智利小麦地方品种：生物量、产量稳定性与内在水分利用效率对严重干旱适应的遗传潜力

《Frontiers in Sustainable Food Systems》：Chilean wheat (Triticum aestivum L.) landraces with greater biomass, yield stability, and intrinsic WUE than modern varieties are an opportunity for adaptation to severe drought areas

本文系统评估了七个智利小麦地方品种在严重干旱条件下的适应性表现，通过与三个现代品种在10个不同环境下的对比研究，揭示了地方品种在生物量积累、内在水分利用效率（iWUE）及产量稳定性方面的显著优势。研究创新性地提出将地方种质资源纳入育种策略，为地中海型干旱区小麦品种改良提供了新范式（DOI: 10.3389/fsufs.2023.1741810）。

　　

引言

干旱是限制全球作物产量的主要环境因子，尤其在地中海地区，小麦灌浆期常面临水分胁迫。随着气候变化加剧，穗生长期也可能受到严重影响。现代育种策略虽在适度干旱条件下提升了产量，但在严重干旱（产量<4000 kg ha^-1）环境中表现不佳。智利沿海山脉地区作为ICARDA E2型 mega-environment 的典型代表，其本土小麦地方品种经过数百年自然选择，可能蕴藏着适应极端干旱的关键性状。

材料与方法

研究在智利大都会区和??uble大区的10个环境中展开，包括8个雨养区和2个灌溉区。供试材料涵盖7个地方品种（Blanco、Cebolla、Chucho、Colorado、Furfuya、Legul、Milufen）和3个现代品种（Kipa INIA、Onda、Pandora INIA）。通过多环境试验（METs）测定农艺性状，并利用稳定同位素技术分析碳同位素判别（Δ¹³C）和氧同位素富集（δ¹⁸O），进而计算内在水分利用效率（iWUE）。采用加性主效乘机交互模型（AMMI）和站点回归模型（SREG）评估基因型与环境互作（G×E）。

结果

1. 1.
   环境特征：试验点降水量梯度显著（159.9-572 mm），土壤有效持水量跨度达65-183 mm。基于主成分分析（PCA），2017年环境群集于高产区，而2016年环境多属严重干旱类型（产量<3000 kg ha^-1）。
2. 2.
   性状对比：地方品种生物量较现代品种高9%，但产量低11%，收获指数（HI）低17%。聚类分析按株高和开花期（DA）将基因型划分为现代品种群、短周期地方种群（与现代种花期差3天）和长周期地方种群（花期差18天）。
3. 3.
   水分利用效率：地方品种Δ¹³C值显著较低（15.9-17.7‰），δ¹⁸O值较高（29.5-33.1‰），iWUE平均提升10%（104-125 μmol CO₂mol_-1H₂O）。iWUE与δ¹⁸O呈正相关（r=0.87），表明其提升主要源于气孔导度（gs）降低而非CO₂同化率（A）增加。
4. 4.
   稳定性分析：AMMI模型显示地方品种在产量和生物量稳定性方面显著优于现代种。Furfuya等品种在7个环境构成的mega-environment中兼具高生物量与稳定性。相关性分析揭示产量稳定性与生物量稳定性（r=0.93）、iWUE（r=0.83）及株高（r=0.91）密切关联。

讨论

现代品种的高产特性源于HI提升和籽粒数优化，但此策略在严重干旱下失效。地方品种通过两种机制实现适应性：长周期种（如Blanco）依靠延长光合周期积累生物量；短周期种（如Furfuya）可能通过增强光合速率或茎秆碳水化合物转运能力维持生产力。研究提出“生物量-iWUE-稳定性”协同选择新思路，其中iWUE因高遗传力（0.94）和弱G×E效应，可作为关键选择指标。

结论

智利小麦地方品种是应对严重干旱的宝贵遗传资源。Furfuya以其与现代品种相近的生育期、卓越的iWUE（125 μmol CO₂mol_-1H₂O）及双稳定性特征，成为育种计划的优先亲本。未来抗旱育种应突破单一追求高产的范式，通过整合地方种质资源，构建基于生物量积累和水分高效利用的新选择体系。