趙瑞，張旭輝，張程煬，郭涇磊，汪妤，李紅霞

西北農(nóng)林科技大學農(nóng)學院，陜西楊凌 712100

0 引言

【研究意義】小麥是中國重要的商品糧和戰(zhàn)略儲備糧之一，對國家糧食安全和供需平衡具有重要作用。氮素作為生命元素，是作物生長和產(chǎn)量形成的限制因子，對中國糧食產(chǎn)量的貢獻占 35%[1]。目前，中國氮肥使用量約占世界總用量的 31.0%，氮肥平均利用率僅為 30.0%—41.0%，且化肥的流失量占施用量的40.0%[2-4]。隨著氮肥的過量使用，小麥生產(chǎn)成本升高，氮肥利用率降低，導致氮淋失、N2O的排放等一系列環(huán)境污染問題[5]。因此，篩選氮高效種質資源，挖掘基因潛力，是提高小麥氮素利用效率的有效途徑。選育氮高效小麥品種，減少氮肥投入量，維持產(chǎn)量穩(wěn)定，對保障糧食安全具有重大意義?！厩叭搜芯窟M展】已有研究表明，作物對氮素的吸收、利用效率不同，耐氮脅迫的能力存在差異[6]。董魯明[7]研究表明，玉米在氮素吸收和利用能力上存在基因型差異。楊睿等[8]對50個甘藍型油菜進行氮效率基因型篩選，發(fā)現(xiàn)品種間氮效率相差 2.5倍。氮效率鑒定是作物氮高效育種工作的一個重要環(huán)節(jié)，目前，關于作物氮效率評價篩選方面的研究，在棉花（Gossypium spp.）[9-11]、油菜（Brassica napus L.）[12]、大麥（Hordeum vulgare L.）[13-16]、谷子（Setaria italica）[17-23]、水稻（Oryza sativa）[24]、玉米（Zea mays）[25]和小麥（Triticum aestivum）[26-31]等作物上已有報道?！颈狙芯壳腥朦c】以上研究多采用苗期水培的篩選方法，以形態(tài)、生理性狀為篩選指標，對作物種質進行氮效率鑒定，關于作物成株期的氮效率指標篩選及評價卻鮮見報道?！緮M解決的關鍵問題】本研究通過田間試驗的方法，設置4個氮肥梯度，選取小麥成株期株高、穗長、旗葉長、旗葉寬、莖粗、可育小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、粒長、粒寬和單穗產(chǎn)量為氮效率評價指標，利用模糊隸屬函數(shù)法、主成分分析法和聚類分析法對108份小麥種質資源進行基因型差異分類和氮效率評價。旨在挖掘小麥農(nóng)藝和產(chǎn)量性狀的遺傳潛力，篩選氮高效品種，為小麥氮高效育種提供種質資源。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

108份小麥種質資源，包括河南品種30份、河北品種21份、陜西品種9份、北京品種20份、山西品種9份、安徽品種2份、山東品種5份、甘肅品種3份以及引進品種9份（電子附表1）。供試材料均由中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)生物技術國家重點實驗室彭惠茹教授提供。

1.2 試驗設計

試驗分別于2018—2019和2019—2020年小麥生長季，在陜西省楊凌示范區(qū)西北農(nóng)林科技大學標本區(qū)（108.24°E，34.20°N）進行種植。試驗地土壤類型為壤土，播種前試驗田0—25 cm土層土壤養(yǎng)分狀況為全氮 0.94 g·kg-1、速效鉀 175 mg·kg-1、速效磷 7.42 mg·kg-1、有機質 1.29 g·kg-1。試驗采取裂區(qū)設計，以施氮水平為主因素，小麥品種為副因素。設置4個施氮處理，無氮處理 N1（0 kg·hm-2）、低氮處理N2（180 kg·hm-2）、正常氮處理 N3（270 kg·hm-2）和高氮處理N4（360 kg·hm-2），尿素（N 46.4%）、磷酸二銨（P2O546%，N 18%）和氯化鉀（KCl 52%）以基肥施用。采取完全隨機區(qū)組設計，每個小區(qū)種植108份品種，每個品種2行，行距25 cm，行長1.5 m，每行點播30粒。4個處理，3次重復，共計12個小區(qū)。其他按照小麥栽培要求進行田間管理。

1.3 性狀調查與指標測定

收獲前，每個重復小區(qū)中隨機取10株參照《小麥種質資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[32]對株高（plant height，PH）、穗長（spike length，SL）、旗葉長（flag leaf length，F(xiàn)LL）、旗葉寬（flag leaf width，F(xiàn)LW）、莖粗（stem diameter，SD）（穗下節(jié)）、可育小穗數(shù)（fertile spikelet number，F(xiàn)SN）、穗粒數(shù)（grain number per spike，GNPS）和單穗產(chǎn)量（grain weight per spike，GWPS）等農(nóng)藝性狀進行考察；利用 SC-G型自動考種儀（中國 萬深）測定千粒重（thousand kernel weight，TKW）、粒長（grain length，GL）和粒寬（grain width，GW）。

1.4 指標計算與數(shù)據(jù)分析

灰色關聯(lián)系數(shù) L0i(k)=（Δmin+ρΔmax）/（Δ0i(k)+ρΔmax）；

其中，Xi、CKi分別為低氮/高氮水平、正常氮水平下的性狀測量值；PImin、PImax為各性狀指標耐氮系數(shù)的最小值、最大值；ri為各性狀指標與綜合耐氮系數(shù)的相關系數(shù)；為指數(shù)權重，表示第i個性狀指標在所有指標中的重要程度。Δ0i(k)為k時刻2個序列的絕對差；Δmin和Δmax分別為所有比較序列各個時刻絕對差中的最小值與最大值，Δmin=0，分辨系數(shù)ρ=0.5。

運用Excel 2010和SPSS分析軟件進行生物統(tǒng)計、方差分析、主成分分析、聚類分析及相關性分析，R語言的GGE-Bioplot軟件包作GGE雙標圖。

2 結果

2.1 不同氮素水平下小麥成株期氮效率相關性狀的差異分析

與N3處理相比，N1處理對小麥的形態(tài)和產(chǎn)量構成相關性狀均有不同程度的影響（表 1）。主要表現(xiàn)為株高降低、穗長變短、旗葉葉長和葉寬縮小、莖稈變細、可育小穗數(shù)和穗粒數(shù)減少以及單穗產(chǎn)量降低。下降程度依次為旗葉長（12.39%）＞穗長（8.68%）＞旗葉寬（7.28%）＞可育小穗數(shù)（5.92%）＞穗粒數(shù)（4.94%）＞株高（3.96%）＞單穗產(chǎn)量（3.63%）＞莖粗重（1.77%）。數(shù)據(jù)表明大多數(shù)性狀在小麥生長發(fā)育過程中均受到了氮脅迫的抑制。與N2處理相比，N4處理同樣對供試材料各性狀產(chǎn)生顯著影響，處理間和種間的差異均達顯著水平。隨著氮肥施用量的增加，株高、穗長、旗葉長、旗葉寬、可育小穗數(shù)和穗粒數(shù)等性狀值隨之增加，上升程度依次為旗葉寬（7.55%）＞旗葉長（5.63%）＞穗長（4.28%）＞可育小穗數(shù)（2.44%）。其他性狀值（莖粗、千粒重、粒長、粒寬和單穗產(chǎn)量）隨之降低，下降程度依次為莖粗（2.13%）＞千粒重（2.01%）＞單穗產(chǎn)量（1.32%）＞粒寬（1.24%）＞粒長（0.28%）。說明高氮脅迫造成了小麥旺長，營養(yǎng)器官變大，影響植株碳氮代謝協(xié)調，植株籽粒產(chǎn)量降低。

表1 不同氮水平下小麥成株期氮效率相關性狀的差異Table 1 Differences of nitrogen efficiency-related of wheat traits at mature stage under different nitrogen levels

108份參試小麥品種在4個供氮水平下各性狀的變異幅度都比較大，變異系數(shù)大多超過10%。變異系數(shù)越大，說明品種對氮素敏感程度越大，2年4個氮梯度環(huán)境下的各性狀指標平均變異系數(shù)（氮素敏感度）依次為單穗產(chǎn)量（20.39%）＞旗葉長（18.10%）＞穗粒數(shù)（17.30%）＞旗葉寬（17.00%）＞株高（14.52%）＞穗長（12.25%）＞莖粗（10.86）＞千粒重（10.47）＞可育小穗數(shù)（9.75%）＞粒長（5.03%）＞粒寬（4.39%）。結果表明，氮處理效果良好，各性狀表型明顯。單穗產(chǎn)量、旗葉長、穗粒數(shù)、旗葉寬、株高、穗長、莖粗和千粒重的變異系數(shù)均超過10%，可以作為小麥耐低氮和高氮能力的主要篩選與評價指標。供試材料的氮效率相關性狀具有豐富、廣泛的遺傳性差異，可以用于小麥氮效率品種的篩選。

2.2 耐氮系數(shù)的區(qū)間分布和相關性分析

為減小品種間遺傳及生物學差異造成的誤差，采用耐低氮系數(shù)PI1（N1/N3）和耐高氮系數(shù)PI2（N4/N2）表示性狀對低氮和高氮脅迫的敏感程度。將各性狀指標的耐低氮系數(shù)PI1和耐高氮系數(shù)PI2分別以0.5為組距，分成 3個區(qū)間，統(tǒng)計數(shù)值的分布頻數(shù)情況（表2），不同性狀指標的PI1和PI2在同一區(qū)間或不同區(qū)間的分布頻率差別較大。2年數(shù)據(jù)結果顯示，在低氮脅迫條件下，穗長耐低氮系數(shù)0≤PI1<1區(qū)間的品種占71.30%和78.10%、旗葉長0≤PI1<1區(qū)間的品種占73.15%和66.67%、莖粗0≤PI1<1區(qū)間的品種占69.44%和70.48%、旗葉寬0≤PI1<1區(qū)間的品種占77.78%和54.29%、穗粒數(shù)0≤PI1<1區(qū)間的品種占63.89%和63.81%、單穗產(chǎn)量0≤PI1<1區(qū)間的品種占67.31%和59.05%、株高0≤PI1<1區(qū)間的品種占65.74%和61.90%、可育小穗數(shù)0≤PI1<1區(qū)間的品種占50.93%和71.43%、說明大多數(shù)小麥的穗長、旗葉長、莖粗、旗葉寬、穗粒數(shù)、單穗產(chǎn)量、株高和可育小穗數(shù)在低氮脅迫后降低，且對低氮脅迫響應明顯。在高氮脅迫條件下，穗長耐高氮系數(shù)PI2≥1區(qū)間的品種占74.07%和67.31%、旗葉長PI2≥1區(qū)間的品種占68.52%和62.50%、可育小穗數(shù)PI2≥1區(qū)間的品種占61.11%和58.65%，說明穗長、旗葉長和可育小穗數(shù)對高氮脅迫響應敏感，耐肥性較強。

表2 小麥種質各性狀指標耐氮系數(shù)PI的區(qū)間分布Table 2 The interval distribution of nitrogen tolerance coefficient PI of each trait in wheat germplasm

各性狀指標耐低氮系數(shù)相關性分析顯示，多數(shù)性狀間的相關性達到顯著或極顯著水平（圖1-A），株高與穗長、旗葉長、可育小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、粒寬和單穗產(chǎn)量極顯著相關，其中，與旗葉長的相關性達 0.62。穗長與旗葉長、可育小穗數(shù)、穗粒數(shù)、莖粗、粒長和單穗產(chǎn)量極顯著相關，與千粒重顯著相關。旗葉長與可育小穗數(shù)、穗粒數(shù)、莖粗、粒長和單穗產(chǎn)量極顯著相關，與千粒重和粒寬顯著相關。旗葉寬與千粒重、粒長和粒寬相關，與其他不相關?？捎∷霐?shù)與穗粒數(shù)、莖粗和單穗產(chǎn)量極顯著相關，與其他不相關。穗粒數(shù)與莖粗、千粒重和單穗產(chǎn)量極顯著相關，與粒寬顯著相關。莖粗與千粒重顯著相關，與粒長負相關。千粒重與單穗產(chǎn)量極顯著相關，與粒長負相關。粒長與粒寬極顯著相關，與單穗產(chǎn)量顯著相關。粒寬與單穗產(chǎn)量極顯著相關。除了旗葉寬之外，各性狀指標與單穗產(chǎn)量均顯著相關，其中穗粒數(shù)和千粒重與其相關性最大，分別為0.81和0.79。

各性狀指標耐高氮系數(shù)相關性分析顯示（圖1-B），株高與旗葉長和莖粗極顯著相關，與可育小穗數(shù)、千粒重、粒長和粒寬負相關。穗長與旗葉長極顯著相關，與旗葉寬和可育小穗數(shù)顯著相關。旗葉長與旗葉寬和穗粒數(shù)呈顯著相關，與莖粗極顯著相關。旗葉寬與可育小穗數(shù)、穗粒數(shù)和單穗產(chǎn)量極顯著相關，與千粒重、粒長和粒寬顯著相關?？捎∷霐?shù)與穗粒數(shù)和單穗產(chǎn)量極顯著相關，與千粒重、粒寬和粒長顯著相關。穗粒數(shù)與莖粗和單穗產(chǎn)量極顯著相關。莖粗與單穗產(chǎn)量極顯著相關，與粒長呈負相關。千粒重與粒長、粒寬和單穗產(chǎn)量極顯著相關。粒長與粒寬和單穗產(chǎn)量極顯著相關。粒寬與單穗產(chǎn)量極顯著相關。在高氮脅迫下，除了株高和穗長之外，其他指標均與單穗產(chǎn)量呈顯著相關或極顯著相關。相關性分析說明各性狀指標間均存在不同程度的相關性，且提供的耐氮信息交叉重疊。

2.3 小麥各性狀指標的主成分分析

采用各性狀指標的耐低氮系數(shù)PI-L（2年PI1的平均值）進行主成分分析（表3），提取4個主成分，貢獻率分別為 39.766%、16.661%、9.361%和9.275%，累積貢獻率達75.064%。第1主成分貢獻率最大，主要由單穗產(chǎn)量、可育小穗數(shù)和穗長決定，此主成分主要反映低氮脅迫下小麥穗部性狀的適應性變化。第 2主成分主要由粒長、粒寬和千粒重決定，其中，粒寬的特征向量最大（0.660），莖粗的特征向量最?。?0.383），說明小麥通過莖稈的變細來增加籽粒的飽滿度和容重從而適應低氮環(huán)境。第3主成分中旗葉寬的特征向量最大（0.712），株高的特征向量最?。?0.425），說明小麥通過降低植株的高度來增加旗葉寬，此主成分反映小麥葉片的適應性變化。第4主成分中株高的特征向量最大（0.465），單穗產(chǎn)量的特征向量最?。?0.345），說明小麥通過降低單穗產(chǎn)量來保證小麥的正常生長，此主成分反映小麥植株的整體適應性變化。

表3 小麥氮效率相關性狀的主成分分析Table 3 Principal component analysis of nitrogen efficiency related wheat traits

對各性狀指標的耐高氮系數(shù)PI-G（2年PI2的平均值）進行主成分分析，將原來各單項性狀指標轉換成 4個新的相互獨立的綜合指標，累積貢獻率達74.037%。主成分 PC1的特征值為 3.448，貢獻率為31.348%，主要由單穗產(chǎn)量和千粒重決定，此主成分主要反映高氮脅迫下小麥籽粒性狀的適應性變化。主成分PC2的特征值為2.243，貢獻率為20.387%，其中旗葉長的特征向量最大（0.742），千粒重的特征向量最?。?0.490），說明高氮環(huán)境造成了小麥旗葉長度的增加，同時導致千粒重的降低。主成分PC3的特征值為1.370，貢獻率為12.452%，其中穗粒數(shù)的特征向量最大（0.506），穗長的特征向量最?。?0.413），說明小麥通過減小穗長來增加穗粒數(shù)，此主成分反映小麥穗部的適應性變化。

2.4 小麥種質的氮效率綜合評價

2.4.1 耐低氮性評價 利用性狀指標的耐低氮系數(shù)，采用模糊隸屬函數(shù)法計算隸屬函數(shù)值U(X)，得出各性狀指標的權重。2019年株高、穗長、旗葉長、旗葉寬、可育小穗數(shù)、穗粒數(shù)、莖粗、千粒重、粒長、粒寬和單穗產(chǎn)量的權重分別為0.083、0.120、0.100、0.115、0.111、0.114、0.077、0.072、0.026、0.050 和 0.131。2020年為 0.046、0.073、0.107、0.058、0.051、0.117、0.071、0.145、0.058、0.116和0.162。分別計算出2019年和 2020年每個小麥品種的耐低氮性綜合評價值（D），D值越大表明其耐低氮能力越強。以2年的耐低氮性綜合評價值D為評價指標，采用歐氏最長距離法對108份小麥品種進行聚類分析，將其分為5個類群（圖2，電子附表1）。第5類為低氮敏感型，包括中種麥10號、泛麥5號、冀麥585、鄭農(nóng)46、農(nóng)大3753、周麥25、洛麥23、蘭考矮早8、晉47等31個品種，占29.25%；第4類為低氮較敏感型，包括煙農(nóng)23、周麥24、洛旱7號、農(nóng)大211、蘭考926、京冬8號、陜麥 139和中麥 175等 21個品種，占總數(shù)的19.81%；第3類為中間型，包括許科316、育德1號、輪選 987、中旱 110、鄭麥 9962、臨汾 138、洛夫林10號、石麥12、西農(nóng)585、新科8號、西農(nóng)979和山農(nóng)0917等47個品種，占44.34 %；第2類為耐低氮型，包括溫麥19、西農(nóng)529、石4185、隴麥212和豐抗2號5個品種，占4.72%；第1類為強耐低氮型，包括中麥875和西農(nóng)158，占1.89%。

2.4.2 耐高氮性評價 利用性狀指標的耐高氮系數(shù)，采用模糊隸屬函數(shù)法計算出隸屬函數(shù)值U(X)，得出各性狀指標的權重。2019年株高、穗長、旗葉長、旗葉寬、可育小穗數(shù)、穗粒數(shù)、莖粗、千粒重、粒長、粒寬和單穗產(chǎn)量的權重分別為 0.044、0.103、0.114、0.113、0.119、0.135、0.083、0.058、0.046、0.047 和0.138。2020年分別為 0.055、0.089、0.086、0.108、0.091、0.134、0.070、0.080、0.048、0.084 和 0.156。以2年耐高氮性綜合評價值D為依據(jù)，采用歐氏最長距離法對108份小麥品種進行聚類分析，將其分為4個類群（圖3，電子附表1）。第1類為耐高氮型，包括蘭考矮早8、CA9553、中原18、堯麥16、良星99、農(nóng)大179、豫農(nóng)9901、蘭考926和鄭農(nóng)46等9個品種，占 8.65%；第 2類為中間型，包括陜麥 139、洛旱 7號、石4185、隴麥212、育德1號、西農(nóng)979、許科316、鄭麥366、山農(nóng)0917、金豐7183等53個品種，占50.96%。第3類為高氮較敏感型，包括許農(nóng)5號、偃展4110、農(nóng)大211、河麥58-3、京冬8號、農(nóng)大3492、科農(nóng)2009、京411和CA9722等13個品種，占總數(shù)的12.50%；第4類為高氮敏感型，包括西農(nóng)585、溫麥19、輪選987、西農(nóng)158、農(nóng)大3753、西農(nóng)529、中麥415、煙農(nóng)23、中旱110等29個品種，占27.88%。

2.5 氮效率相關性狀與綜合評價D值的相關性分析

2.5.1 灰色關聯(lián)度分析 灰色關聯(lián)度分析顯示（表4），在低氮脅迫條件下，各性狀指標與綜合評價D值的關聯(lián)度最小值為0.748，最大值為0.815。關聯(lián)程度由大到小依次為單穗產(chǎn)量>穗長>千粒重>旗葉長>株高>粒寬>可育小穗數(shù)>粒長>莖粗>穗粒數(shù)>旗葉寬，結果顯示，與小麥品種耐低氮性關系最密切的指標性狀為單穗產(chǎn)量、穗長、千粒重、旗葉長、株高。在高氮脅迫條件下，各性狀指標與綜合評價值的關聯(lián)度最小值為0.663，最大值為0.765。關聯(lián)程度由大到小依次為單穗產(chǎn)量>旗葉長>千粒重>粒寬>莖粗>穗粒數(shù)>株高>穗長>旗葉寬>粒長>可育小穗數(shù)，結果表明，與小麥品種耐高氮性關系最密切的指標性狀為單穗產(chǎn)量、旗葉長、千粒重、粒寬和莖粗。

表4 各性狀指標耐氮系數(shù)與綜合評價D值的灰色關聯(lián)度分析Table 4 Grey relational analysis between nitrogen tolerance coefficient and comprehensive evaluation value D

2.5.2 GGE雙標圖分析 利用GGE雙標圖對小麥品種各性狀指標耐氮系數(shù)與綜合評價D值進行相關性分析，通過品種和性狀的相互關系對不同小麥品種的耐氮性進行分組，并揭示組內耐氮能力最強的品種。將同一方向上距離原點最遠的品種連接構成多邊形，多邊形各邊的垂線把雙標圖分成若干個扇形區(qū)，不同的小麥品種包括相關性狀分布在不同的扇區(qū)內。每個扇區(qū)內“頂角”的品種為所包含性狀表現(xiàn)最好的品種，位于多邊形內部或者靠近原點的品種則為表現(xiàn)較差的品種。結果如圖4-A所示，以耐低氮品種新麥19（93）為代表的扇區(qū)內，包含溫9519（89）、石4185（73）、隴麥212（83）和鄭麥9962（61）等耐低氮性強的品種，耐低氮性狀為穗長、株高、穗粒數(shù)、莖粗、粒長和粒寬。在耐低氮品種西農(nóng) 158（84）為代表的扇區(qū)內，有中麥 875（82）、豐抗 2號（78）、許科 316（94）和育德1號（97）等耐低氮性強的品種，耐低氮性狀為千粒重和小穗數(shù)。以低氮敏感型品種泛麥 5號（52）為代表的扇區(qū)內沒有耐低氮性狀。由圖 4-B可知，以耐高氮品種良星99（39）為代表的扇區(qū)內，包含 CA9553（49）和許農(nóng)5號（95）等品種，耐高氮性狀為穗長和株高。在耐高氮品種蘭考矮早8（105）為代表的扇區(qū)內，有蘭考926（104）、鄭農(nóng)46（100）、鄭麥9962（61）和堯麥16（67）等品種，耐高氮性狀為粒長、粒寬千粒重和穗粒數(shù)。以敏感型品種石麥12（74）為代表的扇區(qū)內沒有耐低氮性狀。結果表明，不同基因型小麥氮素吸收利用效率存在差異，且耐氮機制也不相同。

2.6 籽粒產(chǎn)量和氮效率分類

2.6.1 不同氮水平處理對小麥籽粒產(chǎn)量的影響 比較不同施氮水平下小麥品種的單穗產(chǎn)量（圖 5）。結果表明，在低氮脅迫下，2年單穗產(chǎn)量均降低的品種有48份，其中降低幅度小于5.00%的品種有3份，刑531、洛旱7號和石新633。降幅超過20.00%的品種有鄭麥98、矮桿早、新鄉(xiāng)大穗、冀729、豐舞981、金豐7183、京411、泛麥5號、京冬17、CA9553和YX11-57。降幅超過 30.00%的品種有中種麥 10號、益科麥5號、剡麥98和河麥58-3。2年單穗產(chǎn)量均增加的品種有16份，其中，升高幅度超過20.00%的品種有西農(nóng)585、石4185、溫麥19、農(nóng)大3492和隴麥212，升幅超過30.00%的品種有育德1號、許科316、西農(nóng)158和豐抗2號。

在高氮脅迫下，2年單穗產(chǎn)量均降低的品種有26份，其中，降低幅度小于5.00%的品種有3份，中鑒49、刑531和山農(nóng)0917。降幅超過20.00%的品種有西農(nóng)158、新鄉(xiāng)大穗、臨抗22、周麥25、豫農(nóng)201和洛麥23。2年單穗產(chǎn)量均增加的品種有20份，其中，升高幅度超過20.00%的品種包括長4738、CA9553、農(nóng)大211、剡麥98和長豐1號，增幅超過30.00%的品種有蘭考矮早8和許農(nóng)5號。

2.6.2 基于單穗籽粒產(chǎn)量的氮效率分類 作物在氮脅迫下的產(chǎn)量常被用作氮效率評價指標。以耐低氮性綜合評價D值和低氮處理下的單穗籽粒產(chǎn)量進行散點作圖，將供試小麥品種分為4類（圖6-A）。高產(chǎn)耐低氮型（Ⅰ區(qū)），此類品種的單穗籽粒產(chǎn)量和D值均高于供試品種的平均值，包括新科8號（77）、西農(nóng)158（84）、隴麥 212（83）、溫麥 19（89）、新麥 19（93）、西農(nóng)529（90）、西農(nóng)979（92）、許科316（94）和育德1號（97）等；高產(chǎn)低氮敏感型（Ⅱ區(qū)），此類品種的單穗籽粒產(chǎn)量高于平均值，D值低于平均值。包括平?jīng)?4號（28）、隴輻 2號（29）、L54223（32）和剡麥 98（31）等；低產(chǎn)低氮敏感型（Ⅲ區(qū)），此類品種的單穗籽粒產(chǎn)量和D值均低于平均值。包括中種麥10號（42）、新鄉(xiāng)大穗（44）、金豐 7183（55）、衡 4399（45）、河麥58-3（46）和益科麥5號（58）等；低產(chǎn)耐低氮型（Ⅳ區(qū)），此類品種的單穗籽粒產(chǎn)量低于平均值，而D值高于平均值，包括豐抗2號（78）、輪選987（79）、農(nóng)大3492（21）和山農(nóng)0917（41）等。

以耐高氮綜合評價D值和高氮處理下的單穗籽粒產(chǎn)量進行散點作圖，將供試小麥品種分為 4類（圖6-B）。高產(chǎn)耐高氮型（Ⅰ區(qū)），此類品種的單穗籽粒產(chǎn)量和D值均高于供試品種的平均值，包括蘭考矮早8（105）、中原18（102）、許農(nóng)5號（95）、蘭考926（104）和剡麥98（31）等；高產(chǎn)高氮敏感型（Ⅱ區(qū)），此類品種的單穗籽粒產(chǎn)量高于平均值，D值低于平均值。包括西農(nóng)158（84）、新麥19（93）、隴輻2號（29）、LS6109（33）、溫麥19（89）、鄭麥98（60）和冀729（37）等；低產(chǎn)高氮敏感型（Ⅲ區(qū)），此類品種的單穗籽粒產(chǎn)量和D值均低于平均值。有石麥 12（74）、豐舞 981（87）、中育 9398（101）、新鄉(xiāng)大穗（44）、周麥25（64）、臨抗22（66）和豐抗2號（78）等；低產(chǎn)耐高氮型（Ⅳ區(qū)），此類品種的單穗產(chǎn)量低于平均值，而D值高于平均值，包括矮桿早（9）、良星99（39）、堯麥16（67）、京冬8號（10）、有芒白4號（23）、農(nóng)大3492（21）、京411（16）和鄭農(nóng)46（100）。

綜合2年結果，根據(jù)低、高氮脅迫下的單穗籽粒產(chǎn)量差異，將108份小麥品種分為4種氮效率類型。（1）雙高效型，低氮或高氮脅迫下的籽粒產(chǎn)量高于平均值。包括隴麥 212（83）、西農(nóng) 979（92）、蘭考926（104）、西農(nóng)158（84）、存麥12號（85）、溫麥19（89）、剡麥98（31）和隴輻2號（29）等21個品種；（2）低氮高效型，在低氮脅迫下的籽粒產(chǎn)量高于平均值，高氮脅迫下籽粒產(chǎn)量低于平均值，包括石4185（73）、西農(nóng)585（91）和鄭農(nóng)46（100）等7個品種；（3）高氮高效型，在低氮脅迫下的籽粒產(chǎn)量低于平均值，高氮脅迫下則相反，包括科農(nóng)2009（38）、長豐1號（13）、邯農(nóng)2312（36）、鄭麥366（99）和中種麥10號（42）等10個品種；（4）雙低效型，在低氮和高氮脅迫下的籽粒產(chǎn)量均低于平均值，包括農(nóng)大 3492（21）、冀 38（71）、金豐 7183（55）、泛麥5號（52）、京冬8號（10）和輪選987（79）等24個品種。

3 討論

關于氮效率篩選方法的選擇，針對不同的作物常采用苗期水培試驗[33]、盆栽試驗[34]和田間試驗[35]，或兩兩結合的方法控制氮環(huán)境條件進行氮高效種質的篩選。相比前兩者，田間試驗將作物的氮利用效率與產(chǎn)量聯(lián)系起來，使其更為精準地篩選氮高效種質。選擇合適的性狀指標是作物氮效率鑒定的關鍵。馮洋等[35]利用葉片SPAD值、氮素積累量和產(chǎn)量相關性狀篩選出不同水稻氮效率種質。崔文芳等[36]研究認為玉米雜交種氮高效篩選的有效指標為葉綠素SPAD值、莖葉總氮量和穗位葉氨基酸濃度。本研究采用大田試驗，對108份小麥品種的耐氮性進行全生育期篩選。利用小麥產(chǎn)量性狀指標的相對值控制環(huán)境因素和遺傳背景造成的差異，依據(jù)氮脅迫系數(shù)和變異系數(shù)反映性狀指標受氮脅迫的大小和不同品種間受氮脅迫的程度，篩選出單穗產(chǎn)量、旗葉長、穗粒數(shù)、旗葉寬、株高、穗長、莖粗和千粒重 8個指標（CV>10%）可以作為小麥成株期耐氮性的評價指標。

根據(jù)耐氮性不同將品種劃分成不同的類型，有利于品種間的比較。張旭[37]利用氮素吸收效率和氮肥農(nóng)學效率將 14個小麥品種劃分氮高效、中效和低效 3種類型。黃永蘭等[38]對氮效率相關性狀進行分析，依據(jù)不同施氮水平下的產(chǎn)量差異將 45份水稻種質分為雙高效型、高氮高效型、低氮高效型和雙低效型。崔文芳等[39]以耐低氮脅迫指數(shù)和高氮下產(chǎn)量將 27份玉米自交材料劃分成4種氮效率類型，高產(chǎn)氮高效型、低產(chǎn)氮高效型、高產(chǎn)氮低效型、低產(chǎn)氮低效型。顧熾明等[40]以苗期生物量的平均值為依據(jù)，將162份甘藍型油菜氮效率分為雙高效型、雙低效型、中間型。本研究利用相關分析、主成分分析、隸屬函數(shù)分析和聚類分析等方法，對108份小麥種質成株期的耐氮性進行綜合評價，依據(jù)耐低氮性綜合評價D值將供試小麥品種分為低氮敏感型、低氮較敏感型、中間型、耐低氮型和強耐低氮型5類；以耐高氮性綜合評價值將其分為4類，高氮敏感型、高氮較敏感型、中間型和耐高氮型。最終基于籽粒產(chǎn)量和氮綜合評價D值將108份供試小麥品種分為4種氮效率類型，雙高效型、低氮高效型、高氮高效型和雙低效型。對不同氮水平下小麥單穗籽粒產(chǎn)量分析發(fā)現(xiàn)，耐低氮型小麥（石4185、豐抗2、西農(nóng)158和豐抗2）的單穗產(chǎn)量連續(xù)2年均增產(chǎn)超過20%，低氮敏感型小麥（鄭麥98、金豐7183、中種麥10號、益科麥5號、剡麥98和河麥58-3）的單穗產(chǎn)量連續(xù)2年均減產(chǎn)超過20%，結果進一步證實篩選指標的代表性和評價方法的可行性，以及耐氮性類型劃分結果的可靠性。該研究結果對小麥氮高效育種具有重要的參考價值，但由于試驗無其他生態(tài)區(qū)的多點實驗佐證，因此，具有一定局限性，后續(xù)會在黃淮麥區(qū)不同點進行鑒定。

4 結論

氮脅迫對小麥的形態(tài)和產(chǎn)量構成相關性狀指標均有不同程度的影響，其中單穗產(chǎn)量對氮脅迫的敏感程度最大。單穗產(chǎn)量、旗葉長、穗粒數(shù)、旗葉寬、株高、穗長、莖粗和千粒重 8個指標（CV>10%）適合作為小麥成株期氮效率評價的初選指標。并將108份小麥品種劃分為雙高效型、低氮高效型、高氮高效型和雙低效型4種氮效率類型，其中，隴麥212、西農(nóng)979、蘭考926、西農(nóng)158、溫麥19等21個小麥品種為雙高效型，可作為小麥氮高效育種的種質資源。