黃淮冬麥區(qū)南片氣象因子對(duì)不同品種小麥籽粒特性的影響*

柏軍兵，常旭虹，王德梅，楊玉雙，王玉嬌，郭丹丹，劉哲文，王艷杰**，石書兵，趙廣才**

黃淮冬麥區(qū)南片氣象因子對(duì)不同品種小麥籽粒特性的影響*

柏軍兵1,2，常旭虹1，王德梅1，楊玉雙1，王玉嬌1,2，郭丹丹1,2，劉哲文1,2，王艷杰1**，石書兵2**，趙廣才1**

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京 100081；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052）

2020/2021年度在黃淮冬麥區(qū)南片的4個(gè)省份分別設(shè)置大田試驗(yàn)，選擇周麥18、周麥36及愛民藍(lán)麥1號(hào)3個(gè)不同品質(zhì)類型的冬小麥品種，分析比較不同氣象因子對(duì)3個(gè)品種小麥產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：不同小麥品種特性和試驗(yàn)點(diǎn)生態(tài)環(huán)境對(duì)小麥籽粒長(zhǎng)寬、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響均達(dá)到顯著水平，其中籽粒長(zhǎng)度、株高及產(chǎn)量受環(huán)境條件的影響大于品種基因型，而籽粒寬度、產(chǎn)量三要素、籽粒淀粉、蛋白質(zhì)和纖維素含量受品種基因型的影響大于環(huán)境條件。從不同試驗(yàn)點(diǎn)氣象因子來看，籽粒長(zhǎng)寬和千粒重表現(xiàn)一致，主要受抽穗?灌漿中期水分的正向調(diào)控和拔節(jié)?成熟期氣溫的負(fù)向調(diào)控；株高主要受拔節(jié)期水分和氣溫的正向調(diào)控；產(chǎn)量和穗粒數(shù)主要受抽穗期水分和氣溫、灌漿中期水分的正向調(diào)控；有效穗數(shù)主要受拔節(jié)?抽穗期日照時(shí)數(shù)的正向調(diào)控。籽粒淀粉含量受拔節(jié)后氣溫、水分的正向調(diào)控，受揚(yáng)花后期日照時(shí)數(shù)的負(fù)向調(diào)控，籽粒蛋白質(zhì)含量則與其相反，纖維素主要受抽穗?灌漿中期水分的正向調(diào)控。綜上所述，不同小麥品種特性和試驗(yàn)點(diǎn)生態(tài)環(huán)境對(duì)小麥籽粒長(zhǎng)寬、產(chǎn)量及品質(zhì)均存在顯著影響；拔節(jié)后的平均氣溫、總供水量及總?cè)照諘r(shí)數(shù)對(duì)小麥籽粒表型、產(chǎn)量及品質(zhì)性狀的影響存在差異。

氣象因子；小麥品種；產(chǎn)量；品質(zhì)；相關(guān)分析

適宜的生態(tài)環(huán)境和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種是小麥實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的關(guān)鍵因子。目前，小麥種植區(qū)域廣泛，品種資源豐富，適宜不同生態(tài)區(qū)的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品種也不盡相同[1]。然而，生產(chǎn)上普遍存在同一小麥品種在同一生態(tài)區(qū)受不同氣象因素的影響導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)性狀差異較大。因此，探究不同生態(tài)環(huán)境條件對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)形成的影響對(duì)穩(wěn)定籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)至關(guān)重要。相關(guān)研究表明，小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的形成受基因型、環(huán)境及其交互作用的影響很大[2?3]，小麥本身的品種特性是決定其產(chǎn)量和品質(zhì)的基礎(chǔ)[4?5]，優(yōu)異基因是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的必要條件，但產(chǎn)量基因是數(shù)量性狀，同時(shí)還受地域的影響。前人研究表明影響品種產(chǎn)量穩(wěn)定性的主要因素之一是互作效應(yīng)，不同基因型品種與不同環(huán)境之間存在明顯的互作效應(yīng)，加劇了選育廣適性品種的難度[6]。吳冰潔等[7]研究表明，氣象因子對(duì)華北平原冬小麥產(chǎn)量變異影響程度表現(xiàn)為平均氣溫＞日照時(shí)數(shù)＞降水量。石書兵[8]研究了不同類型小麥品種在不同環(huán)境下的產(chǎn)量變異規(guī)律，發(fā)現(xiàn)不同環(huán)境條件對(duì)小麥產(chǎn)量有顯著差異，品種與地點(diǎn)間的互作效應(yīng)也達(dá)到極顯著差異。小麥的主要品質(zhì)性狀都受遺傳基因的控制，優(yōu)質(zhì)的遺傳基礎(chǔ)是品質(zhì)優(yōu)良的前提，但大部分品質(zhì)性狀在遺傳上都是數(shù)量性狀，容易受環(huán)境條件的影響，小麥不同品質(zhì)性狀對(duì)基因型和環(huán)境條件的響應(yīng)有所不同[9]。環(huán)境條件對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)含量和濕面筋含量的影響大于基因型影響[10]?？偟矸酆渴芑蛐偷挠绊懘笥诃h(huán)境條件[11]。曹俊梅等[12]指出基因型和地域均對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)性狀有重要影響，應(yīng)根據(jù)不同小麥的品質(zhì)特性和各地域特點(diǎn)進(jìn)行合理布局以充分發(fā)揮小麥的品質(zhì)潛力。Rharrabti等[13]在西班牙的3個(gè)生態(tài)區(qū)研究了10個(gè)小麥品種的品質(zhì)變異，結(jié)果表明蛋白含量受地域影響較大，同時(shí)指出地域?qū)ζ焚|(zhì)的影響主要是由氣象因子引起的。丁媛媛[14]通過研究50a的氣象因子變化對(duì)魯西南小麥的影響發(fā)現(xiàn)，小麥產(chǎn)量與生育期內(nèi)平均溫度呈負(fù)相關(guān)，與降水量呈正相關(guān)。諸多研究認(rèn)為，小麥抽穗?成熟期光照充足、干旱少雨的環(huán)境有利于蛋白質(zhì)含量提高，而不利于淀粉含量的提高[15?16]；生育后期溫度與蛋白質(zhì)[17]、淀粉含量[18?19]均呈正相關(guān)。對(duì)于土壤水分或者降水量，過多或過少均不利于籽粒產(chǎn)量的提高，且導(dǎo)致籽粒品質(zhì)也相對(duì)降低。有研究發(fā)現(xiàn)，抽穗?成熟期水分減少時(shí)，小麥籽粒蛋白質(zhì)含量增加[20]。因此，深入探討生態(tài)環(huán)境條件，特別是氣象因子對(duì)不同小麥品種產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，對(duì)進(jìn)一步發(fā)揮同一生態(tài)區(qū)的不同氣象條件優(yōu)勢(shì)，選擇適宜的小麥品種，推動(dòng)小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種植具有重要理論和現(xiàn)實(shí)意義。

前人多對(duì)同一小麥品種種植在不同生態(tài)環(huán)境進(jìn)行的研究，且根據(jù)小麥生長(zhǎng)時(shí)期跨度的不同所得結(jié)論也不盡相同，而本試驗(yàn)選擇不同品質(zhì)類型的小麥品種種植在同一生態(tài)區(qū)的不同氣象條件下，通過比較小麥籽粒長(zhǎng)寬值、產(chǎn)量及品質(zhì)指標(biāo)，探討基因型和環(huán)境及其互作對(duì)小麥產(chǎn)量及品質(zhì)指標(biāo)的影響，以期為小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的穩(wěn)步提高提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020?2021年在黃淮冬麥區(qū)南片的河南、江蘇、安徽和陜西四省進(jìn)行，在各省選擇一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，分別為安陽(yáng)（A1，河南省安陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院36°1′N、114°35′E）、連云港（A2，江蘇省連云港農(nóng)業(yè)科學(xué)院，33°8′N、116°3′E）、淮北（A3，安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院淮北柳湖農(nóng)場(chǎng)，34°33′N、119°18′E）、咸陽(yáng)（A4，陜西省咸陽(yáng)市三原縣渠岸鎮(zhèn)渠岸村，34°62′N、108°93′E）。選擇生產(chǎn)上種植較為廣泛的3個(gè)不同品質(zhì)類型的品種：周麥18（B1，中筋品種）、周麥36（B2，強(qiáng)筋品種）和愛民藍(lán)麥1號(hào)（B3，彩色品種）。3個(gè)品種的種植方式均采用條播，行距為20cm，基本苗為270萬株·hm?2，每個(gè)品種設(shè)置3個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積13.3m2。小麥拔節(jié)期以后根據(jù)各地降水情況進(jìn)行適時(shí)補(bǔ)充灌溉，保證小麥全生育期供水量不低于400mm，灌溉方式采用漫灌。小麥拔節(jié)期以后統(tǒng)計(jì)所有降水量和灌溉量。溫度及日照時(shí)數(shù)按小麥不同生育時(shí)期進(jìn)行累計(jì)，氣象數(shù)據(jù)由各試驗(yàn)點(diǎn)提供。田間施氮量與黃淮海南片區(qū)域試驗(yàn)相同，均選取當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)肥力相對(duì)中上水平的土壤，試驗(yàn)中土壤基礎(chǔ)肥力之間的差異忽略不計(jì)。生育期間及時(shí)觀察病蟲害狀況，隨時(shí)預(yù)防。成熟期取樣進(jìn)行室內(nèi)考種，每個(gè)小區(qū)全部實(shí)收測(cè)產(chǎn)。各試驗(yàn)點(diǎn)小麥部分生育時(shí)期見表1。

1.2 各試驗(yàn)點(diǎn)小麥拔節(jié)?成熟期不同階段溫光水情況

各試驗(yàn)地點(diǎn)小麥拔節(jié)期后的氣溫、總供水量及日照時(shí)數(shù)等氣象因子在不同生育時(shí)期的變化情況見圖1。從不同生育階段的供水量看，安陽(yáng)點(diǎn)在拔節(jié)期供水量最多（72.9mm），咸陽(yáng)點(diǎn)在抽穗期供水量最多（26.2mm），連云港點(diǎn)在揚(yáng)花?灌漿中期供水量最多（59.3mm），淮北和安陽(yáng)在灌漿中期?成熟期的供水量較其他兩個(gè)地點(diǎn)高。不同生育階段的平均氣溫看，連云港點(diǎn)在整個(gè)生育后期氣溫均最低，安陽(yáng)點(diǎn)除抽穗期外，在其他時(shí)期的平均氣溫均較高（15.0～23.0℃），其次是咸陽(yáng)（13.0～23.0℃）、淮北（13.5～21.5℃）。4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)在不同生育時(shí)期的總?cè)照諘r(shí)數(shù)變化趨勢(shì)一致，均在灌漿中期?成熟期達(dá)到最大值，咸陽(yáng)點(diǎn)在拔節(jié)期、抽穗期的總?cè)照諘r(shí)數(shù)為最小值，在灌漿中期?成熟期達(dá)到最大值175h。

1.3 小麥籽粒特性項(xiàng)目測(cè)定

1.3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

收獲前于田間準(zhǔn)確測(cè)定單位面積穗數(shù)；取樣點(diǎn)植株進(jìn)行室內(nèi)考種，包括穗粒數(shù)、千粒重；成熟后全小區(qū)收獲，測(cè)定產(chǎn)量。

表1 各試驗(yàn)地點(diǎn)小麥部分生育時(shí)期日期(mm-dd)

注：A1代表安陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)，A2代表連云港試驗(yàn)點(diǎn)，A3代表淮北試驗(yàn)點(diǎn)，A4代表咸陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)。B1代表周麥18，B2代表周麥36，B3代表愛民藍(lán)麥1號(hào)。下同。

Note: A1 is Anyang station, A2 is Lianyungang station, A3 is Huaibei station and A4 is Xianyang station. B1 is Zhoumai 18, B2 is Zhoumai 36 and B3 is Aiminlanmai 1.The same as below.

圖1 各試驗(yàn)地點(diǎn)小麥拔節(jié)?成熟期不同階段溫光水情況

注：D1－拔節(jié)期，D2－抽穗期，D3－揚(yáng)花?灌漿中期，D4－灌漿中期?成熟期。下同。

Note: D1 is jointing date, D2 is heading date, D3 is flowering to mid filling date, D4 is mid filling to maturity date. The same as below.

1.3.2 籽粒長(zhǎng)寬值

取不同試驗(yàn)點(diǎn)不同小麥品種籽粒若干，籽粒腹溝朝下排放，利用萬深稻麥性狀測(cè)定儀（SC-G型）進(jìn)行無影拍照，獲得高質(zhì)量電子圖片，測(cè)定粒長(zhǎng)、粒寬。

1.3.3 籽粒蛋白質(zhì)、淀粉及纖維素含量

蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用凱氏定氮法。成熟期粉碎后稱取全麥粉0.100±0.001g于消化管中，加入適量催化劑，在消解儀420℃下消化85min，冷卻后用K9840凱氏定氮儀（上海）測(cè)定耗酸量，計(jì)算得到籽粒蛋白質(zhì)含量。

參考高俊鳳等[21]的高氯酸?硫酸蒽酮法測(cè)定籽粒淀粉含量，稀釋適宜倍數(shù)后，測(cè)定620nm處吸光值；將測(cè)定淀粉含量時(shí)的沉淀依次使用NaOH、熱蒸餾水和丙酮洗滌2～3次，然后向沉淀中加入一定量的60%H2SO4轉(zhuǎn)移至4℃冰箱冷水解12h以上，再使用硫酸蒽酮法測(cè)定其在620nm處的吸光值，通過配置葡萄糖、纖維素標(biāo)準(zhǔn)液獲得標(biāo)準(zhǔn)曲線，進(jìn)而得到籽粒淀粉及纖維素含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用DPS軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，應(yīng)用Microsoft Excel 2016和R軟件作圖。采用Duncan新負(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。采用R軟件繪制網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行氣象因子與各測(cè)定指標(biāo)之間的關(guān)系標(biāo)示。影響程度分析表示所測(cè)定指標(biāo)的品種基因型、環(huán)境及其互作效應(yīng)平方和所占總平方和的百分?jǐn)?shù)[22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣象因子對(duì)小麥籽粒長(zhǎng)度和寬度的影響

由圖2a、圖2b可見，籽粒長(zhǎng)寬受試驗(yàn)地點(diǎn)的影響。從平均值看，在連云港和咸陽(yáng)站種植的小麥，籽粒長(zhǎng)度為最大和次大，籽粒寬度也顯著大于其他兩個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，表明連云港和咸陽(yáng)的生態(tài)環(huán)境更有利于增加小麥籽粒大小。圖2c、圖2d顯示，不同品種間比較，愛民藍(lán)麥1號(hào)（B3）相對(duì)較長(zhǎng)，周麥18（B1）相對(duì)較寬，周麥36（B2）處于中間水平。

小麥籽粒的長(zhǎng)寬值既受品種遺傳特性的影響，同時(shí)也受到生態(tài)環(huán)境及其互作效應(yīng)的影響，因此，進(jìn)一步對(duì)籽粒長(zhǎng)寬值受基因型、環(huán)境條件及其互作影響程度進(jìn)行分析（表2），試驗(yàn)點(diǎn)和品種對(duì)小麥籽粒長(zhǎng)度和寬度的影響通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，兩者互作效應(yīng)對(duì)籽粒寬度的影響也通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，而且小麥籽粒寬度受品種基因型的影響較大，籽粒長(zhǎng)度受試驗(yàn)點(diǎn)環(huán)境的影響遠(yuǎn)大于基因型。

圖2 四個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)3個(gè)品種小麥籽粒長(zhǎng)寬值的統(tǒng)計(jì)比較

注：方框上、中、下的橫線Q1、Q3和Q2分別代表上四分位數(shù)、中位數(shù)和下四分位數(shù)；上、下方線段代表的數(shù)值分別指數(shù)據(jù)最大值和最小值，方框以外的點(diǎn)代表離群值。圖示上方數(shù)值表示兩兩變量間的P值，“*”表示差異顯著，而“ns”表示差異不顯著。下同。

Note: The horizontal lines Q1, Q3and Q2on the top, middle and bottom of the box represent the upper quartile, median and lower quartile, respectively; The values represented by the upper and lower line segments refer to the maximum and minimum values of the data, respectively, and the points outside the box represent outliers. The value above the figure indicates the P value between two variables, "*" indicates that there is a significant difference, while "ns" indicates that the difference is not significant. The same as below.

表2 籽粒長(zhǎng)寬受基因型、環(huán)境型及其互作影響程度和方差分析

注：*、**分別表示F值通過0.05、0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。下同。

Note:*,**respectively indicate that the F value has passed the significance test at the level of 0.05 and 0.01. The same as below.

分析氣溫、水分和日照時(shí)數(shù)與籽粒長(zhǎng)寬的相關(guān)性，結(jié)果見圖3。由圖可見，氣溫和水分與籽粒發(fā)育程度的關(guān)系較為密切。籽粒長(zhǎng)度與抽穗期和揚(yáng)花?灌漿中期供水量（R2和R3）呈正相關(guān)，與拔節(jié)期和灌漿中期?成熟期供水量（R1和R4），拔節(jié)期、抽穗期、揚(yáng)花?灌漿和灌漿中期?成熟期平均氣溫（T1、T2、T3、T4），以及拔節(jié)期和揚(yáng)花?灌漿中期日照時(shí)數(shù)（S1及S3）呈負(fù)相關(guān)；籽粒寬度與抽穗期和揚(yáng)花?灌漿中期供水量（R2和R3）和抽穗期日照時(shí)數(shù)（S2）呈正相關(guān)，與拔節(jié)期和灌漿中期?成熟期供水量（R1和R4）、拔節(jié)期和揚(yáng)花?灌漿期平均氣溫（T1和T3）呈負(fù)相關(guān)?？梢?，小麥籽粒的長(zhǎng)寬既受品種遺傳特性的影響，同時(shí)也受到生態(tài)環(huán)境及互作效應(yīng)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，籽粒長(zhǎng)寬主要受供水量及平均氣溫的影響。

圖3 不同階段氣象因子與小麥籽粒長(zhǎng)寬值的相關(guān)系數(shù)

注：圖中僅給出相關(guān)系數(shù)取值∣r∣>0.3的因子，紅色代表正相關(guān)，藍(lán)紫色代表負(fù)相關(guān)，顏色深淺表示相關(guān)性強(qiáng)弱?；疑叫未聿煌瑲庀笠蜃?，灰色圓圈代表不同指標(biāo)。R1、R2、R3和R4分別為拔節(jié)期、抽穗期、揚(yáng)花?灌漿中期和灌漿中期?成熟期供水量；T1、T2、T3和T4分別為拔節(jié)期、抽穗期、揚(yáng)花?灌漿和灌漿中期?成熟期平均氣溫；S1、S2、S3和S4分別為拔節(jié)期、抽穗期、揚(yáng)花?灌漿中期和灌漿中期?成熟期總?cè)照諘r(shí)數(shù)。下同。

Note:Only factors with correlation coefficient value ∣r∣> 0.3 are shown in the figure. Red represents positive correlation, blue purple represents negative correlation, and color depth represents correlation strength. The grey square represents different meteorological hardness, and the grey circle represents different indicators. R1, R2, R3 and R4 are total water supply in jointing stage, heading stage, flowering to mid filling stage, and mid filling to maturity stage, respectively; T1, T2, T3 and T4 are average temperature in jointing stage, heading stage, flowering to mid filling stage, mid filling to maturity stage, respectively; S1, S2, S3 and S4 are total sunshine hours in jointing stage, heading stage, flowering to mid filling stage and mid filling to maturity stage, respectively. The same as below.

2.2 氣象因子對(duì)小麥株高及產(chǎn)量性狀的影響

由表3可知，試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)小麥株高、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重及籽粒產(chǎn)量的影響通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)；品種對(duì)小麥株高、穗粒數(shù)、千粒重及籽粒產(chǎn)量的影響通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)，品種對(duì)有效穗數(shù)的影響通過了0.05水平的顯著性檢驗(yàn)；兩者互作效應(yīng)對(duì)小麥株高、千粒重及籽粒產(chǎn)量的影響也通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。在不同環(huán)境條件下，株高以安陽(yáng)最高且顯著高于其他地點(diǎn)，穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量在咸陽(yáng)最高，相比其最低值分別增加了54.2%和33.4%，而千粒重在連云港最大，相比其最低值增加了28.4%，有效穗數(shù)在不同試驗(yàn)點(diǎn)無顯著差異。從不同品種看，周麥18除株高外，產(chǎn)量、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均高于或顯著高于其他兩個(gè)品種；周麥36的株高和千粒重最小，但產(chǎn)量、有效穗數(shù)和穗粒數(shù)均顯著高于藍(lán)粒小麥；藍(lán)粒小麥的平均株高達(dá)到91.4cm，千粒重最高，產(chǎn)量最低。

分析小麥株高及產(chǎn)量性狀受品種、環(huán)境及其互作的影響程度（表4）發(fā)現(xiàn)，小麥株高和產(chǎn)量受環(huán)境的影響明顯高于基因型；有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重受基因型的影響大于環(huán)境。

對(duì)氣象因子與小麥株高產(chǎn)量性狀進(jìn)行相關(guān)性（∣r∣>0.3）分析（圖4）可知，株高與R1、T1、T3、S3、S4呈正相關(guān)；籽粒產(chǎn)量與R2、R3、T2和S4呈正相關(guān)，與R1、R4、T1、T3、S1和S2呈負(fù)相關(guān)。進(jìn)一步對(duì)氣象因子與產(chǎn)量三要素的相關(guān)性分析可知，有效穗數(shù)與S1、S2及R4呈正相關(guān)，與R2、T2、T4、S3和S4呈負(fù)相關(guān)；千粒重與R2、R3和S2呈正相關(guān)，與R4、T1、T2、T3和T4呈負(fù)相關(guān)；穗粒數(shù)與R2、R3、T2、T4和S4呈正相關(guān)，與R1、S1、S2和R4呈負(fù)相關(guān)。

2.3 氣象因子對(duì)小麥籽粒淀粉、蛋白質(zhì)及纖維素含量的影響

由圖5可知，試驗(yàn)點(diǎn)和品種對(duì)籽粒淀粉、蛋白質(zhì)及纖維素含量的影響通過了0.05水平的顯著性檢驗(yàn)。籽粒淀粉、蛋白質(zhì)及纖維素含量受到試驗(yàn)點(diǎn)的影響，從平均值來看，籽粒淀粉含量以安陽(yáng)（A1）試驗(yàn)點(diǎn)最高，蛋白質(zhì)含量以連云港（A2）試驗(yàn)點(diǎn)最高，纖維素含量在咸陽(yáng)（A4）試驗(yàn)點(diǎn)最高。從不同品種比較，周麥18（B1）的淀粉含量最高，周麥36（B2）的蛋白質(zhì)含量最高，愛民藍(lán)麥1號(hào)（B3）的纖維素含量最高，相比各指標(biāo)含量在不同品種間的最低值，淀粉、蛋白質(zhì)及纖維素含量分別增加了4.25%、11.35%和4.63%。

表3 不同環(huán)境對(duì)不同品種小麥株高及產(chǎn)量性狀的影響

注：每列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著；*、**分別表示F值通過0.05、0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。下同。

Note: Different lowercase letters in each column indicate the difference P<0.05;*,**indicate that the F value has passed the significance test at the level of 0.05 and 0.01, respectively. The same as below.

表4 株高和產(chǎn)量性狀受品種基因型、試驗(yàn)點(diǎn)環(huán)境及其互作的影響程度(%)

圖4 不同階段氣象因子與小麥株高及產(chǎn)量性狀的相關(guān)系數(shù)

圖5 不同環(huán)境對(duì)各品種小麥籽粒淀粉、蛋白質(zhì)及纖維素含量的影響

注：不同小寫字母表示不同環(huán)境條件和小麥品種對(duì)籽粒品質(zhì)的影響達(dá)到顯著水平（P<0.05）。短線表示均方誤。

Note:Different mall letters on the column indicate that the effects of different environmental conditions and wheat varieties on grain quality reach a significant level (P<0.05), and the short line indicates mean square error.

對(duì)籽粒淀粉、蛋白質(zhì)及纖維素含量受基因型、環(huán)境型及其互作影響程度的分析，由表5可知，淀粉、蛋白質(zhì)和纖維素含量受基因型的影響最大，兩者的互作效應(yīng)影響次之，環(huán)境型的影響最小。

對(duì)氣象因子與籽粒淀粉、蛋白質(zhì)及纖維素含量進(jìn)行相關(guān)性（∣r∣>0.3）分析，由圖6可知，籽粒淀粉含量與R1、R2、R4、T1、T2、T3、T4、S3及S4呈正相關(guān)，與R3、S1、S2呈負(fù)相關(guān)；蛋白質(zhì)含量與R3、S1和S2呈正相關(guān)，與R1、R2、T1、T2、T3、T4、S3和S4呈負(fù)相關(guān)；纖維素含量與R2、R3及S4呈正相關(guān)，與R1、R4、T1、T3、S1、S2及S3呈負(fù)相關(guān)。

表5 淀粉、蛋白質(zhì)及纖維素含量受基因型、環(huán)境型及其互作影響的程度(%)

圖6 不同階段氣象因子與小麥籽粒淀粉、蛋白質(zhì)及纖維素含量的相關(guān)系數(shù)

2.4 氣象因子與籽粒長(zhǎng)寬、株高、產(chǎn)量及品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)分析

對(duì)拔節(jié)期后水分、氣溫和日照時(shí)數(shù)與籽粒長(zhǎng)寬、產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，由圖7可知，總供水量的增加有利于提高株高和籽粒淀粉含量，但會(huì)降低千粒重、籽粒長(zhǎng)寬、纖維素和蛋白質(zhì)含量；平均氣溫的升高可顯著促進(jìn)籽粒淀粉的合成，但會(huì)降低千粒重、籽粒長(zhǎng)寬和有效穗數(shù)；日照時(shí)數(shù)的增加可顯著促進(jìn)籽粒蛋白質(zhì)含量和株高的增加，但會(huì)降低纖維素含量、穗粒數(shù)和產(chǎn)量。此外，籽粒蛋白質(zhì)含量與有效穗數(shù)及千粒重呈正相關(guān)，與籽粒淀粉含量、纖維素含量呈負(fù)相關(guān)；籽粒產(chǎn)量與穗粒數(shù)、千粒重及纖維素含量呈正相關(guān)，而與株高、有效穗數(shù)及籽粒蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)，與籽粒長(zhǎng)度和寬度呈顯著正相關(guān)。說明不同生態(tài)環(huán)境下，水分、氣溫和日照時(shí)數(shù)等氣象因子對(duì)小麥籽粒長(zhǎng)寬、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響存在差異，不同生育階段各氣象因子相互交錯(cuò)共同影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的形成。

圖7 氣象因子、籽粒長(zhǎng)寬、株高、產(chǎn)量及品質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)

注：T、R及S表示拔節(jié)-成熟期（D1+D2+D3+D4）平均氣溫、總供水量及總?cè)照諘r(shí)數(shù)；GRL表示粒長(zhǎng)、GRW表示粒寬、St表示淀粉、Ce表示纖維素、Pr表示蛋白質(zhì)、H表示株高、Y表示產(chǎn)量、EP表示有效穗數(shù)、TGW表示千粒重、GN表示穗粒數(shù)；紅色代表正相關(guān)，綠色代表負(fù)相關(guān)，顏色深淺表示相關(guān)性強(qiáng)弱，數(shù)值表示相關(guān)系數(shù)。

Note: T, R and S represent the average temperature, total supply and total sunshine hours from jointing to maturity (D1 + D2 + D3 + D4); GRL indicates grain length, GRW indicates grain width, St represents starch, Ce represents cellulose, Pr represents protein, H represents plant height,Y represents yield, EP represents effective panicles, TGW represents 1000 grain weight, GN represents panicle number per ear; Red represents positive correlation, green represents negative correlation, color depth represents correlation strength, and numerical value represents correlation coefficient.

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

3.1.1 基因型和環(huán)境型及其互作對(duì)小麥籽粒長(zhǎng)寬的影響

小麥籽粒發(fā)育過程中，其灌漿充實(shí)程度直接影響其產(chǎn)量和品質(zhì)等各項(xiàng)指標(biāo)，而籽粒灌漿充實(shí)度除受到遺傳因素的控制外，還受栽培措施和環(huán)境因素的影響。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)同一重組自交系群體種植于不同地域時(shí)，結(jié)果顯示籽粒長(zhǎng)、籽粒長(zhǎng)寬比及千粒重受到基因型、環(huán)境和基因型與環(huán)境互作的顯著影響，而籽粒寬僅受到環(huán)境的顯著影響[23]。本試驗(yàn)中不同小麥品種種植在不同環(huán)境條件下，其籽粒長(zhǎng)度、寬度存在顯著差異?？傮w而言，愛民藍(lán)麥1號(hào)（B3）小麥的籽粒表型性狀最優(yōu)，周麥18（B1）次之，研究同時(shí)表明籽粒長(zhǎng)度受到環(huán)境型的影響大于受基因型的影響，與上述結(jié)果一致。有研究發(fā)現(xiàn)，5月中旬平均氣溫對(duì)小麥籽粒千粒重存在抑制作用，籽粒較小[24]。本試驗(yàn)中，小麥生長(zhǎng)后期平均氣溫和供水量與籽粒千粒重存在負(fù)效應(yīng)，氣溫和供水量越高，千粒重越小，籽粒長(zhǎng)寬值越低，與上述研究結(jié)果基本一致，表明抽穗?灌漿中期增加水分供應(yīng)，可加速籽粒灌漿，增加有機(jī)物積累，使籽粒更加飽滿，增大籽粒長(zhǎng)寬值，但拔節(jié)期水分供應(yīng)充足主要促進(jìn)分蘗和莖稈伸長(zhǎng)，灌漿中后期水分供應(yīng)充足則會(huì)抑制籽粒灌漿，抑制籽粒發(fā)育。拔節(jié)?成熟期氣溫偏高，會(huì)降低淀粉和蛋白質(zhì)相關(guān)合成酶和轉(zhuǎn)移酶的活性，影響籽粒灌漿，降低籽粒長(zhǎng)寬值。

3.1.2 基因型和環(huán)境型及其互作對(duì)小麥株高及產(chǎn)量性狀的影響

本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，不同品種、環(huán)境條件及其互作效應(yīng)對(duì)小麥株高的影響存在差異，且株高受環(huán)境型的影響明顯大于基因型，這是由于株高與拔節(jié)期后的平均氣溫、總供水量及總?cè)照諘r(shí)數(shù)均呈正相關(guān)（R=0.36～0.79）。羅丕[25]探究了兩個(gè)小麥品種對(duì)氣象因子的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)株高與平均氣溫、日照時(shí)數(shù)呈顯著正相關(guān)，與降水量呈極顯著負(fù)相關(guān)，與本試驗(yàn)中株高與供水量呈正相關(guān)的結(jié)果相反，原因可能是由于小麥在不同生育時(shí)期降水或人工灌溉時(shí)間的不同，引起莖稈節(jié)間伸長(zhǎng)程度不一致。王琛等[26]通過對(duì)春小麥的不同生育階段進(jìn)行干旱處理，發(fā)現(xiàn)拔節(jié)期水分對(duì)株高的影響遠(yuǎn)高于開花期。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)安陽(yáng)點(diǎn)的株高表現(xiàn)最高（89.9cm），顯著高于其他試驗(yàn)點(diǎn)，這主要是由于安陽(yáng)在拔節(jié)期的供水量遠(yuǎn)高于其他3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，說明拔節(jié)期的水分對(duì)株高的影響極為顯著，揚(yáng)花?灌漿中期提高氣溫和日照時(shí)數(shù)會(huì)促進(jìn)小麥的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，增加小麥株高，與上述研究結(jié)果一致。不同小麥品種產(chǎn)量的穩(wěn)定性差異較大，導(dǎo)致穩(wěn)定性差的品種產(chǎn)量受生態(tài)環(huán)境的影響較大，使其適宜種植區(qū)域變窄[27]。本研究結(jié)果表明，3個(gè)小麥品種在不同試驗(yàn)點(diǎn)的產(chǎn)量變化均較大，產(chǎn)量受到環(huán)境型的影響大于其品種基因型。由于咸陽(yáng)（A4）試驗(yàn)點(diǎn)在揚(yáng)花灌漿中期的水分供應(yīng)充足，且灌漿中后期氣溫和日照時(shí)數(shù)較高，因此產(chǎn)量最高。3個(gè)品種中愛民藍(lán)麥1號(hào)（B3）小麥的產(chǎn)量受其他環(huán)境影響較小，產(chǎn)量較為穩(wěn)定，其次為周麥18。郭春強(qiáng)等[28]根據(jù)氣溫、降水量和光照等氣象要素指標(biāo)，建立了氣象產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型，其結(jié)果表現(xiàn)為平均氣溫影響較大，且為正向作用，其次是降水量和日照時(shí)數(shù)，二者均為負(fù)向作用。本試驗(yàn)中，拔節(jié)期后的總?cè)照諘r(shí)數(shù)、總供水量均與小麥產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，與上述結(jié)果一致；而平均氣溫對(duì)產(chǎn)量影響不大，其相關(guān)系數(shù)r=0.00，與上述結(jié)果不一致，可能是由于不同試驗(yàn)點(diǎn)在拔節(jié)期、抽穗期及揚(yáng)花期的氣溫差異較小造成的。氣溫提高有利于小麥小花的分化，從而提高了穗粒數(shù)。有研究發(fā)現(xiàn)灌漿前中期氣溫與千粒重呈負(fù)相關(guān)，降水量和相對(duì)濕度與千粒重呈正相關(guān)[29]，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。表明抽穗?灌漿中期水分、抽穗期氣溫及灌漿中后期日照時(shí)數(shù)增加，會(huì)顯著促進(jìn)籽粒發(fā)育和灌漿，對(duì)于提高產(chǎn)量至關(guān)重要，但拔節(jié)期和灌漿中后期水分過多、拔節(jié)期和揚(yáng)花?灌漿中期氣溫過高，拔節(jié)和抽穗期日照時(shí)數(shù)過多則會(huì)促進(jìn)分蘗及營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，抑制后期籽粒發(fā)育，影響產(chǎn)量。拔節(jié)期及抽穗期增加總?cè)照諘r(shí)數(shù)，有利于提高小麥成穗率，增加有效分蘗穗數(shù)，但抽穗期后總?cè)照諘r(shí)數(shù)的增加對(duì)有效分蘗數(shù)無促進(jìn)作用，且抽穗期的平均氣溫及供水量過高，反而抑制小麥分蘗。抽穗?灌漿中期供水量及抽穗期總?cè)照諘r(shí)數(shù)的增加，可促進(jìn)籽粒發(fā)育，有利于籽粒有機(jī)物的積累，增加千粒重；拔節(jié)?成熟期平均氣溫與千粒重呈負(fù)相關(guān)，這與對(duì)籽粒長(zhǎng)寬的影響一致，說明千粒重與籽粒長(zhǎng)寬變化一致。

3.1.3 基因型和環(huán)境型及其互作對(duì)小麥品質(zhì)指標(biāo)的影響

不同小麥品種的品質(zhì)指標(biāo)因其遺傳背景不同而差異顯著，并且也受到環(huán)境及其互作效應(yīng)的影響。前人研究發(fā)現(xiàn)，相同小麥品種的品質(zhì)往往由于栽培環(huán)境的改變而表現(xiàn)出不同的特征[25]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，小麥的品質(zhì)指標(biāo)受到品種、生態(tài)環(huán)境及其互作效應(yīng)的顯著影響，與上述研究結(jié)果一致。氣象因子對(duì)籽粒品質(zhì)有著重要的調(diào)控作用。本試驗(yàn)中，小麥籽粒蛋白質(zhì)含量與拔節(jié)?成熟期總供水量呈負(fù)相關(guān)，與日照時(shí)數(shù)總體呈正相關(guān)，但在開花期以后呈負(fù)相關(guān)，與前人研究結(jié)果一致[30?31]。有研究發(fā)現(xiàn)籽粒蛋白質(zhì)含量與抽穗?成熟期的平均氣溫呈極顯著正相關(guān)[32]，而本試驗(yàn)中拔節(jié)以后平均氣溫與籽粒蛋白質(zhì)含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與上述結(jié)果相反，原因可能是平均氣溫及總供水量增加，有利于籽粒淀粉的合成，從而導(dǎo)致籽粒蛋白質(zhì)含量相對(duì)降低。淀粉作為小麥籽粒含量最高的組分，其組成和理化特性對(duì)小麥面粉的品質(zhì)具有重要影響。本試驗(yàn)中，籽粒淀粉含量與小麥拔節(jié)期后的平均氣溫和總供水量呈顯著正相關(guān)，而與總?cè)照諘r(shí)數(shù)無顯著相關(guān)性，這與鄧梅[19]的研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)籽粒纖維素含量與小麥拔節(jié)期后的水分、氣溫和日照時(shí)數(shù)均呈負(fù)相關(guān)，而僅抽穗?灌漿中期的總供水量與纖維素含量呈正相關(guān)，表明水分對(duì)纖維素合成具有積極的促進(jìn)作用。但目前氣象因子對(duì)籽粒纖維素含量的影響報(bào)道較少，結(jié)果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明拔節(jié)期、抽穗期和灌漿中后期總供水量增加，拔節(jié)?成熟期平均氣溫升高，以及揚(yáng)花?成熟期的總?cè)照諘r(shí)數(shù)增加，均可促進(jìn)有機(jī)物向籽粒中運(yùn)轉(zhuǎn)和積累，增加淀粉合成，但卻降低籽粒中蛋白質(zhì)含量。拔節(jié)?抽穗期總?cè)照諘r(shí)數(shù)、揚(yáng)花?灌漿中期總供水量的增加，有利于氮素從植株莖稈向穗部的轉(zhuǎn)移，籽粒形成和發(fā)育期氮素含量較高，顯著促進(jìn)籽粒蛋白質(zhì)的合成，增加蛋白質(zhì)含量，但卻降低了淀粉含量。抽穗?灌漿中期總供水量的增加有利于籽粒增大，對(duì)增加籽粒中纖維素含量具有促進(jìn)作用。因此，品質(zhì)指標(biāo)不僅受品種本身特性的影響，氣溫、水分及日照時(shí)數(shù)也對(duì)其具有顯著調(diào)節(jié)作用。本試驗(yàn)僅針對(duì)不同類型的三個(gè)小麥品種做了一年大田試驗(yàn)，結(jié)果有待進(jìn)一步商榷。

3.2 結(jié)論

不同小麥品種的產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)受氣象環(huán)境條件的影響均達(dá)到顯著水平。其中，籽粒長(zhǎng)度、株高及產(chǎn)量受環(huán)境型的影響大于基因型，而籽粒寬度、產(chǎn)量三要素、籽粒淀粉、蛋白質(zhì)和纖維素含量受基因型的影響大于環(huán)境型。拔節(jié)期后的平均氣溫、總供水量及總?cè)照諘r(shí)數(shù)對(duì)小麥籽粒表型、產(chǎn)量及品質(zhì)性狀的影響存在差異。

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Effects of Meteorological Factors on Grain Characteristics in Different Wheat Varieties in the Southern of Huang-Huai Planting

BAI Jun-bing1,2, CHANG Xu-hong1, WANG De-mei1, YANG Yu-shuang1, WANG Yu-jiao1,2, GUO Dan-dan1,2, LIU Zhe-wen1,2, WANG Yan-jie1, SHI Shu-bing2, ZHAO Guang-cai1

(1. Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 2. College of Agriculture, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052 )

Field experiments were set up in four provinces including the winter wheat planting area of southern Huang-Huai in 2020 and 2021. Zhoumai 18, Zhoumai 36 and Aiminlanmai 1 were selected to reveal the effects of different meteorological factors on the yield and quality of three varieties. The results showed that the effects of different wheat variety characteristics and ecological environment on grain length, width, yield and quality reached a significant level in wheat. The effects of environmental conditions on grain length, plant height and yield were greater than those of variety genotypes, while the effects of variety genotypes on grain width, yield three elements, grain starch, protein and cellulose content were greater than those of environmental conditions. Analysis of meteorological factors from different experimental sites suggested that the performance of length and width of grain and weight 1000 grains were consistent. It showed that these two traits were positively regulated during heading to middle date of grain filling, and the negative regulation of temperature was found from jointing date to maturity date. Plant height was positively regulated by factors of moisture and temperature at jointing date. The yield and number of grains were positively regulated by moisture and temperature at heading date, and moisture at middle date of grain filling. The number of effective panicles was mainly positively regulated by the sunshine hours from jointing to heading date. Starch content of grain was positively regulated by temperature and moisture after jointing date, and negatively regulated by sunshine hours in the late flowering date. However, protein content of grain was negatively regulated by temperature and moisture after jointing date, and positively regulated by sunshine hours in the late flowering date. Cellulose was positively regulated by moisture from heading to mid date of grain filling. In conclusion, the characteristics of different wheat varieties and the ecological environment of the test site had significant effects on grain length, width, yield and quality in wheat. Great effects on wheat grain phenotype, yield and quality traits were observed in the analysis of average temperature, total water supply and total sunshine hours after jointing date.

Meteorological factors; Wheat varieties; Yield; Quality; Correlation analysis

10.3969/j.issn.1000-6362.2022.06.005

柏軍兵,常旭虹,王德梅,等.黃淮冬麥區(qū)南片氣象因子對(duì)不同品種小麥籽粒特性的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2022,43(6):474-486

收稿日期：2021-09-07

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0300407）；國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-3-1-13)

通訊作者：趙廣才，研究員，研究方向?yàn)樾←渻?yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培理論與技術(shù)，E-mail：zhaoguangcai@caas.cn；王艷杰，副研究員，研究方向?yàn)樾←渻?yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培理論與技術(shù)，E-mail：wangyanjie@caas.cn；石書兵，教授，研究方向?yàn)樾←湼弋a(chǎn)栽培研究，E-mail：ssb@xjau. edu. cn

柏軍兵，E-mail：2071895102@qq.com