山东省23个小麦品种产量、品质及养分利用效率的差异分析

袁园园 董 贝 张翼博 卢绪鹏 李 铭 曹铭鑫 张荣亭

（山东省济南市农业科学研究院科研处，济南 250316）

小麦是我国主要粮食作物，产量约占全国粮食总产量的20%左右[1]。据国家统计局统计数据，2016年全国小麦播种面积为2420万hm2，单位面积产量为5327.4kg/hm2，全年小麦总产量为1.29亿t。山东省是我国小麦第二大主产区，2016年全省小麦播种面积约383万hm2，年产量约为2340万t，平均单产为6121.20kg/hm2。因此，在种植面积和总产量上，山东省分别约占全国的15.83%和18.14%；在平均单产上，山东省是全国小麦平均单产的1.15倍，也是单产最高的省份[2]。

小麦单产的提高与品种更新息息相关。1985-1994年间，我国小麦遗传改良对提高产量的贡献率高达30.9%，每次品种更新可提高10%左右的产量[3]。Y.Zhou等[4]研究发现，山东省1960-2000年间小麦产量潜力的提高主要依赖穗粒数、粒重和收获指数的增加。Y.G.Xiao等[5]研究认为单位面积粒数的增加是山东省1969-2006年育成小麦品种产量潜力提高的主要原因。宋健民等[6]研究发现山东省1999-2010年间审定的小麦品种每m2穗数接近600穗、穗粒数40粒、粒重40mg以上，但是品质状况较差，各品质指标不协调。随着人们生活水平的提高，人们对小麦加工品质的要求越来越高，但我国小麦加工品质相对较差，相关研究也相对较少[7]。氮、磷、钾养分利用效率反映了小麦吸收的单位养分转化为子粒产量的能力[8]，小麦在养分利用效率方面存在广泛的基因型差异，选育并推广营养高效型品种，可在保持高产的前提下，有效降低化肥用量[9]。本课题前期试验[10]表明，山农24、泰农18、山农32和山农29是氮磷营养高效型小麦品种，它们在氮利用效率、磷利用效率和产量3个指标上均比对照品种济麦22高出10%以上。但缺乏对山东省已育成小麦品种进行氮、磷和钾综合养分利用效率的系统评价，以及养分利用效率与产量和品质性状之间的相关性研究。

本研究以山东省近年来育成的23个小麦品种为材料，连续2年对7个产量性状、5个品质性状及6个养分利用效率性状进行调查和测定，以明确品种之间的差异，探讨产量、品质及养分利用效率之间的相关性，为小麦育种及品种推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料试验材料为2006-2016年10年间山东省育成的23个品种，其中2006年、2008年和2010年审定的品种均有2个，2011年、2012年、2013年和2014年审定的品种分别有4个、1个、2个和3个，2016年审定的品种有7个（表1）。以济麦22为对照品种。

1.2 试验设计试验在山东省济南市长清区稼禾园农作物新品种展示示范场实施，地力均匀一致，分2年进行，播种和收获的时间分别为：2015年10月18日至2016年6月8日、2016年10月14日至2017年6月3日。每品种播种300m2，用郓农2BJK-6小麦宽幅精量播种机统一播种，按照每667m218万基本苗确定播种量。常规田间管理。

表1 山东省23个小麦品种

1.3 性状调查与测定产量性状包括株高、穗长、可育小穗数、不育小穗数、穗粒数、千粒重和单位面积产量7个性状。小麦成熟后收获前随机取20个单株测定株高、穗长、可育小穗数、不育小穗数和穗粒数，并计算平均值。成熟后人工收割，用脱粒机脱粒，称小区产量，计算单位面积产量。各品种随机取500粒用1/1000天平测定千粒重，3次重复。

利用FOSS InfratecTM1241的近红外谷物分析仪测定蛋白质含量、淀粉含量、湿度、湿面筋含量和沉降指数5个品质性状。

养分利用效率指标包括子粒氮含量、子粒磷含量、子粒钾含量、子粒氮利用效率、子粒磷利用效率和子粒钾利用效率6个性状。子粒氮含量采用微量凯氏定氮法，利用KDY-9820型凯氏定氮仪测定。子粒磷含量用钒钼酸铵显色法[9]，用Lambda UV/VIS Specterometer分光光度计测定。子粒钾含量利用FP640型火焰光度计测定[10]。子粒含养量的倒数为子粒养分利用效率。

1.4 数据处理利用Excel计算平均值、标准差、变异系数等，利用SPSS 19.0软件进行方差分析，计算相关系数。

2 结果与分析

2.1 基因型和年份对小麦产量、品质和养分利用效率的影响由表1可知，在产量相关性状上，品种间在株高、穗长、可育小穗数、穗粒数、千粒重和单位面积产量6个性状上的差异均达到极显著水平（P≤0.01），只有株高和单位面积产量在不同年份之间的差异达到极显著水平（P≤0.001），其他5个性状在年份之间的差异不显著。在品质性状上，蛋白质含量、湿度、淀粉含量、湿面筋含量和沉降值在品种间和不同年份间的差异均不显著。在养分利用效率性状上，子粒含氮量、子粒含磷量、子粒含钾量、子粒氮利用效率、子粒磷利用效率和子粒钾利用效率在品种间和不同年份间的差异均达到显著水平（P≤0.05）。说明品种间在产量和养分利用效率相关性状上的差异明显，不同年份对株高、单位面积产量以及氮、磷、钾养分利用效率的影响较大。

表1 测定性状的基因型和环境效应的方差分析

2.2 不同品种在产量、品质和养分利用效率性状上的差异由表2可知，不同品种在7个产量相关性状上的变异系数在4.74%～74.83%之间，其中单位面积产量的变异系数最小，不育小穗数的变异系数最大。连续2年单产平均为7997.17kg/hm2，株高平均为73.71cm，穗长平均为9.25cm，穗粒数平均47.07粒，千粒重平均44.00g。在5个品质性状的变异系数在1.28%～6.76%之间，其中，蛋白质含量平均为13.98%，湿面筋含量平均为34.55%。在6个养分效率性状方面，子粒氮含量和氮利用效率性状的变异系数较小，分别为6.87%和6.76%，子粒磷含量、钾含量、磷利用效率和钾利用效率的变异系数较大，在18.17%～23.04%之间。子粒氮含量、磷含量和钾含量平均分别为26.75g/kg、2.98g/kg和3.74g/kg，子粒氮、磷和钾利用效率平均分别为0.04g/kg、0.36g/kg和 0.29kg/g。

2.3 产量、品质及养分利用效率性状间的相关性利用23个小麦品种2年18个测定性状的平均值进行相关性分析（表3），只有20.9%（32/153×100%=20.9%）的测定性状在P≤0.05水平上表现相关性显著。

产量性状上，株高与穗长、株高与不育小穗数之间存在显著相关关系（P≤0.05），穗长与可育小穗数、可育小穗数与穗粒数之间存在极显著正相关关系（P≤0.01），不育小穗数与穗粒数之间存在极显著的负相关关系。品质性状上，蛋白质含量与湿面筋含量、沉降指数之间，湿面筋含量与沉降指数之间存在极显著正相关关系；而淀粉含量与蛋白质含量之间存在极显著负相关关系，与湿面筋含量之间存在显著负相关关系。养分利用效率性状上，子粒钾含量与子粒磷含量之间、子粒钾利用效率与子粒磷利用效率之间存在极显著正相关关系，而子粒钾利用效率与子粒磷含量存在极显著负相关关系，说明小麦对磷、钾元素具有协同吸收效应。

品质性状与产量性状之间的相关性分析显示，淀粉含量与不育小穗数，沉降指数与单位面积产量之间存在显著负相关关系。说明小麦子粒的品质与产量性状在一定程度上呈负相关关系。子粒氮含量与蛋白质含量和沉降指数存在极显著正相关关系，与湿面筋含量存在显著正相关关系；子粒氮利用效率与蛋白质含量、湿面筋含量、沉降指数存在极显著负相关关系，淀粉含量与子粒氮利用效率存在显著正相关关系，说明小麦氮素营养性状与品质性状密切相关，子粒氮含量增加可在一定程度上改善子粒品质性状。不育小穗数与子粒氮含量之间存在极显著正相关关系，穗粒数与子粒氮利用效率之间存在显著正相关关系。

表2 不同小麦品种在18个测定性状上的平均表现

表3 测定性状之间的相关性

2.4 不同品种在产量、品质和养分利用效率性状上的比较由表4可知，在单位面积产量方面，连续2年单产超过对照品种济麦22的品种有8个，分别为山农29、儒麦1号、菏麦20、烟农999、山农23、齐麦2号、良星99和良星77，其中山农29、儒麦1号和菏麦20的产量分别高出对照10.34%、8.55%和5.82%。

在品质性状方面，23个小麦品种连续2年的蛋白质含量、湿面筋含量和沉降指数平均值分别为13.98%、34.55%和56.59（表2），在这3个指标上均超出平均水平的品种有7个（表4），分别是济麦22、山农 22、山农 24、济麦 23、山农 31、鑫麦 296 和菏麦20，其中山农31的蛋白质含量为15.80%，湿面筋含量为39.30%，沉降指数为65.15，明显高于其他品种，综合品质性状较好。

在氮、磷、钾养分利用效率方面，23个小麦品种连续2年子粒氮、磷和钾利用效率平均分别为0.04kg/g、0.36kg/g和 0.29kg/g（表 2），在这 3个指标上均超出平均水平的小麦品种有7个（表4），分别是山农 20、山农29、山农23、红地95、烟农 173、齐麦2号和登海202。

表4 不同品种在产量、蛋白质含量和养分利用效率上的表现

3 结论

23个小麦品种在产量和养分利用效率相关性状上的差异明显，不同年份对株高、单产以及氮、磷、钾养分利用效率的影响较大。相关性分析发现，品质与产量性状在一定程度上呈负相关关系；穗粒数与子粒氮利用效率、不育小穗数与子粒氮含量之间分别存在显著或极显著正相关关系，湿面筋含量与子粒氮含量之间，蛋白质含量和沉降指数与子粒氮含量之间分别存在显著或极显著正相关关系，说明小麦的氮素营养水平直接影响产量和品质。山农29、儒麦1号和菏麦20产量分别比对照济麦22高10.34%、8.55%和5.82%，为适合本地种植的高产品种；山农31在蛋白质含量（15.80%）、湿面筋含量（39.30%）和沉降指数（65.15）上均明显高于其他品种，综合品质性状较好；山农20、山农29、山农23、红地95、烟农173、齐麦2号和登海202的氮、磷、钾利用效率均较高。

[1] 杨建仓. 我国小麦生产发展及其科技支撑研究[D]. 北京：中国农业科学院，2008

[2] 宋海燕. 山东省粮食生产与养分资源状况研究[D]. 泰安：山东农业大学，2007

[3] 庄巧生. 中国小麦品种改良及系谱分析[M]. 北京：中国农业出版社，2003

[4] Zhou Y，Zhu H Z，Cai S B，et al. Genetic improvement of grain yield and associated traits in the southern China winter wheat region：1949 to 2000[J]. Euphytica，2007，157（3）：465-473

[5] Xiao Y G，Qian Z G，Wu K，et al. Genetic gains in grain yield and physiological traits of winter wheat in Shandong Province，China，from 1969 to 2006[J]. Crop Science，2012，52（1）：44

[6] 宋健民，戴双，李豪圣，等. 山东省近年来审定小麦品种农艺和品质性状演变分析 [J]. 中国农业科学，2013，46（6）：1114-1126

[7] 胡学旭，周桂英，吴丽娜，等. 中国主产区小麦在品质区域间的差异[J]. 作物学报，2009，35（6）：1167-1172

[8] 袁园园，董贝，曹晓慧，等. 黄淮麦区小麦成株期磷高效基因型的鉴定和筛选 [J]. 麦类作物学报，2017，37（1）：56-65

[9] 杜保见，郜红建，常江，等. 小麦苗期氮素吸收利用效率差异及聚类分析[J]. 植物营养与肥料学报，2014（6）：1349-1357

[10] 袁园园，董贝. 氮磷营养高效型小麦品种鉴定[J]. 中国种业，2016（11）：28-31