美国西北部春小麦抗旱节水特性研究

节水中心2012届博士研究生李萍，在导师吴普特研究、冯浩研究员的指导下，经过三年努力完成美国西北部春小麦抗旱节水特性研究。

研究方向：农业水土工程

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（Feekes 11.2）。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（Feekes 11.1）。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。

关键词：