Eur. J. Agron. | 小麦产量的提高与品种更替期间根系的改变有关

本文亮点

小麦产量的提高与品种更替期间根系的改变有关； 随着品种的演替，根系在表层的分布明显减少，而在下层的分布明显增加； 现代品种根系结构优化有利于水分储存，产量优势明显。

在品种选择过程中，根系形态和解剖性状对了解籽粒产量和水分利用效率的提高具有重要意义。然而，品种更替引起的根系形态和解剖结构的变化及其对产量和水分利用效率的影响尚不清楚。本研究通过大田和盆栽试验，研究1949 - 2014年陕西省6个旱地冬小麦品种根系形态解剖性状的变化趋势，并探讨其与产量和水分利用效率的关系。本研究假设小麦根系随着遗传产量潜力的提高而得到改善，因此现代品种根系形态和解剖性状的变化与较老品种更高的产量潜力和水分利用效率有关。未来小麦育种面临的挑战是在缺水条件下提高产量和水分利用效率，这可以通过进一步促进地下根系发育和优化根系解剖结构来实现。

试验设计

冬小麦是陕西省的主要作物。本研究选取了6个旱地小麦品种作为1949 - 2014年中国陕西省6个主要替代品种的代表(表1)。这些品种是根据各自时代最成功的品种发布以及该地区的生产和栽培面积进行选择的。它们是碧蚂1号″(缩写为BM）1;“丰产3″(FC3)”、“小偃6号″(XY6)”、“宁冬1号″(ND1)”、“长旱58″(CH58)”和“长航1号″(CH1)”。田间试验于2018年10月9日至2019年5月30日和2019年10月9日至2020年5月30日连续两个生长季在中国陕西省杨凌(34°16′56.24″N, 108°04′27.95″E;460米高)。试验点为西北半干旱半湿润气候区，年总降水量587 mm，潜在蒸发量993 mm，平均气温14.5℃。

主要图表

生长季节的天气状况

图1 2018 - 2019年和2019 - 2020年冬小麦生长期的降水和温度。

品种更替过程中根系形态性状的变化

图2 灌水和雨养处理下6个不同释放年份小麦品种开花期和成熟期根系生物量(A-D)和根系表面积(E-F)

图3 不同灌水和雨养处理下6个品种开花期和成熟期根长(A-D)和根长密度(E-F)的变化

品种更替过程中根系解剖性状的变化

粮食产量和水分利用效率

根系性状与产量和水分利用效率的相关分析

图4 灌水和雨养处理下籽粒产量、水分利用效率(WUE)和收获指数(I)与开花期(A和B)和成熟期(C和D)根系形态性状之间的Pearson相关矩阵。颜色强度表示相关程度(r)，蓝色和红色分别表示正相关和负相关。

图5 灌水和雨养处理下根系解剖性状与籽粒产量、水分利用效率(WUE)和收获指数(I)的Pearson相关矩阵。颜色强度表示相关程度(r)，蓝色和红色分别表示正相关和负相关。

结论

研究了1949 - 2014年半干旱半湿润地区6个广泛栽培品种根系形态和解剖性状的变化趋势。表层土和底土根系大小和根系解剖结构的遗传差异可能是旱地小麦产量和水分利用效率持续提高的关键。土壤深层根粗和根皮质厚度的增加和根木质部中心导管直径的减小显著提高了现代旱地小麦品种的产量和水分利用效率。通过选育或实施最佳管理措施，进一步提高根深发育、根皮质厚度和木质部中心导管直径，将是开发旱地小麦产量潜力的有效途径。因此，本研究结果为未来旱地小麦育种和实施最佳管理策略提供了潜在的指导，以适应预期气候变化情景下日益严重的干旱胁迫。