黃淮麥區(qū)冬小麥品種耐熱性比較研究

方保停，李向東，邵運輝，王漢芳，岳俊芹，張德奇，楊 程，秦 峰

(河南省農(nóng)業(yè)科學院 小麥研究所/小麥國家工程實驗室/河南省小麥生物學重點實驗室/農(nóng)業(yè)部黃淮中部小麥生物學與遺傳育種重點實驗室/農(nóng)業(yè)部中原地區(qū)作物栽培科學觀測實驗站，河南 鄭州 450002)

小麥是我國主要的糧食作物之一，黃淮地區(qū)是我國小麥的主要產(chǎn)區(qū)，但該區(qū)域小麥生長后期常遭遇高溫脅迫[1-2]。研究表明，灌漿期出現(xiàn)高溫、干熱風天氣，小麥將遭受“高溫逼熟”災害[3]，造成籽粒灌漿速率降低、灌漿時間縮短，旗葉抗氧化酶活性下降、膜脂過氧化物含量上升，導致小麥減產(chǎn)10%～20%，而且影響小麥品質(zhì)，降低出粉率[4-10]。在模擬高溫脅迫條件下，利用熱害指數(shù)、熱感指數(shù)等指標鑒定作物耐熱性的人工模擬直接鑒定法被廣泛應用[7,11-17]。同時利用千粒質(zhì)量和產(chǎn)量熱感指數(shù)對小麥耐熱性進行評價的研究較少[11,15],且至今尚未見同時利用千粒質(zhì)量和產(chǎn)量熱感指數(shù)對黃淮麥區(qū)生產(chǎn)上大面積應用冬小麥品種進行耐熱性鑒定的研究。為此，本研究選用黃淮麥區(qū)生產(chǎn)上大面積應用的冬小麥品種，結(jié)合以往的熱脅迫研究方法[7-8,11,18]，人工模擬增溫熱脅迫處理，綜合利用千粒質(zhì)量熱感指數(shù)和產(chǎn)量熱感指數(shù)，研究不同冬小麥品種旗葉葉綠素含量、籽粒千粒質(zhì)量和產(chǎn)量的差異，篩選出耐熱品種，為黃淮麥區(qū)冬小麥高效生產(chǎn)品種的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2015—2016年在河南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究開發(fā)基地(新鄉(xiāng)市平原新區(qū)，35°00′N、113°40′E)進行，試驗田地勢平坦，灌溉條件良好，土質(zhì)為壤土，中等肥力，肥力均勻，前茬玉米掩青。耕層土壤含有機質(zhì)11.58 g/kg、全氮1.18 g/kg、速效氮78.4 mg/kg、速效磷9.0 mg/kg、速效鉀98.8 mg/kg。

供試材料為16個黃淮麥區(qū)大面積應用的冬小麥品種，包括河南省大面積應用的矮抗58、周麥18、豫麥49-198、周麥22、鄭麥7698、西農(nóng)979、鄭麥366、平安8號和蘭考198，河北省大面積應用的石麥22和石麥19，山東省大面積應用的良星99、濟麥22和山農(nóng)20，安徽省大面積應用的淮麥33和安農(nóng)0711。

1.2 試驗設計

試驗采用裂區(qū)設計，主區(qū)為溫度，副區(qū)為冬小麥品種。設置熱脅迫和田間自然生長(對照，CK)2個溫度處理。熱脅迫處理每品種播種6行，行長2 m、行距20 cm。田間自然生長處理每品種播種12行，行長6 m、行距20 cm。副區(qū)內(nèi)16個冬小麥品種隨機排列，3次重復。播種量均為180 kg/hm2，肥水等統(tǒng)一管理，2015年10月11日播種，熱脅迫處理2016年5月30日收獲，田間自然生長處理2016年6月4日收獲。

試驗采用人工遮蓋塑料棚模擬高溫環(huán)境進行熱脅迫處理，自2016年5月13日開始，5月30日結(jié)束，除去多云、降雨等天氣，總計增溫11 d。每天于10:30開始蓋棚(棚寬6 m、高2 m，上邊搭蓋無色透明聚乙烯薄膜，內(nèi)掛4個溫、濕度計，離地面約0.9 m)，分別于11:00、12:00、13:00、14:00、15:00、16:00記錄溫度和濕度，16:00后取消遮蓋，同時記錄對照溫度和濕度，分別取6個時間點的平均值為當天的溫度、濕度(表1)。熱脅迫處理較對照平均每天增溫3.1～7.1 ℃，尤其是5月16日—25日，熱脅迫處理溫度達到重度干熱風天氣的溫度。

表1 熱脅迫處理溫度、濕度

1.3 測定項目及方法

1.3.1 葉綠素含量 分別于5月13日、16日、18日、20日、24日、26日和28日17:00測定熱脅迫處理、對照的葉綠素含量，每小區(qū)各選取10片旗葉，用SPAD-502測定每片葉片不同部位，取平均值。

1.3.2 千粒質(zhì)量、產(chǎn)量及其熱感指數(shù) 收獲期，將熱脅迫處理冬小麥全部收獲，對照區(qū)收獲6行寬、2 m長區(qū)域冬小麥，然后脫粒稱質(zhì)量，折合單位面積產(chǎn)量，并調(diào)查千粒質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱脅迫對不同冬小麥品種旗葉葉綠素含量的影響

由圖1可知，與對照相比，熱脅迫處理前期(5月18日及之前)，冬小麥旗葉SPAD值升高，熱脅迫處理中后期(5月20日及之后)旗葉SPAD值開始降低，并隨灌漿進程的推進降低幅度增大。

圖1 熱脅迫對冬小麥旗葉SPAD值的影響Fig.1 Effect of heat stress on SPAD value of flag leave of winter wheat

對不同冬小麥品種熱脅迫處理前期(5月18日及之前)和熱脅迫處理中后期旗葉SPAD值分別進行分析(表2)發(fā)現(xiàn)，熱脅迫處理前期僅有豫麥49-198、周麥22、良星99、周麥18和矮抗58 的SPAD值較對照降低，且周麥22、良星99、周麥18降低幅度較小，其他品種SPAD值均增加，濟麥22增幅最大，達到11.32%。熱脅迫中后期各品種SPAD值均較對照降低，安農(nóng)0711降幅最小，西農(nóng)979降幅最大，隨后依次為矮抗58、石麥19。

表2 熱脅迫對不同冬小麥品種旗葉SPAD值的影響Tab.2 Effect of heat stress on SPAD value of flag leave of different winter wheat varieties

2.2 不同冬小麥品種的千粒質(zhì)量、產(chǎn)量及其熱感指數(shù)比較分析

由表3可知，自然生長條件下，濟麥22、山農(nóng)20、周麥18、周麥22、良星99、鄭麥7698、石麥19的千粒質(zhì)量較高，均超過45 g；熱脅迫條件下，山農(nóng)20、周麥18、濟麥22、良星99、鄭麥7698的千粒質(zhì)量較高，均超過45 g，尤其是山農(nóng)20、周麥18，均超過46 g。良星99、鄭麥7698、淮麥33、山農(nóng)20、周麥18、矮抗58、豫麥49-198、平安8號、西農(nóng)979的千粒質(zhì)量熱感指數(shù)均小于1，屬于耐熱品種；其他7個品種的千粒質(zhì)量熱感指數(shù)均大于1，屬于熱敏感品種，尤其是鄭麥366，其千粒質(zhì)量熱感指數(shù)最大，達到3.20。

由表3還可以看出，自然生長條件下，周麥22、濟麥22、鄭麥7698、石麥19、淮麥33、周麥18、山農(nóng)20、矮抗58、豫麥49-198、鄭麥366產(chǎn)量較高，均超過10 500 kg/hm2；熱脅迫條件下，淮麥33、山東20、周麥18的產(chǎn)量較高，均高于10 500 kg/hm2。西農(nóng)979、周麥18、安農(nóng)0711、平安8號、蘭考198、良星99、石麥22、鄭麥7698、矮抗58的產(chǎn)量熱感指數(shù)均小于1，尤其是前6個品種，屬于耐熱品種；其他品種的產(chǎn)量熱感指數(shù)均大于1，屬于熱敏感品種。

表3 不同冬小麥品種的千粒質(zhì)量、產(chǎn)量及其熱感指數(shù)

2.3 不同冬小麥品種耐熱性分析

以千粒質(zhì)量熱感指數(shù)為橫坐標、產(chǎn)量熱感指數(shù)為橫坐標，對冬小麥耐熱性進行歸類(圖2)。由圖2可知，周麥18、平安8號、矮抗58、西農(nóng)979、鄭麥7698和良星99位于千粒質(zhì)量熱感指數(shù)和產(chǎn)量熱感指數(shù)均小于1的象限，其耐熱性較強；鄭麥366、周麥22、石麥19、濟麥22位于千粒質(zhì)量熱感指數(shù)和產(chǎn)量熱感指數(shù)均大于1的象限，這些品種耐熱性較差。

圖2 不同冬小麥品種的耐熱性分類

2.4 冬小麥品種耐熱性與旗葉SPAD值的相關(guān)性分析

由表4可知，千粒質(zhì)量熱感指數(shù)、產(chǎn)量熱感指數(shù)與不同時期旗葉SPAD值之間的相關(guān)系數(shù)有些是正值，有些是負值，數(shù)值均較小，均未達到顯著水平，表明旗葉中后期SPAD值與品種的耐熱性關(guān)系較小。

表4 千粒質(zhì)量、產(chǎn)量熱感指數(shù)與不同時期冬小麥旗葉SPAD值的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論與討論

溫度是影響小麥產(chǎn)量的最重要的環(huán)境因子之一，而全球氣溫一直在不斷上升[20]。因此，培育、篩選、利用耐熱性強的小麥品種應對氣候變化，對保障小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。篩選耐熱品種的方法有田間直接鑒定法、人工模擬直接鑒定法和間接鑒定法[21]。其中，覆蓋薄膜模擬高溫脅迫環(huán)境直接鑒定法得到廣泛應用[7,11-12]。本研究采用人工覆蓋薄膜模擬高溫脅迫，模擬溫度超過33 ℃，較對照高3.1～7.1 ℃，對灌漿期冬小麥具有一定的熱脅迫效應。以往研究[11-13,19]都強調(diào)增溫在灌漿后期進行，有的是灌漿15 d開始，本研究是灌漿20 d開始，這與前人所強調(diào)的增溫應在灌漿后期進行是一致的。另外，本試驗在雨天或多云天氣也沒有蓋棚，因為降雨天氣蓋棚會造成棚內(nèi)土壤濕度與棚外自然條件的土壤濕度不一致，多云天氣蓋棚會造成棚內(nèi)溫度較棚外自然條件高，但一般達不到熱脅迫的效應。

本研究綜合分析了黃淮大面積應用小麥品種的千粒質(zhì)量熱感指數(shù)、產(chǎn)量熱感指數(shù)及旗葉SPAD值，結(jié)果表明，周麥18、矮抗58、西農(nóng)979、平安8號、良星99和鄭麥7698的耐熱性較強。