Evolution of Yield, Agronomic and Quality Traits of Wheat Cultivars Released among Taikemai (Taishan) Series

Sun Yingying　Wang Ruixia　Lü Guangde　Wang Chao　Sun Xianyin　Mi Yong　Qi Xiaolei　Mu Qiuhuan　Chen Yongjun　Wu Ke　Qian Zhaoguo^*

Abstract　This paper studied the Taikemai (Taishan) series of wheat varieties which released in China and Shandong Province by Tai’an Academy of Agricultural Sciences in the past 30 years since 1990, providing data support and theoretical basis for wheat breeding and new variety promotion in the future. The yield, agronomic and quality traits were analyzed. The yield of cultivated varieties showed an upward trend, and the average yield reached 8 016.34 kg/hm², which exceeded the average level both China and Shandong province in recent years. Since 2018, the yield of cultivated varieties increased slightly. Mainly because of breakthroughs in dry land, high quality and special purpose wheat breeding. In terms of quality, protein content was relatively stable, with an average value of 13.9%, wet gluten content and water absorption reached a high level, with an average value of 32.9%, 60.1 ml/100 g, and a largest CV of stability time, 60.90%. The result showed that the stability time of new varieties varied greatly in quality breeding, and it should be improved in the future. The number of four quality traits reached the level of strong gluten, medium strong gluten, medium gluten and soft gluten accounted for 6.67%, 13.33%, 33.33% and 0% respectively in the 15 cultivars. The remaining 46.67% didn’t reach the level of soft gluten and were classified as medium gluten. Among the cultivated varieties, the proportion of medium gluten wheat was the largest, the medium and strong gluten were less. Mainly bacause the short stability time and the imbalance of quality traits. Therefore, on the basis of ensuring yield, improving quality is important. The point is to improve stability time and balance each quality trait. In addition to synthesize the genetic background of the parents, excellent quality traits are preferred. We should choose material with good comprehensive character and outstanding quality traits.

Keywords　Taikemai (Taishan) series; Yield; Grain quality; Stability time

小麦(Triticum aestivum L.)是世界第二、中国第三大粮食作物，世界上40%的人口以小麦为主食(刘志勇等, 2018)。小麦生产对于保障国家粮食安全具有重要意义。我国小麦发展划分为四个阶段，分别是1949~1957年恢复性增长、1958~1978年稳定增长、1979~1999年单产快速增长和2000~2016年产量质量同步提升(何中虎等, 2018)。小麦发展经历了由慢到快，最终到平稳的提高产量与品质的中高速增长阶段。全球范围内，小麦单产已经处于较高水平。随着人们生活水平的不断提高，对小麦品质提升提出了更高水平的要求，小麦发展结构性调整和农业供给侧改革的背景下，未来消费市场对小麦育种要求不断提升，小麦发展需要高产优质抗逆协同推进(李媛等, 2019)。特别是在供给侧结构性改革推进下，小麦育种更应注重高产、高效、绿色、健康协同发展。山东省是小麦主产省，近年来，泰安市小麦单产高于山东省小麦单产水平，据2018年最新统计数据，小麦单产在6 090 kg/hm²，而当年泰安市小麦单产达到6 555 kg/hm²的水平，作为泰安市主要育种工作单位，泰安市农业科学研究院小麦研究所近年来培育的新品种为泰安市小麦生产做出了一定的贡献。同时，随着小麦育种目标的不断调整，目前优质育种也在取得不断地发展。自1990年至今，育成品种达到16个，对其育成品种产量和品质指标演变的分析具有重要的参考意义。因此，本研究总结了近三十年来单位选育的通过国家和山东省小麦审定品种，对其产量、农艺性状和籽粒品质演变进行了分析，以期为今后小麦高产优质育种工作和新品种推广提供数据支撑。

1结果与分析

1.1育成品种产量和农艺性状

近三十年来通过国家和山东省审定的泰科麦(泰山)系列小麦新品种简介(表1)。

表 1 近三十年来通过审定的冬小麦泰科麦(泰山)系列品种简介 Table 1 Introduction of Taikemai (Taishan) series winter wheat cultivars released in recent thirty years

根据审定品种公布的数据，统计了近三十年育成的品种产量及相关农艺性状数据(表2)。总体来看，产量、增产、穗数的变异幅度较大，超过了10%，穗粒数、千粒重、生育期以及株高变异系数较小，未达到10%。从产量来看，产量最大值达到9 192.75 kg/hm²，最小值为5 971.50 kg/hm²，平均值为8 016.34 kg/hm²，变异系数达到了11.67%。根据国家统计局最新统计数据(2018年)，山东省冬小麦平均单产为6 090.00 kg/hm²，全国冬小麦平均单产为5 497.08 kg/hm²，泰科麦(泰山)种平均值，最大值及最小值均高于全国水平，而平均值和最大值也远超过山东省水平。增产变异系数44.93%，在产量及农艺性状中居于首位，主要是前期育成的品种、后期部分优质及旱地品种增产幅度比较小。在产量构成三要素中，穗数的变异系数最大，表明在育种过程中，对穗数的选择和改良变化较大。生育期变异系数最小，集中在228~242 d之间。株高在73.3~85.3 cm之间，均值为79.0 cm，处于中等水平，变异系数为4.81，差距较小。

表 2 近三十年来育成品种产量和农艺性状统计 Table 2 Statistics analysis of yield and agronomic traits of wheat cultivars released in recent thirty years

总结了育成品种产量和农艺性状演变趋势(图1)。在TKM31 (2018年)之前选育的品种，产量呈增加趋势，TKM31之后，产量变化规律不明显。从增产率来看，TS23 (2004年)之前，增产率持续增加，TS24 (2005年)之后，增产率呈现先降低后稳定增加的趋势，之后保持相对稳定。主要因为开始注重优质、抗旱节水以及特色小麦的选育，产量增加较为平缓。穗数和穗粒数分别表现为先下降后增加和先增加后下降的相反趋势，穗粒数和产量变化趋势较为一致，可见，产量的增加得益于穗粒数的逐渐增加。千粒重表现为逐渐增加后趋于平缓。生育期呈现缓慢增加而后下降的趋势，这与近年来气温逐渐升高，小麦播种时期推迟，生育进程加快有关。株高呈现下降趋势，但下降幅度趋于平缓，下降潜力不大。

图 1 近三十年来育成品种产量和农艺性状演变 Figure1 Evolution in yield and agronomic traits of wheat cultivars released in recent thirty years

1.1 育成品种籽粒品质性状

统计了近三十年育成品种籽粒品质性状(表3)，其中，蛋白质含量变幅为12.7%~15.6%，均值为13.9%，变异系数为5.35%，变异系数最小。湿面筋含量变幅为28.2%~38.2%，均值为32.9%，变异系数为9.15%，居第二位。吸水量变幅为51.7~66.3 mL/100 g，均值为60.1 mL/100 g，变异系数为6.83%，居第三位。稳定时间变幅为1.5~11.0 min，均值为4.5，变异系数为60.90%，达到最大。表明近年来育成品种稳定时间差异较大，变异类型丰富，湿面筋含量其次，吸水量次之，蛋白质含量差异最小。

表 3 近三十年来育成品种籽粒品质性状统计 Table 3 Statistics analysis of grain quality traits of wheat cultivars released in recent thirty years

总结近三十年育成的小麦品种籽粒品质性状演变(图2)，可见，蛋白质含量表现为增加趋势，湿面筋含量相对稳定，吸水量变化规律不明显。稳定时间表现为增加趋势，特别是近十年来，育成的优质小麦品种数逐渐增加，稳定时间作为关键参考指标，增加趋势较为明显。

图 2 近三十年来育成品种籽粒品质性状演变 Figure 2 Evolution in grain quality traits of wheat cultivars released in recent thirty years

根据国标专用小麦品种品质(GB/T 17320-2013)的规定对审定品种进行了分类(表4)。育成品种中，四项指标均达到强筋标准的有1个(泰山27)，四项指标均达到中强筋品种的有2个(泰科麦33, 泰科麦36)，四项指标均达到中筋品种的有5个(泰山21, 泰科麦31, 泰科麦30, 泰科紫麦1号, 泰科麦44)，四项指标均达到弱筋标准的品种为0个。根据《主要农作物品种审定标准(国家级)》，达不到弱筋要求的也为中筋小麦，因此，除达到强筋、中强筋和中筋标准以外的8个达不到弱筋要求，归为中筋小麦。

表 4 近三十年来育成品种关键品质指标达标数 Table 4 The number of the key quality traits of wheat cultivars released in recent thirty years

2讨论

从1990~2018年，我国冬小麦播种面积由2 593万公顷降低至2 274万公顷，总产由8.50×10¹⁰ kg增加至1.25×10¹¹ kg，单位面积产量由3 287 kg/hm²增加至5 497 kg/hm²(国家统计局)。在种植面积下降的情况下，单产增加，总产上升，主要得益于高产新品种选育和高效栽培技术(李振声, 2010)。研究发现，1969~2006年山东省育成的小麦品种产量潜力年遗传进度为0.82%或59 kg/hm²，其中粒数的增加，特别是单位面积粒数的增加起到了较大的作用(Xiao et al., 2012)。通过分析2001~2009年间黄淮麦区区试品种，发现产量构成三要素中，穗粒数影响最大(王美芳等, 2013)。本研究中，2018年之前育成品种产量呈逐渐上升趋势，与穗粒数、千粒重的变化趋势基本一致。这与前人的研究结果一致。2018年(包括2018年)之后育成品种产量变化规律不明显，呈现高产品种产量较为突出、优质品种数量增多、抗旱节水小麦更上台阶、特用小麦有所突破的新局面，从穗粒数来看，这期间品种穗粒数略有下降，产量增加平稳。

20世纪80年代初，小麦品质改良研究开始起步，目前我国小麦品种品质存在的主要问题是面团稳定时间不高，或面团稳定时间、蛋白质含量、湿面筋含量这三个指标不协调(魏益民等, 2013)。针对黄淮麦区小麦品质改良，当前改良重点是加强蛋白质质量的改良，并平衡各个品质性状(胡卫国等, 2010)。有研究发现部分地区间存在品种间的亲缘关系较近，遗传多样性降低的现象(刘三才等, 2000; 詹克慧等, 2006)。总体上，审定的泰科麦(泰山)系列小麦品种，稳定时间达到中强筋以上水平的占比仅26.7%，比例较低。同时满足四项指标为中强筋以上水平仅为20.0%，存在稳定时间短及品质指标不协调的问题。表明育成品种的在品质性状上遗传多样性有待丰富。有研究发现，多数品种的品质指标在年度间、地点间的变化非常大(王美芳等, 2013)。例如在育成的国审品种泰科麦30两年的区域试验中，稳定时间为6.9 min和15 min，存在年度间差别较大的问题。但近几年育成的品种如泰科麦33、泰科麦36各项品质指标较为平衡，满足中强筋以上水平。可见，目前泰安市农业科学研究院小麦育种在品质改良上有所突破，优质品种改良潜力较大。

综上可见，近三十年来育成的泰科麦系列小麦育种目标逐渐调整，早熟高产逐渐调整高产早熟，进一步为高产抗逆，至今为高产优质、高效多抗、节本安全。同时，育成的小麦新品种如泰科麦33、泰科麦36等，其产量和籽粒品质性状优良，各项指标较为均衡，可作为高产优质小麦亲本用于小麦高产优质育种。

3材料与方法

3.1选用材料基本情况

以泰安市农业科学研究院小麦研究所近三十年来审定的小麦品种为研究对象(表1)，品种的产量和品质数据来源于中国种业大数据平台、中国知网、山东省小麦品种审定公告(按照审定年份排序)。在育成的16个品种中，包括13个水地品种(除旱地、紫小麦品种之外的均为水地品种)，2个旱地品种(泰科麦30、泰科麦32)，1个紫小麦品种(泰科紫麦1号)。由于早年育成的鲁麦18审定时没有做相关品质分析，因此只做产量及农艺性状数据整理和分析，后期育成的国审品种缺少沉降值相关数据。故除鲁麦18不做品质分析之外，其余15个品种做蛋白质含量、湿面筋含量、吸水量及稳定时间这四类品质方面的分析。

3.2数据分析

采用Microsoft office Excel 2007及SPSS18.0软件处理与分析数据，Origin 9.0软件作图。

作者贡献

孙盈盈是本研究的实验设计者和实验研究的执行人，完成数据分析、论文初稿的写作；王瑞霞、吕广德、王超、孙宪印、米勇、亓晓蕾、牟秋焕、陈永军、吴科参与实验设计和实验结果分析；钱兆国是项目的构思者及负责人，指导实验设计、数据分析、论文写作与修改。全体作者都阅读并同意最终的文本。

致谢

本研究由山东省良种工程项目“优质专用新品种培育”(2019LZGC001-3)、泰安市科技计划引导计划(2019NS094)、国家小麦现代农业产业技术体系-泰安综合试验站(CARS-3-2-21)和山东省现代农业产业体系小麦创新团队“遗传育种岗位”(SDAIT-01-05)共同资助。

参考文献

He Z.H., Zhuang Q.S., Cheng X.H., Yu Z.W., Zhao Z.D., and Liu X., 2018, Wheat production and technology improvement in China, Nongxue Xuebao (Journal of Agriculture), 8(1): 99-106. (何中虎, 庄巧生, 程顺和, 于振文, 赵振东, 刘旭, 2018, 中国小麦产业发展与科技进步, 农学学报, 8(1): 99-106.)

Hu W.G., Zhao H., Wang X.C., Qiu J., Cao Y.J., and Cao Y.N., 2010, Quality improvement of winter wheat in Yellow and Huai river wheat zone, Mailei Zuowu Xuebao (Journal of Triticeae Crops), 30(5): 936-943. (胡卫国, 赵虹, 王西成, 邱军, 曹廷杰, 曹颖妮, 2010, 黄淮冬麦区小麦品种品质改良现状分析, 麦类作物学报, 30(5): 936-943)

Li Y., Wang X.D., Yan Y., and Han X.R.,2019, Study on the development of wheat varietises in Huang-Huai-Hai region from perspective of supply-side refrom, Zhongguo Nongye Ziyuan Yu Quhua (Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning), 40(11): 224-229. (李媛, 王秀东, 闫琰, 韩昕儒, 2019, 供给侧改革视角下黄淮海地区小麦品种发展研究, 中国农业资源与区划, 40(11): 224-229)

Li Z.S., 2010, Retrospect and prospect of wheat breeding in China, Zhongguo Nongye Keji Daobao (Journal of Agricultural Science and Technology), 12(2): 1-4. (李振声, 2010, 我国小麦育种的回顾与展望, 中国农业科技导报, 12(2): 1-4)

Liu S.C., Zheng D.S., Cao Y.S., Song C.H., and Chen M.Y., 2000, Genetic diversity of landrace and bred varieties of wheat in China, Zhongguo Nongye Kexue (Scientia Agricultura Sinica), 2000(4): 20-24. (刘三才, 郑殿升, 曹永生, 宋春华, 陈梦英, 2000, 中国小麦选育品种与地方品种的遗传多样性, 中国农业科学, 2000(4): 20-24)

Liu Z.Y., Wang D.W., Zhang A.M., Liang H.W., Lv H.Y., Deng X.d., Ge Y.Q., Wei X., and Yang W.C., 2018, Current status and perspective of wheat genomics, genetics and breeding, Zhiwu Yichuan Ziyuan Xuebao (Journal of Plant Genetic Resources), 19(3): 430-434. (刘志勇, 王道文, 张爱民, 梁翰文, 吕慧颖, 邓向东, 葛毅强, 魏珣, 杨维才, 2018, 小麦育种行业创新现状与发展趋势, 植物遗传资源学报, 19(3): 430-434)

Wang M.F., Lei Z.S., Wu Z.Q., Yang H.M., Yang P., Xu X.F., and Liu J.P., 2013, Current Situation of Wheat Yield and Quality Improvement in Huang-huai Winter Wheat Region, Mailei Zuowu Xuebao (Journal of Triticeae Crops), 33(02): 290-295. (王美芳, 雷振生, 吴政卿, 杨会民, 杨攀, 徐福新, 刘加平, 2013, 黄淮冬麦区小麦产量及品质改良现状分析, 麦类作物学报, 33(02): 290-295)

Wei Y.M., Zhang B., Guan E.Q., Zhang G.Q., Zhang Y.Q., and Song Z.M., 2013, Advances in study of quality property improvement of winter wheat in China, Zhongguo Nongye Kexue (Scientia Agricultura Sinica), 46(20): 4189-4196. (魏益民, 张波, 关二旗, 张国权, 张影全, 宋哲民, 2013, 中国冬小麦品质改良研究进展, 中国农业科学, 46(20): 4189-4196)

Xiao Y.G., Qian Z.G., Wu K., Liu J.J., Xia X.C., Ji W.Q., and He Z.H., 2012, Genetic gains in grain yield and physiological traits of winter wheat in Shandong province, China, from 1969 to 2006, Crop Science, 52(1):44

Zhan K.H., Wang L.H., Cheng X.Y., Xu H.X., and Dong Z.D., 2006, Genetic difference of some germplasm resources of wheat based on SSR markers in Huang-Huai area, Nongye Shengwu Jishu Xuebao (Journal of Agricultural Biotechnology), 2006(04): 578-584. (詹克慧, 王林海, 程西永, 许海霞, 董中东, 2006, 黄淮麦区部分小麦种质资源的遗传差异分析, 农业生物技术学报, 2006(04): 578-584)