胡麻品种（系）茎秆形态特征与抗倒伏的相关性分析

吴瑞香，杨建春，王利琴，郭秀娟，何 霞

（山西农业大学高寒区作物研究所，山西 大同 037008）

胡麻（Linum usitatissimumL.）即油用亚麻，属亚麻科亚麻属一年或多年生草本植物，是我国西北和华北高原高寒干旱区的主要油料作物，也是干旱、半干旱地区的主要经济作物，主要分布于新疆、宁夏、甘肃、山西、河北、内蒙古等省份[1]。其籽粒中含有多种优质营养成分和活性物质，α-亚麻酸、亚麻胶、木酚素、膳食纤维、阿魏酸和香豆酸等。籽粒含油率约为40%，α-亚麻酸占到其总脂肪含量的50%左右，是α-亚麻酸含量最多的油料作物。胡麻籽不仅具有重要的食用价值和营养价值，还具有独特的药用价值，广泛用于食品、药品、化妆品、化工添加剂等[2-3]。

胡麻是山西重要的油料与经济作物，耐瘠薄、抗旱、耐病性强。山西产区主要集中在太原以北地区和吕梁山区，北纬39°左右，海拔1 000～2 000 m，气候垂直地带性明显，生育期热量适中，水分状况前干后湿，日照中等，土壤瘠薄。近年来受退耕还林及农业结构调整，胡麻播种面积下滑幅度较大，产量低是制约胡麻发展的重要原因[4]。晋北地区目前生产中的胡麻品种在大风和雨后容易倒伏，造成枝叶相互遮蔽重叠，形成高温高湿的空间，容易发生病害及籽粒发霉，造成产量下降，同时还对品质产生重大影响，且随着机械化程度的增加，倒伏后不适合现代农业的机械化收割，增加了生产成本[5]。

2019年本试验选取国内不同胡麻产区15个主要胡麻品种（系），对其产生的倒伏状况与形态特性的相关性进行了分析研究，以明确胡麻茎秆倒伏特性和内在机理，为选育胡麻抗倒伏新品种和鉴选抗倒伏能力较强的胡麻品种提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本试验选取国内不同胡麻产区的15个主要优良品种或品系，分别是晋亚14 号、F149-23、F074-1、09025、9718、冀张亚1 号、423、内亚9 号、12-S2、定亚24 号、陇亚10 号、陇亚13 号、陇亚14 号、200617-8、伊亚6号。所有品种均由国家特色油料产业技术体系胡麻大同综合试验站提供。

1.2 试验地概况

试验在山西农业大学高寒区作物研究所毛家皂试验基地（北纬39°53′、东经113°10′）进行。毛家皂试验地海拔1 044.6 m，属温带大陆性季风气候，农业区划为中温带干旱区。年平均气温6.4 ℃，无霜期129 d 左右，年降雨量为310 mm 左右，蒸发量为835 mm。全年平均日照时数2 450.1 h，春季雨水少，风沙大，蒸发量大。所选试验地土壤为砂壤栗钙土，肥力中等偏下，含有机质16.77 g/kg、全氮0.81 g/kg、全磷0.74 g/kg、全钾21.2 g/kg、碱解氮65.45 mg/kg、速效磷3.7 mg/kg、速效钾61 mg/kg，全盐0.55 g/kg。

1.3 试验设计

前茬为马铃薯，春季公顷施鸡粪7 500 kg、复合肥300 kg（N∶P∶K＝18∶18∶18）。种植密度为750万株/hm2，开沟条播，播深3 cm，行距20 cm，3次重复，共45个小区，小区面积13.34 m2，小区间走道30 cm，重复间走道50 cm，四周设1 m 的保护行。秋耕春浇，旋耕机翻地，人工整地作畦，开沟播种，整个生育期不再进行灌溉，所需水分全部依靠自然降雨。生育中期追施2次尿素，分别是快速生长期和盛花期。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 倒伏情况调查 在遇到风雨发生实际倒伏的开花结果期，调查胡麻倒伏率及倒伏程度。倒伏程度的分级根据茎秆与地面间的夹角，0 级为植株直立不倒，一级为植株倾斜角度在15°以下，二级为植株倾斜角度在15°～45°，三级为植株倾斜角度在45°以上。

1.4.2 植株形态特征的测定 倒伏后每小区取具有代表性且长势相近的20株植株，测定以下指标。株高（plant height，PH）：用直尺测量茎秆基部齐泥处至植株顶端的距离。

茎粗（stem diameter，SD）、壁厚（wall thickness，WT）：用游标卡尺测定茎秆子叶节以上5cm处的直径；在相同位置用解剖刀将茎秆切开，用数显游标卡尺测量壁厚。

重心高度（gravity center height，GCH）：用直尺测量基杆基部齐泥处至该茎（带分枝、叶、花、果）平衡支点的距离。

单株鲜质量（Fresh weight per plant，FWPP）：将植株按子叶节结处剪掉根部称质量。

秆型指数（stem position coefficient，SPC）[6]是株高与基部茎节茎粗的比值。

1.4.3 茎秆力学特征测定 采用浙江托普仪器有限公司生产的YYD-1 抗倒伏测定仪测定茎秆抗折力（stem folding resistance，SFR）。

1.4.4 产量及其构成因子测定 收获前每小区取样20株进行室内考种，参照《胡麻种质资源描述规范和数据标准》[8]，对株高、分茎数、分枝数、单株结果数、单果粒数、单株生产力、千粒质量、小区籽粒产量进行数据采集。小区单打单收，籽粒晒干清选后称质量即为小区产量。

1.5 数据分析

采用Excel 2010进行表型数据整理、采用SPSS 18.0对数据进行相关统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同胡麻品种产量性状聚类分析

对本试验15个胡麻品种的5个产量性状（单株结果数、单果粒数、单株生产力、千粒质量、小区产量）数据标准化处理后进行聚类分析。可将供试胡麻品种分为3 大类（图1），品种陇亚13号、晋亚14号、F074-1、冀张亚1 号和伊亚6 号为丰产性较好的品种，归为第Ⅰ类；品种定亚24 号、陇亚14 号、陇亚10号、423、F149-23和09025为丰产性中等的品种，归为第Ⅱ类；9718、2006-17、内亚9 号、12-S2 为丰产性较弱的品种，归为第Ⅲ类。

通过产量性状的聚类分析结果，对不同类别的品种进行差异性分析（表1），单株结果数最大的品种是陇亚13号，为30.78个，最少的品种是9718，为18.3 个，不同类别间第Ⅰ类的变异系数最大，为15.26%，第Ⅰ类与第Ⅲ类单株结果数差异显著；单果粒数最多的品种是定亚24号，为8.29粒；最少的是F074-1，为7.09 粒，不同类别间第Ⅰ类的变异系数最大，为3.45%，第Ⅱ类与第Ⅰ类、第Ⅲ类差异显著；单株生产力最大的是陇亚13号，为1.08 g，最小的是12-S2，为0.76 g，不同类别间第Ⅲ类的变异系数最大，为10.89%，类别间无差异；千粒质量最大的品种是200617-8，为6.15 g，最小的是423，为5.03 g，不同类别间第Ⅲ类的变异系数最大，为7.64%，类别间无差异；小区产量最大的是伊亚6号（1.65 kg），最小的是12-S2（0.89 kg），不同类别间第Ⅰ类的变异系数最大为10.44%，第Ⅰ类、第Ⅱ类与第Ⅲ类差异显著。

表1 不同胡麻品种产量性状差异分析Tab.1 Variaion analysis of yield character in different flax varieties

续表1 不同胡麻品种产量性状差异分析Tab.1 （Contiuted）Variaion analysis of yield character in different flax varieties

2.2 不同胡麻品种茎秆形态特征分析

不同胡麻品种茎秆形态特征差异分析如表2所示。

表2 不同胡麻品种茎秆形态特征差异分析Tab.2 Variaion analysis of morphological characteristics of stem in different flax cultivars

通过对不同胡麻品种的茎秆形态特征进行差异性分析（表2），株高最高的品种是陇亚10 号（65.55 cm），最低的品种是12-S2（53.93 cm），不同类别间第Ⅱ类的变异系数最大（8.11%），类别间株高无差异。重心高度最高的品种是F149-23（44.89 cm），最少的是定亚24号（35.73 cm），不同类别间第Ⅱ类的变异系数最大（10.32%），不同类别间重心高度无差异。茎粗最粗的是陇亚13 号（3.25 mm），最小的是定亚24 号（2.33 mm），不同类别间第Ⅱ类的变异系数最大（6.54%），不同类别间第Ⅰ类与第Ⅱ类、第Ⅲ类差异显著。壁厚最大的品种是陇亚13 号（0.191 mm），最小的是内亚9号（0.130 mm），不同类别间第Ⅱ类的变异系数最大（12.8%），类别间无差异。抗折力最大的是09025（12.22N），最少的是定亚24 号（7.03N），不同类别间第Ⅱ类的变异系数最大（18.13%），不同类别间第Ⅰ类与第Ⅱ类、第Ⅲ类差异显著。单株鲜质量最大是09025（13.82 g），最小的是定亚24 号（7.85 g），不同类别间第Ⅱ类的变异系数最大（21.43%），类别间无差异。

2.3 不同胡麻品种相关倒伏性状差异分析

对不同胡麻品种的相关倒伏性状进行差异性分析（表3），相对重心高度最大的品种是200617-8（0.712），最低的品种是定亚24 号（0.628），不同类别间第Ⅲ类的变异系数最大（4.96%），类别间无差异；秆型指数最大的品种是F149-23（24.760）；最少的是陇亚13号（17.557），不同类别间第Ⅱ类的变异系数最大（8.67%），不同类别间秆型指数第Ⅱ类与第Ⅲ类无差异，与第Ⅰ类差异显著；弯曲力矩最大的是冀张亚1号（787.094 g·cm），最小的是定亚24号（446.822 g·cm），不同类别间第Ⅱ类的变异系数最大（18.07%），不同类别间第Ⅰ类与第Ⅲ类差异显著；折断弯矩最大的品种是09025（30 550 g·cm），最小的是定亚24 号（17 575 g·cm），不同类别间第Ⅱ类的变异系数最大（18.13%），不同类别间第Ⅰ类与第Ⅱ类、第Ⅲ类差异显著；倒伏指数最大的是内亚9 号（2.773），最少的是伊亚6 号（2.241），不同类别间第Ⅰ类的变异系数最大（6.22%），不同类别间第Ⅰ类与第Ⅱ类、第Ⅲ类差异显著。

表3 不同胡麻品种相关倒伏性状差异分析Tab.3 Difference analysis of lodging traits related to different flax varieties

2.4 不同品种各个性状与倒伏指数的相关性分析

各个性状指标与倒伏指数的相关性如表4所示。

通过对不同胡麻品种相关指标与倒伏指数的相关性分析（表4）表明，不同胡麻品种株高与重心高度极显著相关；重心高度与相对重心高度显著相关；茎粗与壁厚、抗折力、单株结果数、单株鲜质量、秆型指数、弯曲力矩、折断弯矩、倒伏指数呈极显著相关，与单株生产力、小区产量呈显著相关；壁厚与抗折力、单株鲜质量、秆型指数、弯曲力矩、折断弯矩呈极显著相关，与单株生产力呈显著相关；抗折力与单株鲜质量、小区产量、秆型指数、弯曲力矩、折断弯矩呈极显著相关，与倒伏指数显著相关；单株结果数与单株生产力、秆型指数呈显著相关；单株生产力与秆型指数显著相关；单株鲜质量与秆型指数、弯曲力矩、折断弯矩呈极显著相关；小区产量与折断弯矩、倒伏指数呈极显著相关；与秆型指数、弯曲力矩显著相关；秆型指数与弯曲力矩、折断弯矩、倒伏指数呈极显著相关；弯曲力矩与折断弯矩极显著相关；折断弯矩与倒伏指数显著相关。

3 结论与讨论

作物倒伏是一个综合的、复杂的现象，是由多重因素相互作用形成的，一般是气候因素、环境因素、栽培因素以及植物自身遗传因素交互作用的结果。植株茎秆倒伏产生的局部小气候不仅会增加病害的发生机率，同时也会增加机械收获的难度，而产生的最直接后果就是造成产量和品质的严重下降[9-10]。据报道玉米每年因倒伏造成的产量损失在15%～25%[11-12]，倒伏率每增加1%，减产90～120 kg/hm2[13-14]。大麦减产可达40%[15]，油菜倒伏一般可减产15%～30%，严重时可达60%以上，甚至绝收[16]，小麦、水稻因倒伏一般可减产20%左右，严重时可达50%以上，甚至颗粒无收[17-18]。倒伏对作物的籽粒品质也会产生很大的影响，刘唐兴等[19]研究表明，倒伏油菜的含油量比正常油菜低15%～30%。曹庆军等[20]研究认为，倒伏对玉米粒中粗脂肪和粗蛋白含量影响较大，对淀粉含量影响较小，朱新开等[21]研究发现，小麦倒伏造成籽粒蛋白质、湿面筋含量相对提高，淀粉及其组分含量相对下降。对小麦的磨粉品质也有不良影响，但对烘焙品质有正向效应。不同类别间胡麻产量存在显著差异，产量构成因素中单株结果数、单果粒数间存在显著差异，本试验倒伏发生在开花末期，这个时期植株正处于授粉结实期，由于发生倒伏，因而造成授粉不良，结实率不高，从而造成倒伏株单株结果数明显低于抗倒株。由于考察单果粒数考察的是有效果，单果粒数明显高的品种说明此类品种本身具有极大的优势，在合适的年份很可能就是发挥良好、丰产性极佳的品种。

胡麻茎秆特性对倒伏性能的影响。研究表明，株高可能在一定程度上增加发生倒伏的风险，但不是造成倒伏的根本原因。适当降低株高和重心高度可以提升胡麻的抗倒伏能力，降低倒伏发生的概率。此试验中不同类别间株高、重心高度间以及相对重心高度间均不存在差异，Ⅰ类、Ⅲ类间胡麻茎粗、茎秆抗折力、秆型指数、弯曲力矩、折断弯矩、倒伏指数均存在显著差异。Ⅰ类茎秆粗壮，秆型指数偏小，弯曲力矩较大，说明这组植株根系较发达，对地上部分有很强的支撑和固定能力，地上部生长状态良好，从土壤中吸收的养分和水分很多，地上部各器官生长旺盛，茎秆具有很强的充实度，机械组织较发达，抗折力较强，茎秆机械强度增大，抗倒伏能力相对增强。Ⅱ类、Ⅰ类在茎粗、抗折力、秆型指数、折断弯矩、倒伏指数均存在显著差异，说明Ⅱ类在环境条件不适宜时有可能成为易倒伏株。

本试验中倒伏率与倒伏指数的表现一致，同时此结果也在生产中得到了印证，所以，倒伏指数可作为衡量作物抗倒伏力的重要指标。从相关性分析可以看出，茎粗、小区产量与倒伏指数呈极显著负相关，与秆型指数呈极显著正相关，与抗折力、折断弯矩呈显著负相关。因此，茎粗、秆型指数、抗折力、折断弯矩均可作为评价胡麻抗倒伏性能的具体指标，而且这些指标的测定与计算简单易行。倒伏与植物自身遗传因素密切相关，除茎秆的力学特性外，还与茎秆的化学成分含量有关，选育工作中可选取株高适中、茎基部粗壮、力学特性较好、抗折力较强的品种，用于提高胡麻的抗倒伏能力，增加胡麻的丰产性，研究结果可为胡麻抗倒伏品种选育、引进及相关栽培技术实施提供理论依据。