小麦基因型热胁迫指数与产量稳定性的α格子设计评估及其在耐热育种中的应用

本研究针对小麦终端热胁迫导致的产量不稳定问题，评估了α格子设计(ALD)相较于随机完全区组设计(RCBD)在量化200个重组自交系(RILs)热胁迫指数(HIs)中的优势。通过双播期试验，研究人员发现ALD能显著降低误差均方和变异系数(RE达1.05)，鉴定出RILs 34/59/106等兼具耐热性与高产特性的基因型。该研究为大规模基因型试验提供了优化方案，对培育气候适应性小麦品种具有重要实践意义。

　　

随着全球气候变化加剧，小麦生产正面临前所未有的挑战。在印度等亚热带地区，灌浆期超过38°C的高温可导致小麦减产5-10百万吨，相当于每升温1°C损失6±2.9%产量。这种"终端热胁迫"会缩短籽粒灌浆期，产生轻瘪粒，严重威胁全球粮食安全。尽管印度预计2024-25年度小麦产量将达创纪录的1.125亿吨，但气候波动仍使产量稳定性充满变数。

为应对这一挑战，来自美国南伊利诺伊大学和印度哈亚纳农业大学的Mandeep Redhu等研究人员在《Scientific Reports》发表了一项创新研究。他们通过比较α格子设计(ALD)与传统随机完全区组设计(RCBD)的效能，系统评估了200个重组自交系(WH711×WH1021衍生的RILs)的15项热胁迫指数(HIs)，旨在为耐热小麦育种提供更精准的筛选工具。

研究采用双播期田间试验设计，通过ALD将200个RILs划分为5个区组/重复，利用气象数据确认热胁迫环境。主要技术方法包括：(1)基于籽粒产量计算15项HIs；(2)采用三阶统计量分析遗传结构；(3)通过ANOVA比较ALD与RCBD的误差控制能力；(4)利用相对效率(RE=RCBD/ALD)评估设计优劣。

评估热胁迫指数

研究发现各HIs呈现显著差异：耐逆性指数(TOL)变幅最大(-56至614)，而产量稳定性指数(YSI)变幅最小(0.30-1.09)。热敏感指数(HSI)呈负偏态分布，暗示加性×加性基因互作；而胁迫耐受指数(STI)等呈正偏态，显示互补基因互作。值得注意的是，91个RILs的HSI<1.0(耐热阈值)，其中47个优于耐热亲本WH1021(HSI=0.63)。

耐热品系筛选

通过多指标交叉验证，鉴定出RILs 34/59/106等8个核心耐热基因型。这些品系在12-14项HIs中表现优异，其中RILs 34/59的籽粒产量达894-895g/小区，兼具高产与稳定性。研究还发现MP(709.52±3.36)、GMP(690.02±3.42)等指数具有>86%的高遗传力，可作为可靠选择指标。

实验设计效率比较

ALD展现出显著优势：

• 误差均方降低：如TOL的EMS从4787.12(RCBD)降至4566.13(ALD)

• 变异系数优化：HSI的CV从22.91降至22.35

• 相对效率突出：HTE等指数的RE达1.05

  ALD通过区组内分层，有效控制了田间异质性，尤其适合大规模基因型试验。

这项研究首次系统验证了ALD在热胁迫研究中的优越性，为耐热小麦育种提供了双重突破：一方面建立了包含HSI、STI、HRI等在内的多维度评价体系，另一方面通过优化实验设计提升了筛选精度。该成果对应对气候变化下的粮食安全挑战具有重要实践价值，其方法论框架也可拓展至其他作物的抗逆育种研究。