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Screening of 60 Winter Wheat Varieties in Huanghuaihai Wheat Region Based on Principal Component and Cluster Analysis
LIUXuefeng, XINHaifeng, HUANGYadong, WANGHongmei, LYUJilong, LIPingfang
Chin Agric Sci Bull ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (17) : 11-22.
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Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
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Screening of 60 Winter Wheat Varieties in Huanghuaihai Wheat Region Based on Principal Component and Cluster Analysis
To screen excellent winter wheat varieties suitable for planting in the Huang-Huai-Hai Wheat Region, 60 winter wheat varieties were used as experimental materials, and 12 trait indicators such as growth period, population structure, yield components and stress resistance were determined. Comprehensive evaluation was conducted by adopting principal component analysis and cluster analysis. The results showed that there were significant differences among the 12 traits, with the coefficient of variation ranging from 1.4% to 28.3%. Yield was extremely significantly positively correlated with the whole growth period, maximum tiller number and heading days, while extremely significantly negatively correlated with the comprehensive disease resistance index. Five extracted principal components accounted for a cumulative contribution rate of 77.517%, and the constructed comprehensive evaluation model could effectively quantify the comprehensive performance of varieties. The top 10 varieties in comprehensive score had an average yield of 11737.8 kg/hm2, which was 11.2% higher than that of ‘Zhoumai 36’ (control), and these varieties could be used as core varieties for key promotion or high-yield research in the Eastern Henan Wheat Region. Cluster analysis divided the 60 varieties into 3 groups, among which 18 varieties in group Ⅰ showed the best comprehensive performance, and the application scenarios of each group were clarified. The results of this study can provide a theoretical basis for the regional layout, production selection and breeding improvement of wheat varieties in the Huang-Huai-Hai Wheat Region.
winter wheat / cultivar screening / principal component analysis / cluster analysis / agronomic traits / comprehensive evaluation
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徐建文, 梅旭荣, 居辉, 等. 黄淮海地区冬小麦关键生育期不同灌溉水平对产量影响的模拟[J]. 作物学报, 2014, 40(8):1485-1492.
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茹振钢, 冯素伟, 李淦. 黄淮麦区小麦品种的高产潜力与实现途径[J]. 中国农业科学, 2015, 48(17):3388-3393.
黄淮麦区是中国冬小麦的主产区和高产区，对中国小麦生产以及国家粮食安全起着重要作用。针对中国人多、地少的基本国情，以及耕地资源非农化、耕地利用非粮化的发展现状，指出未来提高小麦总产的根本出路在于提高单产。要充分挖掘小麦高产潜力，培育高产品种是进一步提高单产的重要途径。文章根据黄淮麦区的生产条件及生态特点，分析不同时期高产品种产量结构的发展变化趋势，指出在大田条件下实现小麦高产潜力，千粒重与穗粒数并重是小麦新品种的发展方向。并从机械化生产对品种的要求出发，探讨了黄淮麦区小麦高产品种的高产空间与创育思路，提出进一步挖掘黄淮麦区小麦品种高产潜力的有效途径：（1）小麦高产潜力的实现，应重新认识和定位穗光合在产量形成中的作用，要充分挖掘和利用穗器官的光合优势，培育穗叶高光效品种。小麦穗器官除具有空间优势外，其光合特点类似于C4途径或介于C3—C4中间型，籽粒呼吸释放的CO2能被穗光合再次固定。鉴于穗光合对籽粒产量形成的较大贡献，应强化绿穗灌浆特性，发挥穗器官的光合优势，提升穗粒重。（2）提高单产水平，必须注重群体生物产量的提高。在保持现有收获指数基本不变的情况下，提高茎秆强度，实现植株高大化、密植化，能有效改善群体穗叶空间结构。通过调节生长发育节律，培育小叶、壮秆、大穗型新品种，实现小麦高生物产量。高生物产量品种还应拉开穗层，使穗层由一层增至三层，能有效提高单位面积容穗数。（3）小麦杂种优势利用已日趋成熟，有效利用杂种优势是今后挖掘高产潜力的重要途径。利用杂种优势挖掘高产潜力需同时兼顾品质性状的优化，充分考虑多个品质性状间的协调稳定。可通过多穗大穗实现高产，通过提高强势小花结实比例稳定品质，从而实现高产与优质并重发展。挖掘小麦产量潜力是一个长期的动态过程。文章旨在通过协调各种产量形成影响因素，最大限度地挖掘黄淮麦区小麦的高产潜力，为中国黄淮麦区的小麦高产育种实践提供思路和方法借鉴。
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吕丽华, 韩江伟, 张经廷, 等. 抗逆广适小麦品种共性特征分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(11):2064-2077.
【目的】在黄淮北片气象灾害频发的异常气候背景下，通过筛选抗旱、耐热和抗寒的冬小麦品种，明确抗逆广适品种的产量构成特征、株型结构特征和生理特征，为抗逆广适品种筛选工作提供简易检测指标。【方法】于2017年秋至2020年夏连续3个小麦生长季在河北藁城堤上试验站进行大田水分试验（试验1）和温室试验（试验2），同时，利用2018年和2020年春季自然低温进行抗寒品种筛选试验；试验1设置3个灌水处理，0水、1水（拔节水）和2水（拔节水+开花水），试验2设置2个温度处理，灌浆后期常温对照和增温处理，以16个冬小麦品种为材料，测定抗逆性能评价指标、产量形成指标、株型结构指标和叶片生理指标。【结果】综合考虑产量、抗旱指数、产量热感指数和冻害级别，筛选出济麦23、山农30、冀麦325、济麦22、品育8012 5个冬小麦品种，这些品种综合表现较优，具有抗旱、耐热、抗寒性强、丰产稳产的特点。通过分析产量与产量形成指标、株型指标和叶片生理指标的相关性，千粒重、收获指数和生物产量与产量呈极显著正相关；旗叶叶宽、茎粗和穗长与产量呈显著或极显著正相关，而旗叶茎叶夹角与产量呈显著负相关；旗叶相对叶绿素值（SPAD值）和相对含水量与产量均呈极显著正相关，冠层温度与产量呈极显著负相关。与其他品种比较，抗逆广适品种千粒重、收获指数和生物产量分别提高了12.9%、5.2%和3.4%；旗叶叶宽为（16.2±0.4） cm、茎叶夹角（18.2±3.2）°、基部茎粗（4.0±0.3） mm、穗长（7.5±0.14） cm、株高（80.3±1.3） cm；灌浆后期旗叶SPAD值和相对含水量分别提高了9.8%和4.2%、冠层温度降低了1.9 ℃。【结论】明确了抗逆广适小麦品种“上部紧凑直立、下部松散平展”的优化株型，提出了旗叶叶宽、茎叶夹角、基部茎粗、穗长的定量指标；明确了生育后期旗叶SPAD和相对含水量较高、冠层温度较低的生理特征以及千粒重、收获指数和生物产量较高的产量特征。
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宋志均, 薛志伟, 申为民. 基于灰色多维综合隶属度方法的黄淮冬麦区小麦新品种综合评价[J]. 黑龙江农业科学, 2025(5):31-36.
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李敏, 苏慧, 李阳阳, 等. 黄淮海麦区小麦耐热性分析及其鉴定指标的筛选[J]. 中国农业科学, 2021, 54(16):3381-3393.
【目的】分析不同基因型小麦的耐热性,筛选耐热鉴定指标,建立可靠的耐热评价模型,为耐热小麦品种的选育提供理论支撑。【方法】以黄淮海麦区大面积推广的20个小麦品种为试验材料,采用田间试验,设置高温（花后第14—20天,连续7 d高温处理）和自然条件2种处理,在灌浆后期测定小麦穗部冠层温度、旗叶叶绿素相对含量（SPAD）、丙二醛（MDA）含量以及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性;收获晾干后测定单穗粒重、千粒重和产量。根据高温处理和自然条件生长下各项指标的耐热系数,采用主成分分析、隶属函数法、聚类分析和逐步回归分析方法对小麦耐热性进行综合评价。【结果】高温处理下各性状变异幅度为-14.89%—15.09%。通过对9个性状指标的相关分析,发现各指标之间存在显著或极显著相关性。通过主成分分析将9个单项指标转换为3个相互独立的综合指标,其贡献率分别为55.970%、15.530%和12.171%,代表了全部数据83.670%的信息量。利用隶属函数法计算综合耐热评价值（D）,并对其进行聚类分析,按照耐热性强弱将20个小麦品种划分为3类,第一类耐热型8个品种;第二类中等耐热型7个品种;第三类高温敏感型5个品种。通过逐步回归方程建立了小麦耐热性的评价数学模型：D=-4.801+0.834X<sub>4</sub>+2.913X<sub>7</sub>+0.303X<sub>6</sub>+2.937X<sub>8</sub>- 1.409X<sub>1</sub>-0.524X<sub>3</sub>+0.876X<sub>9</sub>（R<sup>2</sup>=0.986）,利用建立的最优回归方程预测供试材料的耐热性,预测值（VP）与D值基本一致,表明SOD活性（X<sub>4</sub>）、单穗粒重（X<sub>7</sub>）、CAT活性（X<sub>6</sub>）、千粒重（X<sub>8</sub>）、冠层温度（X<sub>1</sub>）、MDA含量（X<sub>3</sub>）和产量（X<sub>9</sub>）这7个指标可用于小麦耐热性品种的鉴定。【结论】采用多元统计分析方法对小麦耐热性评价是可行的;20个小麦品种被分为3类（耐热型、中等耐热型和高温敏感型）;高温处理下,SOD活性、单穗粒重、CAT活性、千粒重、冠层温度、MDA含量和产量可以作为小麦耐热性的鉴定指标。
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蔡金华. 长江中下游麦区小麦种质资源的产量和品质性状及其相关性分析[J]. 中国农学通报, 2025, 41(12):19-25.
为研究小麦种质资源的产量和品质性状的表现，以长江中下游麦区35份小麦种质资源为材料，人工调查株高、穗数、穗粒数、千粒重和产量，利用Perten DA 7200型近红外分析仪测定小麦品质，并进行相关分析和通径分析。结果显示，35份小麦种质资源的产量变幅为5679.00~6331.50 kg/hm<sup>2</sup>，有效穗变幅为427.50万~502.50万/hm<sup>2</sup>，生育期变幅为195~202 d，株高变幅为73.00~93.00 cm，穗粒数变幅为32.60~40.00粒，千粒重变幅为37.00~47.10 g。从产量性状的相关性分析来看，有效穗、生育期、穗粒数、千粒重与籽粒产量呈正相关性(r=0.1707、r=0.0401、r=0.2277、r=0.0299)，而株高则与籽粒产量呈负相关性(r =-0.0587)。进行通径分析可以看出，提高有效穗、穗粒数和千粒重均能提高籽粒产量，其中以增加穗粒数的作用最大（直接通径系数Py=0.8390），其次是千粒重（直接通径系数Py=0.6668），增加有效穗的作用最小（直接通径系数Py=0.4916）。综合比较，35份小麦种质资源的品质性状差异较大，这表明小麦具有丰富的多样性，可以为长江中下游麦区小麦新品种育种及后代选择提供较大空间。
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王瑞, 段绍伟, 郭勇, 等. 小麦抗倒性影响因子和产量因子的遗传与相关研究[J]. 中国农学通报, 2021, 37(6):24-29.
旨在为小麦育种和生产上预防倒伏、提高稳产能力提供参考。以来源于野生二粒小麦远缘杂交组合的82个高代系为试材,在西北农林科技大学试验站测定并分析抗倒性影响因子和产量性状的相关性。结果表明,（1）株高与抗倒性呈负相关关系,成熟期茎壁厚与抗倒性呈正相关关系,各个性状的抗倒性排序为株高>成熟期茎壁厚度>单穗重>单株重;（2）粒宽、穗粒数和单穗重呈极显著正相关关系(0.413<sup>**</sup>、0.767<sup>**</sup>);（3）倒伏引起千粒重、单穗重下降,导致减产;（4）小穗数、小穗粒数及穗粒数等产量因子及抗倒影响因子的杂种分离世代都出现小于低亲值的遗传特点,分离子代产量接近高亲值的单株占1.5988%,杂交育种中分离世代最低群体需在120株左右。选择茎壁厚、植株高度适中、增加粒宽（饱满大粒）和穗粒数（大穗、多花结实性好）,有望筛选出高产抗倒品种。
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任三学, 齐月, 田晓丽, 等. 冬小麦灌浆期光合参数及产量对土壤高湿和干旱变化的响应[J]. 中国农学通报, 2022, 38(29):96-102.
为研究土壤湿度变化对冬小麦光合参数和产量变化的影响机制,在防雨棚人工控制灌水,设置土壤高湿、中度干旱、重旱、对照4个处理的田间冬小麦试验,研究土壤水分变化对灌浆期冬小麦光合参数及产量的影响。结果表明：冬小麦灌浆期叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度随土壤水分降低而降低。重旱处理冬小麦叶片胞间CO<sub>2</sub>浓度与对照相近,引起光合作用下降的主要原因是非气孔因素限制。土壤高湿冬小麦叶片有效利用光强区间拉大,而土壤干旱胁迫叶片有效利用光强的区间缩小,土壤高湿和干旱胁迫叶片夜间呼吸作用都提高,干旱逆境胁迫白天光合作用受限减弱,夜间呼吸作用增强,消耗营养增多,“一减一增”是其籽粒瘪秕,产量低的生理原因。土壤高湿和干旱影响冬小麦灌浆期籽粒干物质输送、积累的源库匹配。高湿处理叶片的绿色器官光合产物输送籽粒占主导,开花前营养器官干物质转运、贡献率变小;干旱逆境胁迫下,叶片等绿色器官光合产物少,输送籽粒干物质减少,但花前营养器官干物质转运、贡献率相对增大;收获指数土壤高湿和对照基本相近,干旱处理较对照明显偏小。
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田中伟, 樊永惠, 殷美, 等. 长江中下游小麦品种根系改良特征及其与产量的关系[J]. 作物学报, 2015, 41(4):613-622.
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丁锦峰, 徐东忆, 丁永刚, 等. 栽培模式对稻茬小麦籽粒产量、氮素吸收利用和群体质量的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(4):619-634.
【目的】为稻茬小麦优质、高产、高效协同栽培提供理论与技术支撑。【方法】2017—2018和2018—2019年在江苏苏北的睢宁和苏中的邗江与仪征，分别设置传统（TCP）、高产（HCP）、节肥（RFCP）和节肥增密（IDCP）4种栽培模式，研究不同模式间籽粒蛋白质含量、产量、氮效率、经济效益的差异，明确高产、高效模式及其产量构成、群体质量和氮素吸收转运特征，探明产量、氮效率与农艺生理性状间关系，进而揭示高产高效协同实现途径。【结果】受年度和地点间生态条件差异的影响，栽培模式对籽粒产量、经济净效益、氮效率的影响不尽相同。不同栽培模式下籽粒蛋白质含量均>12.5%，其中HCP和RFCP下达13%—14%。2018年度，籽粒产量和经济净效益均以IDCP最高，较TCP分别提高31.5%—33.5%和104.4%—239.1%，其次为HCP和RFCP。2019年度，籽粒产量以HCP最高，较TCP提高8.1%—13.2%，其次为RFCP和IDCP；此外，IDCP因施肥少，较TCP稳定或增加了经济净效益。可见，TCP相对低产、低效益、低氮效率；HCP可稳定高产，且蛋白质含量高；IDCP最具高产、高效益、氮高效潜力，但蛋白质含量偏低。高产均是通过在获得高穗数基础上提高单穗产量来实现，但HCP主要提升每穗粒数而IDCP依赖于高粒重。HCP主要通过高茎蘖成穗率，IDCP则是协同高的茎蘖数和茎蘖成穗率，实现高穗数。高产群体的冬前茎蘖数/最终穗数存在适宜范围，在0.9—1.1。此外，相对高产的模式均可在维持高花后绿叶光合面积基础上协同提高绿叶净光合速率，实现扩源基础上高水平协调源库关系。高氮肥利用效率的实现关键是较高氮素生理利用效率基础上提高氮素吸收效率。HCP群体生育前期积累氮素少、中后期吸收能力逐渐增强、转运量多；而IDCP群体在生育中前期吸收能力强、转运量足。分析不同生态条件和栽培模式下籽粒产量、氮肥利用效率与农艺生理性状间关系，发现提高群体茎蘖成穗率有助于维持灌浆期较高的单茎光合面积和光合速率，进而增加单穗和群体籽粒产量；还可促进花前氮素吸收能力、增加氮素转运量，提升氮肥利用效率。【结论】稻茬小麦高产高效协同途径是在获得充足穗数基础上，攻大穗，重点是增粒重；构建数量足、质量高的群体，越冬前群体茎蘖数满足预期穗数、重点提高茎蘖成穗率，花前高效吸收氮素、提升转运水平，花后维持较高单茎光合面积和强度、提升灌浆水平。实现高产高效栽培，技术上应强调“适量增密、适度减肥、前氮后移、精准施肥”。
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