不同小麦品种的茎秆特性与抗倒性

刘庆芳， 苏玉环， 马永安， 陈冬梅， 刘保华， 李小康， 王雪香， 张清华

(邯郸市农业科学院/邯郸市小麦育种与栽培技术创新中心， 河北 邯郸 056001)

0 引言

【研究意义】倒伏是小麦生产中普遍存在的问题，也是限制小麦高产稳产、优质的主要因素。小麦倒伏后，会造成籽粒瘪瘦，严重影响小麦的产量和品质，同时加大机械收割的难度、增加收割成本[1-2]。近年来，小麦生长后期大风、降雨极端天气频发，倒伏时有发生，其中，2013年、2016年、2017年、2020年河北省小麦生产上发生大面积倒伏，给农民造成了较大损失。随着中国经济的发展，农村劳动力减少，机械化收割接近100%，小麦品种的抗倒性在粮食安全生产中越发突出，并已成为小麦生产者和推广企业首要关注的性状，同时也是科研工作者的重要关注点[3-5]。因此，对小麦品种的抗倒性展开深入研究，对小麦产业可持续高质量发展具有重要意义。【前人研究进展】前人从栽培措施[6-9]、茎秆结构[10-14]、农艺性状[15]、力学[16-17]等方面对小麦茎秆抗倒性做了大量研究，结果表明，除生态环境和栽培措施对小麦倒伏影响较大外，小麦品种自身的茎秆特性也是重要因素，茎秆形态和质量的好坏，尤其是茎秆基部节间的形态结构和质量对小麦抗倒性起关键性作用。【研究切入点】抗倒伏是实现小麦高产的保障和前提，河北省在小麦生产上一般通过多穗型品种获得较大群体，实现高产，而大群体小麦在生长后期遇风雨天气易增加倒伏的风险，因此，有必要对小麦品种的抗倒性展开深入研究。【拟解决的关键问题】在大田生长条件下，采用应用较广泛的品种为供试材料，研究小麦品种基部节间特性与抗倒性的关系，以期为小麦抗倒性品种选育及品种的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为邯麦16、邯麦17、济麦22、衡4399、石麦22，均由邯郸市农业科学院提供。

1.2 试验方法

1.2.1 播种与管理 试验材料于2019-2020年在河北省邯郸市邯山区苗庄试验农场种植。试验地土壤为壤土，地力中等偏上，前茬作物为玉米，秸秆不还田。供试材料于2019年10月14日播种，随机排列，3次重复，小区面积13.5 m2(长9 m，宽1.5 m)，种植8行，平均行距18.75 cm。试验地造墒播种，底肥施复合肥750 kg/hm2(N-P-K=15-15-15)，拔节期结合灌水追施尿素300 kg/hm2。全生育期浇越冬水、拔节水、扬花水共3次。其他管理同大田常规。

1.2.2 茎秆抗倒伏性状的测定 开花期每个处理选取20个开花时间一致的单株挂牌标记，在灌浆中后期，每处理随机取样10个单茎，测定株高、重心高度、地上部鲜重和基部节间性状等。地上部单茎鲜重：测定带穗、叶和鞘的完整地上部单茎鲜重；重心高度：测定茎秆基部至该茎(带穗、叶和鞘)平衡支点的距离；茎秆机械强度：取剥除茎鞘后的茎秆基部第2节间，两端放于高50 cm、间隔5 cm的支撑木架凹槽内，在其中部挂1个宽口塑料容器，向容器内匀速缓慢加入细沙至第2节间刚好折断时停止，细沙加容器自身的重量即为茎秆机械强度。用直尺和游标卡尺测定节间长度、直径、壁厚。

1.2.3 倒伏指数的计算 参照王勇等[18]提出的品种倒伏指数衡量供试材料抗倒伏的相对强弱。倒伏指数越小，抗倒伏能力越强，反之，越容易倒伏。

倒伏指数=茎秆鲜重×重心高度/第2节间机械强度

1.3 数据处理

利用Microsoft Excel 2003进行数据整理，利用DPS进行显著性检验(LSD法)。

2 结果与分析

2.1 不同小麦品种的株高和基部节间性状

由表1可知，株高：石麦22>衡4399>邯麦17>济麦22>邯麦16，其中，石麦22显著高于其他品种，其余4个品种间无明显差异。基部节间长度：基1节的以石麦22最长，邯麦17最短，邯麦17、邯麦16和衡4399显著低于济麦22和石麦22；基2节的以邯麦17最短，显著低于除邯麦16外的其他品种。基部节间直径：基1节、基2节的均以邯麦17最大，分别为3.8 cm、4.4 cm，其中基1节的显著高于除济麦22外的其他品种，基2节的显著高于石麦22和衡4399。基部节间壁厚：基1节、基2节的均以邯麦17最厚，分别为0.9 cm和0.8 cm，其中基1节的与石麦22差异显著，基2节的显著高于其他品种。认为，邯麦17株高相对较低，基部节间短粗，节间壁较厚，茎秆质量较好。

表1 不同小麦品种株高和基部茎秆性状

2.2 不同小麦品种的基部节间体积、重量和密度

从小麦基1节的节间性状(表2)可知，基1节的总体积和净体积：石麦22的总体积、济麦22的净体积最大，邯麦16均最小，石麦22、济麦22均显著大于其他品种。鲜重：邯麦17>济麦22>石麦22>邯麦16>衡4399，邯麦17显著高于其他品种，济麦22显著高于邯麦16、衡4399。干重：邯麦17最高，其次为济麦22；邯麦17基1节干重显著高于除济麦22外的其他品种。基1节节间充实度(鲜密度、干密度)：邯麦17最高，分别为1.240 g/cm3、0.319 g/cm3，其中，鲜密度：邯麦17>邯麦16>衡4399>济麦22>石麦22，邯麦17显著高于其他品种，邯麦16显著高于石麦22；干密度：邯麦17>衡4399>邯麦16>济麦22>石麦22，邯麦17显著高于其他品种，其他品种间无显著差异。

表2 不同小麦品种的基1节间性状

由小麦的基2节间性状(表3)可知，总体积以石麦22的最高，各品种差异均不显著。净体积以济麦22最高，仅与衡4399差异显著。基2节鲜重、干重：邯麦17最高，分别为0.479 g、0.124 g，鲜重表现为邯麦17>邯麦16>济麦22>石麦22>衡4399，邯麦17显著高于其他品种；干重表现为邯麦17>济麦22>邯麦16>石麦22>衡4399，邯麦17显著高于邯麦16、石麦22、衡4399。节间鲜密度：邯麦17的最高，为0.680 g/cm3，邯麦16其次，两者差异不显著，但显著高于其他品种。干密度以邯麦17最高，为0.176 g/cm3，虽与邯麦16差异不显著，但显著高于其他品种。认为，邯麦17的基部节间体积虽较小，但干物质积累较多、节间充实性好。

表3 不同小麦品种的基2节间性状

2.3 茎秆机械强度和倒伏指数

由表4可知，重心高度：石麦22>衡4399>济麦22>邯麦17>邯麦16，石麦22、衡4399显著高于其他品种，其他品种间无显著差异。单茎鲜重：邯麦17>邯麦16>济麦22>衡4399=石麦22，其中，邯麦17、邯麦16与其他品种间差异显著，其他品种间无显著差异。机械强度：邯麦17最高，为495.6 g，显著高于其他品种。倒伏指数：石麦22>衡4399>邯麦16>济麦22>邯麦17，其中，除邯麦16与衡4399间差异不显著外，其余品种间差异均显著。表明，小麦茎秆的重心高度、机械强度与倒伏指数关系密切。邯麦17的重心高度相对较低，单茎鲜重较高，机械强度最大，倒伏指数最小，抗倒性较强。

表4 不同小麦品种的茎秆重心高度、机械强度及倒伏指数

2.4 小麦茎秆抗倒伏性状的相关性

由表5可知，倒伏指数与机械强度、基部节间鲜重和干重、基1节直径、基部节间壁厚呈显著负相关，其中，基2节节间壁厚与倒伏指数的相关系数最大，为-0.901，说明基2节机械强度越大，基部节间鲜重、干重越大、基部节间越粗、壁越厚，倒伏指数就越小，茎秆的抗倒性越强，基2节节间壁厚对倒伏指数的影响最大；倒伏指数与重心高度、基2节长、株高呈极显著正相关。说明，抗倒性优的品种在降低株高、缩短基2节长度的同时，要着重增强基部基2节间的厚度，以提高品种的抗倒性。

表5 小麦茎秆抗倒伏性状的相关性

续表5

3 讨论

抗倒性是影响小麦品种能否大面积推广应用的主要限制因素之一。倒伏可分为根倒伏和茎倒伏两种类型。生产实践中，茎倒伏最为普遍，是造成小麦减产的主要原因。茎倒伏是茎基部机械组织不发达或由于第 1、2节间伸长变细，难以负荷地上部植株重量，使其茎秆弯曲或折断而发生倒伏。倒伏一般发生在中后期，此期随着茎秆质量的恶化抗倒性逐渐减弱，因此茎秆质量较好的品种后期抗倒性较强。在诸多因素中，株高、基部节间质量与倒伏指数密切相关。TRIPATHI 等[19]对16个不同株高小麦品种抗倒伏性的研究发现，株高与抗倒性相关不显著，部分高秆品种的抗倒性超过矮秆品种，反映出小麦倒伏不仅受茎秆高度的影响，还受茎秆自身特性的影响。董琦等[12]对不同栽培密度条件下小麦茎秆形态结构特征的观察，明确了小麦茎秆的生长状况与植株的抗倒性密切相关。茎秆基部节间特别是第2节间的长度与品种倒伏指数呈极显著正相关，节间壁厚与茎秆倒伏指数呈极显著负相关，其中第2节间的内径和壁厚与茎秆倒伏指数的关系最密切。肖世和等[2]对 30个不同类型小麦品种的基部节间粗度与茎秆强度的测定发现，两者呈极显著正相关。

试验中，在大田生长条件下，邯麦17基部节间长度分别为4.5 cm和7.8 cm，显著低于济麦22、石麦22；基部节间直径分别为3.8 mm和4.4 mm，显著高于衡4399、石麦22；基1节壁厚为0.9 mm，显著高于石麦22；基2节壁厚为0.8 mm，显著高于其他品种；基部节间鲜重最高，且与其他品种差异显著，干重显著高于除济麦22外的其他品种；节间充实度最高，其中基1节鲜密度、干密度显著高于其他品种，基2节鲜密度、干密度显著高于除邯麦16外的其他品种。邯麦17基部节间短而粗，壁厚、鲜密度和干密度显著高于其他品种，其抗倒伏特性符合董琦等[12，20]的研究结果，基部节间较短、节间壁较厚、节间充实度较好是邯麦17茎秆抗倒伏的重要因素。邯麦17茎秆机械强度显著高于其他品种，重心高度相对较低，倒伏指数较小，为0.749，显著低于其他品种，倒伏指数的分析也验证了邯麦17的抗倒伏性较好。

小麦抗倒性受茎秆诸多因素的影响，在方差分析的基础上对茎秆性状与倒伏指数的相关分析表明，倒伏指数与株高、重心高度、基2节长度呈显著正相关，与机械强度、基部节间鲜重、干重、壁厚呈显著负相关，尤其是基2节壁厚对倒伏指数的作用最大(r=-0.901)，与前人研究结果[11-12]类似。因此，小麦生产上除选用抗倒性强的品种外，还可以通过栽培措施提高茎秆质量，增强茎秆的抗倒性能。

4 结论

在供试材料中，邯麦17的基部节间较短、节间壁较厚、充实度较好、机械强度较大、倒伏指数较小，其抗倒性优于其他品种，是抗倒伏栽培的首选品种之一。茎秆性状与倒伏指数的相关分析表明，基2节壁厚与倒伏指数的相关系数最大，在小麦育种工作中，针对抗倒伏性状的选择也应注重选择基2节壁较厚的株系。