全 文 ：文章编号 :100028551 (2008) 052701205
不同基因型冬小麦冠层温度与产量和
水分利用效率的关系
赵　刚1 　樊廷录2 ,3 　李尚中2 　王国宇1 　杨　晨4
(11 甘肃农业大学农学院 ,甘肃 兰州　730070 ; 21 甘肃省农业科学院 ,甘肃 兰州　730070 ;
31 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 ,陕西 杨凌　712100 ; 41 天水市农业科学研究所 ,甘肃 天水　741000)
摘 　要 :通过研究水分利用效率和产量之间的相关性 ,证明冠层温度在筛选小麦品种 (系) 时也是一个重
要的指标。利用红外测温仪 ,于 200622007 年在甘肃陇东旱原研究了来自中国北方和美国的 40 个小麦
品种 (系)不同生育时期冠层温度的差异及其与产量、水分利用效率的关系。结果表明 ,不同基因型小麦
在籽粒灌浆结实期存在着冠层温度高度分异现象 ,其分异程度随生育期的推后明显加大 ,到灌浆中后期
达到最大。无论拔节期、灌浆初期还是中后期 ,旱地冬小麦产量、水分利用效率与冠层温度均呈极显著
的负相关 ,并且随着生育期推移 ,相关性增大。灌浆中期以后不同基因型小麦冠层温度保持较高的一致
性 ,冠层温度偏低的品种具有较高的产量和水分利用效率。灌浆中后期的冠层温度在评价小麦产量和
水分利用效率上具有较高的可靠性 ,可作为田间选择的一个指标应用。
关键词 :冬小麦 ;冠层温度 ;产量 ;水分利用效率
收稿日期 :2008201225 　接受日期 :2008203226
基金项目 :国家“十一五”科技支撑计划 (2006BAD29B07)课题和农业部镇原黄土旱塬生态环境重点野外科学观测试验
作者简介 :赵刚 (19812) ,男 ,甘肃华亭 ,在读硕士 ,作物栽培与生态生理。E2mail :7635423 @1631com
通讯作者 :樊廷录 (19652) ,男 ,甘肃临洮人 ,博士 ,研究员 ,主要从事旱作节水农业、作物抗旱生理研究工作。E2mail : fantinglu3394 @1631com
RELATIONSHIP BETWEEN CANOPY TEMPERATURE WITH GRAIN YIELD AND
WATER USE EFFICIENCY IN VARIOUS GENOTYPES OF WINTER WHEAT
ZHAO Gang1 　FAN Ting2lu2 　LI Shang2zhong2 　WANG Guo2yu1
(11 College of Agronomy , Gansu Agricultural University , Lanzhou , Gansu 　730070 ;
21 Gansu Academy of Agricultural Sciences , Lanzhou , Gansu 　730070 ;
31 State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland farming on Loess Plateau , Yangling , Shaanxi 　712100 ;
Agricultural College , Gansu Agricultural University ; 41 Tianshui Institute of Agricultural Sciences , Tianshui , Gansu 　741000)
Abstract :Canopy temperature (CT) has been considered as a physiological indicator of plant fitness , and can be used as an
effective index in screening wheat ( Triticum aestivum L. ) for water use efficiency (WUE) and high yield. Field studies were
conducted to examine the differences in CT and the relationships between CT with grain yield and WUE of forty winter wheat
genotypes ( collected from north China and America ) . The results showed that different genotypes showed considerable
differences in CT , and the differences increased with the development of plant , the maximum differences was observed at mid2
late grain filling stage. Among the genotypes studied , a highly negative correlation between CT with grain yield and WUE was
established , throughout the grain filling stage and the negative correlation increased as grain filling proceeded. These results
clearly indicated that the same genotypes maintained a consistent CT after middle grain filling , and those genotypes with high
yield and WUE had low CTs , whereas the genotype with low yield and WUE genotypes had high CTs. It is suggested that CT
at mid2late grain filling stage can be used as a parameter to estimate yield and WUE.
Key words :winter wheat ; canopy temperature (CT) ; grain yield ; water use efficiency(WUE)
107　核 农 学 报　2008 ,22 (5) :701～705Journal of Nuclear Agricultural Sciences
　　干旱是全球农业生产面临的严重问题 ,世界上 50
多个国家和地区处于干旱半干旱区 ,面积大约占地球
陆地面积的 3419 % ,其中有灌溉条件的耕地面积尚不
到 15 % ,其余皆为雨养农业[1 ] 。高效利用水资源 ,发
展抗旱节水农业 ,是农业摆脱干旱危害的战略选择 ,生
物节水是节水农业技术的创新重点。目前 ,国内外从
经济性状、形态学、生理生化和分子四个水平入手开展
研究 ,但迄今为止 ,可靠、简便、快速、可操作的筛选方
法与筛选指标很少[2 ] 。国外许多研究认为 ,冠层温度
与作物水分利用、蒸腾作用、水分胁迫以及生物体内部
代谢密切相关 ,是作物与环境综合作用的集中表现 ,可
作为品系早代和晚代抗旱性筛选的重要指标。张嵩午
等对小麦冠层温度做了大量研究 ,还结合小麦的外部
特征及内部生理生化特征进行了较为细致的研究[3 ] ,
由于作物冠层温度受地域生态条件和品种的影响 ,与
作物水分利用密切相关[4 ,5 ] 。张嵩午和王长发根据冠
层温度特征 ,将灌浆结实期冠层温度持续偏低的小麦
称为冷型小麦 ,反之 ,称为暖型小麦[6 ] 。朱云集等[7 ] 研
究了 6 个小麦品种灌浆期间冠层温度的差异 ,灌浆后
期冠层温度与产量之间的相关系数达到 01837。然
而 ,国内有关小麦品种冠层温度与产量和水分利用效
率直接关系的研究报道还较少。本试验利用手持式冠
层测温仪 ,在甘肃陇东旱原研究了不同基因型冬小麦
灌浆期冠层温度的差异及其与产量和水分利用效率的
关系 ,旨在为抗旱节水品种筛选提供依据。
1 　材料与方法
111 　材料
田间试验材料为来源于中国北方旱地冬小麦区域
试验的 19 个品种 (品系) :陇育 216、984020232221、00522
123、宁麦 5 号、0052212621、005221722、98402023232123、
98402223215、984020232126、0052212421、长 6878、陇 鉴
386、定鉴 3 号、陇鉴 385、陇鉴 387、陇鉴 301、陇鉴 127、
陇鉴 196、9416421 ,及美国德州的 21 个品种 : 1R34、
1R13、1R8、1R5、1R2、1R4、1R1、1R11、1R17、1R24、1R25、
1R26、1R27、1R35、1R14、1R19、1R38、1R39、1R6、1R40
和 1R20。
112 　试验环境和设计
试验于 2006 - 2007 年在农业部甘肃镇原黄土旱
原生态环境重点野外科学观测站 (35°30′N ,107°29′E)
进行 ,海拔 1254m ,年均降水量 540mm (其中 60 %分布
在 7 月、8 月、9 月) ,年平均温度 813 ℃,土壤为黑垆土 ,
属完全依靠自然降雨的西北半湿润偏旱区 ,长期盛行
以冬小麦为主的一年一熟制或填闲复种的两年三熟轮
作制。
试验采取随机区组设计 ,每小区长 5m ,宽 3m ,小
区面积 15m2 ,行距 012m ,2 次重复。于 2006 年 9 月 25
日按 375 万基本苗开沟撒播。播前施磷酸二胺 225
kgΠhm2 ,尿素 150kgΠhm2 ,返青后追施尿素 11215kgΠhm2 。
其他管理按常规措施进行 (本试验没有灌溉) 。2006
年 9 月至 2007 年 6 月小麦生育期降水 19315mm ,较多
年平均值 (250mm) 减少 2216 % ,因此本试验年份作物
生育期供水属严重偏少年份。
113 　测定项目和方法
11311 　冠层温度 (CT) 的测定 　采用国产 BAU21 型手
持式红外测温仪 ,分辨率为 011 ℃,响应时间为 2 - 3s。
选择晴朗无云的天气 ,于冬小麦拔节期 (5 月 6 日) 、灌
浆初期 (5 月 17 日) 、灌浆中期 (5 月 28 日) 和灌浆中后
期 (6 月 5 日) 测定各小区的冠层温度 ,每次测定时间
为午后 1 :00 到 3 :00。观测时 ,按照农田小气候观测的
对称法进行 ,测定时视场角取 5°,手持测温仪 ,置于
115 m 高度左右 ,以 30°瞄准小区内中间的冠层 ,其测
点为群体生长一致、有代表性的部位 ,避开裸地影响 ,
直接在显示屏上读取数据。为减少误差 ,每个小区重
复测定 5 次 ,取其平均值作该次测定的冠层温度。成
熟时 ,按每个小区实收计算小区产量。
11312 　土壤水分和作物水分利用效率 (water use
efficiency ,WUE)的测定 　播种前和收获时分别用土钻
法测定每个小区 2m 土层 (每 20cm 为一个层次) 的土
壤含水率 ,转化为以 mm 为单位的播前和收获时的土
壤贮水量。小麦生育期降雨量通过自动气象站测得。
利用土壤水分平衡方程计算每个小区作物耗水量
(evapor transpiration ,ET) 。
ET(mm) = 播种前 2m 土壤贮水量 - 收获时 2m 土
壤贮水量 + 生育期降水量
WUE(kgΠhm2·mm) = 小麦籽粒产量 (kgΠhm2 )Π耗水
量 (mm)
试验数据采用 SPSS 软件进行处理。
2 　结果分析
211 　不同基因型冬小麦产量和冠层温度的变化
小麦冠层温度高低既受外界环境变化影响 ,也与
品种本身的遗传特性密切相关。小麦拔节期到灌浆期
冠层温度的测定结果表明 (表 2) ,40 个供试品种 (系)
之间、4 次测定时期之间 ,CT平均值存在明显差异 (表
1) 。在拔节期 (5 月 6 日) 、灌浆初期 (5 月 17 日) 、灌浆
207 核　农　学　报 22 卷
　　　　表 1 　旱地冬小麦基因型和生育时期对小麦冠层
温度影响的方差分析
Table 1 　ANOVA 3 for genotypes and growth stages
on canopy temperature of dryland winter wheat
变异来源
source of variance
自由
度
DF
平方
和
SS
均方
MS F P
综合分析 two2way ANOVA
　基因型 genotype ( G) 39 458198 11177 5141 < 01001
　生育期 growth stage (S) 3 3432169 1144143 526114 < 01001
　基因型×生育期 G×S 117 254145 2117 3153 < 01001
单因素分析 one2way ANOVA
　拔节期基因型
　jointing stage 39 96124 2147 3106 01002
　灌浆初期基因型
　early grain filling stage 39 146147 3176 7181 < 01001
　灌浆中期基因
　middle grain filling stage 39 243141 6124 7179 < 01001
　灌浆中后期基因
　mid2late grain filling stage 39 227132 5183 15157 < 010013 ANOVA : Analysis of variance
中期 (5 月 28 日) 和灌浆中后期 (6 月 5 日) ,各品种
(系)的 CT平均值依次为 29125 ℃、35133 ℃、33187 ℃和
35196 ℃,相应的变异系数为 3110 %、3120 %、4134 %和
3197 % ,最高温度与最低温度依次相差 3163 ℃、
5119 ℃、6133 ℃和 7145 ℃。说明随着小麦生育期的推
后 ,冠层温度增加 ,这与拔节期到灌浆后期大气温度逐
渐升高有关 ,也与品种本身对环境的反应有关。
不同基因型冬小麦冠层温度除受冬小麦基因型
( P < 01001)和生育时期 ( P < 01001) 的显著影响外 ,还
受基因型与生育时期交互作用 ( P < 01001) 的影响。
因此 ,外界环境对冠层温度的影响较大 ,选择适宜的时
期测定尤为重要。不同测定时期的方差分析表明 ,在
拔节期、灌浆前期、灌浆中期和后期 ,不同基因型冬小
麦表现出明显的冠层温度差异。这是因为冠层温度与
水分利用特性密切相关 ,因而由此可以推断在外界环
境大致一样的情况下 ,这些差异可作为判别小麦对水
分利用和环境综合适应性的指标之一。
另外 ,从拔节期到灌浆后期的不同时期之间冠层
温度存在明显相关性。拔节期与灌浆前、中、后期之间
的相关系数分别是 :0152 ( P < 0101) 、0161 ( P < 0101) 、
0145( P < 0101) ,而灌浆初期与后期之间的相关系数为
0161( P < 0101) ,灌浆中期与后期之间的相关系数为
0175( P < 0101) 。以上相关性清楚地表明 ,拔节以后有
些基因型的冬小麦冠层温度持续较高 ,而有的则始终
偏低 ,这与张嵩午等[8 ]关于小麦温型现象的报道一致。
如宁麦 5 号、陇育 216、1R34 等的冠层温度始终较低 ,
水分利用效率也比较高 ,在水分胁迫条件下能从土壤
中吸收利用更多的水分 ,保持较高的蒸腾速率。
212 　不同基因型冬小麦产量和水分利用效率的差异
同 CT值变化相类似 ,不同基因型冬小麦产量之
间存在明显差异 ,40 个供试品种 (系) 之间产量都达到
了极显著水平 ( P < 01001) 。40 个冬小麦品种 (系) 籽
粒产量平均值为 2883161kgΠhm2 ,最低为 2002188kgΠhm2
(1R25) ,最高为 3904136kgΠhm2 (宁麦 5 号) ,变异系数
16174 %。所有供试品种 (系) 之间水分利用效率 ( P <
01001)的差异也十分显著 ,平均为 8105kgΠhm2 ·mm ,最
大 值、最 小 值 分 别 为 10189kgΠhm2 ·mm , 5160
kgΠhm2·mm ,相差 5129kgΠhm2 ·mm。与产量、水分利用
效率的变化不同 ,品种之间耗水量的差异不显著 ( P =
01404) ,变异系数仅 1175 %。WUE 与产量之间有显著
的线性回归关系 ( y = 35814 x - 110415 R2 = 01969333 ) ,
WUE每提高 1kgΠhm2 ,产量就增加 35814kgΠhm2 ,这反映
了不同品种冬小麦在水分利用上的遗传差异。
213 　不同基因型冬小麦冠层温度与产量和水分利用
效率之间的关系
不同基因型小麦之间产量和水分利用效率的显著
差异可以反映在冠层温度上。40 个冬小麦品种 (系)
的籽粒产量、WUE 分别与拔节期、灌浆前中后期测定
的冠层温度呈显著的线性递减关系 (如图 1) ,随冠层
温度的增加 ,产量与 WUE 相应降低 ,即冠层温度偏低
的品种其产量和 WUE 则高。从拔节期开始到灌浆后
期冠层温度与产量和 WUE的相关系数逐渐增加 ,随着
生育时期的推移 ,负相关性增强 ,灌浆后期外界环境温
度增加 ,而冠层温度低的品种 (系) 有利于缓解高温和
干旱的不利影响 ,增加灌浆强度 ,缓解衰老 ,从而提高
产量。如灌浆后期产量和 WUE相应较高的宁麦 5 号、
陇育 216 和 1R34 冠层温度分别为 30188 ℃、34179 ℃和
34117 ℃;WUE为 10189kgΠhm2·mm、9192 kgΠhm2·mm 和
10103kgΠhm2·mm。宁麦 5 号与陇育 216 和 1R34 比 40
个品 种 的 平 均 值 低 1 ℃～ 6 ℃, WUE 高 2 ～ 5
kgΠhm2·mm。灌浆后期冠层温度与产量相关系数为
015951 ( P < 01001) ,因此灌浆后期的冠层温度可以作
为田间筛选抗旱品种的指标。
3 　结论与讨论
冠层温度的变化可以反映作物受水分胁迫的程
度 ,这已为许多国内外研究所证实 ,并应用到抗旱、抗
热基因型作物的筛选中 ,但在黄土旱塬冬小麦作物上
的研究很少[9 ] 。国际小麦玉米改良中心 (CIMMYT) [10 ]
307　5 期 不同基因型冬小麦冠层温度与产量和水分利用效率的关系
　　　 表 2 　不同基因型冬小麦的冠层温度、籽粒产量、水分利用效率
Table 2 　Canopy temperature , grain yield , evapor transpiration ( ET) and
water use efficiency (WUE) of dryland winter wheat
基因型
genotypes
冠层温度 canopy temperature ( ℃)
5 月 6 日
May 6
5 月 17 日
May 17
5 月 28 日
May 28
6 月 5 日
June 5
产量
grain yield
(kgΠhm2) 水分利用效率WUE(kgΠhm2·mm) 耗水量ET(mm)
陇鉴 385 Longjian 385 2817 35112 32188 33145 3629135 10113 358137
陇鉴 387 Longjian 387 28169 36191 35125 38133 242719 7146 361101
9416421 28171 3418 32196 36114 3341114 9148 352132
陇鉴 386 Longjian 386 29131 3514 3216 33133 3416184 9163 354167
陇鉴 301 Longjian 301 29169 36194 35174 37117 2607107 7109 367149
005221722 29163 3516 3418 36107 2697136 7123 372196
00522123 30177 36113 34133 36134 2798175 7171 362195
陇鉴 196 Longjian 196 28116 34123 3311 35166 3441184 9113 361168
定鉴 3 号 Dingjian 3 28139 34101 3412 36111 3215144 8193 360100
长 6878 Chang 6878 29138 34129 3313 35123 3307111 9139 362170
陇鉴 127 Longjian 127 29129 34151 34 34175 3383164 9129 364136
陇育 216 Longyu 216 28126 34153 32155 34179 3643124 9192 367119
984020232126 28119 35134 33176 36101 2595196 7151 363195
98402223215 2918 35169 3515 37133 2211122 6159 356188
984020232221 28122 35151 35122 36143 2764103 7161 363122
98402023232123 27158 35134 32191 35149 3020198 8167 348141
宁麦 5 号 Ningmai 5 27184 3318 30123 30188 3904136 10189 358162
0052212621 2815 35164 3215 37113 2680169 7156 354159
0052212421 28119 34114 33127 36157 2802192 7177 360192
1R11 31106 37149 36156 38123 2640141 7110 371193
1R13 29164 34156 33194 3613 3243122 9112 355160
1R17 31121 36148 36106 37163 2619158 7110 368183
1R2 29114 3517 31197 35191 3451184 9183 351118
1R26 30151 36117 3415 3713 2387162 6156 363187
1R24 30114 35178 3418 36154 2248172 6126 359107
1R25 30104 36128 3416 37141 2002188 5160 357168
1R27 30114 3418 3414 36134 2430168 6179 358109
1R34 28169 3213 3315 34117 3621101 10103 361106
1R35 29175 35191 36117 37137 2677191 7128 368108
1R38 29151 36131 3516 36154 2590141 6174 363169
1R39 28198 34197 35143 36143 2711125 7145 363178
1R40 30181 36158 36105 37114 2030166 5161 361174
1R2 28144 33163 31168 35196 3158149 8186 356159
1R5 29156 3613 3414 35168 2382106 6170 355141
1R6 28172 36124 3314 35173 2709186 7177 348162
1R4 28151 35153 3213 36123 3149146 8175 359192
1R19 29124 34116 3218 35163 2586124 7124 357108
1R20 29108 3611 3216 34196 2825114 8100 353124
1R14 29199 36176 3319 35194 2520196 7172 344162
1R8 29156 3312 31122 33176 3466115 9144 367128
平均值 mean 29125A 35133B 33187C 35196D 2883161 8105 359199
变异系数 CV( %) 3110 % 3120 % 4134 % 3197 % 16174 % 16146 % 1175 %
将冠层温度和冠气温差作为选择小麦抗热性的重要指
标。张嵩午等[7 ]深入研究并讨论了小麦的温度型问题
及冠层温度对小麦灌浆和衰老的影响。但前人的研究
多集中在不同基因型小麦冠层温度差异的比较 ,将冠
层温度与产量、水分利用效率结合起来的研究较少。
本研究选择了来自我国北方旱地冬麦区域和美国德州
试验的 40 个品种 (系) ,研究了灌浆期冠层温度与产
量、水分利用效率的关系。
研究结果表明 ,同一环境下 ,小麦不同基因型之间
冠层温度存在着高度的分异现象 ,其差异在灌浆中期
和中后期达到了最大 ,这与不同基因型对土壤水分利
用和叶片蒸腾降温的显著差异有关。尽管小麦冠层温
407 核　农　学　报 22 卷
　　　
图 1 　小麦生育时期冠层温度与产量、水分利用效率的关系
Fig. 1 　Regression of canopy temperature and grain yield or water use efficiency during different growth stages.333表示 01001 水平差异显著333 Significant at the 01001 probability level .
度受基因型和周围环境条件的共同影响 ,但灌浆中期、
中后期小麦品种之间的冠层温度均差异极显著 ,且这
两个时期之间测定的冠层温度高度正相关 ,即灌浆期
有些基因型冬小麦冠层温度持续偏低 ,有些却始终较
高 ,这些品种表现出高水分利用效率和高产量 , 这与
张嵩午等人[5 ]根据灌浆结实期冠层温度特征将小麦分
为冷型和暖型的结论一致。随着小麦灌浆期的推后 ,
冠层温度与产量、水分利用效率的负相关性明显增强 ,
说明灌浆中后期测定的冠层温度在评价小麦产量和水
分利用效率上具有较高的可靠性。
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