甘蓝型油菜‘秦优1618’的抗倒特性研究

张忠鑫，王学芳，张耀文，关周博，董育红，郑磊，杨莉

（陕西省杂交油菜研究中心，国家油料作物改良中心陕西油菜分中心，陕西杨凌 712100）

0 引言

油菜是中国重要的油料经济作物，菜籽油是中国食用植物油的主要来源之一，占总植物油的55%左右[1]。目前中国食用植物油自给率仅为30%左右，因此菜籽的产量和品质直接影响着食用油的供给安全。倒伏是目前油菜生产中面临的主要问题之一，不仅是导致油菜减产和品质降低的重要原因，还是制约油菜生产机械化收获的重要因素，也是导致很多油菜病害的诱因[2-7]。油菜倒伏通常发生在成熟期[2,8]，分为茎秆倒伏和根系倒伏，茎秆倒伏是由茎秆脆弱，株高与角果层不匹配等原因导致[9]，根系倒伏是由根系与土壤的结合力差所导致，相较而言，茎秆倒伏对油菜产量和品质的影响更大[10-12]。植株的抗倒伏能力因品种、栽培措施、气候因素等条件的不同有较大的差异，风雨等不利气象因素可导致植株茎秆断裂，是油菜倒伏的直接外在诱因[11,13]，种植密度、播期、化学调控等栽培措施也是影响油菜倒伏的外在因素[14-17]；而品种特性则是油菜抗倒性的根本决定因素[18]。前人研究表明，植株的株高、茎秆生化成分及生理特性、茎秆抗折力、壁厚、株型结构、根系性状等是评价品种抗倒性的关键指标[19-23]。

‘秦优1618’是陕西省杂交油菜研究中心选育的双低优质杂交油菜新品种，登记编号为GPD 油菜(2019)610072。‘秦优1618’具有抗倒性强、高产、高油、耐密植等特点，是十三五国家重点研发计划的重大成果品种，被科技部列为“进园入县成果清单”，被农业农村部选入2022 年粮油生产主导品种和2023 年国家农作物优良品种推广目录；近年来在示范推广中，现场机收测产达4696.8 kg/hm2，创黄淮区高产记录，具有重大市场推广潜力和推广价值。随着国际环境及气候变化影响，扩油料、提产能是促进粮油生产和保障粮油安全的重要抓手，而倒伏又是制约油菜产量和品质的重要影响因素之一，为此深入研究油菜品种的抗倒特性，创制抗倒性油菜种质资源，选育抗倒性强的油菜新品种是油菜绿色、高效生产的重要方向之一。本研究通过对强抗倒性品种‘秦优1618’的茎秆生化成分含量、茎秆抗折力和穿刺强度、株型结构以及根系性状等方面与黄淮区代表性对照品种‘秦优7 号’进行比较与研究，以期阐释其抗倒特性及机制，为今后选育抗倒性强的油菜新品种提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

材料为陕西省杂交油菜研究中心选育的两个抗倒性不同的高产品种‘秦优1618’、‘秦优7号’。

1.2 试验设计

试验于2020—2021 年度在陕西省杂交油菜研究中心杨凌试验基地进行，采用随机区组设计，3 次重复。于2020 年9 月21 日直播，密度为37.5 万株/hm2，小区面积12 m2；5叶期定苗，其他管理同大田生产。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 茎秆生化成分含量测定终花后20 d，采集主茎样品，于85℃烘箱烘干至恒重，测定木质素及粗纤维素含量。采用溴乙酰法[24]测定木质素含量，采用王玉万等[25]的方法测定粗纤维素含量。

1.3.2 茎秆强度相关物理性状测定终花后20 d，每小区随机取样，使用YYD-1 型数字式测力仪，分别测定油菜根茎以上20～80 cm 茎段茎秆折断时最大压力和油菜根茎以上10～70 cm 茎段茎秆表皮承受穿刺的最大力，重复3次，取3次数值的均值。

1.3.3 抗倒相关株型结构性状调查成熟期，每小区随机取样10 株，调查株高、分枝高度、主花序长度、主序角果数、侧枝角果数、一级分枝数、茎粗、壁厚等株型性状。

1.3.4 根系性状调查分别于冬前苗期、蕾苔期、终花期、成熟期在每小区随机取样10株，调查主根长度、侧根数、根干重、地上部干重、根茎粗等根系性状。

1.3.5 数据分析用Microsoft Excel软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 ‘秦优1618’茎秆抗倒性分析

2.1.1‘秦优1618’茎秆生化成分含量分析从表1可以看出，成熟期‘秦优1618’茎秆木质素含量平均为20.35%，比对照高45.57%；粗纤维素含量平均为28.19%，比对照高24.84%，且差异均达极显著水平。相较于对照‘秦优7 号’，‘秦优1618’茎秆的木质素含量高，即其茎秆木质化程度高，茎秆强度较高；粗纤维素含量高，即其茎秆弹性较好、韧性大，因此在成熟期表现出较好的茎秆抗倒伏能力。

表1 ‘秦优1618’与对照茎秆生化成分比较

2.1.2‘秦优1618’茎秆物理特性分析从表2、3 可以看出‘秦优1618’主茎抗折力、穿刺强度均在底部（即20 cm、10 cm 处）最大，在中上部（即80 cm、70 cm 处）最小，主茎抗折力、穿刺强度都随着茎秆高度升高而依次递减，同样地，对照‘秦优7号’具有相似规律。

表2 ‘秦优1618’与对照主茎不同部位抗折力比较

表3 ‘秦优1618’与对照主茎不同部位穿刺强度比较

‘秦优1618’主茎不同部位的抗折力、穿刺强度均大于对照‘秦优7 号’。‘秦优1618’主茎不同部位(20、40、60、80 cm)抗折力均是‘秦优7 号’的2 倍以上，且差异极显著。‘秦优1618’主茎不同部位(10、30、50、70 cm)的穿刺强度是对照的1.79～2.23倍，在距根茎以上30 cm 主茎段，‘秦优1618’的穿刺强度与对照差异极显著，其余主茎段的穿刺强度与对照差异显著。‘秦优1618’主茎平均抗折力为95.99 N/mm2，是‘秦优7号’平均抗折力(43.56 N/mm2)的2.2 倍；‘秦优1618’主茎平均穿刺强度为83.1 N/cm2，是对照的2.05 倍。‘秦优1618’与对照‘秦优7 号’的主茎抗折力比率随着主茎高度升高而递增，‘秦优1618’与对照‘秦优7 号’的主茎穿刺强度比率随着主茎高度升高呈现先增后降的趋势。以上说明，较对照‘秦优7号’，‘秦优1618’主茎具有更强的抗折力和承重力，尤其是主茎段中上部位(60～80 cm)的抗折力相对优势明显。

2.2 ‘秦优1618’株型性状分析

通过对试验材料的株高、分枝部位、主花序长度、主序角果数、分枝数、茎粗、茎壁厚等株型性状（表4）分析表明，‘秦优1618’平均株高为168.5 cm，比对照‘秦优7号’的株高(180.1 cm)降低11.6 cm；分枝部位平均高度为64.2 cm，比对照的分枝部位(74.1 cm)降低9.9 cm；其株高和分枝部位都明显降低。‘秦优1618’主花序较长，一级分枝数与对照基本相当，主序角果数较多，虽其侧枝角果数和茎粗比对照小，但其茎秆实心，且壁厚是对照的1.31 倍，茎秆实心率为100%，是对照的3.33倍。

表4 ‘秦优1618’与对照株型性状比较

这说明‘秦优1618’具有合理的株型结构：株高适宜，分枝部位较低，主花序较长，主序角果数较多，茎秆较细且实心；这些适宜的株型结构使其在生产上表现出较强的抗倒性。

2.3 ‘秦优1618’根系性状分析

从表5可以看出，在冬前苗期时，‘秦优1618’的主根长度、侧根数、根干重、根冠比、根茎粗均大于对照‘秦优7号’。‘秦优1618’主根长度是对照的1.09倍，侧根数是对照的1.61倍，根干重是对照的1.17倍，地上部干重是对照的1.14倍，根冠比是对照的1.02倍，根茎粗是对照的1.2 倍。这也说明，相较对照‘秦优7 号’，冬前苗期时‘秦优1618’的根系生长较旺盛。

在油菜生长发育的全生育期中，相较对照‘秦优7号’，‘秦优1618’的主根长度都较长或基本相当，侧根数较多，根干重较大，根冠比较大，根茎较粗；‘秦优1618’的侧根数是对照的1.1～1.61倍，根干重是对照的1～1.17 倍，根冠比是对照的1.01～1.08 倍，根茎粗是对照的0.99～1.22倍。在终花期时，‘秦优1618’的根茎粗最大，是对照的1.22倍，差异显著。以上说明，在全生育期中，‘秦优1618’具有较发达的根系：主根较长、根茎较粗、侧根较多、根冠比较大；优异的根系性状使其在生产上表现出强抗倒性。

3 讨论与结论

倒伏是油菜生产上最常见的制约因素之一，对油菜的产量和品质具有较大的影响。前人对油菜抗倒性的研究，主要集中在栽培措施[14,17]等外在因素对植株抗倒性的影响上，或是单一从根系结构[19]、茎秆生化成分[20-21]等植物生理层面的影响上，很少从茎秆生化与物理特性、株型结构、根系性状这几方面综合分析植株的抗倒性。本研究从这三方面综合比较了强抗倒性品种与弱抗倒性品种的差异，为抗倒性油菜新种质的创制及新品种选育提供了较好的理论参考。

茎秆纤维素、木质素含量与茎秆韧性和强度密切相关。通常研究认为植株木质素、纤维素含量是影响植株抗倒性的重要因素[26]。佘恒志等[27]认为抗倒性强的品种，其纤维素和木质素含量均大于抗倒性弱的品种。WANG 等[28]也认为，茎秆木质素含量与抗折力呈正相关的关系，木质素含量高的植株，其茎秆硬度高，壁厚较大，茎秆充实度高，植株抗倒性强。南铭等[29]研究表明，茎秆抗折力与茎秆特性密切相关，茎秆木质素和纤维素含量高，木质化程度越高，茎秆抗折力越大，抗倒伏能力越强。本研究与前人研究结果相似，强抗倒性品种‘秦优1618’的茎秆木质素和粗纤维素含量均极显著大于对照，其茎秆木质化程度高、硬度大、茎壁厚较大（是对照的1.3倍）、茎秆实心，茎秆抗折力和穿刺强度显著优于对照品种，表现强抗倒性。除此之外，本研究还发现，强抗倒性品种‘秦优1618’主茎中上部位(60～80 cm)的抗折力优势更明显，且茎秆实心率为100%；这也为抗倒性油菜新品种选育提供了新的思路，即从植株主茎中上部位抗折力、茎秆实心率的角度来选育植株的抗倒性，也将是今后探索研究的一个重要方向。

同样地，株型结构也是影响植株抗倒性的重要因素之一。彭旭辉[21]认为植株株高与抗倒性负相关，较矮的植株抗倒性强；但也有研究表明[2,30]，并不是植株越矮越好，抗倒性强的植株需要株高适宜，结构合理。本试验结果与前人研究结果相似，相较弱抗倒性品种‘秦优7 号’，强抗倒性品种‘秦优1618’的株型结构更为合理：株高适宜(168.5 cm)，分枝部位较低(64.2 cm)，主花序长且角果较多，分枝数较多，茎秆较细且实心。

除了株型结构、茎秆生化成分、茎秆物理特性等方面外，根系性状也是评价抗倒性的重要指标之一。马霓等[7]、李尧臣等[19]认为植株的根茎粗、根冠比与抗倒性显著相关。本研究发现，‘秦优1618’在全生育期中具有较发达的根系性状：根茎粗较大、根冠比较大、侧根较多，根干重较大，但仅在终花期时，其根茎粗与对照差异显著，其余时期根系性状与对照无显著差异。这可能是样本群体较小或取样误差等原因所致，还需进一步验证；并将在今后进一步探索其终花期根茎粗大小对植株抗倒性的直接影响。

相较于对照‘秦优7 号’，‘秦优1618’成熟期茎秆木质素、粗纤维素含量和茎秆抗折力差异极显著，茎秆穿刺强度亦差异显著，尤其是其主茎段中上部位(60～80 cm)的抗折力具有明显优势，且茎秆实心率高，终花期时根茎粗差异显著；同时‘秦优1618’株型结构更为合理：株高（168.5 cm，较CK 降低11.6 cm）适宜，分枝部位（64.2 cm，较CK 降低9.9 cm）较低，分枝数较多，主花序较长、角果数较多，茎秆较细且实心。强抗倒性品种‘秦优1618’在茎秆特性、株型结构、根系性状等方面都有较突出的表现，因此，综合考量植株茎秆特性、株型结构、根系性状等指标，而非单一考量抗倒性指标是创制、选育抗倒性油菜新种质及新品种的重要方向。