不同矮杆大豆品种的耐密性研究

刘念析 董志敏 厉志 陈亮 刘浩 衣志刚 王博 刘宝权

摘要：为了明确合理的矮杆密植大豆群体结构，为实现大豆超高产育种目标奠定理论基础。以4个不同基因型矮杆大豆品种为试验材料，设置了8个不同的密度梯度，调查分析产量相关性状，筛选最适宜的种植密度。结果表明，随着密度的递增，株高表现为逐渐增加;单株荚数及粒数则表现为逐渐下降;产量呈现先增加后减少的趋势;倒伏率在达到一定密度时出现急剧上升。‘吉密豆1号、‘吉密豆2号、‘吉密豆3号、‘吉密豆4号的最佳种植密度分别为40万株/hm2、37.5万株/hm2、40万株/hm2和56万株/hm2，产量分别可达4199.2kg/hm2、3282.3kg/hm2、3410.1kg/hm2和3313.4kg/hm2。因此，合理的增加种植密度，可进一步挖掘矮杆耐密型大豆的高产潜力。

关键词：大豆;矮杆;密度;倒伏;产量

中图分类号：S565.1

文献标志码：A

论文编号：cjas20191000225

0引言

大豆是主要的粮油作物，提高大豆单位面积产量是目前中国尚需解决的关键问题之一。在作物育种中，杂种优势利用可显著提高作物的产量[1]。改善株型和改进种植管理方式也是增加作物产量的有效途径[2-3]。大豆产量是由群体生产构成的，许多研究表明，种植密度的增加会改善群体的受光条件，影响大豆的株型和光合效率，从而提高大豆的产量和品质[4]。程伟燕等[5]在研究不同密度对大豆光合特性和产量试验时证明，叶面积指数和光合势与密度呈正相关，叶绿素含量则与密度呈负相关，产量会随着密度的增加呈先增后减的趋势。杜长玉等[7]认为，密度过大会造成单株生产力的严重下降，而密度过小虽然会提高单株生产力，但却会使群体产量降低。彭宝等[6]在探讨杂交大豆的合理群体结构表明，杂交大豆2号在17万～22万株/hm2时群体发育能够达到最佳状态，产量可达3319.4-3416.7kg/hm2。虽然提高种植密度会增加大豆产量，但是当密度增加到一定的范围时，会发生植株形态相关性状的改变，增加倒伏的风险性，成为了限制大豆高产、稳产的主要因素[8-11]。

因此，提高大豆综合产能，实现大豆超高产的突破，首先就要解决倒伏这一限制因素。在多种高产种植形式中，矮化密植是挖掘大豆高产潜力的重要手段之一[12]。矮化育种作为品种改良过程中的突破性技术，在小麦、玉米和水稻等作物中已经取得较大的成果，引发了农业生产的绿色革命。而大豆的矮化育种相对于上述作物应用推广的实例较少。本研究所用的矮杆大豆品种（‘吉密豆l号、‘吉密豆2号、‘吉密豆3号和‘吉密豆4号），适宜密植，具有高产潜力[13-16]。通过设置8个不同密度的种植方式，对4个品种的农艺性状及其产量相关性状进行调查分析，旨在明确合理的矮杆密植大豆群体结构，筛选最佳适宜的种植密度，为实现大豆超高产育种目标奠定理论基础。

1材料与方法

1.1供试材料

供试大豆品种分别为矮杆品种‘吉密豆1号、‘吉密豆2号、‘吉密豆3号和‘吉密豆4号，由吉林省农业科学院大豆所选育并提供。

1.2试验设计

试验于2018年在吉林省农业科学院公主岭试验基地进行。每个品种设置8个密度处理（表1）。采用随机区组排列，3次重复。每个密度处理10行区，行长6.0m，行距0.6m，小区面积36.0m2，垄上双行人工点播，小行距0.1m。试验用地氮、磷、钾施肥量分别为60kg/hm2、75kg/hm2和75kg/hm2，肥料作为基肥一次性施入。田间栽培管理同常规方法相同。

1.3调查项目及方法

1.3.1株高主茎子叶痕量至顶端生长点的总高度，单位（cm）。

1.3.2单株荚数及粒数全株上含有的荚数和粒数，单位（个）。

1.3_3百粒重從每个样品中随机抽取100粒成熟正常的种子，用百分之一天平称重（g），3次重复取平均数，若误差相差超过0.5g，则重新取样称重，单位（g）。

1.3.4单位面积产量每小区取中间6行测产，单位（kg/hm2）。单位面积产量的计算见公式（1）。

单位面积产量=21.6m2产量/21.6×10000………（1）

1.3.5倒伏率参照周蓉等[17]方法，成熟期调查每小区倒伏植株（主茎与地面倾斜角小于30°）占本小区全部植株的比率，单位（%）。

1.4数据分析

采用Office 2007 Excel，SPSS 17.0进行数据统计分析。

2结果与分析

2.1株高

株高在大豆产量形成的过程中扮演着重要的角色，前人研究表明，不同种植密度下对豆类作物的株高具有显著的影响[18-20]。本研究中，不同基因型矮杆大豆品种的株高调查分析表明，株高与种植密度呈极显著正相关（r=0.985**）。同一密度下，‘吉密豆2号的株高均明显高于其他3个品种，植株高度的变化范围在61.93-73.68cm;‘吉密豆4号株高最矮，变化范围在51.74-60.94cm。各品种间株高随着密度的增加呈现上升趋势，其中‘吉密豆2号变幅最大，相差11.75cm;‘吉密豆3号变幅最小，相差8.83cm（图1）。

2.2单株荚数及粒数

单株荚数和粒数是大豆产量组成的重要性状，对8个不同密度下的荚粒数性状相关分析表明，密度与单株荚数和粒数呈极显著负相关（r=-0.967**，r=-0.961**）。随着种植密度的增加，单株荚数和粒数均呈现下降趋势，但是每个矮杆品种的下降缓慢程度略有不同（图2，图3）。例如‘吉密豆1号单株荚数随着密度的增加，变幅范围从72.4个下降到38.6个，相比其他3个品种变幅较小;而‘吉密豆3号荚数的变化范围从85.5个下降到29.4个，变幅较大。说明不同矮杆品种的单株荚数的耐密程度不尽一致。由于单株粒数和荚数呈极显著正相关关系，所以粒数与种植密度的变化趋势也与荚数基本相同。

2.3百粒重

百粒重对于大豆产量而言是一个相对较为稳定的性状，不易受外界环境影响，主要由自身的遗传特性决定。由图4所示，4个矮杆大豆品种不同种植密度下的百粒重变化无明显规律。同一密度下‘吉密豆2号百粒重最高，为17.22-18.55g;‘吉密豆3号百粒重的变化范围最大，在15.33-16.98g之间，相差1.65g，其余3个品种（‘吉密豆1号、‘吉密豆2号、‘吉密豆4号）变幅相对较小，分别相差1.38g、1.33g和0.90g。

2.4单位面积产量

不同密度下各品种单位面积产量的变化如图5所示，基本呈现先增加后减少的趋势，但不同基因型矮杆品种产量达到最高值时对应的种植密度不尽相同。‘吉密豆1号在8个密度处理下产量均高于其他3个品种，在40万株/hm2的密度时单位面积产量可达4199.2kg/hm2;‘吉密豆2号和‘吉密豆3号在37.5万株/hm2和40万株/hm2的密度时产量最高，分别为3282.3kg/hm2、3410.1kg/hm2。‘吉密豆4号属于春大豆中早熟品种，在种植密度为56万株/hm2时产量最高，可达3313.4kg/hm2。各品种在达到一定密度后都出现了产量下降的现象，说明提高种植密度可增加矮杆大豆品种的产量，但是密度过大会导致植株间的相互竞争，不利于大豆高产的形成。

2.5倒伏率

倒伏率是衡量大豆产量的重要指标，分析各小区不同品种倒伏率与密度的关系表明，倒伏率与密度呈极显著正相关（r=0.825**）。由图6所示，随着种植密度的增加，倒伏率均出现先平稳后增长的趋势，‘吉密豆1号和‘吉密豆3号在达到40万株/hm2的密度时，表现出良好的抗倒伏性，但随着密度的继续增加倒伏率出现急剧上升。‘吉密豆2号在37.5万株/hm2时无倒伏，随后也呈现上升趋势。‘吉密豆4号相比其他3个矮杆品种耐密性表现更为突出，在达到52万株/hm2时倒伏率仍然趋近于0%，随着密度的继续增加，倒伏率分别为2.2%、6.9%和11.2%，但在68万株/hm2的种植密度时同样也出现了严重倒伏的状况。

3结论与讨论

目前，学者普遍认为密度对作物的产量具有显著影响，但对构成产量因素的相关农艺性状的影响趋势不尽相同[21-24]。宋旭[25]在密度对大豆生长发育的研究中表明，种植密度显著影响了大豆的单株荚数和粒数，尤其是产量的变化最为突出;李莉等[26]研究表明不同种植密度对株高、分枝数、单株荚数、粒数和百粒重影响较大;张晓艳等[19]的研究认为种植密度的增加会明显提高大豆的株高和干物重，但节数、茎粗和光合速率则会显著减少;而范保杰等[27]在设置的7个种植密度梯度中发现，密度对株高、主茎节数、荚数和粒数的影响较小，增加种植密度会提高光合势，产量呈现先赠后稳定的趋势。在本试验中，4个不同基因型矮杆大豆品种随着种植密度的增加，株高、单株荚数、粒数、单位面积产量和倒伏率均表现出基本一致的变化趋势，说明种植密度对大豆产量相关性状的影响较为稳定，但是不同品种的产量对密度的响应有所差异。例如，在种植密度为40万株/hm2时，‘吉密豆1号和‘吉密豆3号产量最高，分别为4199.2kg/hm2和3410.1kg/hm2;而‘吉密豆2号在密度为37.5万株/hm2时产量最高可达3282.3kg/hm2;‘吉密豆4号则在密度为56万株/hm2时产量达到峰值3313.4kg/hm2。

倒伏性状是限制大豆高产、稳产的重要因素之一。其中，大豆的株高、茎杆强度、分枝数和根重等农艺性状是影响大豆倒伏性的主要因子[28-29]。在育种进程中，通过降低株高、选育矮杆型大豆品种可有效的防止倒伏发生。在本试验中，4個矮杆品种在适宜的种植密度下均表现出良好的抗倒伏性，相对应的产量性状也达到了较高峰值。但是，继续提高种植密度，则会出现倒伏率急剧上升，产量下降的现象。这说明在合理的种植密度范围内，大豆具有很强的自调能力，但超过了自身所能承担的极值，就会出现显著的负效应。另外，作物种植的土壤环境和施肥用量也会影响倒伏的发生，因此，在以控制大豆株高、选择茎秆强的耐密品种获得较高产量为目标时，还应考虑到土壤肥力及合理的配套栽培措施[30]。

高产是作物育种过程中永恒的目标，纵观大豆高产育种的历史进程，一方面是通过株型育种与杂种优势利用提高自身的高产遗传特性，另一方面是要通过有效的配套栽培措施进一步提高产量。20世纪90年代中期，从外国引进了一项“大豆窄行密植栽培技术”，自此各地基于该项技术结合自身生产环境衍生出许多综合栽培模式，使大豆产量提高了10%以上。但是由于缺少适宜该技术配套的矮杆耐密品种，致使没有充分发挥出它的生产潜能。

综上所述，对于矮杆或半矮杆类型的大豆品种而言，合理的增加种植密度，可提高大豆的株高、单株荚数、粒数和单位面积产量，而对百粒重的影响不大。但是超过适宜的密度范围，会出现严重的倒伏现象，从而降低大豆产量。试验证明，4个矮杆品种（‘吉密豆1号、‘吉密豆2号、‘吉密豆3号、‘吉密豆4号）的最佳种植密度分别为40万株/hm2、37.5万株/hm2、40万株/hm2和56万株/hm2。因此，选育矮秆、耐密型的大豆品种，合理增加种植密度，借助群体生产优势，使个体、群体与栽培技术相协调，可进一步挖掘大豆高产潜力，实现高产目标。

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基金项目：吉林省农业科技创新工程.博士科研启动基金项目“大豆灰斑病室内鉴定体系的建立及分子标记的开发”（C92070421）。

第一作者简介：刘念析，女，1987年出生，山东人，助理研究员，博士，主要从事大豆优质高产育种研究。通信地址：130033吉林省长春市生态大街1363号吉林省农业科学院大豆所，Tel：0431-87063235，E-mail：Inx69@126.com。

通讯作者：刘宝权，男，1961年出生，研究员，本科，主要从事大豆育种与栽培。通信地址：130033吉林省长春市生态大街1363号吉林省农业科学院大豆所，Tel： 0431-87063235， E-mail：nkylbq@126.com。

收稿日期：2019-10-17，修回日期：2019-11-26。