陇东旱塬区小麦主要农艺性状与产量的相关性分析_刘众.pdf

陇东旱塬区小麦主要农艺性状与产量的相关性分析刘众1，郑琪1，李杰2，刘愈之1，丁志远1（1.平凉市农业科学院，甘肃平凉744000；2.西北农林科技大学，陕西杨凌210095）摘要：为研究甘肃省陇东旱塬区小麦产量构成及主要农艺性状对产量的影响，明确后续育种目标，选育出适合本地种植的优良高产品种。利用平凉市农业科学院旱地小麦育种示范园 20102022 年小麦参试品种的产量与主要农艺性状数据，采用统计分析、相关性分析和通径分析等方法分析其产量构成及主要农艺性状对产量的影响。结果表明，各性状变异系数从大到小依次为产量、有效穗数、春分蘖、千粒重、株高、穗粒数、全生育期；相关性分析结果表明，产量与有效穗数和株高达到显著正相关，与其他农艺性状相关性不显著，有效穗数与株高呈极显著正相关，与春分蘖到达显著正相关，其他性状间相关性不显著；偏相关分析结果表明，产量与各农艺性状之间和农艺性状之间的相关性均未达到显著相关水平；通径分析结果表明，产量三要素对产量的贡献大小依次为有效穗数（0.820）、穗粒数（0.521）、千粒重（0.406）。表明在甘肃陇东旱塬区，小麦的产量、有效穗数和春分蘖具有较大的变异系数，产量与有效穗数和株高具有显著的相关性，有效穗数与株高和春分蘖具有显著的相关性，有效穗数对产量的影响最大，其次为穗粒数和千粒重。关键词：陇东旱塬区；小麦；产量构成；农艺性状；相关性分析中图分类号：S512.1文献标志码：A文章编号：2097-2172（2023）07-0615-06doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2023.07.007Correlation Analysis of Yield and Main Agronomic Traits of Wheat inLongdong Dryland Plateau RegionLIU Zhong1,ZHENG Qi1,LI Jie2,LIU Yuzhi1,DING Zhiyuan1(1.Pingling Academy of Agricultural Sciences,Pingliang Gansu 744000,China;2.Northwest A&F University,Yangling Shaanxi 210095,China)Abstract:To study the yield composition of wheat and the impact of main agronomic traits on wheat yield in Longdongdryland plateau region,to clarify subsequent breeding objectives and to select excellent high yielding varieties suitable for localplanting,using the yield and main agronomic traits data of wheat varieties tested in the Dryland Demonstration Park of PingliangAcademy of Agricultural Sciences from 2010 to 2022,the yield composition and the impact of main agronomic traits on yield wereanalyzed.Results showed that the average coefficients of variation of the agronomic traits and yield were ranked as yieldnumber ofeffective spikesspring tilleringthousand grain weightplant heightnumber of grains per spikewhole growth period.Throughcorrelation analysis,the yield was significantly positively correlated with the number of effective spikes and plant height,but not withother agronomic traits.The number of effective spikes was highly significantly positively correlated with plant height,and wassignificantly positively correlated with spring tillering.The correlation among other traits was not significant.Through partialcorrelation analysis,the correlation between yield and various agronomic traits,as well as correlation among agronomic traits,werenot significant.Through path analysis,the direct path coefficients of the three factors of yield were in the order as number of effectivespikes(0.820)number of grains per spike(0.521)thousand grain weight(0.406).The results indicate that in Longdong drylandplateau region,the yield,number of effective spikes,and spring tillering of wheat show great coefficients of variation.The yield showssignificant correlation with number of effective spikes and plant height.The number of effective spikes shows significant correlationwith plant height and spring tillers.The number of effective spikes has the greatest influence on the yield,followed by the number ofgrains per spike and thousand grain weight.Key words:Longdong dryland plateau region;Wheat;Yield composition;Agronomic trait;Correlation analysis收稿日期：2023-05-31基金项目：2022年陇原青年创新创业人才（团队）项目（2022LQTD06）；甘肃平凉国家农业科技园区建设示范项目。作者简介：刘众（1968），男，甘肃平凉人，高级农艺师，主要从事作物育种、示范与推广工作。Email:。通信作者：郑琪（1983），男，甘肃镇原人，副研究员，主要从事作物育种、示范与推广工作。Email:。寒旱农业科学2023，2（7）：615-620Journal of Cold-Arid Agricultural Sciences2 卷指标产量/（kg/hm2）有效穗数/（万穗/hm2）千粒重/g穗粒数/粒全生育期/d株高/cm春分蘖/（万茎/hm2）最大值6 338.43543.5650.2645.10281.0092.431 580.10最小值2 831.25248.1133.8533.30260.1857.33876.75平均值5 218.05435.7141.3338.11273.0479.701 305.95标准差1 071.9379.935.223.684.959.63237.31变异系数/%20.5418.3512.649.661.8112.0818.17小麦是甘肃省第二大粮食作物，种植面积在80.0 万 hm2左右，其中 70%的小麦在旱地种植1。陇东地区属于半干旱半湿润气候的过渡区2，冬小麦是该区的主要粮食作物之一，常年种植面积26.7 万 hm2左右，占全省小麦种植面积的 1/33，自古以来就有“陇东粮仓”之称。在小麦全生育期内陇东地区发生干旱的概率达到 30%，且降水量逐年递减，干旱已成为该区作物生产的主要限制因子4-5。研究表明，在小麦全生育期内一旦受到干旱胁迫，极易影响小麦生长、导致产量下降6-10。目前，就区域性在小麦产量构成因素对产量的影响已有大量研究，在对滇南地区旱地小麦品种、安徽省小麦区试品种和四川省小麦区试品种的农艺性状与产量构成因素的研究表明，穗粒数对产量的贡献高于千粒重和单位面积穗数11-13。山西南部旱地小麦区试品种和黄淮冬麦区北片水地组区试小麦品种的产量构成因素的分析结果表明，千粒重对小麦产量的影响最大14-15。而山东省小麦高产区试品种和黄淮冬麦区旱地小麦区试品种的产量性状分析结果表明，单位面积穗数对产量的贡献最大16-17。以上研究可知，在不同区域中，产量构成三因素对产量的贡献不同。我们利用 20102022 年平凉市农业科学院旱地小麦育种示范园参试小麦品种（系）的产量与主要农艺性状数据，通过统计分析、相关性分析和通径分析等方法，以明确陇东旱塬区小麦的产量构成与主要农艺性状间的关系，依此来指导未来陇东旱塬区小麦育种目标，旨在选育出适合当地种植的优良抗逆品种，为保障甘肃省粮食安全奠定基础。1材料与方法利用平凉市农业科学院旱地小麦育种示范园20102022 年 159 个小麦示范品种（系）的产量和农艺性状数据资料，采用 Excel 2019 及 SPSS 2022软件对历年数据进行统计分析。多元回归采用逐步分析法，以产量（Y）为因变量，以有效穗数（X1）、穗粒数（X2）、千粒重（X3）、全生育期（X4）、株高（X5）、春分蘖（X6）为自变量，建立回归方程。2结果与分析2.1主要农艺性状及产量的变异分析变异系数是衡量性状对环境的适应性和遗传稳定性的综合指标，各性状描述性统计和变异系数等参数分析结果如表 1 所示。结果表明，近 12年的小麦产量和主要农艺性状都有不同程度的变异，其中产量的变异程度最大，变异系数达到20.54%，变幅为 2 831.256 388.43 kg/hm2。全生育期的变异程度最小，变异系数为 1.81%，变幅为260.18281.00 d。6 个农艺性状与产量的平均变异系数从大到小依次为产量、有效穗数、春分蘖、千粒重、株高、穗粒数、全生育期。有效穗数、春分蘖变异较大，变异系数分别为 18.35%、18.17%，其中有效穗数变幅为 248.11 万543.56万穗/hm2，春分蘖变幅 876.75 万1 580.10 万茎/hm2。千粒重、株高均为中等变异，变异系数分别为 12.64%、12.08%，其中千粒重变幅为 33.8550.26 g，株高变幅为 57.3392.43 cm。穗粒数的变异系数为 9.66%，变幅为 33.345.10 粒。由于产量、有效穗数、春分蘖具有较大的变异系数，表明产量、有效穗数和春分蘖在陇东地区具有较高的遗传多样性，年度间变化较大；而千粒重、穗粒数、株高的变异程度相对较小，但还是存在一定程度的变异，全生育期的变异程度最小。可以作为对供试材料在育种过程中进行定向选择的依据，筛选出产量较高且稳产性好的材料。2.2主要农艺性状的相关性2.2.1主要农艺性状及产量间的相关性从表 2可以看出，6 个农艺性状与产量之间均未达到极显表 1供试小麦示范品种（系）的主要农艺性状和产量及其变异分析616 7 期刘众，等：陇东旱塬区小麦主要农艺性状与产量的相关性分析性状产量有效穗数千粒重穗粒数全生育期株高春分蘖产量1.000有效穗数0.582*1.000千粒重0.489-0.1431.000穗粒数0.184-0.4030.2081.000全生育期0.0570.253-0.140-0.1321.000株高0.675*0.804*0.313-0.2870.4021.000春分蘖0.2200.674*-0.313-0.3410.4360.4261.000性状产量有效穗数千粒重穗粒数全生育期株高春分蘖产量1.000有效穗数0.4781.000千粒重0.667-0.7171.000穗粒数0.713-0.228-0.3941.000全生育期-0.317-0.2690.0110.4091.000株高0.0610.7510.503-0.1960.5461.000春分蘖0.4040.247-0.246-0.590.588-0.3361.000著水平，只有株高、有效穗数与产量均呈显著正相关，相关系数分别为 0.675、0.582，其他性状与产量均未达到显著正相关，但都呈正相关，6 个主要农艺性状与产量的相关性从大到小依次为株高、有效穗数、穗粒数、春分蘖、千粒重、全生育期。另外有效穗数与株高呈极显著正相关，相关系数为 0.804；有效穗数与春分蘖呈显著正相关，相关系数为 0.674，其他各性状间均未达到显著相关水平。2.2.2主要农艺性状及产量间的偏相关性分析 从表 3 可以看出，6 个主要农艺性状与产量之间均未达到显著相关水平，其中穗粒数、千粒重、有效穗数与产量之间偏相关性最强，偏相关系数依次分别为 0.713、0.667、0.478；全生育期与产量呈负相关，偏相关系数为-0.317。与产量的偏相关性从大到小依次为穗粒数、千粒重、有效穗数、春分蘖、株高、全生育期。6 个主要农艺性状之间也均未达到显著相关水平，其中，有效穗数与株高之间正相关效应最大，偏相关系数为 0.751；有效穗数与千粒重之间负相关效应最大，偏相关系数为-0.717；产量构成三要素之间都呈负相关效应而不显著，这与前人研究结果有所不同18，但因为陇东地区属于半干旱半湿润气候的过渡区，且年降水量有逐年降低的趋势，而河南、河北等地属于湿润半湿润季风气候，与南方地区更是有显著的气候差异，因此陇东地区的小麦品种产量与各个性状之间相关性可能具有一定的地域性，这可能是小麦的各性状在年际间受环境影响太大所致。2.3产量构成三要素与产量的通径分析为更清楚地了解陇东旱地小麦产量三要素对产量的作用途径及作用途径的大小，我们以产量（Y）为因变量，有效穗数（X1）、穗粒数（X2）、千粒重（X3）、全生育期（X4）、株高（X5）、春分蘖（X6）为自变量进行逐步回归，剔除与自变量存在多重共线性的自变量，舍去回归系数不显著的自变量，最终得到最优的多元回归方程：Y=10.99X1+151.81X2+83.35X3-8801.42（R2=0.806）根据得到最优多元回归方程的标准回归系数表 2供试小麦品种（系）的主要农艺性状及产量间的相关系数“*”表明在 0.05 水平上显著相关，“*”表明在 0.01 水平上极显著相关，下表同。表 3供试小麦品种（系）的主要农艺性状及产量间的偏相关系数617 2 卷及产量三因素之间的相关系数进行整理，对产量三要素与产量之间进行通径分析。由表 4 直接通径系数可知，产量三因素对产量的直接通径作用均为正值，对产量的提高均为正效应，且有效穗数（X1）对产量的直接作用最大，直接通径系数大小依次为有效穗数（X1）（0.820）、穗粒数（X2）（0.521）、千粒重（X3）（0.406）；千粒重（X3）对产量的直接作用最小，同时也通过有效穗数对产量起到间接作用。由间接通径系数可知，只有穗粒数（X2）通过千粒重（X3）对产量的间接作用为正值，作用大小为0.085，而其他性状间的间接通径过程对产量的作用均为负值，其中穗粒数（X2）通过影响有效穗数（X1）对产量的间接作用大小为-0.117，千粒重（X3）通过影响有效穗数（X1）、穗粒数（X2）对产量的间接作大小分别为-0.331、-0.108，有效穗数（X1）通过影响穗粒数（X2）和千粒重（X3）对产量的间接作用大小分别为-0.075、-0.164。有效穗数（X1）、穗粒数（X2）、千粒重（X3）的间接作用总和分别为-0.238、-0.337、0.083。由此可见，千粒重（X3）对产量的影响最大。3结论与讨论小麦是我国的主要粮食作物之一，不同生态地区的小麦产量构成及各农艺性状对产量的影响不同，全球气候条件变化下，干旱和高温等非生物逆境胁迫已成为限制小麦产量的主要因素19-20。各性状变异系数由大到小依次为产量、有效穗数、春分蘖、千粒重、株高、穗粒数、全生育期。表明甘肃陇东旱塬区的小麦产量及有效穗数、春分蘖等农艺性状的变异系数都较大，遗传变异丰富，可在供试材料中筛选可以稳定遗传的高产小麦品种，产量构成三要素的变异系数由大到小依次为有效穗数、穗粒数、千粒重，这与芦艳珍等14的研究结果相似，表明在甘肃陇东旱塬区小麦生产中有效穗数等性状具有较大的选择潜力，因此在育种中应当着重选择有效穗数多的品种，同时兼顾与其他产量构成性状之间的相互影响。从相关性分析来看，本研究中小麦产量与有效穗数和株高呈显著正相关，这表明有效穗数和株高与产量之间具有显著的相互作用关系，同时有效穗数与株高呈极显著正相关，与春分蘖呈显著正相关。而偏相关分析发现，产量与各个性状均未达到显著相关水平，产量三要素（有效穗数、穗千粒、重粒数）之间的偏相关系数较高，这与前人研究基本相同21-22，但因为陇东地区属于半干旱半湿润气候的过渡区，且年降水量有逐年降低的趋势，而河南、河北等地属于湿润半湿润季风气候，与南方地区更是有显著的气候差异，因此陇东地区的小麦品种产量与各个性状之间相关性可能具有一定的地域性。前人研究表明，适宜的株高可提高小麦收获指数和生产潜力23，在保证抗倒伏能力的同时，适宜的增大小麦群体数量和株高来到达较大的生物量，以获取更强的光合能力，进而可以导致产量的提升24-28。因此，在后续小麦品种选育工作中，在陇东旱塬区选择群体结构好，株高较高且抗倒性强的小麦品系是获得高产的基础。通径分析能够更准确地反映出作物各产量构成因素对产量的作用和影响19。从通径分析结果来看，小麦产量三要素对产量贡献的大小依次为有效穗数（0.820）、穗粒数（0.521）、千粒重（0.406），这和产量三要素（有效穗数、穗粒数、千粒重）与产量的相关性结果一致且均为正效应，表明有效穗数是对陇东旱塬区小麦产量影响最大的因素，其次为穗粒数和千粒重，该结果也与前人的研究结论一致28。穗粒数、千粒重对产量的提高作用同样关键29-31，本研究中产量构成三要素与产量均呈正相关关系，但只有有效穗数与产量具有显著性，同时在其他研究中存在千粒重与产量的相关性不显著的结果32，这可能是由于受环境条件影响所致。这些结果表明，有效穗数、穗粒数、千粒重的增加都会导致产量的增加，其中以有效穗数对产量的影响最大。综上所述，本研究结果支持前人的研究结论23-28，同时也反映出特定地域内小麦产量构成因素和主要性状之间特殊的相互关系。主要原因可能是由于甘肃陇东地区受环境影响较大、年际f直接通径系数间接通径系数X1YX2YX3YX10.8201.000-0.075-0.164X20.521-0.1171.0000.085X30.406-0.331-0.1081.000表 4供试小麦品种（系）的产量三因素与产量的通径分析618 7 期间气候条件不同所致，虽然产量三要素有效穗数、穗粒数、千粒重之间相互制约，但从整体分析结果来看还是有迹可循33。因此通过本研究可为后续育种工作提供参考，为甘肃陇东地区小麦实现高产奠定基础。本研究结果表明，在甘肃陇东旱塬区，小麦的产量、有效穗数和春分蘖均具有较高的遗传多样性，同时有效穗数对产量的影响最大，其次为穗粒数和千粒重，可见有效穗数是保证获得高产的前提。由于有效穗数与株高、春分蘖均具有显著的相关性，因此在后续小麦育种实践中应选择有效穗数高的材料27，同时注意与株高和春分蘖之间的相互影响，以培育适合陇东旱塬区种植的高产小麦品种。参考文献：1 鲁清林，马忠明，杨文雄，等.甘肃小麦育种现状及对策 J.甘肃农业科技，2022，53（5）：1-5.2 李兴茂，倪胜利，王立明.陇东旱塬区降雨量演变与冬小麦产量和生长发育变化关系的探讨 J.干旱地区农业研究，2013，31（2）：28-31.3 史聚宝，刘鹏忠.中麦 175 在甘肃陇东旱塬区的高产潜力分析 J.作物杂志，2015（2）：158-162.4 周忠文，刘英，张谋草，等.农业气候资源变化对陇东塬区旱作粮食的影响分析 J.中国农学通报，2023，39（3）：55-60.5 周忠文，刘英，张谋草，等.气候变化对陇东塬区冬小麦生长的影响分析 J.中国农学通报，2014，30（24）：87-92.6 DARYANTO S,WANG L X,JACINTHE P A.Globalsynthesis of drought effects on maize and wheat production J.PLoS One,2017,11（5）:e0156362.7 袁蕊，李萍，胡晓雪，等.干旱胁迫对小麦生理特性及产量的影响 J.山西农业科学，2016，44（10）：1446-1449；1466.8 赵吉平，周伟，郭鹏燕，等.干旱胁迫对小麦品种株高与产量及抗旱性相关分析 J.种子，2020，39（9）：120-123.9 MICKKY B,ALDESUQUY H,HLNAJAR M.Effect ofdrought on yield of ten wheat cultivars linked with theirflag leaf water status,fatty 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