劉新月　裴磊　衛(wèi)云宗

摘要：研究1986-2014年黃淮旱地冬小麥品種產(chǎn)量及其結(jié)構(gòu)性狀變化規(guī)律，為旱地小麥育種適應(yīng)未來耕作制度和氣候變化提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。利用近30年來國家黃淮旱地冬小麥區(qū)域試驗臨汾點的對照品種產(chǎn)量及其結(jié)構(gòu)性狀的資料，研究旱地小麥品種產(chǎn)量性狀的演變規(guī)律，并進行產(chǎn)量及其結(jié)構(gòu)性狀變異的相關(guān)和通徑分析。結(jié)果表明：1986-2014年產(chǎn)量及其結(jié)構(gòu)性狀的變異狀況為產(chǎn)量>有效穗>株高>穗粒數(shù)>千粒重，尤其是2006-2014年各產(chǎn)量結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量性狀變異偏離程度均最大。黃淮旱地小麥品種千粒重和穗粒數(shù)逐年緩慢上升，有效穩(wěn)數(shù)和產(chǎn)量及株高緩慢下降。相關(guān)分析表明，產(chǎn)量與株高、有效穗和千粒重均呈極顯著正相關(guān)。通徑分析表明，在黃淮旱地小麥高產(chǎn)育種進化中，對產(chǎn)量貢獻較大且為正效應(yīng)的有株高、穗粒數(shù)。由此得出，耕作制度和氣候變暖對黃淮旱地冬小麥產(chǎn)量及結(jié)構(gòu)性狀變化趨勢有較強的影響，選育中高稈、有效穗數(shù)適中、千粒重較大的高產(chǎn)抗旱品種是黃淮旱地小麥適應(yīng)未來氣候變化的育種改良方向。

關(guān)鍵詞：黃淮；旱地；冬小麥；產(chǎn)量性狀

中圖分類號：S338 文獻標志碼：A 論文編號：cjasl5010002

引言

隨著氣候變暖，小麥生產(chǎn)會受到影響，尤其在黃淮的小麥主產(chǎn)區(qū)。黃淮地區(qū)是中國也是世界冬小麥主產(chǎn)區(qū)，其小麥總產(chǎn)量占中國的61.6%。小麥是山西省第二大糧食作物，而旱地小麥就占小麥總面積的70%左右。在氣候變化的背景下，作物育種必須重新定向。聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)安全組織指出，未來農(nóng)作物品種的改良必須適應(yīng)氣候變化，保持可持續(xù)生產(chǎn)的不斷強化?？茖W(xué)分析黃淮小麥適應(yīng)耕作栽培和氣候變化的育種規(guī)律，對保障黃淮和中國糧食安全有重大意義。

有研究表明，隨著小麥的進化，20世紀旱地小麥品種的演變過程中，株高降低是一個顯著的特點，根系活力與株高成極顯著正相關(guān)，以根、莖、上部葉、穗等性狀探討小麥的演變規(guī)律和調(diào)控機理，改善了光合產(chǎn)物的合成與運轉(zhuǎn)效能，取得高產(chǎn)。穩(wěn)定穗數(shù)、提高穗粒數(shù)和千粒重是旱地小麥高產(chǎn)的重要途經(jīng)。穗數(shù)是決定晉南中熟冬麥區(qū)肥旱地和薄旱地產(chǎn)量的主導(dǎo)因子。甘肅地區(qū)旱地小麥品種育種由高桿向中矮桿，中晚熟向中早熟，小穗小粒向大穗大粒，多分蘗向中等分蘗，山西大部分地區(qū)20世紀50年代到末期更換了7次品種。豫北地區(qū)60年來經(jīng)歷了10次品種更換，產(chǎn)量水平由低到高，植株高度由高變矮，株型由松散變緊湊，旗葉由長披變短寬挺舉，品種特征由冬性品種為主逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榘攵?、弱春性為主。前人研究主要是集中在不同區(qū)域小麥的旗葉、株型、根系、穗、莖等方面品種演變研究，但未見有在黃淮麥區(qū)30年種植的以作為對照品種旱地小麥為試驗材料，研究其產(chǎn)量結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量性狀的演變。為此，筆者以黃淮旱地種植的小麥對照品種作為試驗材料，研究其產(chǎn)量結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量性狀的演變規(guī)律，以期為黃淮麥區(qū)旱地小麥育種適應(yīng)未來耕作栽培和氣候變化提供有用信息。

1.材料與方法

試驗于1986-2014年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所旱地試驗場進行，該點是國家黃淮旱地區(qū)域試驗的一個典型生態(tài)試驗點，它即是山西省晉南地區(qū)的代表地區(qū)，也是中國汾渭平原的代表地區(qū)，晉南是山西省、也是中國小麥主產(chǎn)區(qū)之一。

1.1試驗材料與試驗設(shè)計

試驗材料為國家黃淮旱地小麥區(qū)域試驗的對照品種，‘秦麥3號、‘晉麥33號和‘晉麥47號。1986-2014年9月下旬-10上旬播種，3次重復(fù)，隨機排列，小區(qū)面積13.5m²。土壤為壤土，前茬為小麥。底施復(fù)合肥（N₂₃、P₁₂

2.2.2株高的變化由圖7-9可知，1988-1995年變異為8.2%，平均年降低1.7%，先增后減再增，呈倒s型，1990年株高最高103.1cm、1993年最低90.3cm；1996-2005年變異為16.7%，年下降10.8%，趨勢平穩(wěn)，2005年株高降到43.3cm；2006-2014年變異為36.1%，年增加1.9%，2009年株高歷史最低20.2cm，2012年增加到97.0cm，變幅較大且比1988--2014年的25.1%增加43.8%。

2.2.3有效穗的變化圖10-12表明，1988-1995年變異15.4%，平均年增加7.4%，1995年達798.0x10⁴/hm²，上升趨勢較大；1996～2005年變異為22.2%，年下降13.2%，1996年有效穗最高609.0x10⁴/hn/sub>²，2005年最低達262.5x10⁴/hm²，下降趨勢較快，且變幅?。?006-2014年變異高達37.3%，年增加0.4%，呈緩慢增加，比1988-2014年的28.2%增加32.3%，2009-2012年變幅大。

2.2.4穗粒數(shù)的變化由圖13-15可知，1988-1995年變異較小8.7%，平均年增加0.8%，緩慢下降，且變化平穩(wěn)；1996～2005年變異為16.1%，年增加0.7%，平穩(wěn)增加，變幅較大；2006～2014年變異為13.3%，年增加2.6%，上升較快，且變幅較大。

2.2.5千粒重的變化圖16-18表明，1988-1995年變異最小6.4%，平均年增加1.9%，增加趨勢較快，且變幅較小；1996～2005年變異僅有13.2%，年增加0.2%，1998、2002年達歷史最高45.0g，緩慢增加，且變幅較大；2006-2014年變異為14.6%，年增加0.3%，2009年千粒重達歷史最低27.5g，增加趨勢較快，且變幅較大。

2.3產(chǎn)量結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量性狀的相關(guān)與通徑分析

2.3.1產(chǎn)量結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量性狀的相關(guān)分析對近30年來黃淮旱地小麥品種產(chǎn)量結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量性狀進行相關(guān)分析結(jié)果如表2所示，有效穗與株高極顯著正相關(guān)（0.787），穗粒穗與千粒重（0.434）顯著正相關(guān)，產(chǎn)量與株高（0.684）、有效穗（0.531）和千粒重（0.541）均極顯著正相關(guān)。

2.3.2產(chǎn)量結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量性狀的通徑分析為進一步說明產(chǎn)量結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量性狀的關(guān)系，探討不同產(chǎn)量性狀對單位面積產(chǎn)量的直接與間接效應(yīng)大小，以明確各產(chǎn)量性狀對單位面積產(chǎn)量起到的真正調(diào)控作用。通過通徑分析結(jié)果（表3）表明，在黃淮旱地小麥高產(chǎn)育種進化中，以4個產(chǎn)量性狀因子對產(chǎn)量的直接貢獻Pl大小依次為株高（1.092）>有效穗數(shù)（-0.235）>穗粒數(shù)（0.069）>千粒重（-0.012）。株高和穗粒數(shù)對產(chǎn)量貢獻較大且為正效應(yīng)；有效穗和千粒重為負效應(yīng)。

3.結(jié)論

研究黃淮旱地冬小麥品種演變規(guī)律，對于加強中國旱地農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)，確定合理的育種方向具有重大意義。

本研究發(fā)現(xiàn)，黃淮旱地區(qū)域試驗對照品種產(chǎn)量結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量性狀的演變規(guī)律確實能夠反映作物育種方向進化的影響，也為品種更新和推廣、生產(chǎn)示范等提供了大量有用信息。在小麥實際生產(chǎn)過程中，可以通過適時更換品種以適應(yīng)生產(chǎn)條件變化和氣候等環(huán)境變化所帶來負面的影響。1986-2014年黃淮旱地對照品種經(jīng)歷3次品種更換，其株高逐漸降低，一般認為，旱地小麥品種株高和籽粒產(chǎn)量有密切關(guān)系，將植株保持在一定的株高內(nèi)，有利于獲得較高的生物學(xué)產(chǎn)量，進一步通過花后干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運，提高籽粒產(chǎn)量。在干旱環(huán)境下，干旱的程度越嚴重，作物的株高降低越明顯，所以植物的株高變化幅度被普遍作為評價植物抗旱性強弱的指標。

本研究發(fā)現(xiàn)，隨品種更替，黃淮旱地品種區(qū)域試驗品種的株高和實際產(chǎn)量卻呈逐漸減少的趨勢，這可能是與通過降低株高來提高收獲指數(shù)的育種規(guī)律方向選擇有關(guān)；而旱地品種的產(chǎn)量有下降的趨勢，主要是由于有效分蘗的減少原因造成的，因為旱地小麥分蘗多的品種一般產(chǎn)量較高，分蘗是決定產(chǎn)量的第一要素，這與筆者過去的研究相一致。

本研究中隨千粒重和穗粒數(shù)增加產(chǎn)量反而降低，其主要原因很可能是在黃淮旱地區(qū)域試驗對照品種更替中，有效分蘗對產(chǎn)量變化起決定性作用。雖然黃淮旱地近30年小麥品種穗粒數(shù)和千粒重都有共同提高的趨勢，但其增產(chǎn)潛力無法彌補因為品種冬性減弱導(dǎo)致分蘗減少帶來的產(chǎn)量損失，因此，旱地小麥產(chǎn)量有下降的趨勢，這也符合旱地小麥育種和生產(chǎn)實際。

1986-2014年株高與產(chǎn)量和有效穗極顯著正相關(guān)，說明品種有效穗數(shù)減少和株高降低，最終導(dǎo)致了產(chǎn)量的下降。

1986-2014年產(chǎn)量結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量性狀的變異狀況為產(chǎn)量>有效穗>株高>穗粒數(shù)>千粒重，說明單位面積產(chǎn)量變異偏離程度最大，受耕作栽培和環(huán)境影響也最大，千粒重變異偏離程度最小，受影響也最小。1986-1995年產(chǎn)量結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量性狀變化幅度較小；2005-2014年產(chǎn)量結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量性狀變化幅度較大。這也進一步說明隨著氣候逐漸變暖，冬季氣溫升高擾亂了小麥的正常生長發(fā)育規(guī)律，春季的倒春寒，中后期降雨偏少，天氣干旱，小麥生長發(fā)育受到了嚴重影響。

4.討論

旱地小麥育種的實質(zhì)就是適應(yīng)性育種。選育抗旱節(jié)水、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的旱地小麥新品種對于緩解黃淮麥區(qū)水資源危機，保障國家的糧食安全、生態(tài)安全和社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。對黃淮旱地小麥對照品種產(chǎn)量性狀的演變研究表明，旱地小麥產(chǎn)量的變化受品種有效穗數(shù)變化的影響較大，旱地小麥產(chǎn)量性狀不同年際的變化揭示了旱地小麥品種隨著生產(chǎn)條件的改變，由抗旱耐瘠型逐漸向抗旱耐肥型和抗旱節(jié)水型進化的發(fā)展規(guī)律，其產(chǎn)量構(gòu)成是在穩(wěn)定有效穗數(shù)的基礎(chǔ)上，提高穗粒數(shù)和千粒重，從而實現(xiàn)抗旱節(jié)水高產(chǎn)，有效提高品種對逆境的適應(yīng)能力㈣。這與吳秀婷等嘲、李樸芳等和筆者過去的研究結(jié)果相一致。

研究表明旱地小麥產(chǎn)量、有效穗和株高隨耕作栽培及氣溫和降水等環(huán)境影響變化幅度較大，千粒重和穗粒數(shù)相對較小。隨著旱地小麥生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展，為適應(yīng)旱地小麥高產(chǎn)的需求，在未來的旱地小麥育種程序中，將遺傳學(xué)與生理學(xué)研究充分結(jié)合，在保持一定抗旱性的同時，提高品種水分利用效率，將抗旱性和節(jié)水性，穩(wěn)產(chǎn)性和豐產(chǎn)性有機地結(jié)合。根據(jù)黃淮旱地冬小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)與產(chǎn)量性狀變化趨勢，旱地小麥育種以適應(yīng)氣候變化及遺傳育種演變規(guī)律為目標，選育中高稈、有效穗數(shù)適中、穗粒數(shù)較多、千粒重較大、水分利用效率高的抗旱高產(chǎn)廣適性品種。