不同生態(tài)區(qū)域旱地冬小麥品種(系)生態(tài)適應性篩選

邵千順,楊 琳,2

(1.寧夏農(nóng)林科學院固原分院,寧夏 固原 756000; 2.寧夏旱作農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心,寧夏 固原 756000)

寧夏位于西北內(nèi)陸高原，屬典型的大陸性干旱半干旱氣候，冬寒長，夏暑短，雨雪稀少，氣候干燥，南寒北暖。平均海拔在1 000 m以上，氣溫日差大，日照時間長，太陽輻射強，大部分地區(qū)晝夜溫差一般可達12℃～15℃。全年平均氣溫在5℃～9℃之間。根據(jù)水源情況，寧夏主要分為北部引黃灌區(qū)和南部山區(qū)雨養(yǎng)區(qū)。南部山區(qū)年平均降水400 mm，雨季多集中在6—9月[1]，年蒸發(fā)量在1 000 mm以上，且多發(fā)各種自然災害。南部山區(qū)主要包括西吉、隆德、海原、原州區(qū)、彭陽、同心、鹽池、涇源、紅寺堡9個縣(區(qū))[2]，也是國家全面脫貧攻堅的主戰(zhàn)場。

寧南山區(qū)種植作物主要有冬小麥、玉米、馬鈴薯、小雜糧等[3-4]。2018年小麥種植面積10.78萬hm2，較上年減少2.08萬hm2，其中寧南山區(qū)小麥播種面積6.67萬hm2左右[5]，占寧夏小麥種植面積的60%以上。但由于特殊的氣候、生態(tài)類型，小麥平均單產(chǎn)僅2 730 kg·hm-2。品種廣適性差，針對特定生態(tài)環(huán)境的適應性品種缺乏[6]，是限制冬小麥產(chǎn)量提升的關(guān)鍵因素。因此，針對不同生態(tài)區(qū)域，選育不同適應性或具有廣適性的品種是有效提高寧南山區(qū)冬小麥產(chǎn)量的重要路徑。

針對特定的生態(tài)區(qū)域選育相適應的品種，在不同地區(qū)不同作物中均有所報道[7-12]。肖步陽[13]早在20世紀就開始了春小麥的生態(tài)育種，并取得了系統(tǒng)而豐碩的成果[14]。本研究針對寧夏南部山區(qū)特定氣候類型和生態(tài)條件，有目的地開展旱地冬小麥產(chǎn)量及適應性鑒定。以原州區(qū)中河點和彭陽縣玉洼點為試點，對16個冬小麥品種(系)進行適應性、豐產(chǎn)性、抗逆性鑒定，篩選出特征特性良好、豐產(chǎn)性狀突出、適合寧夏南部各區(qū)縣種植的旱地冬小麥品種(系)，助力寧南山區(qū)脫貧致富。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料16個，對照品種為寧冬16號(見表1)。

表1 2019—2020年參試材料冬小麥名稱及來源

1.2 田間設計

試驗于2019年9月—2020年8月在固原市原州區(qū)中河鄉(xiāng)高坡村(E1)和彭陽縣玉洼村(E2)2個點進行，采取隨機區(qū)組排列，3次重復，小區(qū)面積12.19 m2(6.70 m×1.82 m)，12行區(qū)，行距16.50 cm，區(qū)距30 cm，排距50 cm。于2019年9月20日播種，2020年8月14日收獲。播種量依千粒重、發(fā)芽率每公頃按45×105個有效粒數(shù)計算，采用人力四行小區(qū)播種機分行稱量播種。

1.3 試驗地基本情況

試驗設于固原原州區(qū)中河鄉(xiāng)高坡村(106°13′11″E,36°1′45″N)和彭陽縣玉洼村(106°42′22″E,35°57′27″N)。原州區(qū)冬季寒冷漫長，春季氣溫多變，夏季短暫涼爽，秋季降溫迅速，差異性大；具有春季和夏初雨量偏少，災害性天氣多，區(qū)域降水差異大等氣候特征。原州區(qū)年平均氣溫6.8℃，無霜期120～140 d；年均降水量在300～550 mm之間，自南向北遞減，降水量大多集中在7—9月，平均蒸發(fā)量1 200～1 800 mm；一年四季晴天多、陰天少，日照充足，年均日照時數(shù)2 250～2 700 h；晝夜溫差大，在10～20℃之間。彭陽縣海拔1 248～2 418 m，年降水量450～550 mm，年平均氣溫7.4～8.5℃，日照時數(shù)2 311.2 h，無霜期140～170 d，屬典型的溫帶半干旱大陸性季風氣候。

1.4 測定項目與方法

產(chǎn)量：試驗小區(qū)全部收獲測產(chǎn)，小區(qū)面積12.19 m2。

生育期：采用田間調(diào)查法，如期記錄出苗、返青、拔節(jié)等時期。

農(nóng)藝性狀：包括株高、穗長、有效穗數(shù)、穗下節(jié)長、穗粒數(shù)、單株粒重及千粒重等。在成熟期，每小區(qū)隨機選取10株帶回實驗室，先記錄每株有效穗數(shù)，選取每株主莖、主穗，用鋼卷尺測定單株株高、穗長、穗下節(jié)長；選取主穗，數(shù)其穗粒數(shù)、可育小穗數(shù)、不育小穗數(shù)，計算結(jié)實率；再將每株所有麥穗脫粒，用百分之一電子秤稱取單株粒重，然后計算10株平均株高、穗長、有效穗數(shù)、穗下節(jié)長、穗粒數(shù)、單株粒重等。將10株樣品所有籽粒混合，隨機選取3份1 000粒，用百分之一電子秤稱重，計算平均千粒重。

結(jié)實率=可育小穗數(shù)/每穗小穗數(shù)×100%

抗性：包括抗旱性、抗寒性、抗青干、抗倒伏、越冬率等?？剐詮娙踔饕ㄟ^田間比例確定。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)整理使用Microsoft Excel 2016，數(shù)據(jù)分析使用DPS 10.1軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生態(tài)試驗點品種間產(chǎn)量結(jié)果分析

2.1.1 E1點各品種(系)產(chǎn)量結(jié)果分析 由表2可知，參試的16個材料由于受春季低溫冷害影響產(chǎn)量普遍較低，平均產(chǎn)量2 420.25 kg·hm-2，變幅1 807.50～3 183.15 kg·hm-2。參試材料平均產(chǎn)量較對照‘寧冬16號’增產(chǎn)6.00%，其中‘9924’、‘Z0228-2-2’等10個材料增幅2.52%～39.40%，增產(chǎn)最大的是‘9924’，產(chǎn)量為3 183.15 kg·hm-2，增幅39.40%。通過方差分析(見表2)，參試各品種產(chǎn)量之間差異顯著(0.01

表2 E1點參試材料產(chǎn)量及方差分析

從產(chǎn)量三要素來看(見表3)，參試材料間總穗數(shù)差異較小，僅‘Z0229-4-3’和‘滄2007-1-1-1-1’與對照材料差異達到顯著水平，其余材料間差異及與對照間差異均不顯著；穗粒數(shù)品種間差異顯著，但所有參試材料與對照材料間差異均不顯著；千粒重品種間差異顯著，其中‘隴育0825’、‘隴鑒107’、‘Z0230-2’與對照材料差異顯著。具體來看，所有參試材料單位面積成穗較低，總穗數(shù)在225.4～521.1×104穗·hm-2，高于對照材料有‘隴育0825’等7份材料，最高的是‘2007-1-113’，為521.1×104穗·hm-2；低于對照材料的有‘Z0229-4-3’等8份材料，最低的是滄‘2007-1-1-1-1’，僅為225.4×104穗·hm-2。參試材料穗粒數(shù)在29.1～39.3粒，高于對照材料有7份材料，變幅35.2～39.3粒，較對照材料高0.1～4.1粒；低于對照材料有‘隴育0825’等8份材料變幅29.1～35.2粒，較對照材料低0.1～6.2粒。參試材料千粒重在31.77～43.38 g，高于對照材料有13份材料，變幅33.45～43.38粒，較對照材料高0.47～10.4 g，千粒重最大的是‘隴育0825’，較對照材料高10.4 g；低于對照材料有2份材料，分別為‘NB96022’和‘隴鑒103’，較對照低1.21 ～1.00 g。

表3 E1點參試材料產(chǎn)量構(gòu)成因素

2.1.2 E2點各品種(系)產(chǎn)量及構(gòu)成因素 由表4可知，參試材料與對照間差異均達到顯著水平。共參試16個品種(系)，產(chǎn)量介于3 448.5～5 024.9 kg·hm-2之間，平均產(chǎn)量4 453.8 kg·hm-2，較對照材料增產(chǎn)的有10份材料，增產(chǎn)幅度為12.43%～20.71%，增產(chǎn)最大的是‘長5385-1-2’，增產(chǎn)20.71%，增產(chǎn)幅度最小的是‘NB96022’，增產(chǎn)12.43%；較對照材料減產(chǎn)的有5份材料，減產(chǎn)-17.16%～-10.65%，減產(chǎn)幅度最大的是‘Z0230-2’，減產(chǎn)17.16%。從產(chǎn)量三要素來看，參試材料總穗數(shù)在330.0×104～540.0×104穗·hm-2，平均總穗數(shù)420×104穗·hm-2，‘9924’、‘隴育0825’、‘長5385-1-2’、‘滄2007-1-1-1-1’、‘Z0230-2’、‘隴育0825’、‘Z0229-4-3’和‘Z0309-18-2’的總穗數(shù)與對照材料間差異顯著，其中高于對照材料的有5份材料，最高的是‘9924’，為540.0×104穗·hm-2，較對照高75.0×104穗·hm-2；低于對照材料的有10份材料，總穗數(shù)最低的是‘長5385-1’，為330.0×104穗·hm-2，較對照材料低135.0×104穗·hm-2。參試材料穗粒數(shù)在21.6～36.0粒·穗-1，平均穗粒數(shù)29.3粒·穗-1，‘Z0228-2-2’、‘隴鑒107’和‘隴育0825’的穗粒數(shù)與對照材料間差異顯著，較對照材料高的有4份材料，穗粒數(shù)最高的是‘Z0229-4-3’，為36.0粒·穗-1，較對照高4.0?！に?1；較對照材料低的有11份材料，其中穗粒數(shù)最低的是‘隴育0825’，為21.6?！に?1，較對照低10.4?！に?1。參試材料千粒重為21.40～42.00 g，平均千粒重34.45 g，‘隴鑒107’、‘Z0228-2-2’、‘9924’、‘隴育0825’的千粒重與對照材料間差異顯著，所有參試材料千粒重都較對照材料高，千粒重最高的是‘隴鑒107’，為40.58 g，較對照高12.15 g。

表4 E2點參試材料產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

2.2 兩試驗點間產(chǎn)量對比分析

參試材料16份同時種植在E1與E2兩個試驗點，由于兩點在降水量及氣溫方面均有所差異，導致同一參試材料在產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀各方面都有差異，有些品種差異較明顯。

由圖1可知，與對照材料相比，在E1與E2兩點同時增產(chǎn)的有6份材料，分別是‘Z0228-2-2’、‘隴鑒103’、‘隴中1號’、‘9924’、‘Z0231-3-1’和‘長5385-1-2’；同時減產(chǎn)的有1份材料，是‘滄2007-1-1-1-1’；在E1點增產(chǎn)、E2點減產(chǎn)的有4份材料，分別是‘隴育0825’、‘Z0229-4-3’、‘Z0309-18-2’、‘Z0230-2’ ；在E1點減產(chǎn)、E2點增產(chǎn)的有4份材料，分別是‘NB96022’、‘隴鑒107’、‘長5385-1’和‘2007-1-113’。

通過2019—2020年多點試驗統(tǒng)計分析(見表5)可以看出，地點間差異達到極顯著水平，而品種間差異不顯著，品種×地點互作也不顯著。

表5 2019—2020年多點試驗統(tǒng)計分析

2.3 兩試驗點間農(nóng)藝性狀對比分析

從農(nóng)藝性狀來看，除‘Z0229-4-3’和‘9924’外，E1點各品種的株高整體較E2點低(圖2)，各品種(系)株高在兩點變化趨勢基本一致，受地點的影響較大。E1點各品種(系)穗粒數(shù)整體較E2點高(圖3)，穗粒數(shù)在兩試驗點間的變化趨勢也基本一致，但‘隴鑒107’、‘滄2007-1-1-1-1’和‘9924’穗粒數(shù)在兩點間差異較大。兩試驗點千粒重變化差異較大(圖4)，且各品種(系)千粒重在兩試驗點變化高低交錯，其中E1點‘隴育0825’、‘Z0229-4-3’、‘長5385-1’、‘隴中1號’、‘Z0309-18-2’、‘Z0231-3-1’、‘Z0230-2’、“長5385-1-2”‘2007-1-113’及對照‘寧冬16號’10份材料千粒重大于E2點。參試16個品種(系)中，在E1點‘隴育0825’等11份材料的不實小穗率高于E2點(圖5)，‘Z0228-2-2’等5個品種(系)低于E2點；兩試驗點不實小穗率超過5%的品種(系)有10個，占參試材料的62.5%，這也是2019—2020年度小麥整體減產(chǎn)的主要原因。

2.4 參試品種的豐產(chǎn)性及其穩(wěn)定性分析

通過對參試16份材料在2個試驗點的數(shù)據(jù)分析(表6)，‘9924’和‘Z0231-3-1’產(chǎn)量最高(產(chǎn)量位次分別為1和2)，互作效應值較大，互作方差較小，變異系數(shù)較小，且回歸系數(shù)b<1，說明這兩個品種高產(chǎn)，且具有超平均穩(wěn)定性，廣適性較好，綜合評價為“很好”?！甖0228-2-2’、‘長5385-1-2’和‘隴鑒103’具有較高產(chǎn)量(產(chǎn)量位次分別為3、4、5)，效應值小于‘9924’和‘Z0231-3-1’，但大于其它品種，介于13.1724～27.3944，方差值94.800～523.614，變異系數(shù)較小，且回歸系數(shù)b>1但接近1，介于1.0960～1.2256，因此，這3個品種具有較好的穩(wěn)定性，綜合評價為“好”?！]鑒107’、‘隴中1號’、‘長5385-1’、‘NB96022’、‘2007-1-113’和‘隴育0825’產(chǎn)量位次6～11，效應值較小，方差較大，變異系數(shù)較大，且回歸系數(shù)b>1，說明這5個品種環(huán)境穩(wěn)定性較低，綜合評價為“一般”。對照材料‘寧冬16號’平均產(chǎn)量排位12，效應值較高，方差值0.001，變異度0.018，回歸系數(shù)b=1，屬平均穩(wěn)定性品種。‘Z0229-4-3’、‘Z0309-18-2’、‘Z0230-2’和‘滄2007-1-1-1-1’產(chǎn)量較低，方差值較大，變異系數(shù)較高，回歸系數(shù)b<1,屬低產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)類型，綜合評價‘較差’。

表6 參試材料豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性分析

2.5 參試冬小麥品種聚類分析

16個品種(系)根據(jù)兩點產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀等16個指標，采用可變類平均聚類法進行系統(tǒng)聚類分析。圖6所示為E1點供試材料，在卡方距離1.5967處將16個品種(系)分為4大類，第1類為‘NB96022’、‘長5385-1’和‘寧冬16號’3個品種(系)；第2類為‘Z0229-4-3’和‘滄2007-1-1-1-1’2個品種(系)；第3類為‘隴育0825’、‘隴鑒107’、‘Z0228-2-2’、‘隴鑒103’、‘隴中1號’、‘9924’、‘Z0309-18-2’、‘Z0231-3-1’、‘長5385-1-2’和‘2007-1-113’10個品種(系)；第4類為‘Z0230-2’，單獨成類。圖7所示為E2點供試材料，采用同樣的方法，在卡方距離1.3582處聚為4類，第1類為‘Z0229-4-3’和‘寧冬16號’2個品種(系)；第2類為‘隴育0825’、‘NB96022’、‘隴鑒107’、‘長5385-1’、‘Z0228-2-2’、‘隴鑒103’、‘隴中1號’、‘9924’和‘長5385-1-2’9個品種(系)；第3類為‘滄2007-1-1-1-1’、‘Z0309-18-2’、‘2007-1-113’和‘Z0231-3-1’ 4個品種(系)；第4類為‘Z0230-2’，單獨成類。環(huán)境不同，聚類結(jié)果有所不同，但Z0230-2在兩試驗點均單獨成類，‘隴育0825’、‘隴鑒107’、‘Z0228-2-2’、‘隴鑒103’、‘隴中1號’、‘9924’和‘長5385-1-2’在兩試驗點均聚為一類。由表7可知，E1點第1類表現(xiàn)為大穗高產(chǎn)型；第2類總穗數(shù)最高，但不實小穗率也最高，屬多穗低產(chǎn)型；第3類株高最高，穗粒數(shù)最多，株莖稈籽?？傊刈畲螅a(chǎn)量居中，屬中產(chǎn)多粒型；第4類產(chǎn)量、穗粒數(shù)居中，千粒重最大，屬中產(chǎn)大粒型。由表8可知，E2點第1類總穗數(shù)最大，產(chǎn)量較低，與E1點第二類相同，屬多穗低產(chǎn)型；第2類產(chǎn)量最高，穗粒數(shù)最多，屬多穗高產(chǎn)型；第3類產(chǎn)量居中，千粒重、株高、穗長、穗下節(jié)長最大，屬大粒中產(chǎn)型；第4類產(chǎn)量最低，千粒重、穗長最小，穗粒數(shù)居中，屬低產(chǎn)類型。

表7 供試品種(系)聚類分析各類別標準化轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)(E1)

表8 供試品種(系)聚類分析各類別標準化轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)(E2)

3 討 論

作物產(chǎn)量受基因、環(huán)境、基因×環(huán)境互作[15-19]以及栽培措施[20]等的綜合影響。在全球變暖的背景下，在我國則體現(xiàn)為暖冬、倒春寒等極端天氣事件的不斷發(fā)生[21-22]。低溫是影響小麥生長發(fā)育的主要氣象災害之一，小麥遭受低溫凍害是其本身抗寒力弱與外界低溫綜合作用的結(jié)果[23]。拔節(jié)期和孕穗期是冬小麥發(fā)育的特殊時期，拔節(jié)期冬小麥正處于幼穗分化的關(guān)鍵時期，是小穗和小花數(shù)目增加的主要時期，此時小麥抗低溫能力相比于越冬期迅速減弱[24]，小于0℃的低溫可對幼穗造成傷害，加速小花退化，使可孕小花數(shù)下降，導致小麥產(chǎn)量降低[25]。小麥進入脫寒鍛煉狀態(tài)[26]，抗低溫能力也是逐漸減弱；在孕穗期，低于4℃的溫度就可能對小麥旗葉和幼穗造成嚴重傷害，影響后期干物質(zhì)生產(chǎn)和穗發(fā)育。寧夏南部地區(qū)每年都會遭遇倒春寒的影響，局部地區(qū)會造成嚴重減產(chǎn)，甚至絕收。2020年4月3日至5日連續(xù)低溫霜凍，致使冬小麥不育小穗數(shù)明顯增多，從而導致減產(chǎn)。根據(jù)研究結(jié)果來看，‘Z0229-4-3’、‘隴鑒107’、‘隴鑒103’、‘9924’和‘Z0230-2’在兩試驗點的不實小穗率都較低，穗粒數(shù)較高，可用作親本材料來改良其它材料的耐倒春寒能力。但‘Z0229-4-3’分蘗力較低，‘Z0230-2’抗旱性較差，因此，‘隴鑒107’、‘隴鑒103’和‘9924’是較適宜的親本材料，也可以利用這3份材料對‘Z0229-4-3’和‘Z0230-2’加以改良。另外，應從栽培技術(shù)或植物保護方面入手，研究人員應創(chuàng)新栽培技術(shù)，提高農(nóng)藝措施，防止春季低溫的影響，植物保護研究人員應研發(fā)有效的植物保護措施，防止春季低溫造成的影響，將損失降到最低。

從產(chǎn)量結(jié)果來看，‘Z0228-2-2’、‘隴鑒103’、‘隴中1號’、‘9924’、‘Z0231-3-1’和‘長5385-1-2’6個品種(系)在兩點試驗中都較對照增產(chǎn)，豐產(chǎn)性較好，其中兩點均增產(chǎn)10%以上的有‘Z0228-2-2’、‘隴鑒103’、‘9924’、‘Z0231-3-1’和‘長5385-1-2’等5個品種(系)，且根據(jù)穩(wěn)定性參數(shù)來看，互作效應值較大，互作方差較小，變異系數(shù)較小，回歸系數(shù)接近于1，所以穩(wěn)定性較好，綜合評價達到好或很好，這5個品種(系)在兩個試驗區(qū)域有較好的發(fā)展?jié)摿?，可作為廣適性品種的重點選育對象。其他參試品種(系)豐產(chǎn)性較差，但從農(nóng)藝性狀等方面來看，每個品種(系)都有其特性，譬如，‘隴育0825’，其籽粒較大，屬大粒型品種；‘Z0230-2’株高較低，可作為培育機械化收割的親本資源。只要加以合理的開發(fā)利用，這些材料都可作為具有某種特殊性狀的種質(zhì)資源。

從兩點間產(chǎn)量方差分析來看，產(chǎn)量變異的主要來源是地點，即試驗點間的差異是導致產(chǎn)量差異顯著的主要因素。由此可見，原州區(qū)中河鄉(xiāng)高坡村(E1)和彭陽縣玉洼村(E2)間環(huán)境差異明顯，在兩點間選育的同時增產(chǎn)的品種廣適性具有一定代表性。但同時應看到，品種間、品種與地點間互作均不顯著，也就是說，參試材料中缺乏產(chǎn)量較突出的基因型，也缺乏具有特殊環(huán)境適應性的基因型。為進一步提升品種選育的質(zhì)量，應在選配組合時選擇高產(chǎn)類型的親本，另一親本則選擇在主要性狀方面能與之互補的類型。

4 結(jié) 論

1)篩選出適宜原州區(qū)中河鄉(xiāng)高坡村(E1)和彭陽縣玉洼村(E2)種植的品種(系)6個，分別是‘9924’、‘Z0231-3-1’、‘Z0228-2-2’、‘長5385-1-2’、‘隴鑒103’和‘隴中1號’，其中在兩個試驗點增產(chǎn)幅度大于10%的有‘9924’、‘Z0231-3-1’、‘Z0228-2-2’、‘長5385-1-2’和‘隴鑒103’5個品種(系)；僅適宜E1點的有‘隴育0825’、‘Z0229-4-3’、‘Z0309-18-2’和‘Z0230-2’4個品種(系)；僅適宜E2點的有‘NB96022’、‘隴鑒107’、‘長5385-1’和‘2007-1-113’4個品種(系)。

2)與對照材料‘寧冬16號’相比，‘9924’和‘Z0231-3-1’屬超平均穩(wěn)定性品種，廣適性較好；‘Z0228-2-2’、‘長5385-1-2’和‘隴鑒103’屬穩(wěn)定性品種。這5個品種在生產(chǎn)中具有較高的應用潛力，應進一步深入研究。