抗旱节水冬小麦品种衡H1401 主要性状分析与评价

柳斌辉，王变银，陈朝阳，张文英*，张晓

（1.河北省农林科学院旱作农业研究所／河北省农作物抗旱研究重点实验室，河北 衡水 053000；2.衡水市水利局河湖保护中心，河北 衡水 053000）

冬小麦是我国华北地区主要的粮食作物之一，用水量约占农业总用水量的70%[1，2]，因此，冬小麦节水在农业节水中占有重要地位。为了缓解华北地区地下水超采的严峻局势[3～5]，通过生物节水，培育抗旱节水小麦新品种，提高小麦水分利用效率是节约水资源的有效途径之一。广大科技工作者广泛开展了抗旱节水冬小麦新品种的选育研究，并取得了显著成绩[6～11]。

衡H1401 是2018 年通过河北省审定的抗旱节水小麦品种，抗旱节水性突出。对衡H1401 的抗旱节水性和主要性状进行分析评价，以期探讨该品种的抗旱节水性特征，并为其他抗旱节水小麦新品种的选育提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019 年10 月～2020 年6 月在河北省农林科学院旱作节水农业试验站（河北深州市，北纬37°54′、东经115°42′，海拔20 m）进行。该区年平均降水量497.1 mm，其中 70%的降水集中在7～8 月，2019～2020 年小麦生育期降水量为109.9 mm；年平均气温13.3 ℃，其中最热月平均气温为27.1 ℃，最冷月平均气温为-2.1 ℃；无霜期202 d，年≥10 ℃有效积温为4 603.7 ℃。试验地0～30 cm 耕层土壤基础养分含量为有机质15.62 g/kg、全氮1.15 g/kg、速效氮84.03 mg/kg、速效磷14.38 mg/kg、速效钾182.23 mg/kg。

1.2 试验材料

试验冬小麦材料为衡H1401 和衡4399（CK），均由河北省农林科学院旱作农业研究所选育并提供。衡H1401 突出特点为抗旱节水，抗干热风，落黄好；衡4399 为河北省小麦区域试验水地组对照品种，在高水肥条件下产量潜力大。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 2019 年10 月15 日足墒播种冬小麦，行距0.18 m，基本苗数量375 万株/hm2。试验水分条件设水、节水、旱3 个处理，其中，水处理采用正常水分管理，浇2 水（拔节水、扬花水），每次灌水量均为900 m3/hm2；节水处理只浇1 次拔节水，灌水量900 m3/hm2；旱处理是在出全苗的基础上，至收获不再浇水。小区面积8.1m2（长7.5m、宽1.08m），6行/区，采用随机区组排列，3 次重复。试验地两头设10 行保护区；为防止侧渗，小区之间均采用了防渗区处理；其他管理同大田常规。

1.3.2 测定项目与方法

1.3.2.1 产量性状和产量。小麦收获前，每小区随机选取有代表性的植株10 株，收获后室内考种，采用常规方法测定株高、千粒重和穗粒数。小麦收获时，去除边行，每小区均收取中间行，脱粒后晒干，测定子粒产量。

1.3.2.2 叶绿素含量。分别在返青期（3 月6 日）、拔节中期（4 月15 日）、抽穗期（4 月27 日）和扬花期（5 月 6 日），以及花后第 5 天 （5 月 11 日）、第 10 天（5 月 16 日）、第 15 天 （5 月 21 日） 和第 20 天 （5 月26 日）取样测定。每小区随机选取单茎10 根，用活体叶绿素仪SPAD-502 测定单茎旗叶的叶绿素含量，指标值取平均数。

1.3.2.3 离体叶片失水速率（RWL）。采用称重法测定[12]。取样时间自扬花期（5 月6 日）开始，之后每隔5 d取旗叶测定1 次，每小区每次随机取10 片叶，共连续取样测定5 次。

1.3.2.4 单株生物量。分别在返青期（3 月6 日）、拔节中期（4 月15 日）、抽穗期（4 月27 日）、扬花期（5 月 6 日）、灌浆中期 （5 月 20 日） 和收获期 （6 月6 日）取样测定。每小区随机选取5 株，烘干后分别称重，指标值取平均数。

1.3.2.5 抗旱性评价。利用抗旱指数（DI）进行品种的抗旱性评价。计算公式为：

式中，DI 为抗旱指数；GYS(T)为待测材料旱地子粒产量；GYS(W)为待测材料水地子粒产量；GYCK(W)为对照品种水地子粒产量；GYCK(T)为对照品种旱地子粒产量。

1.3.3 数据统计分析 利用Microsoft Excel 2007 和DPS 15.10 统计软件[13]进行数据处理和统计分析，采用LSD 法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同水分条件下衡H1401 的产量性状和抗旱性分析

水处理下衡H1401 产量＞CK，节水处理下衡H1401 产量＜CK，但差异均不显著；旱处理下，衡H1401 产量显著＞CK（表1）。表明不同水分条件下，衡H1401 产量均达到了衡4399 水平，其中干旱条件下产量明显高于衡4399。

进一步对不同水分条件下的小麦产量构成因素进行分析发现，水处理和节水处理下，衡H1401 单位面积穗数＜CK，穗粒数和千粒重＞CK，但差异均不显著；旱处理下，衡H1401 单位面积穗数、穗粒数和千粒重均＞CK，其中千粒重差异达到了显著水平。可以看出，在干旱条件下衡H1401 具有明显产量优势的主要原因是千粒重的大幅度增高。

随着干旱胁迫程度的增大，2 个小麦品种的单位面积穗数和穗粒数均逐渐降低，指标值均表现为水处理与节水处理差异不显著，但均显著＞旱处理；千粒重变化趋势不同，CK 指标值顺序为水处理＞旱处理＞节水处理但差异均不显著，衡H1401 指标值顺序为旱处理显著＞水处理和节水处理。可以看出，抗旱节水性好的衡H1401 在干旱条件下具有较高的千粒重优势。

抗旱指数是基于产量综合评价品种抗旱性的一个指标。抗旱节水性好的衡H1401 抗旱指数达到了1.265，其抗旱性级别为强。

表1 不同水分条件下衡H1401 的产量性状和产量Table 1 Yield characters and yield of Heng H1401 under different water conditions

2.2 不同水分条件下衡H1401 的植株性状分析

2.2.1 叶片SPAD 值 随着生育进程，不同水分条件处理的2 个小麦品种叶片SPAD 值均呈“S”型变化，但指标值差异随着干旱胁迫程度的增大而增大（图1）。

水处理下，3 月6 日～5 月21 日（返青期到灌浆中期），衡H1401 的叶片SPAD 值与CK 差异均不显著；之后，2 个品种的叶片衰老速度均加快，但衡H1401 的衰老速度慢于CK，至5 月26 日叶片SPAD值显著＞CK（p＜0.05）。节水处理下，衡H1401 的叶片SPAD 值始终与CK 差异不显著。旱处理下，3 月6日～4 月15 日（返青期到拔节中期），衡H1401 的叶片SPAD 值与 CK 基本持平；自 4 月 27 日开始，衡H1401 的叶片SPAD 值均＞CK，且差异随生育进程而增大，至 5 月 26 日衡 H1401 指标值显著＞CK（p＜0.05），充分显示了其较好的抗旱性。可以看出，在不同水分条件下，衡H1401 的光合作用能力均达到了衡4399 水平，尤其是干旱条件下，小麦灌浆中后期具有较强的持绿性，进而保持较高的光合速率，促进干物质的形成。

图1 不同水分条件下衡H1401 叶片SPAD 值的动态变化Fig.1 Dynamic changes of SPAD value of leaves of Heng H1401 under different water conditions

2.2.2 旗叶失水速率 从小麦花期开始，随着生育进程，不同水分处理的2 个小麦品种旗叶失水速率均呈增加趋势；随着干旱胁迫程度的增大，2 个小麦品种的旗叶失水速率均呈降低趋势（图2）。

图2 不同水分条件下衡H1401 旗叶失水速率的动态变化Fig.2 Dynamic changes of flag leaf water loss rate of Heng H1401 under different water treatments

水处理下，在灌浆过程中，2 个品种的旗叶失水速率差异均不显著；节水处理下，衡H1401 的旗叶失水速率均＜CK，但差异不显著；旱处理下，衡H1401 的旗叶失水速率在5 月11～21 日＞CK，在灌浆中后期（5月26 日）＜CK。可以看出，在干旱胁迫程度增大、胁迫时间延长的情况下，抗旱节水性好的衡H1401 旗叶失水速率能够保持在一定水平，不再持续大幅度增大。

2.2.3 单株生物量 水处理下，3 月6 日～6 月6 日（返青期至收获），2 个小麦品种的单株生物量始终差异不显著（图3），表明在正常水分管理条件下衡H1401生物量达到了衡4399 水平。节水处理下，3 月6日～5 月6日（花期以前）衡H1401 的单株生物量＜CK，花期后衡H1401 的指标值＞CK，表明在灌浆期衡H1401 生物量增长速度较快。旱处理下，返青期至收获，衡H1401的单株生物量始终＞CK，表明衡H1401 在持续干旱胁迫环境下具有较高的生物量增长优势，显示了其较好的抗旱节水性。

图2 不同水分条件下衡H1401 的旗叶失水速率动态变化Fig.2 Dynamic changes of flag leaf water loss rate of Heng H1401 under different water treatments

3 结论与讨论

衡H1401 是河北省黑龙港流域节水组审定的抗旱节水性较强的品种，以河北省小麦区域试验水地组对照品种衡4399 为CK，在水、节水、旱3 种水分环境下，对衡H1401 的主要性状进行了分析与评价。结果表明，衡H1401 在不同的水分条件下均具有丰产、抗旱、节水的优良特性，尤其是干旱环境下，与对照品种衡4399 相比具有较多的单位面积穗数（p＞0.05）和明显的千粒重（p＜0.05）优势。

叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，作物叶片叶绿素含量可以有效反映植物的光合特性[14]，叶绿素含量越高表明光合能力越强，不同水分条件下冬小麦叶片叶绿素含量与光合速率的季节变化趋势基本一致[15]。何丽香等[16]研究表明，小麦灌浆期上三叶叶绿素含量与穗粒数、千粒重和穗粒重均呈正相关；杨国华等[17]研究表明，无论是高温胁迫下还是在常温条件下，春小麦旗叶叶绿素含量与千粒重和穗粒重均呈正相关，但相关性不显著。本研究结果表明，干旱处理下，在灌浆中后期衡H1401 的叶片叶绿素含量显著高于衡4399，使光合速率保持在较高水平，维持了较高的灌浆速率，形成了较高产量。离体叶片失水速率是研究作物抗旱节水的重要指标，小麦生育期间消耗的水分绝大部分是通过作物表面散失到大气中，通常用离体叶片失水速率衡量小麦叶片的保水力，小麦离体叶片失水速率与其抗旱性之间有密切关系[18～20]，较低的离体叶片失水速率与作物抗旱性有关[21，22]。不同生育期、不同品种和不同灌水的小麦离体叶片失水速率表现不同[23]。小麦花期后，节水处理下衡4399 的旗叶失水速率均高于衡H1401；旱处理条件下，在灌浆中后期（5 月26 日） 衡H1401 的旗叶失水速率低于衡4399，可见，在胁迫程度增大、胁迫时间延长的情况下，衡H1401 旗叶失水速率能够保持在一定水平，不再持续大幅度增大，其通过降低叶片水分散失的速度，保障了小麦后期灌浆正常的生理功能。小麦生物产量是指小麦一生中积累的同化物总量，干旱条件下单株干物质量与小麦品种的抗旱性关系密切。持续的严重干旱往往造成小麦分蘖或者分蘖成穗等减少，降低水分消耗是抵御干旱从而保证种子延续性的有效办法，然而这不可避免地会导致产量降低，但是抗旱型品种降低的幅度较小。在节水和旱处理条件下，灌浆期衡H1401 的单株生物量始终高于衡4399，且其增长速度大于衡4399，可见在持续旱胁迫环境下，衡H1401 具有较高的生物量增长优势，为实现小麦子粒产量的增加奠定了基础，显示了其较好的抗旱节水性。

衡H1401 具有突出的抗旱节水性，其可以作为生产品种在河北省水资源严重短缺和地下水压采区进行推广，能有效缓解农业用水严重超采的问题；还可以作为抗旱节水种质资源加以改良和利用，能为抗旱节水小麦新品种的选育提供技术支撑。