胡麻品種（系）莖稈形態特征與抗倒伏的相關性分析

吳瑞香，楊建春，王利琴，郭秀娟，何 霞

（山西農業大學高寒區作物研究所，山西 大同 037008）

胡麻（Linum usitatissimumL.）即油用亞麻，屬亞麻科亞麻屬一年或多年生草本植物，是我國西北和華北高原高寒干旱區的主要油料作物，也是干旱、半干旱地區的主要經濟作物，主要分布于新疆、寧夏、甘肅、山西、河北、內蒙古等省份[1]。其籽粒中含有多種優質營養成分和活性物質，α-亞麻酸、亞麻膠、木酚素、膳食纖維、阿魏酸和香豆酸等。籽粒含油率約為40%，α-亞麻酸占到其總脂肪含量的50%左右，是α-亞麻酸含量最多的油料作物。胡麻籽不僅具有重要的食用價值和營養價值，還具有獨特的藥用價值，廣泛用于食品、藥品、化妝品、化工添加劑等[2-3]。

胡麻是山西重要的油料與經濟作物，耐瘠薄、抗旱、耐病性強。山西產區主要集中在太原以北地區和呂梁山區，北緯39°左右，海拔1 000～2 000 m，氣候垂直地帶性明顯，生育期熱量適中，水分狀況前干后濕，日照中等，土壤瘠薄。近年來受退耕還林及農業結構調整，胡麻播種面積下滑幅度較大，產量低是制約胡麻發展的重要原因[4]。晉北地區目前生產中的胡麻品種在大風和雨后容易倒伏，造成枝葉相互遮蔽重疊，形成高溫高濕的空間，容易發生病害及籽粒發霉，造成產量下降，同時還對品質產生重大影響，且隨著機械化程度的增加，倒伏后不適合現代農業的機械化收割，增加了生產成本[5]。

2019年本試驗選取國內不同胡麻產區15個主要胡麻品種（系），對其產生的倒伏狀況與形態特性的相關性進行了分析研究，以明確胡麻莖稈倒伏特性和內在機理，為選育胡麻抗倒伏新品種和鑒選抗倒伏能力較強的胡麻品種提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

本試驗選取國內不同胡麻產區的15個主要優良品種或品系，分別是晉亞14 號、F149-23、F074-1、09025、9718、冀張亞1 號、423、內亞9 號、12-S2、定亞24 號、隴亞10 號、隴亞13 號、隴亞14 號、200617-8、伊亞6號。所有品種均由國家特色油料產業技術體系胡麻大同綜合試驗站提供。

1.2 試驗地概況

試驗在山西農業大學高寒區作物研究所毛家皂試驗基地（北緯39°53′、東經113°10′）進行。毛家皂試驗地海拔1 044.6 m，屬溫帶大陸性季風氣候，農業區劃為中溫帶干旱區。年平均氣溫6.4 ℃，無霜期129 d 左右，年降雨量為310 mm 左右，蒸發量為835 mm。全年平均日照時數2 450.1 h，春季雨水少，風沙大，蒸發量大。所選試驗地土壤為砂壤栗鈣土，肥力中等偏下，含有機質16.77 g/kg、全氮0.81 g/kg、全磷0.74 g/kg、全鉀21.2 g/kg、堿解氮65.45 mg/kg、速效磷3.7 mg/kg、速效鉀61 mg/kg，全鹽0.55 g/kg。

1.3 試驗設計

前茬為馬鈴薯，春季公頃施雞糞7 500 kg、復合肥300 kg（N∶P∶K＝18∶18∶18）。種植密度為750萬株/hm2，開溝條播，播深3 cm，行距20 cm，3次重復，共45個小區，小區面積13.34 m2，小區間走道30 cm，重復間走道50 cm，四周設1 m 的保護行。秋耕春澆，旋耕機翻地，人工整地作畦，開溝播種，整個生育期不再進行灌溉，所需水分全部依靠自然降雨。生育中期追施2次尿素，分別是快速生長期和盛花期。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 倒伏情況調查 在遇到風雨發生實際倒伏的開花結果期，調查胡麻倒伏率及倒伏程度。倒伏程度的分級根據莖稈與地面間的夾角，0 級為植株直立不倒，一級為植株傾斜角度在15°以下，二級為植株傾斜角度在15°～45°，三級為植株傾斜角度在45°以上。

1.4.2 植株形態特征的測定 倒伏后每小區取具有代表性且長勢相近的20株植株，測定以下指標。株高（plant height，PH）：用直尺測量莖稈基部齊泥處至植株頂端的距離。

莖粗（stem diameter，SD）、壁厚（wall thickness，WT）：用游標卡尺測定莖稈子葉節以上5cm處的直徑；在相同位置用解剖刀將莖稈切開，用數顯游標卡尺測量壁厚。

重心高度（gravity center height，GCH）：用直尺測量基桿基部齊泥處至該莖（帶分枝、葉、花、果）平衡支點的距離。

單株鮮質量（Fresh weight per plant，FWPP）：將植株按子葉節結處剪掉根部稱質量。

稈型指數（stem position coefficient，SPC）[6]是株高與基部莖節莖粗的比值。

1.4.3 莖稈力學特征測定 采用浙江托普儀器有限公司生產的YYD-1 抗倒伏測定儀測定莖稈抗折力（stem folding resistance，SFR）。

1.4.4 產量及其構成因子測定 收獲前每小區取樣20株進行室內考種，參照《胡麻種質資源描述規范和數據標準》[8]，對株高、分莖數、分枝數、單株結果數、單果粒數、單株生產力、千粒質量、小區籽粒產量進行數據采集。小區單打單收，籽粒曬干清選后稱質量即為小區產量。

1.5 數據分析

采用Excel 2010進行表型數據整理、采用SPSS 18.0對數據進行相關統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同胡麻品種產量性狀聚類分析

對本試驗15個胡麻品種的5個產量性狀（單株結果數、單果粒數、單株生產力、千粒質量、小區產量）數據標準化處理后進行聚類分析。可將供試胡麻品種分為3 大類（圖1），品種隴亞13號、晉亞14號、F074-1、冀張亞1 號和伊亞6 號為豐產性較好的品種，歸為第Ⅰ類；品種定亞24 號、隴亞14 號、隴亞10號、423、F149-23和09025為豐產性中等的品種，歸為第Ⅱ類；9718、2006-17、內亞9 號、12-S2 為豐產性較弱的品種，歸為第Ⅲ類。

通過產量性狀的聚類分析結果，對不同類別的品種進行差異性分析（表1），單株結果數最大的品種是隴亞13號，為30.78個，最少的品種是9718，為18.3 個，不同類別間第Ⅰ類的變異系數最大，為15.26%，第Ⅰ類與第Ⅲ類單株結果數差異顯著；單果粒數最多的品種是定亞24號，為8.29粒；最少的是F074-1，為7.09 粒，不同類別間第Ⅰ類的變異系數最大，為3.45%，第Ⅱ類與第Ⅰ類、第Ⅲ類差異顯著；單株生產力最大的是隴亞13號，為1.08 g，最小的是12-S2，為0.76 g，不同類別間第Ⅲ類的變異系數最大，為10.89%，類別間無差異；千粒質量最大的品種是200617-8，為6.15 g，最小的是423，為5.03 g，不同類別間第Ⅲ類的變異系數最大，為7.64%，類別間無差異；小區產量最大的是伊亞6號（1.65 kg），最小的是12-S2（0.89 kg），不同類別間第Ⅰ類的變異系數最大為10.44%，第Ⅰ類、第Ⅱ類與第Ⅲ類差異顯著。

表1 不同胡麻品種產量性狀差異分析Tab.1 Variaion analysis of yield character in different flax varieties

續表1 不同胡麻品種產量性狀差異分析Tab.1 （Contiuted）Variaion analysis of yield character in different flax varieties

2.2 不同胡麻品種莖稈形態特征分析

不同胡麻品種莖稈形態特征差異分析如表2所示。

表2 不同胡麻品種莖稈形態特征差異分析Tab.2 Variaion analysis of morphological characteristics of stem in different flax cultivars

通過對不同胡麻品種的莖稈形態特征進行差異性分析（表2），株高最高的品種是隴亞10 號（65.55 cm），最低的品種是12-S2（53.93 cm），不同類別間第Ⅱ類的變異系數最大（8.11%），類別間株高無差異。重心高度最高的品種是F149-23（44.89 cm），最少的是定亞24號（35.73 cm），不同類別間第Ⅱ類的變異系數最大（10.32%），不同類別間重心高度無差異。莖粗最粗的是隴亞13 號（3.25 mm），最小的是定亞24 號（2.33 mm），不同類別間第Ⅱ類的變異系數最大（6.54%），不同類別間第Ⅰ類與第Ⅱ類、第Ⅲ類差異顯著。壁厚最大的品種是隴亞13 號（0.191 mm），最小的是內亞9號（0.130 mm），不同類別間第Ⅱ類的變異系數最大（12.8%），類別間無差異。抗折力最大的是09025（12.22N），最少的是定亞24 號（7.03N），不同類別間第Ⅱ類的變異系數最大（18.13%），不同類別間第Ⅰ類與第Ⅱ類、第Ⅲ類差異顯著。單株鮮質量最大是09025（13.82 g），最小的是定亞24 號（7.85 g），不同類別間第Ⅱ類的變異系數最大（21.43%），類別間無差異。

2.3 不同胡麻品種相關倒伏性狀差異分析

對不同胡麻品種的相關倒伏性狀進行差異性分析（表3），相對重心高度最大的品種是200617-8（0.712），最低的品種是定亞24 號（0.628），不同類別間第Ⅲ類的變異系數最大（4.96%），類別間無差異；稈型指數最大的品種是F149-23（24.760）；最少的是隴亞13號（17.557），不同類別間第Ⅱ類的變異系數最大（8.67%），不同類別間稈型指數第Ⅱ類與第Ⅲ類無差異，與第Ⅰ類差異顯著；彎曲力矩最大的是冀張亞1號（787.094 g·cm），最小的是定亞24號（446.822 g·cm），不同類別間第Ⅱ類的變異系數最大（18.07%），不同類別間第Ⅰ類與第Ⅲ類差異顯著；折斷彎矩最大的品種是09025（30 550 g·cm），最小的是定亞24 號（17 575 g·cm），不同類別間第Ⅱ類的變異系數最大（18.13%），不同類別間第Ⅰ類與第Ⅱ類、第Ⅲ類差異顯著；倒伏指數最大的是內亞9 號（2.773），最少的是伊亞6 號（2.241），不同類別間第Ⅰ類的變異系數最大（6.22%），不同類別間第Ⅰ類與第Ⅱ類、第Ⅲ類差異顯著。

表3 不同胡麻品種相關倒伏性狀差異分析Tab.3 Difference analysis of lodging traits related to different flax varieties

2.4 不同品種各個性狀與倒伏指數的相關性分析

各個性狀指標與倒伏指數的相關性如表4所示。

通過對不同胡麻品種相關指標與倒伏指數的相關性分析（表4）表明，不同胡麻品種株高與重心高度極顯著相關；重心高度與相對重心高度顯著相關；莖粗與壁厚、抗折力、單株結果數、單株鮮質量、稈型指數、彎曲力矩、折斷彎矩、倒伏指數呈極顯著相關，與單株生產力、小區產量呈顯著相關；壁厚與抗折力、單株鮮質量、稈型指數、彎曲力矩、折斷彎矩呈極顯著相關，與單株生產力呈顯著相關；抗折力與單株鮮質量、小區產量、稈型指數、彎曲力矩、折斷彎矩呈極顯著相關，與倒伏指數顯著相關；單株結果數與單株生產力、稈型指數呈顯著相關；單株生產力與稈型指數顯著相關；單株鮮質量與稈型指數、彎曲力矩、折斷彎矩呈極顯著相關；小區產量與折斷彎矩、倒伏指數呈極顯著相關；與稈型指數、彎曲力矩顯著相關；稈型指數與彎曲力矩、折斷彎矩、倒伏指數呈極顯著相關；彎曲力矩與折斷彎矩極顯著相關；折斷彎矩與倒伏指數顯著相關。

3 結論與討論

作物倒伏是一個綜合的、復雜的現象，是由多重因素相互作用形成的，一般是氣候因素、環境因素、栽培因素以及植物自身遺傳因素交互作用的結果。植株莖稈倒伏產生的局部小氣候不僅會增加病害的發生機率，同時也會增加機械收獲的難度，而產生的最直接后果就是造成產量和品質的嚴重下降[9-10]。據報道玉米每年因倒伏造成的產量損失在15%～25%[11-12]，倒伏率每增加1%，減產90～120 kg/hm2[13-14]。大麥減產可達40%[15]，油菜倒伏一般可減產15%～30%，嚴重時可達60%以上，甚至絕收[16]，小麥、水稻因倒伏一般可減產20%左右，嚴重時可達50%以上，甚至顆粒無收[17-18]。倒伏對作物的籽粒品質也會產生很大的影響，劉唐興等[19]研究表明，倒伏油菜的含油量比正常油菜低15%～30%。曹慶軍等[20]研究認為，倒伏對玉米粒中粗脂肪和粗蛋白含量影響較大，對淀粉含量影響較小，朱新開等[21]研究發現，小麥倒伏造成籽粒蛋白質、濕面筋含量相對提高，淀粉及其組分含量相對下降。對小麥的磨粉品質也有不良影響，但對烘焙品質有正向效應。不同類別間胡麻產量存在顯著差異，產量構成因素中單株結果數、單果粒數間存在顯著差異，本試驗倒伏發生在開花末期，這個時期植株正處于授粉結實期，由于發生倒伏，因而造成授粉不良，結實率不高，從而造成倒伏株單株結果數明顯低于抗倒株。由于考察單果粒數考察的是有效果，單果粒數明顯高的品種說明此類品種本身具有極大的優勢，在合適的年份很可能就是發揮良好、豐產性極佳的品種。

胡麻莖稈特性對倒伏性能的影響。研究表明，株高可能在一定程度上增加發生倒伏的風險，但不是造成倒伏的根本原因。適當降低株高和重心高度可以提升胡麻的抗倒伏能力，降低倒伏發生的概率。此試驗中不同類別間株高、重心高度間以及相對重心高度間均不存在差異，Ⅰ類、Ⅲ類間胡麻莖粗、莖稈抗折力、稈型指數、彎曲力矩、折斷彎矩、倒伏指數均存在顯著差異。Ⅰ類莖稈粗壯，稈型指數偏小，彎曲力矩較大，說明這組植株根系較發達，對地上部分有很強的支撐和固定能力，地上部生長狀態良好，從土壤中吸收的養分和水分很多，地上部各器官生長旺盛，莖稈具有很強的充實度，機械組織較發達，抗折力較強，莖稈機械強度增大，抗倒伏能力相對增強。Ⅱ類、Ⅰ類在莖粗、抗折力、稈型指數、折斷彎矩、倒伏指數均存在顯著差異，說明Ⅱ類在環境條件不適宜時有可能成為易倒伏株。

本試驗中倒伏率與倒伏指數的表現一致，同時此結果也在生產中得到了印證，所以，倒伏指數可作為衡量作物抗倒伏力的重要指標。從相關性分析可以看出，莖粗、小區產量與倒伏指數呈極顯著負相關，與稈型指數呈極顯著正相關，與抗折力、折斷彎矩呈顯著負相關。因此，莖粗、稈型指數、抗折力、折斷彎矩均可作為評價胡麻抗倒伏性能的具體指標，而且這些指標的測定與計算簡單易行。倒伏與植物自身遺傳因素密切相關，除莖稈的力學特性外，還與莖稈的化學成分含量有關，選育工作中可選取株高適中、莖基部粗壯、力學特性較好、抗折力較強的品種，用于提高胡麻的抗倒伏能力，增加胡麻的豐產性，研究結果可為胡麻抗倒伏品種選育、引進及相關栽培技術實施提供理論依據。