不同小麥品種的莖稈特性與抗倒性

劉慶芳， 蘇玉環(huán)， 馬永安， 陳冬梅， 劉保華， 李小康， 王雪香， 張清華

(邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院/邯鄲市小麥育種與栽培技術(shù)創(chuàng)新中心， 河北 邯鄲 056001)

0 引言

【研究意義】倒伏是小麥生產(chǎn)中普遍存在的問題，也是限制小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的主要因素。小麥倒伏后，會造成籽粒癟瘦，嚴(yán)重影響小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)，同時加大機械收割的難度、增加收割成本[1-2]。近年來，小麥生長后期大風(fēng)、降雨極端天氣頻發(fā)，倒伏時有發(fā)生，其中，2013年、2016年、2017年、2020年河北省小麥生產(chǎn)上發(fā)生大面積倒伏，給農(nóng)民造成了較大損失。隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村勞動力減少，機械化收割接近100%，小麥品種的抗倒性在糧食安全生產(chǎn)中越發(fā)突出，并已成為小麥生產(chǎn)者和推廣企業(yè)首要關(guān)注的性狀，同時也是科研工作者的重要關(guān)注點[3-5]。因此，對小麥品種的抗倒性展開深入研究，對小麥產(chǎn)業(yè)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】前人從栽培措施[6-9]、莖稈結(jié)構(gòu)[10-14]、農(nóng)藝性狀[15]、力學(xué)[16-17]等方面對小麥莖稈抗倒性做了大量研究，結(jié)果表明，除生態(tài)環(huán)境和栽培措施對小麥倒伏影響較大外，小麥品種自身的莖稈特性也是重要因素，莖稈形態(tài)和質(zhì)量的好壞，尤其是莖稈基部節(jié)間的形態(tài)結(jié)構(gòu)和質(zhì)量對小麥抗倒性起關(guān)鍵性作用?！狙芯壳腥朦c】抗倒伏是實現(xiàn)小麥高產(chǎn)的保障和前提，河北省在小麥生產(chǎn)上一般通過多穗型品種獲得較大群體，實現(xiàn)高產(chǎn)，而大群體小麥在生長后期遇風(fēng)雨天氣易增加倒伏的風(fēng)險，因此，有必要對小麥品種的抗倒性展開深入研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在大田生長條件下，采用應(yīng)用較廣泛的品種為供試材料，研究小麥品種基部節(jié)間特性與抗倒性的關(guān)系，以期為小麥抗倒性品種選育及品種的推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為邯麥16、邯麥17、濟(jì)麥22、衡4399、石麥22，均由邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 播種與管理 試驗材料于2019-2020年在河北省邯鄲市邯山區(qū)苗莊試驗農(nóng)場種植。試驗地土壤為壤土，地力中等偏上，前茬作物為玉米，秸稈不還田。供試材料于2019年10月14日播種，隨機排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積13.5 m2(長9 m，寬1.5 m)，種植8行，平均行距18.75 cm。試驗地造墑播種，底肥施復(fù)合肥750 kg/hm2(N-P-K=15-15-15)，拔節(jié)期結(jié)合灌水追施尿素300 kg/hm2。全生育期澆越冬水、拔節(jié)水、揚花水共3次。其他管理同大田常規(guī)。

1.2.2 莖稈抗倒伏性狀的測定 開花期每個處理選取20個開花時間一致的單株掛牌標(biāo)記，在灌漿中后期，每處理隨機取樣10個單莖，測定株高、重心高度、地上部鮮重和基部節(jié)間性狀等。地上部單莖鮮重：測定帶穗、葉和鞘的完整地上部單莖鮮重；重心高度：測定莖稈基部至該莖(帶穗、葉和鞘)平衡支點的距離；莖稈機械強度：取剝除莖鞘后的莖稈基部第2節(jié)間，兩端放于高50 cm、間隔5 cm的支撐木架凹槽內(nèi)，在其中部掛1個寬口塑料容器，向容器內(nèi)勻速緩慢加入細(xì)沙至第2節(jié)間剛好折斷時停止，細(xì)沙加容器自身的重量即為莖稈機械強度。用直尺和游標(biāo)卡尺測定節(jié)間長度、直徑、壁厚。

1.2.3 倒伏指數(shù)的計算 參照王勇等[18]提出的品種倒伏指數(shù)衡量供試材料抗倒伏的相對強弱。倒伏指數(shù)越小，抗倒伏能力越強，反之，越容易倒伏。

倒伏指數(shù)=莖稈鮮重×重心高度/第2節(jié)間機械強度

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用DPS進(jìn)行顯著性檢驗(LSD法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同小麥品種的株高和基部節(jié)間性狀

由表1可知，株高：石麥22>衡4399>邯麥17>濟(jì)麥22>邯麥16，其中，石麥22顯著高于其他品種，其余4個品種間無明顯差異?；抗?jié)間長度：基1節(jié)的以石麥22最長，邯麥17最短，邯麥17、邯麥16和衡4399顯著低于濟(jì)麥22和石麥22；基2節(jié)的以邯麥17最短，顯著低于除邯麥16外的其他品種?；抗?jié)間直徑：基1節(jié)、基2節(jié)的均以邯麥17最大，分別為3.8 cm、4.4 cm，其中基1節(jié)的顯著高于除濟(jì)麥22外的其他品種，基2節(jié)的顯著高于石麥22和衡4399?；抗?jié)間壁厚：基1節(jié)、基2節(jié)的均以邯麥17最厚，分別為0.9 cm和0.8 cm，其中基1節(jié)的與石麥22差異顯著，基2節(jié)的顯著高于其他品種。認(rèn)為，邯麥17株高相對較低，基部節(jié)間短粗，節(jié)間壁較厚，莖稈質(zhì)量較好。

表1 不同小麥品種株高和基部莖稈性狀

2.2 不同小麥品種的基部節(jié)間體積、重量和密度

從小麥基1節(jié)的節(jié)間性狀(表2)可知，基1節(jié)的總體積和凈體積：石麥22的總體積、濟(jì)麥22的凈體積最大，邯麥16均最小，石麥22、濟(jì)麥22均顯著大于其他品種。鮮重：邯麥17>濟(jì)麥22>石麥22>邯麥16>衡4399，邯麥17顯著高于其他品種，濟(jì)麥22顯著高于邯麥16、衡4399。干重：邯麥17最高，其次為濟(jì)麥22；邯麥17基1節(jié)干重顯著高于除濟(jì)麥22外的其他品種。基1節(jié)節(jié)間充實度(鮮密度、干密度)：邯麥17最高，分別為1.240 g/cm3、0.319 g/cm3，其中，鮮密度：邯麥17>邯麥16>衡4399>濟(jì)麥22>石麥22，邯麥17顯著高于其他品種，邯麥16顯著高于石麥22；干密度：邯麥17>衡4399>邯麥16>濟(jì)麥22>石麥22，邯麥17顯著高于其他品種，其他品種間無顯著差異。

表2 不同小麥品種的基1節(jié)間性狀

由小麥的基2節(jié)間性狀(表3)可知，總體積以石麥22的最高，各品種差異均不顯著。凈體積以濟(jì)麥22最高，僅與衡4399差異顯著?；?節(jié)鮮重、干重：邯麥17最高，分別為0.479 g、0.124 g，鮮重表現(xiàn)為邯麥17>邯麥16>濟(jì)麥22>石麥22>衡4399，邯麥17顯著高于其他品種；干重表現(xiàn)為邯麥17>濟(jì)麥22>邯麥16>石麥22>衡4399，邯麥17顯著高于邯麥16、石麥22、衡4399。節(jié)間鮮密度：邯麥17的最高，為0.680 g/cm3，邯麥16其次，兩者差異不顯著，但顯著高于其他品種。干密度以邯麥17最高，為0.176 g/cm3，雖與邯麥16差異不顯著，但顯著高于其他品種。認(rèn)為，邯麥17的基部節(jié)間體積雖較小，但干物質(zhì)積累較多、節(jié)間充實性好。

表3 不同小麥品種的基2節(jié)間性狀

2.3 莖稈機械強度和倒伏指數(shù)

由表4可知，重心高度：石麥22>衡4399>濟(jì)麥22>邯麥17>邯麥16，石麥22、衡4399顯著高于其他品種，其他品種間無顯著差異。單莖鮮重：邯麥17>邯麥16>濟(jì)麥22>衡4399=石麥22，其中，邯麥17、邯麥16與其他品種間差異顯著，其他品種間無顯著差異。機械強度：邯麥17最高，為495.6 g，顯著高于其他品種。倒伏指數(shù)：石麥22>衡4399>邯麥16>濟(jì)麥22>邯麥17，其中，除邯麥16與衡4399間差異不顯著外，其余品種間差異均顯著。表明，小麥莖稈的重心高度、機械強度與倒伏指數(shù)關(guān)系密切。邯麥17的重心高度相對較低，單莖鮮重較高，機械強度最大，倒伏指數(shù)最小，抗倒性較強。

表4 不同小麥品種的莖稈重心高度、機械強度及倒伏指數(shù)

2.4 小麥莖稈抗倒伏性狀的相關(guān)性

由表5可知，倒伏指數(shù)與機械強度、基部節(jié)間鮮重和干重、基1節(jié)直徑、基部節(jié)間壁厚呈顯著負(fù)相關(guān)，其中，基2節(jié)節(jié)間壁厚與倒伏指數(shù)的相關(guān)系數(shù)最大，為-0.901，說明基2節(jié)機械強度越大，基部節(jié)間鮮重、干重越大、基部節(jié)間越粗、壁越厚，倒伏指數(shù)就越小，莖稈的抗倒性越強，基2節(jié)節(jié)間壁厚對倒伏指數(shù)的影響最大；倒伏指數(shù)與重心高度、基2節(jié)長、株高呈極顯著正相關(guān)。說明，抗倒性優(yōu)的品種在降低株高、縮短基2節(jié)長度的同時，要著重增強基部基2節(jié)間的厚度，以提高品種的抗倒性。

表5 小麥莖稈抗倒伏性狀的相關(guān)性

續(xù)表5

3 討論

抗倒性是影響小麥品種能否大面積推廣應(yīng)用的主要限制因素之一。倒伏可分為根倒伏和莖倒伏兩種類型。生產(chǎn)實踐中，莖倒伏最為普遍，是造成小麥減產(chǎn)的主要原因。莖倒伏是莖基部機械組織不發(fā)達(dá)或由于第 1、2節(jié)間伸長變細(xì)，難以負(fù)荷地上部植株重量，使其莖稈彎曲或折斷而發(fā)生倒伏。倒伏一般發(fā)生在中后期，此期隨著莖稈質(zhì)量的惡化抗倒性逐漸減弱，因此莖稈質(zhì)量較好的品種后期抗倒性較強。在諸多因素中，株高、基部節(jié)間質(zhì)量與倒伏指數(shù)密切相關(guān)。TRIPATHI 等[19]對16個不同株高小麥品種抗倒伏性的研究發(fā)現(xiàn)，株高與抗倒性相關(guān)不顯著，部分高稈品種的抗倒性超過矮稈品種，反映出小麥倒伏不僅受莖稈高度的影響，還受莖稈自身特性的影響。董琦等[12]對不同栽培密度條件下小麥莖稈形態(tài)結(jié)構(gòu)特征的觀察，明確了小麥莖稈的生長狀況與植株的抗倒性密切相關(guān)。莖稈基部節(jié)間特別是第2節(jié)間的長度與品種倒伏指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，節(jié)間壁厚與莖稈倒伏指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，其中第2節(jié)間的內(nèi)徑和壁厚與莖稈倒伏指數(shù)的關(guān)系最密切。肖世和等[2]對 30個不同類型小麥品種的基部節(jié)間粗度與莖稈強度的測定發(fā)現(xiàn)，兩者呈極顯著正相關(guān)。

試驗中，在大田生長條件下，邯麥17基部節(jié)間長度分別為4.5 cm和7.8 cm，顯著低于濟(jì)麥22、石麥22；基部節(jié)間直徑分別為3.8 mm和4.4 mm，顯著高于衡4399、石麥22；基1節(jié)壁厚為0.9 mm，顯著高于石麥22；基2節(jié)壁厚為0.8 mm，顯著高于其他品種；基部節(jié)間鮮重最高，且與其他品種差異顯著，干重顯著高于除濟(jì)麥22外的其他品種；節(jié)間充實度最高，其中基1節(jié)鮮密度、干密度顯著高于其他品種，基2節(jié)鮮密度、干密度顯著高于除邯麥16外的其他品種。邯麥17基部節(jié)間短而粗，壁厚、鮮密度和干密度顯著高于其他品種，其抗倒伏特性符合董琦等[12，20]的研究結(jié)果，基部節(jié)間較短、節(jié)間壁較厚、節(jié)間充實度較好是邯麥17莖稈抗倒伏的重要因素。邯麥17莖稈機械強度顯著高于其他品種，重心高度相對較低，倒伏指數(shù)較小，為0.749，顯著低于其他品種，倒伏指數(shù)的分析也驗證了邯麥17的抗倒伏性較好。

小麥抗倒性受莖稈諸多因素的影響，在方差分析的基礎(chǔ)上對莖稈性狀與倒伏指數(shù)的相關(guān)分析表明，倒伏指數(shù)與株高、重心高度、基2節(jié)長度呈顯著正相關(guān)，與機械強度、基部節(jié)間鮮重、干重、壁厚呈顯著負(fù)相關(guān)，尤其是基2節(jié)壁厚對倒伏指數(shù)的作用最大(r=-0.901)，與前人研究結(jié)果[11-12]類似。因此，小麥生產(chǎn)上除選用抗倒性強的品種外，還可以通過栽培措施提高莖稈質(zhì)量，增強莖稈的抗倒性能。

4 結(jié)論

在供試材料中，邯麥17的基部節(jié)間較短、節(jié)間壁較厚、充實度較好、機械強度較大、倒伏指數(shù)較小，其抗倒性優(yōu)于其他品種，是抗倒伏栽培的首選品種之一。莖稈性狀與倒伏指數(shù)的相關(guān)分析表明，基2節(jié)壁厚與倒伏指數(shù)的相關(guān)系數(shù)最大，在小麥育種工作中，針對抗倒伏性狀的選擇也應(yīng)注重選擇基2節(jié)壁較厚的株系。