小麦氮、磷高效新品系的鉴定和评价

袁园园 朱晓梁 李 彪 戴 兵 段雪梅 韩丽苹 谢永法 孟昭京

（济南市农业科学研究院，山东济南 250316）

小麦是我国重要的粮食作物之一，国家统计局统计数字显示，2021 年小麦播种面积2291.1 万hm2，总产量1.3434亿t，单位面积产量5863.4kg/hm2。氮和磷是植物生长的重要营养元素，直接影响小麦的产量和品质，因此氮肥和磷肥在实际生产中施用量较大。但氮肥和磷肥的利用效率较低，其中氮肥利用效率只有21.2%～35.9%，我国每年约有超过1500 万t 氮素通过不同途径损失[1]；而磷肥利用率仅有15%，大量磷素被土壤固定不能被作物吸收[2]。过多的氮肥、磷肥会导致资源浪费、土壤板结、水地富营养化和大气污染等环境问题[3]。因此提高小麦养分利用率，降低施肥量是发展绿色可持续农业迫切需要解决的问题。而挖掘品种对氮、磷的吸收利用潜力，培育和鉴定氮、磷高效新品系是提高肥料利用效率的重要途径之一。

小麦对氮素和磷素的吸收和利用效率存在广泛的品种差异。赵瑞等[4]发现土壤氮水平对小麦产量相关性状存在显著影响；李丹丹等[5]发现不同小麦基因型的植株氮积累量存在显著差异。张祥池等[6]发现相同磷处理下，不同小麦品种对磷素的吸收和利用能力存在差异；不同磷处理条件下，同一小麦品种对磷元素的吸收和利用能力也存在差异。近年来，济南市农业科学研究院对黄淮麦区的100 余份品种（系）进行苗期和成株期的氮效率和磷效率评价，分别筛选出了良星99 等氮高效和临麦6 号等磷高效品种（系）[7-8]。以这些品种（系）为亲本进行杂交，培育出了一些综合农艺性状优良的新品系。本研究以其中的12 份优良品系为材料，以济麦22为对照品种，通过正常、低氮和低磷3 个养分处理的营养池栽培试验，对小麦成株期的产量性状、氮效率性状和磷效率性状进行鉴定，明确不同养分处理条件下氮、磷效率的品种差异，以筛选出氮、磷高效品系，为氮、磷高效育种储备材料基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料采用济南市农业科学研究院自主选育的12 个F9小麦优良品系为材料，以济麦22 为对照（CK），参试品系及其亲本组合详见表1。

表1 参试小麦品系及其亲本组合

1.2 试验设计设置正常、低氮、低磷3 个处理。施肥前正常处理土壤的氮、磷、钾含量分别为111.60mg/kg、21.82mg/kg 和273.71mg/kg，低氮处理土壤的速效氮、磷、钾含量分别为66.40mg/kg、20.68mg/kg 和202.61mg/kg，低磷处理土壤的速效氮、磷、钾含量分别为80.24mg/kg、18.68mg/kg 和233.85mg/kg（表2）。

表2 不同营养池的基础养分含量

1.3 田间种植试验在济南市农业科学研究院稼禾园内的营养池进行，营养池面积为784m2，各小区之间用1.5 m深的水泥墙隔开，已进行多年处理，地力条件均匀一致。每个参试品系种1 个小区，小区长6m、宽1.2m，小区面积7.2m2，播种6 行，完全随机区组排列，重复2 次。按照基本苗18 万/667m2统一计算播量。2020 年10 月13 日播种，2021 年6 月5 日收获。其他措施同常规田间管理。

1.4 测定指标及方法测定性状有3 类，分别是产量性状、氮效率性状和磷效率性状（表3）。产量性状包括不同处理下的千粒重和小区产量。氮效率性状包括以产量为基础的氮敏感系数、氮效率指数[9]以及以籽粒氮含量和产量为基础的籽粒氮利用效率，氮素含量用凯氏定氮法测定。磷效率性状包括以产量为基础的磷敏感系数、磷效率指数[9]以及以籽粒磷含量和产量为基础的籽粒磷利用效率，磷素含量用钒钼黄比色法测定。具体测定性状和计算方法见表3。

表3 营养池栽培试验测定性状及其测定方法

1.5 试验数据统计分析采用Excel 和SPSS 17.0软件对调查数据进行统计和方差分析。

2 结果与分析

2.1 表型变异分析不同肥料处理对千粒重、小区产量、籽粒氮含量、籽粒氮利用效率、籽粒磷含量和籽粒磷利用效率这6 个性状的影响不同（表4）。方差分析（表5）发现与正常处理相比，低磷处理显著降低不同品系的千粒重，低氮处理显著降低了不同品系的小区产量，但低磷和低氮处理对籽粒磷含量、籽粒磷利用效率、籽粒氮含量和籽粒氮利用效率的影响不显著。不同品系之间在千粒重上存在极显著差异，小区产量上存在显著差异，籽粒氮含量上存在显著差异，籽粒氮利用效率上存在极显著差异。

表4 不同品系在不同处理下的产量、籽粒氮、磷含量及利用效率表现

表5 产量、籽粒氮、磷含量及利用效率性状在基因型和处理之间差异显著性

2.2 氮、磷敏感系数和效率指数鉴定

2.2.1 不同品系的氮、磷敏感系数和效率指数12份供试材料的平均氮敏感系数为1.00，高于对照品种济麦22（0.95），平均氮效率指数1.09，属于中等水平（0.90～1.10）。12 份供试材料的平均磷敏感系数1.01，高于对照品种济麦22（0.89），平均磷效率指数1.19，高于1.10，属于较好水平（表6）。说明与对照品种济麦22 相比，12 份小麦品系的氮效率平均水平中等，磷效率平均水平较高。

表6 不同品系的氮、磷敏感系数和效率指数

2.2.2 不同品系的氮、磷效率指数评价以济麦22为对照品种，对12 个自主选育的优良品系进行氮、磷效率指数鉴定。发现JK60787（山东省预试）、JK60871、JK61593 和JK61879 的氮效率指数和磷效率指数均≥1.1（表7 和表8），氮效率和磷效率评价为好，属于氮、磷双高效品系。JK64109（国家和山东省区试）、JK61560、JK61574、JK65485-1和JK64513-2 的磷效率指数≥1.1，磷效率评价为好，属于磷高效品系。

表7 各参试品系的氮敏感系数、氮效率指数及评价等级

表8 各参试品系的磷敏感系数、磷效率指数及评价等级

2.3 籽粒氮、磷含量及利用效率鉴定

2.3.1 籽粒氮含量及利用效率以济麦22 为对照品种，对12 个品系在正常氮和低氮处理下的籽粒含氮量进行了测定（表9）。在正常处理下，JK60871、JK64109、JK61593 和JK64637-1-5 的籽粒氮利用效率分别为5.77、5.58、4.71 和4.37，比济麦22 的籽粒氮利用效率4.33 分别高了33.26%、28.87%、8.78%和0.92%。在低氮处理下，JK60871、JK64109、JK61879、JK61593 和64637-1-5 的籽粒氮利用效率分别为4.98、4.78、4.65、4.45 和4.45，比对照济麦22 的籽粒氮利用效率4.38 分别高出13.70%、9.13%、6.16%、1.60%和1.60%，说明这5 个品系在正常氮和低氮条件下单位氮浓度支撑的产量均较高，即氮利用效率较高。

表9 正常氮和低氮处理下的籽粒氮利用效率

2.3.2 籽粒磷含量及利用效率以济麦22 为对照品种，对JK60787 等12 个品系在正常磷和低磷处理下的籽粒含磷量进行了测定（表10）。在正常磷处理下，只有JK61593 的籽粒磷利用效率比对照济麦22 的籽粒磷利用效率高，其他品系的籽粒磷利用效率均低于对照。但在低磷处理下，12 个品系的籽粒磷利用效率均大于对照，其中7 个品系的籽粒磷利用效率高于对照10%以上，即JK64109、JK61879、JK60787、JK60871、JK61560、JK61593和JK61574，籽粒磷利用效率分别为16.73、14.71、14.31、14.27、14.20、13.97 和13.93，比对照济麦22 的籽粒磷利用效率（12.45）分别高出34.38%、18.15%、14.94%、14.62%、14.06%、12.21%和11.89%，说明这7个品系在低磷条件下单位磷浓度支撑的产量较高，对磷的利用效率较高。

表10 正常磷和低磷处理下的籽粒磷利用效率

3 讨论与结论

培育氮、磷高效小麦品种是节约化肥、降低生产成本、提高收益、发展绿色高效农业的重要途径之一。本研究通过营养池栽培试验，采用氮磷效率指数和籽粒氮磷利用效率两种方法，以济麦22为对照，对12 个小麦新品系的氮磷效率进行综合评价。其中以产量为基础的氮磷效率指数鉴定发现，JK60787、JK60871、JK61879 和JK61593 为氮磷双高效品系，JK64109、JK60847、JK61560、JK61574、JK65485-1 和JK64513-2为磷高效品系。以不同处理下籽粒的氮、磷利用效率为基础，鉴定出正常氮和低氮条件下的氮高效品系是JK60871 和JK64109；正常磷条件下磷利用效率在品种间的差异不明显，但在低磷条件下7 个品系的籽粒磷利用效率高于对照10%以上，即JK64109、JK61879、JK60787、JK60871、JK61560、JK61593和JK61574。

综合两种评价指标，发现JK60871 为氮、磷双高效品系，氮效率指数为1.18、磷效率指数为1.10，正常和低氮处理下籽粒氮利用效率分别比对照品种高出33.26%和13.70%，正常磷处理下籽粒磷利用效率与对照相当，低磷处理下籽粒磷利用效率比对照高14.62%。JK60787、JK61879、JK61593、JK64109、JK61560 和JK61574 为磷高效品系，它们的磷效率指数均≥1.1，正常磷处理下籽粒磷利用效率与对照相当，在低磷条件下的籽粒磷利用效率比对照高出10%以上。