量、产量性状进行相关性分析，采用Excel 2003软件、DPS v7.05软件分析试验数据。

2结果与分析

2.1参加区域试验品种（系）的表现

对宁夏引黄灌区多年试验资料进行分析，结果（图1）表明，1983年以来参加春小麦区试的品种总数累计达227个，比宁春4号品种增产的品种（系）有69个，占参试品系总数的30.40%，增产品种（系）的增产幅度为0.01%～15.47%。其中，增产幅度最大的品种（系）为宁春37号（2002年），增幅为15.47%；增产幅度最小的品种（系）为G78-6（1998年）。增产幅度超过5%的品种有宁春16号、宁春33号、宁春37号、宁春39号、宁春50等；多年增产较大的品种为宁春39号，其参试3年均增产5%以上。增产品种的数量随年份的延长而波动，1983—1987年参试的品种（系）中没有增产品种；1991年第1次出现增产品种（系）的数量高峰，占当年参试品种（系）数量的50.0%；1993年增产品种（系）的数量降至0，之后则逐年上升，并于1998年出现第2次增产高峰期，占当年参试品种（系）数量的87.8%；2000年增产品种（系）的数量跌入谷底，并于2002年再现增产高峰期，占当年参试品种（系）数量的100.0%；近10年来增产品种（系）的数量有所增加。在30年的区试中，对照宁春4号品种的产量位次表现为“三起三落”。每次大幅下落后就会出现新品种，如1990年下落后3个品种通过审定，具有影响力的宁春16号、宁春18号等品种出现；1999年下落后宁春26号、宁春33号、宁J210等品种出现；最近1次回落后宁春50号、宁春51号、宁春52号等品种出现。可见，宁夏引黄灌区的春小麦品种呈不连续出现势态，并与该时期的育种水平提高、手段改进有关。

2.2环境系数产量与气候变化的波动关系

小麦生长和生产受当年气候变化的影响较大，30年区试中宁春4号品种的产量与参试品种（系）的环境系数呈波状变化，大体分为3种趋势：较大波动期（1983—1988年）、相对平稳期（1989—2001年）、再次较大波动期（2002—2013年）。在波动变化中，产量共出现4次较大的低谷期，这些波动变化与宁夏引黄灌区30年来春小麦的生产状态相一致。区试汇总资料显示，1987年小麦生长时期发生了黄矮病、赤霉病、蚜虫，对产量影响较大；2002年多个参试点在小麦灌浆中期遭遇强降雨和大风天气，参试品种（系）均有一定程度的倒伏，产量显著降低；2007年3月初遭遇较大降雪天气，播种期推迟20 d以上，造成出苗期、抽穗期延后，且灌浆期遭遇年度高温期，使小麦高温逼熟，减产较严重；2011年6月下旬连续出现干热风造成高温低湿，使小麦粒质量下降，减产明显。1989—1999年，小麦生长期间的气候及环境因素对小麦有利，区试中环境系数与宁春4号品种的产量均较高，年份间产量变幅均较小，且两者之间差距较小，表明参试品种的整体产量水平和稳产性相对提高。2000—2013年，小麦生长期间的环境指数与宁春4号品种的产量再次发生较大波动，如2008年环境系数、宁春4号品种的产量分别比2002年提高58.9%、45.4%，增幅较大。近年来，灾害性气候的频繁发生、全球气温持续变暖对宁夏引黄灌区春小麦的生产造成较大负面影响，也是该地区小麦种植面积逐年减少的主要原因之一，该地区小麦品种的抗逆性亟待提高（图2）。

2.3宁春4号品种产量性状的变异及相关性

对31年区试中宁春4号品种的主要经济性状和产量进行统计分析，结果（表2）表明，株高的变异幅度、变异系数均最小，分别为14.0%、3.7%；产量的变异幅度、变异系数均最大，分别为57.3%、13.1%；其他经济性状的变异幅度、变异系数排序不同，各性状的变异幅度从大到小依次为穗粒数>千粒质量>有效穗数。为进一步研究产量构成因素与产量间的数量关系，以产量Y为因变量，以穗数X1、穗粒数X2、千粒质量X3为自变量，得到回归方程Y=5.227-1.021X1-0.111X2+11.728X3。可见，该品种通过增加千粒质量来增加产量，而穗数和穗粒数的增加对提高产量贡献不大，这与已有研究结论和实际生产情况[11]相一致。多年来，宁春4号品种的产量随年份变化较大，主要是粒质量变化较大所致，表明种植单一品种具有较大风险性。

2.4优良品种（系）与宁春4号品种的产量构成因素在1987—2013年参加区试的优良品种（系）中，对产量前2位品种（系）的主要产量性状进行比较。

3变异系数（%）3.77.09.98.013.1

的株高为76.2～88.0 cm，平均84.1 cm；优良品种（系）的株高为75.0～95.0 cm，但大多数植株为85.0～90.0 cm；优良品种（系）的株高比宁春4号品种高2～3 cm（图3-a）。宁春4号品种的有效穗数为502.5～645.0穗/m2，平均582.1穗/m2；优良品种（系）为530.1～678.0穗/m2，平均606.2穗/m2；优良品种（系）的平均穗数比宁春4号品种多24.0穗/m2（图3-b）。宁春4号品种的穗粒数为26.2～39.8 粒，平均30.2粒；优良品种（系）的穗粒数为27.0～42.5粒，平均33.4粒；优良品种（系）的平均穗粒数比宁春4号品种多3粒（图3-c）。宁春4号品种的千粒质量为35.2～48.4 g，平均43.8 g；优良品种（系）的千粒质量为40.8～54.9 g，平均 45.0 g；优良品种（系）的平均千粒质量比宁春4号品种高1.2 g（图3-d）。总体来看，该地区的参试优良品系通过提高穗粒数、粒质量来增加产量。国内外研究结果表明，小麦品种产量潜力的增加得益于单位面积穗数、粒数的增加[12-14]，这与本研究结论相似。

3结论与讨论

将30年来宁夏引黄灌区自育优良品种与宁春4号品种的产量结构进行比较分析，得到以下5个类型：（1）株高、穗粒数、千粒质量与宁春4号品种接近，有效穗数比宁春4号品种多30～40穗/m2。（2）株高比宁春4号品种高3～5 cm，穗数比宁春4号品种少30～40穗/m2，穗粒数比宁春4号品种多3～5粒，千粒质量与宁春4号品种接近。（3）株高比宁春4号品种高3～5 cm，有效穗数比宁春4号品种少30～40穗/m2，穗粒数比宁春4号品种多3粒，千粒质量比宁春4号品种高3～5 g。（4）株高比宁春4号品种高3～5 cm，有效穗数比宁春4号品种少30～40穗/m2，穗粒数与宁春4号品种接近，千粒质量比宁春4号品种高5 g以上。（5）株高、穗数与宁春4号品种相当，穗粒数比宁春4号品种多2粒以上，千粒质量比宁春4号品种高2 g以上。其中，类型（1）品种宁春16号的变异系数、回归系数均接近于宁春4号品种[13]，已经多年生产证明，该品种是兼具丰产性和稳产性的类型。关联分析结果表明，类型（5）品种宁春39号是近年来农艺性状最接近于宁春4号品种的优良品种[15]，在区试及3年生产试验中，其产量均稳定超过宁春4号品种5.0%，丰产性和稳定性与宁春4号品种相当，是具有潜力的品种之一。其他类型因株高略高，抗倒伏性不及宁春4号品种，这些品种在特定年份和地点具有增产潜力，但倒伏会带来隐性的减产风险，从而降低稳产性和适应性。在多年区试中，这些品种表现为年份间产量稳定性差，试验地点间产量位次差异性较大，对环境的缓冲能力较差，稳产性较差，适应性较窄，因此近年来并未进行大面积示范推广。

一般认为，进一步提高产量主要依靠每穗粒数的增加[16-19]。宁春39号品种是宁春4号品种的衍生品种，其穗粒数显著高于宁春4号品种，但由于近年来品种年份间差异较大，一定程度上限制了其大面积种植。从宁夏引黄灌区的生态条件分析，适当增加现有品种的单位面积穗数将具有一定潜力，但在保证较高单位面积穗数的同时，应通过改善茎秆质量来提高品种的抗倒伏性。基于茎杆结构的改良基础，未来超高产品种的产量结构应为以下3种类型：（1）株高约为 85.0 cm，穗数为630.0～600.0穗/m2，穗粒数为30粒以上，千粒质量为45.0～47.0 g，产量潜力为840.0～900.0 kg/hm2。（2）株高为90.0～95.0 cm，穗数为525.0～570.0穗/m2，穗粒数为35粒以上，千粒质量为45 g以上，产量潜力为630.0～600.0 kg/hm2。（3）株高约为85.0 cm，穗数约为600.0穗/m2，穗粒数为32.0～35.0粒，千粒质量为47.0 g以上，产量潜力为9 000.0～9 750.0 kg/hm2。其中，结构（1）体现于宁春51号、52号品种，该类型一般容易增加群体密度，且稳产性好、耐高肥力水平。结构（2）体现于宁春33号、40号品种，此类型单株生物产量高、穗粒数较多，品种在正常年份中均有一定增产潜力。结构（3）体现于宁春39号、50号品种，此类型的丰产性和稳定性均较好，但出现概率较小[20]。产量构成因素是最直接、最可靠的育种指标，小麦产量构成因素是育种工作者提高小麦产量潜力最常用的方法[21-22]。事实证明，即使在同一地区达到相同高产水平的品种，其产量结构类型也可能不同[23]。在一定地区条件下，不必拘泥于选育某一种产量结构类型，而须根据地区生态条件、品种基础进行适当设计。

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