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西北旱地春小麦农艺指标变异及稳定性分析

常磊  
【摘要】: 旱地春小麦是我国西北、华北、青藏区主要的粮食作物,且主要分布在旱地,干旱是主要的限制因子。随着育种、栽培技术的发展,西北和华北旱地春小麦品种的改良取得了很大的成就,该区域的农业生产环境也发生较大的变化,小麦的产量获得很大的提高,但如何在较高产量基础上再高产,就需要从栽培环境的改良,优良品种的选育等方面寻找技术途径。因此,研究现代旱地春小麦基因型在西北和华北以及青藏区大范围内产量、品质及抗性指标的变异情况,有利揭示环境、基因型、基因型与环境的互作对产量等指标影响效应,从而给育种改良、栽培调控提供依据。差异是发展的基础,为栽培调控、育种改良提供发展空间和潜力。本研究以2002-2007年由35个品种(系)、20个试点组成的全国旱地春小麦区域试验为材料,该试验涉及及陕、甘、宁、新、青、河北、内蒙、西藏地带,试验点位于东经84°42′~114°42′,北纬29°20′~43°25′范围内,年降雨量变化在300~580mm、海拔在1147~2670m,平均气温变化在2.6~9.0℃、日照时数在2322~3035h、年积温(≥10℃)在1979~3732℃范围内。定量研究了基因型、环境、基因型与环境互作效应对产量变异的影响效应和主要农艺指标的变异,并采用多种数学模型进行了品种产量稳定性分析。主要研究结果如下: 1、多年多点多品种分析表明,环境、基因型、基因型与环境互作(GEI)对旱地春小麦单位面积籽粒产量有极显著的影响,环境间的差异包括试点环境和年际环境间的差异。其中由环境差异引起的产量差异远大于基因型和GEI,GEI的影响贡献大于基因型。环境、基因型、GEI对产量变异的贡献分别为87.28%、2.0%、10.33%。用同品种、同年份和同地点的分析也精确表明,试点间的产量及其它农艺指标的差异远大于年份间的差异;地点×品种、品种×年份、地点×品种×年份的互作效应极显著,其中以地点×品种的互作效应最明显、地点×品种×年份互作效应次之、品种×年份互作效应最小,三者引起的产量变异分别占处理平方和的7.23%,0.16%、2.39%;品种间适应度的差异极大,高低相差可达5倍以上,其中广适性好的品种(即适应度60%以上)占供试材料总数的33.67%。因此在我国华北和西北旱地春小麦产区,通过栽培环境的优化调控、优势产区的规划、品种的合理布局,进一步提高旱地春小麦生产力大有潜力。 2.高产稳产是生产上的主要追求,基因型与环境的互作的存在(GEI)是影响稳定性的根源,二者的互作效应越大、则品种稳定性越差。采用AMMI模型进行稳定性分析表明:品种间稳定性差异很大,品种间的稳定性参数值(Di)一般可高低相差4.3倍左右。地点对品种差异的分辨力相差更大,地点间的分辨力一般可高低相差8.7倍左右,因此在优良品种的鉴定和区域试验中选择适宜的试点至关重要。AMMI模型与Shukla等其它几种模型稳定性分析结果具有很大一致性,稳定性分析结果可靠性强。AMMI模型的前3个显著的IPCA解释了总变异的84.03%,而采用线性回归模型平均只解释了40.15%的GEI平方和,表明AMMI模型是一种比传统的线性回归模型能更有效地分析GEI的模型。 3.试点分辨力Dj和试点主要的7个环境因素的相关分析表明,影响试点分辨力主要环境因子有:年平均气温(-0.535**)、≥10℃年积温(-0.430**)、无霜期(-0.420**)、海拔(0.371**)、年降雨量(0.282**)、生育期降雨量(0.382**),而与年日照时数关系不密切。 4.水分是生产上影响旱地小麦产量高低的最主要因子,抗旱系数(DRC)的大小是衡量小麦性状对水分变化反映敏感性的直接指标,在人工控制水分条件下测定的DRC表明:品种间产量的抗旱系数差异明显,最大可相差2.42倍;作为综合衡量抗旱性强弱的指标抗旱指数最大可相差37.93倍。在供试现代旱地春小麦基因型群体中,抗旱极强的基因型占2.86%,抗旱性强的占8.57%,抗旱性中等及中等以下的品种占大多数,反映出现代基因型的改良主要以产量为目标。 多年多点区试分析发现,在产量及产量因素等8个重要农艺指标中,千粒重在环境间的变异系数最小,即对环境的变化反映最稳定。进一步通过性状的DRC排序、Di与各性状DRC的相关分析也表明,产量三因素中,千粒重是对水分反映最稳定的因子。DRC的大小依次为:千粒重(0.9409)单位面积穗数(0.7745)株高(0.7668)穗粒数(0.6791)产量(0.6373);品种稳定性参数Di与各性状DRC和产量的相关系数依次为:单位面积穗数DRC(-0.337*)水分胁迫区籽粒产量(-0.378**)株高DRC(-0.370**)区试旱地大田籽粒产量(-0.368**)穗粒数DRC(-0.319*)正常供水籽粒产量(0.106)千粒重DRC(0.075)。结果也表明在旱地春小麦区,稳产和高产互为基础,即品种稳定性越强、产量水平越高。 5.对我国新近育成的现代旱地春小麦基因型在西北、华北、青藏区大范围的性状变异分析表明:我国旱地春小麦平均产量水平为2471.03 kg·hm-2,品种间变幅为1318.6~3028.02 kg·hm-2,高低相差2.30倍。不同地点间产量变幅更大(392.61~6424.72 kg·hm-2),高低平均相差10.53倍。尽管总体上环境引起产量的差异远大于基因型引起的差异,但在同一试点基因型间的差异也很大,表明各地通过抗旱生态育种和引种适宜品种来提高产量仍大有潜力。最高产记录在青海大通由品种青春193获得(8266.7 kg·hm-2)。根据多年的试验结果,我国春小麦高产区主要分布在青海大通、甘肃榆中、青海互助、西藏山南等高海拔阴湿区,低产区主要分布在宁夏海原、陕西榆林、宁夏固原等低海拔旱情严酷区。 现代旱地春小麦品种间其它主要农艺指标的平均水平(及变幅)为:千粒重39.65 g(29.35~50.01g),穗粒数29.12粒/穗(18.7~33.58粒/穗),有效穗341.17穗·hm-2(222.75~375.75穗·hm-2),株高81.71cm(65.59~99.17cm),GPUE平均为9.45 kg·hm-2·mm-1 (5.55~11.84 kg·hm-2·mm-1),稳定时间2.74min(0.7~6.5 min),蛋白质含量15.5%(11.25~17.8%),容重773.51 g/L(750~794g/L)。用同一品种(定西35号)比较发现,不同试点间主要农艺指标的变幅很大,其变幅分别为:千粒重31.45~46.29g,穗粒数14.40~48.0粒/穗,有效穗239.10~532.65穗·hm-2,株高59.28~120.97cm,GPUE1.52~27.2kg·hm-2·mm-1。 6.产量和试点间主要的7个环境因素的相关分析表明,影响品种产量的主要环境因子有:生育期降雨量(0.408**)、年降雨量(0.379**)、海拔(0.304**)、无霜期(-0.373**)、≥10°年积温(-0.427**)、平均气温(-0.441**)、年日照时数(0.105)。通过产量相关因素分析表明,产量与有效穗、千粒重、穗粒数的相关系数分别为:0.684**,0.453**,0.089,而与穗粒数相关不显著,表明在我国西北、华北、青藏高原旱地春小麦产区,现代基因型的个体与群体矛盾不突出,有效穗、千粒重处于可同步提高范围,高产育种的限制性相对较小。


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