機收理想油菜品種的選育特征

關周博， 董育紅， 田建華， 張耀文，2

(1.陜西省雜交油菜研究中心/國家油料作物改良中心陜西油菜分中心，陜西楊凌 712100； 2.中國科學院植物研究所光生物重點實驗室，北京 100093)

甘藍型油菜作為一種油料作物，在我國植物油供給中占有重要的地位。盡管油菜在我國的種植歷史不長，但是其播種面積和產量已居于各油料作物之首，已成為國民重要的食用油料來源。我國常年種植面積約為667萬hm2，占世界種植面積的33.3%，是目前全球最大的油菜生產國，但我國每年對植物油的需求大，自給率不足40%，須大量進口才能滿足國民的需求，近年來對菜籽油需求逐年提高，因此發展油菜可持續性的生產對我國植物油的安全保障尤為重要[1-4]。在我國油菜主產區長江流域，多數是油菜與水稻輪作倒茬，由于耕作制度的限制，傳統的油菜栽培方式以育苗移栽為主，油菜制種密度小，植株生長高大，單株產量較高，但在移栽和收獲時卻費時費工，投入勞動力成本過高，特別是在目前大量農村勞動力涌向城鎮、農村勞動力不足的情況下，農民比較收入效益低下而嚴重影響到農民種植油菜的積極性[5-6]，油菜種植機械化程度低，沒有實現集中連片的規模化，導致種植面積不穩定，甚至有下滑的趨勢，影響油菜的生產發展。近年來，國際上農業較發達的國家如加拿大、澳大利亞及歐洲一些國家已實現了油菜生產的規模化和機械化，油菜生產的成本相對較低，效益較高，導致國際市場上油菜籽、菜油、菜餅的價格總體上呈下降趨勢[7-9]。同時受到國際貿易大環境的影響，我國油菜生產成本高缺乏市場競爭力，導致國內油菜生產處于低迷狀態，加之我國油菜生產主要還以小農戶為個體，生產力不高，生產分散，隨意化嚴重，機械化程度低，生產成本高，難以形成規模化，導致我國近年來油菜生產處于劣勢狀態，種植面積嚴重下滑，大量土地撂荒，傳統優勢制種區已改種其他作物，種植面積和產量出現大幅度的波動，市場競爭優勢缺乏，油料自給自足矛盾更加突出。因此，大力發展油菜生產的輕簡化，改變傳統的栽培模式，實行油菜全程機械化生產迫在眉睫，而全程機械化生產種植需要與之相應的適合機械化播種、管理和收獲的油菜新品種，實現農機與農藝相結合。研究發現，在一定栽培條件下油菜生長發育及群體性狀相互協調對油菜的產量影響較大，明確合理有效的油菜群體生長結構，能夠有助于在統一機械化栽培條件下達到油菜最大生產量。機械化，種植高密度有利于油菜直播的實現，減少育苗移栽和間苗的工作量，同時高密度栽培還可協調群體與個體的關系，使單株株型發生變化，有效分枝比例提高，花期集中，充分利用光能和土地，實現油菜高產優質高效栽培途徑[5]。在實踐中種植發現，種植密度與油菜的單株生產力往往存在著負相關的關系，表現出隨著密度的增加，單株生產能力降低的趨勢，這主要是由于分枝的減少，雖然單株經濟性狀下降，但通過提高群體有效角果數和千粒質量，最終實現產量的提高[10-12]；不同栽培密度對產量構成因素影響最大的是單位面積總角果數，其次是千粒質量和角果粒數[13-15]。相關研究對油菜機械化品種的選育起到一定的作用，但是目前還沒有一個統一的概念或標準去定性機械化品種的特征及如何做到與農機配套，眾多研究都側重于一個方面進行闡述，缺乏較全面系統的研究報道，難以在育種實踐中起到指導作用。

鑒于此，本研究著眼于機械化品種的研究現狀，結合筆者多年的研究結果對機收理想油菜品種選育進行闡述，對選育適合機械化栽培的油菜新品種提供借鑒。

1 農藝性狀與經濟性狀

1.1 葉片與主莖的夾角

油菜單位面積產量主要由單株生產力和單位面積株數決定，而單株產量的形成，除受自然環境因素的影響外，還與單位面積油菜的群體環境有關，協調好單株與單株之間的關系，降低單株相互之間的影響程度，最大限度地發揮單株的生產能力，發揮符合機械化要求的密植栽培。在高密度栽培條件下，油菜單株產量能力不僅與群體后期農藝性狀有較大的關系，還與苗期植株營養體建成及形態有關[5，16-19]。

株型多是指油菜在成熟期所表現的株型特征，較少關注其他生育階段的株型特征，尤其是苗期的株型特征。由于油菜機械化直播，種植是高密度的群體數量，如果苗期葉片較大，與主莖的夾角也大，就會呈現出匍匐形葉型狀態，葉片之間重疊面積較大，相互之間交錯生長，就會使葉片肥大雜亂無序，導致多數葉片被遮蔽，減少了光合作用的有效葉面積，不能有效利用光能，隨著苗期葉齡的發展，遮蔽的下部葉片就從功能器官變成了消耗器官，葉色慢慢變黃脫落，還易形成高腳苗，在溫度水肥合適的條件下也易早薹，不利于油菜越冬。所以，在高密群體中苗期的生長特性對油菜后期發育建成有著基礎性作用[5]。

因此，葉片與主莖的夾角在群體密植中就顯得更加重要，葉片與主莖的夾角小有利于高密度制種。在高密度機收試驗中苗期葉片與主莖夾角小于30°，有利于密植機收，可有效提高土地光能和利用率，是理想夾角度數。

1.2 一次分枝數和單株角果數少、角果枝短、分枝緊湊、角果斜生

在密植栽培條件下，分枝較多，在油菜灌漿期形成枝條的冗余，不利于群體性狀的發展，易形成角果數多但角粒數少或者陰角率高的現象。在高密度栽培條件下，油菜群體角果密度、主花序有效角果數、單株有效角果數和每角粒數與小區產量呈極顯著或顯著正相關，分枝部位高度與小區產量相關性不顯著；在低密度栽培條件下，油菜單株有效角果數、每角粒數以及分枝數、主花序有效角果數與小區產量呈極顯著或顯著正相關，分枝部位高度與小區產量呈極顯著負相關[20]。不同密度栽培條件下會造成不同的單株生產力。

油菜植株過高，分枝數量多，株型分散，單株間的分枝容易交叉，相互間拉扯。在機械化收獲時，立刀切割時容易使刀外側交錯的分枝切斷掉落在地而帶來損失；同時也給輸送帶來困難，油菜分枝過長還會纏繞在撥禾輪上，堵塞機械，進而影響收獲工種的正常進行[21-23]。分枝長的油菜相互之間交叉嚴重，在油菜成熟收獲時容易在外來作用力的拉扯下，造成那些不在割臺內的油菜分枝角果破裂，增加機收損失。因此，選育適合機械收獲的油菜品種應該具備分枝較短而且分枝與主莖的夾角小而上挺的特征，這樣才能保持株型緊湊，減少油菜分枝相互交錯帶來的機收損失[23]。在育種實踐中，機收理想的株型為一次有效分枝3～5個，單株角果數150～200個，果枝長度40～60 cm，果枝集中于中上部，角果斜生。

1.3 油菜株高

目前，油菜收獲使用的機械為全喂入聯合收割機，在收獲過程中油菜割茬以上的部分包括莖稈分枝等都隨著撥禾輪的轉動一起被帶入滾筒。如果油菜單株過于高大，勢必會產生較大的生物產量，那么進入滾筒內的枝稈碎屑就較多，在滾筒分離清選時，容易堵塞清選的篩面，導致分離不清，使籽粒隨著果殼一起被拋出機外造成損失。相關研究表明，在機械化收獲油菜時，由于清選分離不徹底造成的損失率占到了總損失率的20%～30%，損失率的高低和油菜植株高矮呈正相關[24-26]。如果將油菜的收割茬口提高，可有效避免過多的莖稈進入滾筒，提高滾筒內籽粒與果殼的分離，帶來的后續負效應是收割茬口高給下茬整地帶來困難，還須一次滅茬工序，否則不利于旋播操作，增加耕作成本，難以在種植應用中推廣[27-28]。因此，對機收油菜品種要求具有半矮稈(植株高度小于170 cm)性狀，即可保證油菜的豐產性收獲，又可降低收獲中不利情況的發生。綜合考慮認為，機收油菜理想高度在150～170 cm。

1.4 苗期生長緩慢、春季返青快、早花不早薹、灌漿快、成熟期早，主莖與分枝角果成熟相對一致

長江流域栽培的油菜品種大都是半冬性或偏春性品種，秋季生長勢強，而且冬季的低溫期短，油菜還在緩慢生長，油菜苗期生長時間長。在栽培實踐中，由于冬季低溫或者倒春寒會使南方地區的油菜發生凍害，如若秋季生長慢，一方面有利于苗期干物質的積累，并可防治早發帶來的危害。秋季生長過快，到冬季易出現早薹早花現象，遇到極端低溫發生凍害，造成不可逆生長，同時破壞了品種生長的統一性，影響機械化收獲。在育種實踐中發現秋季生長慢，苗期干物質積累多，生長壯實，春季返青快，生長一致性好，花期集中，灌漿快，同時成熟早，主莖與分枝角果成熟一致，上部角果與下部角果的成熟度差異不明顯，則有利于高密度下機收作業。

2 產量性狀與抗性

2.1 收獲指數

收獲指數是作物的經濟產量占總生物產量的比例，即生物產量轉化為經濟產量的效率[29]。從收獲指數概念的提出到現在，在各作物中對其研究報道大量涌現[30]，成為引導作物育種的重要理論依據，在傳統育種當中把選育具有高收獲指數的品種當作品種選育主要目標性狀。較玉米、小麥而言，油菜的花序呈現為無限花序，營養體大角果數量多，在選擇高收獲指數的同時，總的生物產量也較大，產生了不同的選育結果：(1)收獲指數高具有較大的干物質積累總量和較高的經濟產量；(2)收獲指數和經濟產量偏低但具有較大的干物質積累量；(3)收獲指數和經濟產量較高但干物質積累總量并不高[31-33]。收獲指數的大小可反映出光合產物從葉片、角果皮等功能器官中轉移到種子當中的比例大小，但并不能表明高的收獲指數就有高的經濟產量[34]，但是在總體生物量一定的條件下，提高作物收獲指數就可提高經濟產量[35]，可避免盲目提高收獲指數，造成營養生長旺盛，轉化效率低下，因此有條件地利用收獲指數，才可提高作物的生產效率。在機械化收獲的背景下，油菜株高和密度限制了單株產量的最大生物總量，同時在總生物量不變的條件下，加大收獲指數可提高油菜的產量。考慮到收割機在收獲時的喂入量以及密植條件下營養器官和生殖器官的協調發展，研究認為，收獲指數在0.4左右為宜。若收獲指數小，可能會導致營養體的生物量過大，轉化效率低下，引起油菜群體中下層通風不暢，油菜成熟后期脫水能力下降，成熟不一致，影響機收；若收獲指數過大，可能會引起豐產性倒伏，帶來一系列不利的因素。

2.2 耐密植、抗倒伏、抗裂角、抗耐病性和耐漬性好

油菜全程機械化栽培模式須要改變過去人工移栽、低密度種植和產生高大單株的栽培方式，取而代之的是機械化直播，種植密度大，單株小但群體生產量大的栽培方式。這種種植方式會使田間小氣候發生變化，如油菜底部通風不暢，透光性差，加上南方地區的高溫高濕氣候條件，使田間菌核病的發病概率增大。油菜莖稈一旦感染菌核病，就會由于傳輸組織受損而枯死，導致感病植株很早黃熟，在機械外力的作用下角果易炸裂，造成機收損失，所以耐密植和高抗病性是機收品種的先決條件[26]。機械化油菜品種還要求耐遲播，一是茬口因素，在輪作倒茬中，前茬作物不能及時收獲，影響到了油菜的正常播種；二是由于同一品種在一定的播期內適當晚播，不但可以錯過苗期某些病害，而且植株高度會有所降低，使品種更加適合機械化收割。油菜主要產區在長江流域，該地區多雨，土壤水分含量高，品種要具有較高的抗澇耐漬性及抗倒伏性。收獲期角果還應具備抗裂角性。因此，在油菜生長過程中除農藝性狀要滿足機收要求，還要具有耐密植、抗耐病性和耐漬性好，莖稈堅韌抗倒伏，抗裂角，這樣才適應機械化作業。

2.3 適合的產量結構

油菜產量的三大構成因素是角果數、角粒數和千粒質量。往往角粒數和千粒質量具有較高的遺傳率，相對穩定，密度對每角粒數和千粒質量影響不大；而角果數受環境的影響較大，在高密度種植條件下，有效分枝數減少，單株角果數下降，單株角果數均隨密度增加而減少，而主花序的產量占到了油菜整株產量的40%，是相對穩定的性狀，提高密植主要是提高穩定的主花序數量以提高有效角果數。試驗結果表明，產量結構角果數為6 900萬個/hm2，角粒數>26粒，千粒質 量>3.5 g 較為適宜。

3 品質符合國家品質育種標準

挖掘高含油量油菜資源，加強油脂形成的基礎研究，選育含油量高、芥酸低、硫苷低、品質符合國家育種標準的油菜雜交種[1]。根據油菜區試資料，過去9年中，國家冬油菜區試的新品種含油量僅提高了2.6百分點[36-37]。就含油量而言，每增加3百分點，相當于提高產量10%[38-39]。由于機械化收獲存在一定的損失率，提高油菜品種的含油量可有效彌補機損帶來的不足，因此，提高機收油菜的含油量對油菜產業的發展有重要意義。

4 機械化品種選育的不足與展望

機械化是現代農業發展的方向，小麥、水稻、玉米等作物已經實現了全程機械化的生產模式，油菜的機械化作業還處于發展時期。實現油菜生產全程機械化是油菜高效制種和油料安全供給的重要保障，也是增強國際競爭力的體現。目前，油菜早熟品種的缺乏、易倒伏及角果易開裂是制約油菜產業機械化收獲的主要瓶頸，也是嚴重影響油菜產業生產效率的主要原因。有關抗裂角性、抗倒伏性的研究仍處于起始階段，研究水平比較滯后，相關研究資料積累較少，沒有統一的抗裂角、抗倒伏的鑒定方法。在含油量方面，目前推廣的品種含油量還不高。盡管在近20年育種中攻克了油菜“雙低”的問題，但在含油量育種方面一直徘徊不前，與國外品種相比，含油量還低幾個百分點。油菜種植以獲得更多油為目的，高產、高油、機械化才能真正實現高效益的種植。

目前，盡管有些品種可以實現機械化，但都是有條件的，如只有完熟才能一次收獲，否則必須采取分段收獲的方式。主要是在以往的育種中，過分追求高產化，忽視了品種對解析惡化作業的適應性，導致我國油菜生產上缺乏適合機械化生產的油菜品種，農藝技術與農機脫節，制約了我國油菜生產機械化的發展。因此，在今后的機械化品種選育中，有目的地聚合油菜高含油量、高產與抗倒伏、抗裂角、矮稈、株型緊湊等適合機械化生產性狀的基因于一體，培育適合于機械化收獲的高油、高產油菜新品種，研究出與之配套的適合機械化生產的農藝栽培技術是今后要解決的重要問題。