50 份小麦新种质抗旱性综合评价

赵吉平，周 伟，任杰成，郭鹏燕，许 瑛

（1.山西省农业科学院经济作物研究所，山西汾阳032200；2.汾阳市气象局，山西汾阳032200）

环境胁迫是麦类作物产量的重要限制性因素，其中，干旱胁迫是影响麦类作物正常生长发育的重要非生物胁迫因素。培育优质的抗旱小麦新种质是保障国家粮食产量稳定以及粮食安全的关键所在。干旱是影响小麦作物产量的主要限制性因素之一[1]，在干旱以及半干旱地区尤为显著。受全球气候变化的影响，降水供给量呈现明显下降趋势，小麦全生育期干旱胁迫日渐显著。相关研究显示，干旱因素致粮食作物减产逼近粮食作物全因素减产量的50%[2]。灌溉虽可在短期缓解小麦作物干旱胁迫影响，但因灌溉会诱发土壤板结及土壤盐碱化现象，不利于小麦种植区的长远稳定发展[3]。

综合因素分析可知，选育抗旱高产小麦新种质是突破小麦干旱胁迫难题的关键途径。前人关于小麦抗旱性指标的筛选研究众多，主要筛选指标归为干旱适应性生理指标、干旱胁迫后农艺性状指标两类。此外，为避免单一抗旱性指标评估的片面性，常常进一步选用主成分分析、隶属函数分析等方法对小麦种质抗旱性进行综合评价。其中，主成分分析法在小麦抗旱性综合评价中的应用越来越广泛。

本研究选择50 份山西省小麦新种质作为供试材料，通过田间直接鉴定法分析自然干旱条件和灌水条件下小麦品种农艺性状，并对其抗旱性进行综合评价，以期为小麦新种质的推广种植提供科学理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试小麦品种为2016 年在山西晋城、长治和晋中试验基地参加山西省和国家区域试验的42 个小麦品种、山西省农业科学院经济作物研究所种质资源中优秀骨干品种8 份，分别为：太113、长麦5765、长9499、长8255、京麦10 号、农大3486、长6066、CA1091、太1305、中麦4072、太315、中麦93、轮选638、长麦5973、晋太148、旱优5 号、太831、晋太1310、长麦3897、太5293、津麦3118、长5553、晋麦79 号、晋太141、长6794、太412、中信麦88、长7080、长麦251、长麦5823、太1508、谷麦0982、晋太9923、晋麦68 号、长6904、航麦2566、长麦3909、众麦7198、长麦6686、晋太114、婴泊700、太512、长治6195、科遗12- 6105、润麦2 号、长麦6697、京农12- 79、晋太146、长麦6789 和太1411。目前，已有一大部分品种通过省审和国审[4-16]。

1.2 试验方法

田间直接鉴定试验于2016—2018 年连续2 a在山西省农业科学院经济作物研究所试验基地汾阳市进行。所有试验田前茬均为绿豆茬口。供试材料在同一地块分别设置水地和旱地条件下种植。水地、旱地小区之间设置3 m（含2 条观察道1 m）隔离带，隔离带不浇水。试验采用随机区组排列，小区面积5.2 m2（2.0 m×2.6 m），2 次重复。供试材料分别于2016 年10 月8 日（水旱同日）和2017 年10 月5 日（水旱同日）播种，人工开沟播种，播量按照基本苗225.0 万/hm2计算。旱地不浇水，采取自然雨养条件供给水分。2016 年10 月至2017 年6 月、2017 年10 月至2018 年6 月全生育期降水量分别为146.1，231.3 mm（数据来源于山西省汾阳市气象局）。水地在自然雨养条件外，分别于2017 年4 月10 日、5 月8 日和5 月25 日，2018 年4 月12 日、5 月5 日和5 月27 日进行浇水处理，每次浇水量约为650 m3/hm2。水地除浇水外，其他管理与旱地一致。分别于2017，2018 年小麦成熟时每小区随机采20 穗考种备用，并调查其有效穗数、穗粒数、千粒质量、小区产量。综合评价小麦品种的抗旱指数、隶属函数值（U）和抗旱性综合评价值（D）。

1.3 数据处理

研究获取的数据通过Microsoft Excel 2016 进行整理，并录入SPSS 22.0 软件进行统计分析。各农艺性状指标通过SPSS 22.0 软件进行降维处理，转化成数量较少、相对具有独立性的综合性指标。在此基础上获取各个综合指标的隶属函数值，加权处理后获取抗旱性综合评价值。具体核算公式如下。

式中，Xj表示第j 个综合指标，其中，j 取值1- n；Xmax以及Xmin分别表示第j 个综合指标的极大值以及极小值；Pj表示第j 个综合指标的贡献率。

2 结果与分析

2.1 各小麦品种抗旱指数分析

选取有效穗数、穗粒数、千粒质量以及小区产量等四大指标进行小麦抗旱指数的评价。结果表明，50 个小麦品种的抗旱指数存在差异性（表1）。有效穗数、穗粒数、千粒质量以及小区产量不同指标显示的小麦抗旱指数亦存在不同。以小区产量的抗旱指数进行评估排名，长治6195 的抗旱指数最佳，前26 位次分别为：长治6195、农大3486、太1305、中麦4072、长6794、长麦5823、太412、谷麦0982、太113、长麦251、长7080、太831、长6904、长麦3909、太1508、科遗12- 6105、长麦6686、晋麦79 号、长麦3897、长麦5765、太512、晋太148、太1411、中麦93、晋麦68 号、晋太1310（表1）。单纯使用某一指标的抗旱指数评估小麦抗旱性价值不大，需要采取主成分分析法对其抗旱性加以综合评价。

2.2 各小麦品种主成分分析

采用SPSS 22.0 软件统计，对表1 中各农艺性状指标抗旱指数进行主成分分析，以特征值＞1 为标准，最终获取2 个主成分，如表2 所示，通过主成分矩阵分析可知，有效穗数、小区产量在第一主成分上有较高荷载，说明第一主成分主要反映有效穗数、小区产量与抗旱性的关系；穗粒数与千粒质量在第二主成分上有较高荷载，说明第二主成分主要反映穗粒数、千粒质量与抗旱性的关系。

表1 各小麦品种抗旱指数分析

表2 小麦品种主成分分析

2.3 各小麦品种抗旱性综合评价分析

根据隶属函数值U 及权重W 核算得抗旱性综合评价值D，结果表明，晋太148 抗旱性综合评价值最高（表3）。将抗旱性综合评价值D 进行以下划分[19]：强抗旱，D≥0.59；抗旱，0.59＞D≥0.51；中抗旱，0.51＞D≥0.41；较敏感，0.41＞D≥0.35；敏感，D＜0.35。本研究50 个小麦品种中，抗旱品种1 个，为晋太148；中抗旱品种47 个，分别为：太1305、晋太9923、太412、长麦3897、晋麦68 号、太1508、太831、太512、晋太114、长麦5823、长麦6686、津麦3118、长7080、晋太1310、晋太141、长治6195、航麦2566、长麦3909、晋麦79 号、谷麦0982、长麦5765、太315、京农12- 79、长麦251、太1411、太113、长6904、长9499、长8255、京麦10、长6065、CA1091、中麦4072、中麦93、轮选638、长麦5973、旱优5 号、太5293、长5553、长6794、众麦7198、婴泊700、科遗12- 6105、润麦2 号、长麦6697、晋太146、长麦6789；较敏感品种2 个，分别为：农大3486、中信麦88。

表3 各小麦品种抗旱性综合评价

3 讨论

小麦作物的抗旱性能受到多基因协同控制，不同小麦种质间抗旱性能存在明显差异[20]。准确鉴定小麦种质抗旱性，可为小麦抗旱亲本选育以及小麦种质的推广提供依据。主成分分析为目前常见抗旱性指标筛选方法，通过主成分分析，可以将具有相互关联性的生理指标以及农艺性状等转换为相互独立性的综合性鉴定指标。在此基础上，对各指标进行加权处理，核算隶属函数值，进而得到抗旱性综合评价值D，并对小麦品种抗旱性加以评估。小麦抗旱性综合评价值D 属于无量纲纯数值，获取的小麦抗旱性具有一定的可比性。

本研究通过田间直接鉴定试验对50 份小麦品种的有效穗数、穗粒数、千粒质量、小区产量等农艺性状指标加以测定，进而评估其抗旱性综合评价值D，并对小麦品种抗旱性进行分级鉴定。张军等[21]对抗旱指数以及抗旱性综合评价值D 进行相关性分析，结果显示，不同干旱处理条件下，抗旱指数以及抗旱性综合评价值D 均呈现明显正相关性。说明抗旱性综合评价值D 为小麦抗旱性的优良评价指标，说明本研究选取抗旱性综合评价值D 作为抗旱性评价指标具有可行性。有效穗数、穗粒数、千粒质量以及小区产量等指标为评估小麦抗旱性的常见农艺性状指标。刘青松等[22]选取千粒质量、穗粒数、穗数以及产量作为产量性状分析指标，综合分析各产量构成因素，获取了抗旱小麦品种。研究充分证实穗粒数、穗数以及产量等指标对于小麦抗旱性评估的有效性。本研究结果表明，50 个小麦品种的抗旱指数存在差异性，有效穗数、穗粒数、千粒质量以及小区产量不同指标显示的小麦抗旱指数亦存在不同。说明单纯使用某一指标的抗旱指数评估小麦抗旱性价值不大。将4 个农艺性状指标进行主成分分析获得了2 个主成分。根据抗旱性综合评价值D，获取抗旱品种1 个、中抗旱品种47 个。说明抗旱性较高的小麦品种稀少，多数为中等抗旱及抗旱性差的品种。同时，有效穗数、穗粒数、千粒质量以及小区产量等4 个指标进行主成分分析评估抗旱性可行性高。与直接性抗旱性指标小区产量的抗旱指数相比较，抗旱指数位居前48 位的小麦品种中，与抗旱性综合评价值前48 位重叠47 个，分别为：太113、长麦5765 、长9499、长8255 、京麦10 号、长6065 、CA1091、太1305、中麦4072 、太315 、中麦93 、长麦5973、晋太148、旱优5 号、太831、晋太1310、长麦3897、太5293、津麦3118、长5553、晋麦79 号、晋太141、长6794 、太412 、长7080、长麦251、长麦5823、太1508、谷麦0982、晋太9923、晋麦68 号、长6904、航麦2566、长麦3909、众麦7198、长麦6686、晋太114、婴泊700、太512、长治6195、科遗12- 6105、润麦2 号、长麦6697、京农12- 79、晋太146、长麦6789、太1411。

4 结论

抗旱性综合评价值D 可有效反映小麦品种的综合抗旱性。本研究通过该方法鉴定出1 个抗旱品种，即晋太148 以及47 个中抗旱品种。此外，结合直观性抗旱指标小区产量抗旱指数值，最终获取47 个抗旱性优良的小麦品种，为小麦品种的选育应用和推广提供科学依据。对小麦种质优良性的评价，除抗旱性外，仍有抗寒性以及抗病性等的评估，需进一步加以鉴定，筛选整体优良的小麦种质。