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美国西北部春小麦抗旱节水特性研究

李萍  
【摘要】:利用作物品种自身的抗旱节水性,提高作物生产过程中的水肥利用效率是缓解作物干旱、促进作物高效生产的重要手段,也是节水农业领域研究的重要课题。为了了解美国西北部主要春小麦品种(系)的抗旱节水特性,揭示其抗旱节水的农艺与生理基础,本研究采用裂区设计,以3个水分处理(充分供水、轻度胁迫和重度胁迫)为主区,以美国西北部30个主要春小麦品种(系)为副区,3次重复,进行了2年的田间定位试验研究。调查了春小麦品种(系)的农艺性状、生理性状以及产量性状;建立了农艺性状、生理性状以及产量与水分之间的关系;分析了美国西北部主要春小麦品种(系)的抗旱节水特性;在此基础上,进一步分析了其抗旱节水的农艺与生理基础;提出了作物抗旱节水特性评价指标与评价方法;为实现作物高效用水提供理论依据。取得的主要研究结果如下: 1、不同春小麦品种(系)的产量对干旱胁迫的敏感性差异显著。在供试的30个品种(系)中,品种(系)IDO599、Alturas和IDO702在不同水分条件下的产量均较高,称之为高产量品种(HYG);Klasic、Choteau、UC1600、Snowcrest和Cataldo在不同水分条件下的产量均较低,称之为低产量品种(LYG);与其它品种(系)相比,Agawam、McNeal和Alpowa在重度干旱下产量较高,而在充分灌水条件下产量中等,表现出很强的抗旱性,称之为抗旱品种(DRG);IDO686和Lolo在充分灌水条件下产量较高,而在重度干旱条件下产量较低,对干旱很敏感,称之为干旱敏感品种(DSG)。在不同土壤水分环境下,选择种植适合的春小麦品种对提高产量十分关键,本研究建议在水分亏缺地区种植高产品种和抗旱品种,而在湿润地区推荐种植高产品种和干旱敏感品种。 2、干旱明显缩短了春小麦的生理成熟天数(PMD),降低了株高(HT),缩短了外露穗下节长(EPL),减小了籽粒容重(GVW)、单个籽粒重(KW)和籽粒直径(KD),并提高了籽粒蛋白质含量(GPC)。在所测农艺性状中,除HD外,其它均与籽粒产量显著相关。逐步回归分析表明,PMD、HT和GVW/GPC这4个性状对籽粒产量有显著影响,选择PMD晚、HT高以及GVW/GPC大的品种有益于产量的提高。培养温度为15℃和20℃时,胚芽鞘长(CL)的最佳测定材料分别为8天龄和7天龄幼苗。小麦的幼苗性状中,CL和根数(RN)的遗传力较高,而根长(RL)的遗传力较低。CL、RL以及RN之间的相关性不显著,表明这几个性状是相对独立的。HT与CL不相关,而HT与EPL高度正相关,表明HT高的春小麦,其EPL也长,但其CL不一定长。 3、干旱胁迫导致了春小麦品种(系)的旗叶衰老(FLS)进程加快、旗叶碳同位素分辨力(CID)和籽粒CID减小、冠层温度(CT)升高、旗叶叶绿素含量指数(CCI)的降低速率加快、以及旗叶相对含水量(RWC)的降低。旗叶CID,籽粒CID以及旗叶RWC与产量正相关,而FLS和CT与产量负相关。主成分分析表明,FLS、旗叶CID和CT这个3个性状对产量有显著影响,筛选FLS晚、旗叶CID大以及CT低的品种将有助于产量的提高。FLS和CT的最佳评价时期是籽粒蜡熟初期(Feekes11.2)。籽粒蜡熟初期测定的FLS(FLSd)对产量的预测在干旱胁迫下更可靠;用CID预测产量在重度干旱胁迫下更可靠。开花期和灌浆期测定的CT均可用来预测产量,但开花期CT在干旱条件下更可靠,而灌浆期CT在充分灌水条件下更可靠。旗叶CCI的最佳测定时期是籽粒乳熟期(Feekes11.1)。CCI与产量间无相关性,但CCI降低量(CCID)与产量显著负相关。CCID可用作筛选高产品种的指标,而CCI可用作筛选抗旱品种的指标。 4、灌溉降低了所有春小麦品种(系)的WUE和NUE,但不同产量特点的品种在WUE和NUE的降低量上存在显著差异。重度干旱条件下WUE和NUE呈显著正相关,但在充分灌水条件下两者之间无相关性。这表明只有在重度干旱条件下筛选高WUE的同时也有益于高NUE的筛选,反之亦然。在春小麦中,高WUE和低NUE应该在充分灌水条件下筛选,而低WUE和高NUE应该在重度干旱条件下筛选。WUE和NUE均与产量显著负相关,但在供试的30个品种(系)中,发现存在个别产量高的品种(系),其WUE和NUE也较高。因此,在产量高的品种(系)中筛选具有高WUE和NUE的品种(系),是在保证产量的前提下提高水肥利用效率的可行途径。 5、初步建立了基于高产性、抗旱性以及节水性的小麦品种抗旱节水特性的评价方法。提出了高产指数(HYI)、抗旱指数(DRI)、用水效率指数(WUEI)和综合指数(CI)的概念和计算方法,以及对春小麦高产性、抗旱性和节水性进行判定的分级标准。根据HYI把春小麦划分为高产量、中等产量和低产量3个产量级别;根据DRI把春小麦划分为强抗旱、抗旱和干旱敏感3个级别;根据WUEI把春小麦划分为高用水效率、中等用水效率和低用水效率3个用水效率级别。本文所提出的高产性、抗旱性及节水性的评价指数可用于春小麦抗旱节水品种的鉴选。


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