不同基因型馬鈴薯產(chǎn)量評價及植株倒伏性狀研究

閆 雷， 張遠(yuǎn)學(xué)， 鄒 瑩， 王 甄， 肖春芳，張等宏， 高劍華， 沈艷芬

(1.湖北恩施中國南方馬鈴薯研究中心， 湖北 恩施 445000；2.恩施土家族苗族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 湖北 恩施 445000；3.湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心鄂西綜合試驗(yàn)站， 湖北 恩施 445000)

馬鈴薯是我國四大糧食作物之一，相對于水稻和小麥等禾本科糧食作物而言，具有環(huán)境適應(yīng)性好、營養(yǎng)豐富、經(jīng)濟(jì)潛力大等優(yōu)點(diǎn)。在我國，人口基數(shù)大與耕地面積少的矛盾越來越突出，發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)對保障我國糧食安全，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長具有重要的戰(zhàn)略意義。據(jù)FAO統(tǒng)計(jì)，2017年我國馬鈴薯種植面積和總產(chǎn)位居世界首位，然而平均單產(chǎn)僅為美國等發(fā)達(dá)國家的1/3左右，比同為發(fā)展中國家的印度低5～6 kg·hm-2，比世界平均水平還低3 kg·hm-2。湖北省作為我國馬鈴薯種植大省，其平均單產(chǎn)還低于國內(nèi)平均水平。因此，平均單產(chǎn)低仍然是湖北省乃至全國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)中急須解決的問題。

倒伏指農(nóng)作物植株莖稈受自身或外界環(huán)境原因從自然直立狀態(tài)到永久錯位的現(xiàn)象，其會打亂植株的空間分布，植株相互疊壓，影響葉片的光合作用，甚至增加發(fā)病幾率和程度，最終導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)的下降[1-2]。每年因倒伏給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，根據(jù)倒伏的程度會對油菜[3-4]、小麥[5-6]、玉米[7-8]、水稻[9-10]等農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生不同程度地影響，嚴(yán)重時可能造成絕收。另外，倒伏發(fā)生在作物的不同生長時期，對其影響的嚴(yán)重程度也不同[11-13]。雖然倒伏對于作物產(chǎn)量的影響在禾谷類作物上已有較多的研究，但其對馬鈴薯影響的相關(guān)研究在國內(nèi)還鮮有報(bào)道。

馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的形成是一個復(fù)雜的過程，受遺傳和環(huán)境因素共同影響，對其研究主要集中在試驗(yàn)的分析方法研究、優(yōu)質(zhì)品種選育、作物抗逆、高產(chǎn)栽培、病蟲害防治等方面[14-19]。湖北省位于我國西南地區(qū)，是典型的亞熱帶季風(fēng)氣候，雨熱同季，馬鈴薯植株生長中后期倒伏現(xiàn)象非常嚴(yán)重，對產(chǎn)量影響特別大。本研究通過對湖北恩施中國南方馬鈴薯研究中心多年篩選的14個馬鈴薯高世代無性系進(jìn)行產(chǎn)量評價，并且對倒伏與產(chǎn)量、比重以及商品薯率之間的相關(guān)性進(jìn)行分析；旨在從中篩選出高產(chǎn)品系，明確倒伏與產(chǎn)量及比品質(zhì)間的關(guān)系；最終促進(jìn)湖北省馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并為馬鈴薯抗倒伏育種提供理論依據(jù)以及基礎(chǔ)材料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)共測試14個馬鈴薯品系，分別是HB 1101-5、HB 1102-11、HB 1184-1、HB 1207-20、HB 1207-4、HB 1218-2、HB 1221-6、HB 1224-19、HB 1225-7、HB 1234-3、HB 1322-12、HB 1329-2、HB 1330-2和HB 1330-1。這些優(yōu)良品系均已通過育種早代生育期、適應(yīng)性、塊莖性狀的鑒定以及高世代抗性、產(chǎn)量以及品質(zhì)的測定，表現(xiàn)優(yōu)異，其親本為目前湖北省中晚熟育種體系內(nèi)的主要骨干親本。試驗(yàn)以湖北省主要種植的中晚熟鮮食型品種鄂馬鈴薯5號為對照，共計(jì)15份材料，種薯均由湖北恩施中國南方馬鈴薯研究中心提供。

1.2 試驗(yàn)地概況及田間管理

于2019年1—7月在湖北省恩施市天池山基地進(jìn)行，前茬為玉米，土壤為黃壤土，海拔1 250 m。播種方式為開溝穴播，基肥施用硫酸鉀復(fù)合肥(N∶P∶K=17∶17∶17)50 kg·(667 m2)-1。生育期內(nèi)進(jìn)行3次中耕除草和培土，同一管理措施在半天內(nèi)完成。

1.3 試驗(yàn)方法

采用單因素設(shè)計(jì)，15個處理，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，行長3.33 m，行距50 cm，株距33 cm，4行區(qū)，小區(qū)面積6.67 m2，密度4 000株·(667 m2)-1。

1.4 測定指標(biāo)及方法

倒伏情況利用植株垂直高度與自然高度的差值計(jì)算，調(diào)查方法參考《馬鈴薯種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》，收獲時按照小區(qū)收獲，利用空氣-水比重法測試參試品系比重[19-21]。

倒伏差=植株垂直高度-植株自然高度。

1.5 數(shù)據(jù)處理分析

用WPS 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，并計(jì)算各處理的均值，利用DPS 7.5軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 參試品系植株高度性狀比較

對馬鈴薯植株高度性狀進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，不同參試品系的垂直高度和倒伏差在0.01水平上差異顯著，而品系間植株的自然高度差異不顯著(表1)。說明，各參試品系植株垂直高度和抗倒伏能力存在遺傳差異，而自然高度可能受環(huán)境因素影響更大一些。

表1 參試品系株高的方差分析

由表2可知，自然高度方面，對照品種的高度為61.2 cm，剩余參試品系的自然高度在54.4～69.2 cm之間，HB 1218-2最高，HB 1224-19最低，參試品系與對照間差異均不顯著。垂直高度方面，對照品種垂直高度為102.8 cm，剩余參試品系的垂直高度在89.3～110.4 cm之間，有8個品系的垂直高度大于對照，但均未達(dá)到顯著水平，HB 1225-7的垂直高度最高；剩余品系的垂直高度均小于對照，但僅有HB 1207-20和HB 1330-1達(dá)到顯著水平。倒伏差方面，對照的倒伏差為41.6 cm，剩余參試品系倒伏差在25.8～46.6 cm之間，有10個品系倒伏差低于對照，其中HB 1102-11、HB 1330-1和HB 1207-20達(dá)到顯著水平；有4個品系倒伏差高于對照，但均為達(dá)到顯著水平。

表2 各參試品系株高性狀比較

2.2 參試品系產(chǎn)量性狀及比重比較

對馬鈴薯產(chǎn)量、比重性狀進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，不同參試品系的產(chǎn)量和比重在0.01水平上差異顯著。說明，各參試品系間產(chǎn)量和比重存在遺傳差異。

表3 各參試品產(chǎn)量性狀及比重方差分析

由表4可知，對照的比重為1.065 4，各參試品系的比重在1.050 2～1.078 7之間。高于對照的有9個品系，其中僅有HB 1234-3達(dá)到顯著水平。對照品種的平均產(chǎn)量1 486.7 kg·(667 m2)-1，各參試品系平均產(chǎn)量930～2 298.3 kg·(667 m2)-1。其中，9個品系產(chǎn)量高于對照，僅HB 1207-20、HB 1330-2和HB 1184-1達(dá)到顯著水平，產(chǎn)量分別為2 298.3 kg·(667 m2)-1、2 110.0 kg·(667 m2)-1和1 963.3 kg·(667 m2)-1，較對照分別增產(chǎn)54.6%、41.9%和32.1%；剩余品系小區(qū)產(chǎn)量均低于對照，其中HB 1234-3未達(dá)到顯著水平，產(chǎn)量為1 098.3 kg·(667 m2)-1。本次試驗(yàn)，各參試品系的商品薯率在6.9%～17.3%，均較低，且彼此之間不顯著。

表4 各參試品產(chǎn)量性狀及比重

2.3 無性系主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量性狀的相關(guān)性分析

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對參試品系的主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明，主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量在各品系間變異系數(shù)差異較大，可以進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)分析(表5)。

表5 株高性狀與產(chǎn)量及比重相關(guān)性分析

由表5可知，倒伏差與植株垂直高度、比重和產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)分別是0.76、0.53、-0.58，其中與垂直高度達(dá)極顯著相關(guān)性，與其產(chǎn)量表現(xiàn)為負(fù)顯著相關(guān)，與比重呈正相關(guān)；垂直高度與比重的相關(guān)系數(shù)為0.52，達(dá)顯著水平；其余性狀之間也存在一定程度的相關(guān)性，但表現(xiàn)較弱。

3 討 論

試驗(yàn)地點(diǎn)位于湖北省恩施州天池山，于2019年1月17日播種，7月17日收獲。馬鈴薯生長期間陰雨天氣較多，中后期雨水較大，溫度升高過快，導(dǎo)致植株陡長，倒伏現(xiàn)象比較嚴(yán)重，對產(chǎn)量、商品薯率和比重影響較為嚴(yán)重。參試品系自然高度在54.4～69.2 cm之間，垂直高度在89.3～110.4 cm之間，倒伏差在25.8～46.6 cm之間。各參試品系的比重在1.050 2～1.078 7之間，平均產(chǎn)量在930～2 298.3 kg·(667 m2)-1之間。綜合考慮，HB 1207-20、HB 1330-2和HB 1184-1小區(qū)產(chǎn)量顯著高于對照，折合產(chǎn)量2 298.3 kg·(667 m2)-1、2 110.0 kg·(667 m2)-1和1 963.3 kg·(667 m2)-1，倒伏差分別是30.9 cm、37.2 cm、40.2 cm，可以參加區(qū)域性品種比較實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步推廣種植。

結(jié)果表明，馬鈴薯倒伏差與植株垂直高度表現(xiàn)極顯著正相關(guān)性，與比重呈正相關(guān)，與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，垂直高度與比重表現(xiàn)顯著正相關(guān)性。關(guān)于植株高度對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的研究比較多，但是結(jié)果并不一致，既有相互佐證，又有相互矛盾[22-24]。造成這種結(jié)果的原因可能與試驗(yàn)材料以及試驗(yàn)環(huán)境的差異引起。

本試驗(yàn)株高和倒伏程度于馬鈴薯盛花期進(jìn)行，塊莖剛剛形成，發(fā)現(xiàn)此時植株已經(jīng)出現(xiàn)倒伏，植株間相互傾軋，并在20 d左右相繼感晚疫病死亡。因此產(chǎn)量、比重和商品薯率普遍偏低，且影響了性狀之間的相關(guān)性。本研究發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯產(chǎn)量隨著植株倒伏程度的增加而減小，這與黃迎光等[26]、劉戰(zhàn)東等[27]的研究一致；但比重卻隨著植株倒伏程度的增加而增加，李娟等[12]和趙新勇[28]的研究表明，會降低作物的品質(zhì)，但本結(jié)果與之相反。這可能由于作物種類、倒伏時期以及倒伏程度的不同引起的；比重也是產(chǎn)量構(gòu)成的一部分，有研究表明在產(chǎn)量構(gòu)成因素中，后形成的產(chǎn)量因素對先形成的產(chǎn)量因素有一定的補(bǔ)償和調(diào)節(jié)能力[29,30]。所以，造成倒伏影響了馬鈴薯的總產(chǎn)和商品率，卻誘發(fā)了塊莖干物質(zhì)的積累對產(chǎn)量不足的補(bǔ)償，只不過這種補(bǔ)償不足以彌補(bǔ)前者的損失。