不同生态区域旱地冬小麦品种(系)生态适应性筛选

邵千顺,杨 琳,2

(1.宁夏农林科学院固原分院,宁夏 固原 756000; 2.宁夏旱作农业工程技术研究中心,宁夏 固原 756000)

宁夏位于西北内陆高原，属典型的大陆性干旱半干旱气候，冬寒长，夏暑短，雨雪稀少，气候干燥，南寒北暖。平均海拔在1 000 m以上，气温日差大，日照时间长，太阳辐射强，大部分地区昼夜温差一般可达12℃～15℃。全年平均气温在5℃～9℃之间。根据水源情况，宁夏主要分为北部引黄灌区和南部山区雨养区。南部山区年平均降水400 mm，雨季多集中在6—9月[1]，年蒸发量在1 000 mm以上，且多发各种自然灾害。南部山区主要包括西吉、隆德、海原、原州区、彭阳、同心、盐池、泾源、红寺堡9个县(区)[2]，也是国家全面脱贫攻坚的主战场。

宁南山区种植作物主要有冬小麦、玉米、马铃薯、小杂粮等[3-4]。2018年小麦种植面积10.78万hm2，较上年减少2.08万hm2，其中宁南山区小麦播种面积6.67万hm2左右[5]，占宁夏小麦种植面积的60%以上。但由于特殊的气候、生态类型，小麦平均单产仅2 730 kg·hm-2。品种广适性差，针对特定生态环境的适应性品种缺乏[6]，是限制冬小麦产量提升的关键因素。因此，针对不同生态区域，选育不同适应性或具有广适性的品种是有效提高宁南山区冬小麦产量的重要路径。

针对特定的生态区域选育相适应的品种，在不同地区不同作物中均有所报道[7-12]。肖步阳[13]早在20世纪就开始了春小麦的生态育种，并取得了系统而丰硕的成果[14]。本研究针对宁夏南部山区特定气候类型和生态条件，有目的地开展旱地冬小麦产量及适应性鉴定。以原州区中河点和彭阳县玉洼点为试点，对16个冬小麦品种(系)进行适应性、丰产性、抗逆性鉴定，筛选出特征特性良好、丰产性状突出、适合宁夏南部各区县种植的旱地冬小麦品种(系)，助力宁南山区脱贫致富。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料16个，对照品种为宁冬16号(见表1)。

表1 2019—2020年参试材料冬小麦名称及来源

1.2 田间设计

试验于2019年9月—2020年8月在固原市原州区中河乡高坡村(E1)和彭阳县玉洼村(E2)2个点进行，采取随机区组排列，3次重复，小区面积12.19 m2(6.70 m×1.82 m)，12行区，行距16.50 cm，区距30 cm，排距50 cm。于2019年9月20日播种，2020年8月14日收获。播种量依千粒重、发芽率每公顷按45×105个有效粒数计算，采用人力四行小区播种机分行称量播种。

1.3 试验地基本情况

试验设于固原原州区中河乡高坡村(106°13′11″E,36°1′45″N)和彭阳县玉洼村(106°42′22″E,35°57′27″N)。原州区冬季寒冷漫长，春季气温多变，夏季短暂凉爽，秋季降温迅速，差异性大；具有春季和夏初雨量偏少，灾害性天气多，区域降水差异大等气候特征。原州区年平均气温6.8℃，无霜期120～140 d；年均降水量在300～550 mm之间，自南向北递减，降水量大多集中在7—9月，平均蒸发量1 200～1 800 mm；一年四季晴天多、阴天少，日照充足，年均日照时数2 250～2 700 h；昼夜温差大，在10～20℃之间。彭阳县海拔1 248～2 418 m，年降水量450～550 mm，年平均气温7.4～8.5℃，日照时数2 311.2 h，无霜期140～170 d，属典型的温带半干旱大陆性季风气候。

1.4 测定项目与方法

产量：试验小区全部收获测产，小区面积12.19 m2。

生育期：采用田间调查法，如期记录出苗、返青、拔节等时期。

农艺性状：包括株高、穗长、有效穗数、穗下节长、穗粒数、单株粒重及千粒重等。在成熟期，每小区随机选取10株带回实验室，先记录每株有效穗数，选取每株主茎、主穗，用钢卷尺测定单株株高、穗长、穗下节长；选取主穗，数其穗粒数、可育小穗数、不育小穗数，计算结实率；再将每株所有麦穗脱粒，用百分之一电子秤称取单株粒重，然后计算10株平均株高、穗长、有效穗数、穗下节长、穗粒数、单株粒重等。将10株样品所有籽粒混合，随机选取3份1 000粒，用百分之一电子秤称重，计算平均千粒重。

结实率=可育小穗数/每穗小穗数×100%

抗性：包括抗旱性、抗寒性、抗青干、抗倒伏、越冬率等。抗性强弱主要通过田间比例确定。

1.5 数据处理与分析

数据整理使用Microsoft Excel 2016，数据分析使用DPS 10.1软件。

2 结果与分析

2.1 不同生态试验点品种间产量结果分析

2.1.1 E1点各品种(系)产量结果分析 由表2可知，参试的16个材料由于受春季低温冷害影响产量普遍较低，平均产量2 420.25 kg·hm-2，变幅1 807.50～3 183.15 kg·hm-2。参试材料平均产量较对照‘宁冬16号’增产6.00%，其中‘9924’、‘Z0228-2-2’等10个材料增幅2.52%～39.40%，增产最大的是‘9924’，产量为3 183.15 kg·hm-2，增幅39.40%。通过方差分析(见表2)，参试各品种产量之间差异显著(0.01

表2 E1点参试材料产量及方差分析

从产量三要素来看(见表3)，参试材料间总穗数差异较小，仅‘Z0229-4-3’和‘沧2007-1-1-1-1’与对照材料差异达到显著水平，其余材料间差异及与对照间差异均不显著；穗粒数品种间差异显著，但所有参试材料与对照材料间差异均不显著；千粒重品种间差异显著，其中‘陇育0825’、‘陇鉴107’、‘Z0230-2’与对照材料差异显著。具体来看，所有参试材料单位面积成穗较低，总穗数在225.4～521.1×104穗·hm-2，高于对照材料有‘陇育0825’等7份材料，最高的是‘2007-1-113’，为521.1×104穗·hm-2；低于对照材料的有‘Z0229-4-3’等8份材料，最低的是沧‘2007-1-1-1-1’，仅为225.4×104穗·hm-2。参试材料穗粒数在29.1～39.3粒，高于对照材料有7份材料，变幅35.2～39.3粒，较对照材料高0.1～4.1粒；低于对照材料有‘陇育0825’等8份材料变幅29.1～35.2粒，较对照材料低0.1～6.2粒。参试材料千粒重在31.77～43.38 g，高于对照材料有13份材料，变幅33.45～43.38粒，较对照材料高0.47～10.4 g，千粒重最大的是‘陇育0825’，较对照材料高10.4 g；低于对照材料有2份材料，分别为‘NB96022’和‘陇鉴103’，较对照低1.21 ～1.00 g。

表3 E1点参试材料产量构成因素

2.1.2 E2点各品种(系)产量及构成因素 由表4可知，参试材料与对照间差异均达到显著水平。共参试16个品种(系)，产量介于3 448.5～5 024.9 kg·hm-2之间，平均产量4 453.8 kg·hm-2，较对照材料增产的有10份材料，增产幅度为12.43%～20.71%，增产最大的是‘长5385-1-2’，增产20.71%，增产幅度最小的是‘NB96022’，增产12.43%；较对照材料减产的有5份材料，减产-17.16%～-10.65%，减产幅度最大的是‘Z0230-2’，减产17.16%。从产量三要素来看，参试材料总穗数在330.0×104～540.0×104穗·hm-2，平均总穗数420×104穗·hm-2，‘9924’、‘陇育0825’、‘长5385-1-2’、‘沧2007-1-1-1-1’、‘Z0230-2’、‘陇育0825’、‘Z0229-4-3’和‘Z0309-18-2’的总穗数与对照材料间差异显著，其中高于对照材料的有5份材料，最高的是‘9924’，为540.0×104穗·hm-2，较对照高75.0×104穗·hm-2；低于对照材料的有10份材料，总穗数最低的是‘长5385-1’，为330.0×104穗·hm-2，较对照材料低135.0×104穗·hm-2。参试材料穗粒数在21.6～36.0粒·穗-1，平均穗粒数29.3粒·穗-1，‘Z0228-2-2’、‘陇鉴107’和‘陇育0825’的穗粒数与对照材料间差异显著，较对照材料高的有4份材料，穗粒数最高的是‘Z0229-4-3’，为36.0粒·穗-1，较对照高4.0粒·穗-1；较对照材料低的有11份材料，其中穗粒数最低的是‘陇育0825’，为21.6粒·穗-1，较对照低10.4粒·穗-1。参试材料千粒重为21.40～42.00 g，平均千粒重34.45 g，‘陇鉴107’、‘Z0228-2-2’、‘9924’、‘陇育0825’的千粒重与对照材料间差异显著，所有参试材料千粒重都较对照材料高，千粒重最高的是‘陇鉴107’，为40.58 g，较对照高12.15 g。

表4 E2点参试材料产量及产量构成因素

2.2 两试验点间产量对比分析

参试材料16份同时种植在E1与E2两个试验点，由于两点在降水量及气温方面均有所差异，导致同一参试材料在产量和农艺性状各方面都有差异，有些品种差异较明显。

由图1可知，与对照材料相比，在E1与E2两点同时增产的有6份材料，分别是‘Z0228-2-2’、‘陇鉴103’、‘陇中1号’、‘9924’、‘Z0231-3-1’和‘长5385-1-2’；同时减产的有1份材料，是‘沧2007-1-1-1-1’；在E1点增产、E2点减产的有4份材料，分别是‘陇育0825’、‘Z0229-4-3’、‘Z0309-18-2’、‘Z0230-2’ ；在E1点减产、E2点增产的有4份材料，分别是‘NB96022’、‘陇鉴107’、‘长5385-1’和‘2007-1-113’。

通过2019—2020年多点试验统计分析(见表5)可以看出，地点间差异达到极显著水平，而品种间差异不显著，品种×地点互作也不显著。

表5 2019—2020年多点试验统计分析

2.3 两试验点间农艺性状对比分析

从农艺性状来看，除‘Z0229-4-3’和‘9924’外，E1点各品种的株高整体较E2点低(图2)，各品种(系)株高在两点变化趋势基本一致，受地点的影响较大。E1点各品种(系)穗粒数整体较E2点高(图3)，穗粒数在两试验点间的变化趋势也基本一致，但‘陇鉴107’、‘沧2007-1-1-1-1’和‘9924’穗粒数在两点间差异较大。两试验点千粒重变化差异较大(图4)，且各品种(系)千粒重在两试验点变化高低交错，其中E1点‘陇育0825’、‘Z0229-4-3’、‘长5385-1’、‘陇中1号’、‘Z0309-18-2’、‘Z0231-3-1’、‘Z0230-2’、“长5385-1-2”‘2007-1-113’及对照‘宁冬16号’10份材料千粒重大于E2点。参试16个品种(系)中，在E1点‘陇育0825’等11份材料的不实小穗率高于E2点(图5)，‘Z0228-2-2’等5个品种(系)低于E2点；两试验点不实小穗率超过5%的品种(系)有10个，占参试材料的62.5%，这也是2019—2020年度小麦整体减产的主要原因。

2.4 参试品种的丰产性及其稳定性分析

通过对参试16份材料在2个试验点的数据分析(表6)，‘9924’和‘Z0231-3-1’产量最高(产量位次分别为1和2)，互作效应值较大，互作方差较小，变异系数较小，且回归系数b<1，说明这两个品种高产，且具有超平均稳定性，广适性较好，综合评价为“很好”。‘Z0228-2-2’、‘长5385-1-2’和‘陇鉴103’具有较高产量(产量位次分别为3、4、5)，效应值小于‘9924’和‘Z0231-3-1’，但大于其它品种，介于13.1724～27.3944，方差值94.800～523.614，变异系数较小，且回归系数b>1但接近1，介于1.0960～1.2256，因此，这3个品种具有较好的稳定性，综合评价为“好”。‘陇鉴107’、‘陇中1号’、‘长5385-1’、‘NB96022’、‘2007-1-113’和‘陇育0825’产量位次6～11，效应值较小，方差较大，变异系数较大，且回归系数b>1，说明这5个品种环境稳定性较低，综合评价为“一般”。对照材料‘宁冬16号’平均产量排位12，效应值较高，方差值0.001，变异度0.018，回归系数b=1，属平均稳定性品种。‘Z0229-4-3’、‘Z0309-18-2’、‘Z0230-2’和‘沧2007-1-1-1-1’产量较低，方差值较大，变异系数较高，回归系数b<1,属低产稳产类型，综合评价‘较差’。

表6 参试材料丰产性和稳定性分析

2.5 参试冬小麦品种聚类分析

16个品种(系)根据两点产量及农艺性状等16个指标，采用可变类平均聚类法进行系统聚类分析。图6所示为E1点供试材料，在卡方距离1.5967处将16个品种(系)分为4大类，第1类为‘NB96022’、‘长5385-1’和‘宁冬16号’3个品种(系)；第2类为‘Z0229-4-3’和‘沧2007-1-1-1-1’2个品种(系)；第3类为‘陇育0825’、‘陇鉴107’、‘Z0228-2-2’、‘陇鉴103’、‘陇中1号’、‘9924’、‘Z0309-18-2’、‘Z0231-3-1’、‘长5385-1-2’和‘2007-1-113’10个品种(系)；第4类为‘Z0230-2’，单独成类。图7所示为E2点供试材料，采用同样的方法，在卡方距离1.3582处聚为4类，第1类为‘Z0229-4-3’和‘宁冬16号’2个品种(系)；第2类为‘陇育0825’、‘NB96022’、‘陇鉴107’、‘长5385-1’、‘Z0228-2-2’、‘陇鉴103’、‘陇中1号’、‘9924’和‘长5385-1-2’9个品种(系)；第3类为‘沧2007-1-1-1-1’、‘Z0309-18-2’、‘2007-1-113’和‘Z0231-3-1’ 4个品种(系)；第4类为‘Z0230-2’，单独成类。环境不同，聚类结果有所不同，但Z0230-2在两试验点均单独成类，‘陇育0825’、‘陇鉴107’、‘Z0228-2-2’、‘陇鉴103’、‘陇中1号’、‘9924’和‘长5385-1-2’在两试验点均聚为一类。由表7可知，E1点第1类表现为大穗高产型；第2类总穗数最高，但不实小穗率也最高，属多穗低产型；第3类株高最高，穗粒数最多，株茎秆籽粒总重最大，产量居中，属中产多粒型；第4类产量、穗粒数居中，千粒重最大，属中产大粒型。由表8可知，E2点第1类总穗数最大，产量较低，与E1点第二类相同，属多穗低产型；第2类产量最高，穗粒数最多，属多穗高产型；第3类产量居中，千粒重、株高、穗长、穗下节长最大，属大粒中产型；第4类产量最低，千粒重、穗长最小，穗粒数居中，属低产类型。

表7 供试品种(系)聚类分析各类别标准化转换后数据(E1)

表8 供试品种(系)聚类分析各类别标准化转换后数据(E2)

3 讨 论

作物产量受基因、环境、基因×环境互作[15-19]以及栽培措施[20]等的综合影响。在全球变暖的背景下，在我国则体现为暖冬、倒春寒等极端天气事件的不断发生[21-22]。低温是影响小麦生长发育的主要气象灾害之一，小麦遭受低温冻害是其本身抗寒力弱与外界低温综合作用的结果[23]。拔节期和孕穗期是冬小麦发育的特殊时期，拔节期冬小麦正处于幼穗分化的关键时期，是小穗和小花数目增加的主要时期，此时小麦抗低温能力相比于越冬期迅速减弱[24]，小于0℃的低温可对幼穗造成伤害，加速小花退化，使可孕小花数下降，导致小麦产量降低[25]。小麦进入脱寒锻炼状态[26]，抗低温能力也是逐渐减弱；在孕穗期，低于4℃的温度就可能对小麦旗叶和幼穗造成严重伤害，影响后期干物质生产和穗发育。宁夏南部地区每年都会遭遇倒春寒的影响，局部地区会造成严重减产，甚至绝收。2020年4月3日至5日连续低温霜冻，致使冬小麦不育小穗数明显增多，从而导致减产。根据研究结果来看，‘Z0229-4-3’、‘陇鉴107’、‘陇鉴103’、‘9924’和‘Z0230-2’在两试验点的不实小穗率都较低，穗粒数较高，可用作亲本材料来改良其它材料的耐倒春寒能力。但‘Z0229-4-3’分蘖力较低，‘Z0230-2’抗旱性较差，因此，‘陇鉴107’、‘陇鉴103’和‘9924’是较适宜的亲本材料，也可以利用这3份材料对‘Z0229-4-3’和‘Z0230-2’加以改良。另外，应从栽培技术或植物保护方面入手，研究人员应创新栽培技术，提高农艺措施，防止春季低温的影响，植物保护研究人员应研发有效的植物保护措施，防止春季低温造成的影响，将损失降到最低。

从产量结果来看，‘Z0228-2-2’、‘陇鉴103’、‘陇中1号’、‘9924’、‘Z0231-3-1’和‘长5385-1-2’6个品种(系)在两点试验中都较对照增产，丰产性较好，其中两点均增产10%以上的有‘Z0228-2-2’、‘陇鉴103’、‘9924’、‘Z0231-3-1’和‘长5385-1-2’等5个品种(系)，且根据稳定性参数来看，互作效应值较大，互作方差较小，变异系数较小，回归系数接近于1，所以稳定性较好，综合评价达到好或很好，这5个品种(系)在两个试验区域有较好的发展潜力，可作为广适性品种的重点选育对象。其他参试品种(系)丰产性较差，但从农艺性状等方面来看，每个品种(系)都有其特性，譬如，‘陇育0825’，其籽粒较大，属大粒型品种；‘Z0230-2’株高较低，可作为培育机械化收割的亲本资源。只要加以合理的开发利用，这些材料都可作为具有某种特殊性状的种质资源。

从两点间产量方差分析来看，产量变异的主要来源是地点，即试验点间的差异是导致产量差异显著的主要因素。由此可见，原州区中河乡高坡村(E1)和彭阳县玉洼村(E2)间环境差异明显，在两点间选育的同时增产的品种广适性具有一定代表性。但同时应看到，品种间、品种与地点间互作均不显著，也就是说，参试材料中缺乏产量较突出的基因型，也缺乏具有特殊环境适应性的基因型。为进一步提升品种选育的质量，应在选配组合时选择高产类型的亲本，另一亲本则选择在主要性状方面能与之互补的类型。

4 结 论

1)筛选出适宜原州区中河乡高坡村(E1)和彭阳县玉洼村(E2)种植的品种(系)6个，分别是‘9924’、‘Z0231-3-1’、‘Z0228-2-2’、‘长5385-1-2’、‘陇鉴103’和‘陇中1号’，其中在两个试验点增产幅度大于10%的有‘9924’、‘Z0231-3-1’、‘Z0228-2-2’、‘长5385-1-2’和‘陇鉴103’5个品种(系)；仅适宜E1点的有‘陇育0825’、‘Z0229-4-3’、‘Z0309-18-2’和‘Z0230-2’4个品种(系)；仅适宜E2点的有‘NB96022’、‘陇鉴107’、‘长5385-1’和‘2007-1-113’4个品种(系)。

2)与对照材料‘宁冬16号’相比，‘9924’和‘Z0231-3-1’属超平均稳定性品种，广适性较好；‘Z0228-2-2’、‘长5385-1-2’和‘陇鉴103’属稳定性品种。这5个品种在生产中具有较高的应用潜力，应进一步深入研究。