地理起源与基因型协同调控小麦及小黑麦冬季抗寒性的六十年长期评估

本研究针对冬季谷物抗寒性(Winter Hardiness, WH)评估受环境干扰大、标准不统一的问题，捷克作物研究所团队通过1960-2020年木质箱试验，建立了基于15,510组数据的冬季抗寒潜力(WHP)九级评估体系。研究发现欧洲小麦抗寒性呈东北高(平均WHP 7)、西南低(平均WHP 3)的地理梯度，且21世纪中欧品种抗寒性显著下降。该成果为气候变化下作物育种提供了关键表型标记，相关成果发表于《Scientific Reports》。

　　

冬季谷物的生存能力直接影响农业生产，但传统抗寒性评估受制于环境变异大、标准不统一等难题。尤其随着气候变暖，中欧地区冬季温度波动加剧，亟需建立跨时间、跨区域的抗寒性评价体系。更棘手的是，现代育种追求高产往往牺牲抗逆性，导致品种抗寒潜力(Winter Hardiness Potential, WHP)持续下降——这一趋势在2000年后尤为明显。

针对这些问题，捷克作物研究所(Crop Research Institute in Prague)的Ilja Tom Prasil团队开展了一项跨越60年(1960-2020)的系统研究。通过独创的木质箱试验方法，将19,991份小麦和小黑麦品种暴露于自然冬季环境中，记录其在不同播种期、不同放置高度（地面与50cm高台）条件下的存活率。研究团队创新性地采用广义线性模型(GLM)分析15,510组数据，首次构建了九级WHP评估体系，将复杂的抗寒表型转化为可量化比较的遗传潜力指标。

关键技术包括：1) 木质箱模拟试验系统（两种高度×三个播种期）；2) 基于logit链接函数的GLM模型转化冬季存活率为WHP值；3) 整合16个田间试验站数据验证模型；4) 结合60年气象数据解析气候变暖影响。

主要结果

环境因素的影响

木质箱放置高度显著改变胁迫强度，高台处理的越冬指数(Overwintering Index, OWI)比地面处理低1-2级（OWI 3 vs 5）。

气候变暖使OWI从1960年代的3升至2010年代的6，其中-10°C至-20°C的土壤低温区间最能区分品种差异。

物种与基因型差异

小黑麦抗寒性最强（平均WHP 6.4），其次是斯佩尔特小麦(5.7)，硬粒小麦最弱(2.6)。乌克兰品种Kharkovskaya 917和加拿大品种CDC Raptor等达到最高WHP 9级。

地理梯度规律

欧洲小麦呈现明显的抗寒性地理梯度：东北部国家（如俄罗斯）平均WHP达7，而西南部（如法国）仅3。法国古老品种Automne rouge barbu与现代品种Renan（含乌克兰亲本）是少数突破地域限制的高抗品种。

育种年代趋势

2000年后中欧品种WHP显著下降（捷克品种从6降至5），而东欧品种保持稳定。研究发现温暖冬季后注册的品种抗寒性普遍降低，印证了气候对育种方向的潜在影响。

这项研究建立了首个跨世纪、跨物种的谷物抗寒性评估标准，揭示了气候变暖与育种策略的交互影响。特别值得注意的是，研究团队开发的木质箱试验体系成功模拟了田间极端条件，其WHP评估与2003/2012年严冬田间数据相关性高达0.89。该成果不仅为基因库资源评价提供了标准化工具，更警示了现代育种中抗逆性流失的风险——正如作者强调的："中欧地区若不调整育种目标，未来品种可能无法应对极端气候事件"。这些发现为应对气候变化的作物适应性育种提供了关键科学依据。