不同小麦杂交组合F1代旗叶光合特性与产量相关因素分析

王海伟，李 莹，崔 超，赵 斌，朱圣杰，郝水源

(1.河套学院，内蒙古 巴彦淖尔015000，2.河套地区绿色农产品安全生产与预警控制实验室，内蒙古 巴彦淖尔 015000）

小麦（L.）是世界上重要的主粮之一，也是世界上总产量仅次于玉米的第二大粮食作物。中国是世界上最大的小麦生产和消费国，也是世界小麦贸易大国。小麦提供的能量高且制作方法丰富，深受中国居民，特别是北方居民的喜爱，是我国不可替代的重要口粮，在我国开展高产优质小麦育种对于粮食安全和农民增收具有重要意义。光合作用是作物获得产量的基础，在选育作物优良品种的过程中，如何有效地把光合作用性能作为选育指标已受到人们的高度重视。现在人们着重研究不同基因型小麦杂交并多代优选光合作用特性优良与产量性状稳定高产的后代，有利于进一步探讨光合作用优良特性的遗传问题。

杂种优势是生物界的一种普遍现象，一般是指杂种在生长势、生活力、抗逆性、繁殖力、适应性、产量、品质等方面优于亲本的现象。通过杂种优势的利用，可以培育出高产、稳产的优良小麦品种，对我国小麦产量和品质的提高起到重要作用。本研究旨在通过对6个杂交小麦组合之间的农艺性状和光合特性进行比较分析，以期在小麦杂交后代选育过程中获得高产、稳产、优质的杂交后代小麦。本研究通过数据分析后，能够筛选出性状优良、高产小麦品系，可为河套地区小麦高产、高光效育种提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验于2018年在临河区气象局试验地进行，试验组合为Z1(‘HY1701’ב宁春51号’)、Z2(‘宁春51号’בHY1701’)、Z3(‘HY1701’בJ304’)、Z4(‘J304’בHY1701’)、Z5(‘J304’ב永良4号’)、Z6(‘永良4号’בJ304’)。F代进行农艺性状和旗叶光合特性测定，以广泛种植的‘永良4号’为对照。试验地土地平坦，小区面积2 m，行长1 m，行距0.25 m，条播，3次重复。2018年3月17日播种，其他栽培管理措施同一般大田，7月18日收获。

1.2 测定指标和方法

1.2.1 旗叶光合特性测定 小麦花后25 d左右使用美国Licor公司生产的Li-6400XT便携式光合测定系统测籽粒灌浆期旗叶光合特性。于晴天的上午9:00-11:30进行，每个试验材料随机选择无病虫害的植株测定其旗叶净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr），待稳定后读数，每小区重复5次。

叶片水分利用率计算公式如下：

水分利用率（WUE）=净光合速率（Pn）/蒸腾速率（Tr）

1.2.2 农艺和产量相关性状测定 于小麦完熟期随机选取小麦材料测定植株的株高、穗长、小穗数和穗粒数，每个材料测量10株，重复3次。收获后，每小区随机数1 000粒籽粒称其质量，从中随机选取小麦的10粒测定粒长与粒宽，均重复3次，取其平均值。

1.3 数据处理

用Excel 2007进行数据整理作图，用SPSS 23.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同杂交组合F1代旗叶净光合速率（Pn）

净光合速率是指总光合作用速率减去呼吸作用速率，体现植物有机物的积累。由图1可知，杂交组合Z5的F代花后25 d旗叶净光合速率最高，达9.65 μmol·m·s，显著高于Z1和Z4杂交组合的，与对照‘永良4号’和其他杂交组合F代之间无显著性差异。其次，杂交组合Z3、Z6的F代旗叶净光合速率也较高，且高于对照，也显著高于杂交组合Z1和Z4，说明杂交组合Z5、Z3和Z6有较高的净光合速率，光合能力也较强。

图1 不同小麦杂交组合F1代旗叶净光合速率

2.2 不同杂交组合F1代旗叶气孔导度（Gs）

气孔导度表示气孔张开的程度，直接影响作物叶片的蒸腾作用。由图2可知，小麦杂交组合Z2的F代花后25 d旗叶气孔导度最大，达0.39 mol·m·s。Z4的旗叶气孔导度值最小，显著低于Z2和对照‘永良4号’的气孔导度，其他杂交组合F代的气孔导度有差异，但未达到显著性水平。

图2 不同小麦杂交组合F1代旗叶气孔导度

2.3 不同杂交组合F1代旗叶胞间CO2浓度（Ci）

由图3可知，小麦花后25 d旗叶胞间CO浓度最高的为对照品种‘永良4号’，达302.5 μmol·mol，其次为杂交组合Z2和Z6，最低的是Z4，Z4和Z1杂交F代的旗叶胞间CO浓度显著低于对照和Z2、Z3、Z6，Z5与之无显著性差异。

图3 不同小麦杂交组合F1代旗叶胞间CO2浓度

2.4 不同杂交组合F1代旗叶蒸腾速率（Tr）

蒸腾速率是指植物在一定时间内单位叶面积蒸腾的水量。由图4可知，杂交组合Z2的F1代花后25 d旗叶蒸腾速率最高，达6.29 mmol·m·s，Z4的旗叶蒸腾速率最低。对照与Z2、Z3、Z5、Z6之间差异不显著性，但都显著高于杂交组合Z4的F1代。

图4 不同小麦杂交组合F1代旗叶蒸腾速率

2.5 不同杂交组合F1代旗叶水分利用率

由图5可知，杂交组合Z4的F代花后25 d旗叶水分利用率最高，达2.01，其次为杂交组合Z5与Z6，最低为杂交组合Z2，Z4的F代旗叶水分利用率显著高于Z1、Z2和对照，其他杂交组合F代和对照之间的旗叶水分利用率无显著性差异。

图5 不同小麦杂交组合F1代旗叶水分利用率

2.6 不同小麦杂交组合F1代穗部农艺性状

由表1可知，杂交组合Z5的F代株高最高，达86.1 cm，显著高于对照和其他杂交组合，‘永良4号’株高最低，仅为67.7 cm。杂交组合Z3、Z6、Z2的F代株高也显著高于对照，但它们之间无显著性差异。杂交组合Z3的F代穗长最大，达11.2 cm，显著高于对照和Z2组合，与Z5、Z4、Z6、Z1组合之间有差异但不显著，‘永良4号’穗长最小，仅为9.1 cm。

表1 不同小麦杂交组合F1代穗部农艺性状比较

Z4的小穗数和穗粒数最多，分别达到20.7个和41.7粒，Z6次之，都显著高于对照和Z2组合。对照‘永良4号’小穗数和穗粒数最少，仅有15.3个和33.6粒，与杂交组合Z1和Z2的差异不显著。

2.7 不同小麦杂交组合F1代粒长、粒宽、千粒质量

由表2可知，杂交组合Z5的F代粒长、粒宽最大，分别达到0.663，0.383 cm，对照‘永良4号’的最小，显著低于杂交组合Z5、Z4。Z2、Z3、Z6之间未达到显著性差异水平，但都高于或显著高于对照的。杂交组合Z5的F1代千粒质量最大，达46.67 g，其次是Z2、Z3，这3个组合间无显著性差异。‘永良4号’和Z1的千粒质量较小，显著低于杂交组合Z5、Z2、Z3、Z4的千粒质量。

表2 不同小麦杂交组合F1代粒长、粒宽、千粒质量比较

3 结论与讨论

小麦产量的90%~95%来自于直接或间接的光合作用。小麦高产性状的选择常与高光合速率相联系。根据测定的旗叶光合参数来看，对照‘永良4号’、Z5、Z3、Z2花后25 d的旗叶净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO浓度的指标值相对较高。灌浆期是小麦产量形成的重要时期，而千粒质量是小麦籽粒产量的一个重要构成因素。根据农艺性状的分析，杂交组合Z5、Z3的F代穗长、穗粒数、粒长、粒宽和千粒质量产量相关性状表现较优秀，其次杂交组合Z2、Z6较对照也表现良好。多数研究认为，光合作用在产量形成过程中起主导作用。充分发挥叶片的光合潜能，提高植株表观净光合速率是提高作物产量的关键。小麦光合速率和产量性状均属于数量性状遗传，通过品种间杂交，能够选育出光合速率、产量较高的后代材料。通过不同杂交组合F代种植筛选，Z5、Z3品种间杂交组合光合特性和产量潜能表现较优秀，从其后代中应可以筛选出适合河套地区种植的高产优质小麦品系。