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小麦是我国主要粮食作物之一,常年种植0.23亿hm²左右,其中近1/3面积因水源、田间工程和地形等因素限制完全没有灌溉条件,属旱地小麦,主要分布在河南、山西、陕西、河北、山东、甘肃和宁夏7个省区,其中80%的面积集中在我国黄淮冬麦区。受全球气候变暖的影响,黄淮冬麦区小麦生长期以干旱为主的自然灾害发生的频率和严重程度逐年增加^[1,2,3]。从2007年至今,我国北方冬麦区连续发生冬、春季干旱,小麦稳产性严重下降,仅2008年和2011年全国小麦受旱面积就分别高达0.11亿和0.08亿hm²,造成旱地小麦产量大幅度减产。旱区小麦持续增产与优良品种的选用息息相关,在区域试验阶段研究旱地小麦品种的性状特点和抗旱适应性,是检验育种选择是否成功的关键。育种进程的重要环节离不开区域试验,区域试验的结果（品种性状表现）与审定标准引导着育种方向。因此,研究区域试验冬小麦品种性状的演变趋势,探讨性状间内在的遗传变异规律,对提高育种选择效率具有非常重要的指导作用。

目前,我国小麦品种区域试验共设置10组,其中冬麦8组,春麦2组。在冬麦组中,黄淮冬麦区旱地组设置旱肥组和旱薄组,占冬麦组1/4。本研究通过对国家黄淮旱地冬小麦区域试验17年（2000-2017年）小麦资料进行汇总和统计分析,研究我国黄淮冬麦区旱地小麦品种不同性状的演变规律,旨在为我国黄淮冬麦区旱地小麦新品种选育提供理论依据。

试验材料由国家黄淮冬麦区旱地组参试单位提供。

黄淮冬麦区旱地组2000-2017年17年的小麦新品种（系）区域试验性状的汇总结果,按照区域试验年度与设置将17年资料分为“十五”、“十一五”、“十二五”和“十三五”前2年4个时间段;并按照品种类型分为“旱肥品种”和“旱薄品种”,分别探讨对照品种、新育参试品系和通过审定品种的产量水平、产量潜力及变异范围。

应用Excel和DPS v7.05对参试材料的各类试验结果进行统计分析^[4]。

2.1.1 对照品种在区域试验中的产量变化及作用

国家黄淮冬麦区17年旱地区域试验不同年份采用的3个对照品种（晋麦47、洛旱2号和洛旱7号）区域试验的籽粒产量结果如图1所示。

由于区域试验对照品种的应用在若干时间段内是相对一致的,因此,对照品种籽粒产量的差异反映该时段内年际间气候干旱变化等非品种基因型影响的差异,这种差异在旱地小麦中表现极为明显,而且绝大多数差异取决于不同年份干旱程度的影响。从图1可知,3个对照品种产量变化的总体差异相对较一致,由高到低为洛旱7号（旱肥组）>洛旱2号（旱肥组）>晋麦47（旱薄组）。但从年际间籽粒产量变化幅度来看,同一对照品种在不同年份增减产差异明显,籽粒产量变化幅度与总体产量排列顺序正好相反,即晋麦47（旱薄组）>洛旱2号（旱肥组）>洛旱7号（旱肥组）。统计各对照品种2000-2017年产量平均值±标准差和变异系数,发现洛旱7号、洛旱2号和晋麦47品种平均产量及变幅依次为4 406.7±502.35、5 139.0±602.40和5 841.0±580.05kg/hm²,其变异系数依次为11.40%、11.72%和9.93%。产量平均值±标准差反映不同对照品种年际间的遗传稳定性,晋麦47最低,洛旱7号最高,洛旱2号居中;变异系数反映品种年际间差异的遗传力的变异性,通过比对可知,3个对照品种年际间遗传基础相对稳定。对照品种产量的差异主要是基于不同年份环境差异所致,其中旱薄组对照种晋麦47的产量均值低、变异系数大;旱肥组对照种洛旱7号产量均值高、变异系数小;说明旱地小麦易受干旱气候影响,产量低、年际变幅大、遗传稳定性差。抗旱稳产型品种选育的难度远大于水地高产型品种,因此,在旱薄地上的选择鉴定难度更大。

进一步整理分析黄淮旱地历年区域试验气象资料^{[5,6,7,8,9,10,11,12,13]},并与连续参试17年的对照种晋麦47的产量结果比对,发现我国黄淮旱地冬麦区17年来,丰水年10年、干旱年2年（2008-2010年）、干旱欠收年3年、干旱冻害年2年。综合比较发现,“3年1小旱,5年1大旱”的干旱气候特点是旱地小麦生产和品种评价筛选的严重障碍,这种变化不定的逆境胁迫影响,造成旱地区域试验参试品种鉴定评价以及旱地育种选择的难度远超过了水地区域试验和育种难度。

2.1.2 区域试验历年产量结果及其变化趋势 黄淮冬麦区2000-2017年旱地区域试验参试品种（系）包括对照品种在内共339份,历年各区域试验组所有参试品种（系）平均产量见图2。为了便于比较,同时将后12年（2006-2017年）分设的旱肥与旱薄2组区域试验各参试品种的实际产量均值合并加权平均,求得后12年的合并均值与前5年（2000-2005年）均值一并作为黄淮冬麦区旱地区域试验17年产量结果（图2）。

黄淮旱地区域试验2000-2017年,历史最高产量为5 884.5kg/hm²（2015-2016年）,最低产量为3 838.5kg/hm²（2001-2002年）,平均产量为4 932.0kg/hm²。其中黄淮冬麦区旱肥组区试历史最高产量为6 576.0kg/hm²（2015-2016年）,最低产量为4 689.0kg/hm²（2012-2013年）,平均产量为5 790.0kg/hm²,最高产量与最低相差1 887.0kg/hm²;黄淮冬麦区旱薄组区试历史最高产量为5 349.0kg/hm²（2011-2012年）,最低产量为3 402.0kg/hm²（2008-2009年）,平均产量为4 318.5kg/hm²,最高产量与最低相差1 947.0kg/hm²。旱肥与旱薄相比较,最高产量、最低产量和平均产量分别相差1 227.0、1 287.0和1 471.5kg/hm²。这种同一区域试验环境内年际间产量水平远高于不同区域试验环境间产量水平,说明旱地小麦受年际间干旱多变环境影响及多基因遗传控制的复杂性高,在育种上制定性状目标、进行培育和筛选的难度远比水地育种要复杂的多。

2.1.3 区域试验新品系历年参试产量表现及变异

黄淮冬麦区旱地小麦区域试验2000-2017年小麦生长年度,不计对照品种共有230个新育品系参加了308点次试验（每个品系参试1~3年不等）。其中“十五”期间共试验50点次,“十一五”期间共试验102点次,“十二五”期间107点次,“十三五”前2年49点次。新育参试品系各年度阶段平均产量及其变异情况见图3所示。

从图3可以看出,我国旱地小麦育种产量水平每5年至少提升一个台阶,“十五”期间（4丰1欠年）平均产量及95%置信变化区间为4 582.5±158.7kg/hm²,“十一五”期间（2丰2欠1平年）为4 729.5±194.7kg/hm²,“十二五”期间（3丰2欠年）为5 142.0±174.8kg/hm²,“十三五”前2年（2丰年）为5 776.5±235.5kg/hm²。从“十一五”到“十三五”前2年期间,我国旱地小麦育成品系的区域试验籽粒产量水平同比分别增长3.21%、8.72%和12.34%。从新育品系遗传变异系数来看,“十一五”期间变异最大,“十二五”期间次之,“十五”期间最小,“十三五”前2年期间居中,分别为21.21%、17.93%、12.50%和14.56%。我国旱地小麦新育成品系区域试验产量的遗传变异度是随着年代的推移沿着由小到大再到趋于稳定的方向发展,也就是说,通过育种家的不断努力,除气象干旱、非生物逆境胁迫等坏境因素影响外,品系遗传基础狭窄的局面正在逐步得到改善。值得提出的是,从“十一五”开始,黄淮冬麦区旱地区域试验设置由原来的1个区域试验组调整为旱肥和旱薄2个区域试验组,较科学地排除或消弱了水分和肥力等环境优劣因子交错的干扰,对鉴定、评价黄淮冬麦区旱地参试品种遗传基础产量及其适应性差异起到了非常有利的促进作用。

2.2.1 区域试验新品系参试达标续试及审定情况与分析 黄淮冬麦区旱地区域试验实施17年来,除3个对照品种外,有230个新育品系先后参加区域试验,其中参加1年区域试验,淘汰不达标品系158个,1年区域试验淘汰率为68.7%;完成2年区域试验或达标升级试验品系69个;完成3年区域试验达标品系4个,合计73个,其中旱肥组达标40个,旱薄组达标33个,达标续试率总和为31.7%,旱肥达标续试率为33.6%、旱薄达标续试率为29.7%（表1）。

对表1数据进一步分析,发现黄淮冬麦区旱地区域试验新育品系参试数,参试品系达标续试数、达标续试率均随承试年代的延续呈现逐年增多的趋势。这说明随着时代进步和小麦生产形势发展的需求,旱地小麦育成品系成效及数量的逐年增加。值得强调的是参试品系达标续试率除“十五”期间受参试品系基数较少和未区分旱肥、旱薄环境影响而出现虚高外,从“十一五”开始,达标续试率逐年大幅度提高,到“十二五”同比增长61.7%,尤其是进入“十三五”后,仅前2年的达标续试率就远超“十二五”5年总和续试率,而且通过审定品种数量也提前3年达到“十二五”5年总和审定品种数的水平,这充分表明,旱地小麦育种进展速度加快,育成品种达标率逐年提升。

2.2.2 育成品种审定情况与分析 表2列出了2000-2017年黄淮冬麦区旱地区域试验审定通过的小麦品种目录。从育成品种（即通过审定的品种）情况看,230个新育品系先后参加了17年黄淮冬麦区旱地区域试验,最终完成生产试验并通过国家农作物品种审定委员会审定（以下简称“国审”）的品种44个,审定通过数占参试品系总数的19.1%,按年度平均,黄淮冬麦区旱地区域试验每年平均通过国审品种2.6个（表2）。

从通过审定品种的生态类型看,2000-2017年,旱肥型品种通过国审品种28个,旱薄型品种通过国审16个,国审通过率分别为23.5%和14.4%。按年度平均,旱肥型品种年平均国审1.6个,旱薄型品种年平均国审不足1个（0.941个）;按照审定率类型差异比较,旱肥型品种审定通过率明显高于旱薄型品种通过率。随年代推进旱肥型品种审定通过率增长幅度较稳定,但旱薄型品种审定通过率变化差异却相对较大,规律性不强。其原因主要是除了旱肥品种育成后应用面相对较大和育种家重视程度较高外,旱肥型品种具有相对有益的土壤肥力和水分供应条件(旱肥地土壤保水能力较高),鉴定筛选受多变气候影响较小,部分性状缺陷可由水肥条件相对较好的修饰或掩盖,使其遗传变异性状分离稳定相对较易,育种选择效果好、成功率较高等优势。与此相反,旱薄型品种受干旱环境影响大且年份间变化复杂,抗旱性又受微效多基因控制,性状选择稳定性差,育种成效相对较低,因此旱薄型品种审定通过率相对较低且规律性不强。

从通过审定品种的品质类型看,强筋品种有6个,中筋品种有38个,没有弱筋品种。强筋和中筋品种通过国审数分别占总参试品系数的2.6%和16.5%、占总国审通过品种数的13.6%和86.4%。国审强筋品种按育成年限统计,黄淮冬麦区旱肥组区域试验17年仅育成4个强筋品种,平均4.25年审定1个;旱薄组区试17年仅仅育成2个强筋品种,可见抗旱强筋优质品种育成难度大。特别是“十三五”前2年期间,无论是旱肥组还是旱薄组,通过国审品种数量虽多,但没有符合强筋标准的品种,说明我国黄淮冬麦区旱地小麦育种的瓶颈仍然是适于较强干旱条件下抗旱品种、节水品种和优质强筋型品种的选育,这比全国水地品种选育难度大。

2.2.3 育成品种产量水平及其变异性分析 黄淮冬麦区旱地区域试验2000-2017年共通过审定品种44个,先后参加区域试验合计88年次,按类型和年度统计了审定品种产量均值、产量变化标准差和变异系数（图4）。

从图4可以看出,我国黄淮旱地小麦2000-2017年来育成品种的产量水平因品种类型和环境气候不同呈现较大差异。特别是旱肥型品种经过“十一五”和“十二五”的2个5年连续爬坡,到“十三五”前2年,单产水平大幅度提高,达到了6 615.0±115.5kg/hm²的历史最高水平（与这2年均是丰年有一定关系）,比“十五”期间明显提高,比“十一五”和“十二五”2个5年连续爬坡水平平均提高了17.4%。旱薄型品种则是从“十一五”期间开始亦呈现相同趋势,到“十三五”前2年期间,育成品种单产水平达到5 101.5±280.7kg/hm²,比“十二五”期间5年平均水平提高9.18%,比“十一五”期间同期水平提高了7.97%。但“十一五”和“十二五”期间产量较“十五”期间降低,主要是由于“十五”期间未分旱肥品种和旱薄品种,使“十五”期间平均值偏高,而且“十五”期间是4个丰产年和1个欠年。

另一个明显的趋势就是旱肥型品种产量潜力普遍高于旱薄型品种产量水平。从“十三五”前2年期间育成的品种看,旱肥品种最高产量接近6 750kg/hm²,旱薄品种最高产量超过5 250kg/hm²,二者每公顷产量相差近1 500kg,这种差异与“十一五”期间的差异（1 393.5kg/hm²）接近,比“十二五”期间的差异（866.1kg/hm²）约高2/3。

从反映产量变化程度的标准差和变异系数看,“十五”到“十三五”前2年期间4个试验年代除了旱薄组“十一五”期间（2008-2010年连续2年遭受50年罕见干旱影响）标准差稍低外,其余各年代的品种产量标准差、变异系数均表现为旱薄品种高于旱肥品种,说明旱薄品种虽然受环境条件影响大,但产量变化幅度差异大,变异度大,鉴定选择基础相对较宽。

进一步比较各年代间育成品种产量变异系数的差异,发现“十二五”期间旱肥（12.94%）和旱薄（16.67%）均明显高于前期（“十五”和“十一五”期间）,而“十三五”前2年期间旱肥（1.75%）和旱薄（5.5%）品种均显著低于前期,而且与前述标准差变化趋势一致,同样是旱薄品种大于旱肥品种。这说明“十二五”期间育成品种的遗传多样性相对较丰富,而随着区域试验设置的优化和续试达标标准的不断改进和提高,特别是从“十三五”初期开始,区域试验建立并逐步完善的以品种比较等试验为基础设置的策略和强化高质量、高标准规则的要求与落实,对升级参试品系产量遗传差异的筛选提供了越来越精确的支撑。

我国黄淮冬麦区旱地小麦区域试验从“十五”到“十三五”前2年来共开展试验339次,参试对照品种3个,参试新育品系230个。区域试验达标续试品系合计73个,最终通过国家审定品种44个,达标续试率和通过国审率分别为31.7%和19.1%。通过国审品种中,适于旱肥地种植品种28个,适于旱薄地种植品种16个;若按年平均,旱肥地每年育成品种1.65个,旱薄地每年育成品种不足1个（0.941个）;从品质看,育成品种中强筋类品种6个,强筋品种占育成品种的13.6%、占达标续试品系的8.2%、占参试新育品系的2.6%,强筋品种选育举步艰难。更值得强调的是“十三五”前2年期间,已通过审定或初审的品种数占17年区域试验通过审定品种总数近3成（27.27%）的12个品种（旱肥8个、旱薄4个）中没有强筋品种。可见抗旱品种与强筋优质品种的选育一直是我国黄淮冬麦区旱地小麦品种选育的短板,其有益有效的改进需引起重视。区域试验通过审定品种的产量水平随区域试验年代延续逐步提升,到“十三五”前2年期间达到最大,旱肥型品种平均产量6 615.0±115.5kg/hm²,旱薄型品种平均产量5 101.5±280.65kg/hm²,分别比“十二五”期间5年平均水平提高17.40%和9.18%。因此,改善试验监管,提高试验质量,以区域试验评价为方向引导品种选育朝良性循环、生态保障、提高资源利用率和市场竞争力方向发展已成为今后小麦育种和区域试验的发展方向。

选择综合性状良好的育种品系,通过遗传改良、提高小麦单产水平是旱地小麦育种和区域试验评价永恒的主题^[4,7-13]。我国黄淮冬麦区2000-2017年旱地小麦区域试验通过优化设置设计、规范达标续试及报审条件要求、公开透明、多途径监管等方面的不断改进和更新,不仅为小麦育种及试验提供了标杆,而且提高了参试品系遗传差异筛选的准确性和投放生产的可靠性。从历年区域试验结果和育成国审品种的状况看,抗旱、高产、广适、优质仍是旱地小麦育种长期以来需要解决的难题^[15]。选育抗旱、广适、优质的旱地小麦新品种对于缓解黄淮麦区水资源危机,保障国家粮食安全、生态安全和社会可持续发展具有重要意义。

本研究表明,对黄淮旱地小麦品种性状的演变及其规律进行研究,进一步揭示不同年际间旱地小麦随生产条件改变品种性状的变化规律,既能为选育更适宜旱地品种提供帮助,也能为品种推广和生产示范提供了大量有用信息,值得继续深入探索。