不同苧麻品種(系)莖稈抗折力和植株性狀的差異及其相關(guān)性

陳平，馬蘭，朱愛國，陳繼康，高鋼，陳坤梅，歐文靜，喻春明(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所，湖南長沙410205)

苧麻是蕁麻科(Urticaces)苧麻屬(BoehmeriaJacq.)多年生韌皮纖維作物。我國苧麻栽培歷史悠久，產(chǎn)量占世界苧麻總產(chǎn)量的90%以上。倒伏不但影響苧麻的正常生長，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，同時也不便于機(jī)械化收獲，是目前生產(chǎn)上亟須解決的問題。

倒伏是一個綜合而復(fù)雜的現(xiàn)象，作物受外界風(fēng)雨等氣候因素影響而引起倒伏，生長條件和栽培措施等也會引發(fā)或加重倒伏程度[1]。同一作物不同品種間存在抗倒伏能力差異，水稻[2-3]、小麥[4-6]、玉米[7]等作物已定位了抗倒伏相關(guān)的QTL。植株的高度、莖粗、重心高度、莖稈強(qiáng)度和化學(xué)成分都會影響植株的抗倒伏性。在苧麻倒伏的研究方面，曾維愛等[8-9]研究了不同植物生長調(diào)節(jié)劑對苧麻莖稈抗倒伏性的影響。周航[10]研究表明，高氮肥顯著增加苧麻的倒伏率，抗折力和鮮重對倒伏率的總影響最大，木質(zhì)部木質(zhì)素含量和倒伏率顯著相關(guān)。

抗倒伏評價方法包括單一性狀評價法和綜合指標(biāo)評價法[11-17]。目前苧麻倒伏的評價和鑒定沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，品種區(qū)域試驗中采用田間直觀評價方法，依據(jù)植株的傾斜程度或倒伏株率劃分倒伏級別[18]，該評價方法簡便，結(jié)果直觀、真實，但受制于苧麻生長期間是否出現(xiàn)有利于倒伏的氣候條件，如果試驗材料全部未發(fā)生倒伏，則難以對品種抗倒性進(jìn)行科學(xué)評價。莖稈抗折力可模擬作物抵抗外力折斷，具有直觀表征作物抗倒性能強(qiáng)弱的作用，常被作為衡量抗倒能力的直接指標(biāo)[11-13，15]。苧麻收獲、剝制機(jī)械研發(fā)中，研究者已獲得了苧麻莖稈基部的沖擊、拉伸、切割等力學(xué)特性參數(shù)，并建立了數(shù)學(xué)模型[19-23]，但不同品種的抗折力差異以及與植株性狀之間的關(guān)系仍不清楚。本研究擬以2014～2015年國家苧麻生產(chǎn)試驗的苧麻品種(系)為材料，研究莖稈的結(jié)構(gòu)參數(shù)、抗折力及木質(zhì)素含量，探討其相關(guān)性，旨在為苧麻抗倒伏性的評價及抗倒伏品種的選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料及管理

研究所用試驗材料為2014～2015年國家苧麻品種(系)生產(chǎn)試驗長沙點試驗材料，試驗地為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所長沙創(chuàng)新試驗基地。試驗材料共7個苧麻品種(系)(見表1)，各品種(系)于2014年5～7月扦插繁殖，8月移栽，每個品種兩次重復(fù)，按照國家苧麻生產(chǎn)試驗的規(guī)程進(jìn)行施肥和田間管理[18]。苧麻為多年生作物，2015年完成生產(chǎn)試驗后，2016年繼續(xù)按照原管理方法進(jìn)行田間管理，10月11日取樣，每個小區(qū)取正常生長莖稈10株。

表1 供試苧麻品種及來源Table 1 Tested ramie varieties and origin

1.2 測定項目和方法

1.2.1 植株性狀測定

麻稈取樣后人工去除花和葉片，測量株高。根據(jù)測定的株高，截取中間15 cm莖段，稱量莖段重量，使用游標(biāo)卡尺測量中部的直徑(莖粗)、皮厚及壁厚(韌皮層和木質(zhì)部總厚度)，之后測定抗折力。

1.2.2 抗折力的測定

使用上海拓豐儀器有限公司生產(chǎn)的TFW-508型微機(jī)控制電子萬能材料試驗機(jī)，采用三點彎曲法，將截取的莖段水平放置在距離為12 cm的支點上，在支點正中施力使其折斷，設(shè)定位移速率20 mm/min，力的大小為該節(jié)間抗折力(單位:N)。采用中苧1號莖稈進(jìn)行不同部位的抗折力試驗，從基部開始截成15 cm長的小段，分別測定每段中部的直徑和莖段的抗折力。

1.2.3 木質(zhì)素的測定

經(jīng)抗折力測試后的中部莖段，烘干后送農(nóng)業(yè)農(nóng)村部麻類產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心進(jìn)行木質(zhì)素含量測定，測試方法為Klason法[24]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2013，差異顯著性分析和相關(guān)分析分別采用SPSS 19.0軟件的LSD和Pearson統(tǒng)計方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 莖稈不同部位的抗折力

中苧1號莖稈基部莖段的直徑為14.63 mm，梢部莖段直徑為6.28 mm，由基部至梢部逐漸變細(xì)，呈線性變化。莖稈基部莖段和梢部抗折力分別為18.86、3.42 N，基部至梢部也呈現(xiàn)線性下降趨勢。莖段的抗折力與對應(yīng)莖段的直徑呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.98，達(dá)極顯著水平(見圖1)。各莖段直徑的平均值為11.11 mm，抗折力平均值為10.88 N，均與最中間莖段的測量值最接近。因此，考慮取材的代表性和便捷性，取莖稈最中間15 cm莖段，用于后續(xù)苧麻品種莖稈性狀的測定。

圖1 苧麻莖稈不同部位的直徑與抗折力變化Fig.1 Stem diameter and breaking resistance of different parts of ramie stem

2.2 不同品種(系)間莖稈性狀和抗折力的差異

苧麻莖稈由外至內(nèi)依次由表皮層、韌皮層、木質(zhì)部和髓部組成。表皮層較薄，難以分離，因此將表皮層和韌皮層總厚度作為韌皮層厚度，簡稱皮厚。隨著苧麻的生長，髓部逐漸變?yōu)榭招幕虬咨杷杀”诮M織(見圖2)，為了測量和計算方便，忽略髓部，量取韌皮層和木質(zhì)部的總厚度，作為壁厚。

由表2可知，不同苧麻品種(系)黑桿期在莖稈性狀上存在較大差異。0501的株高180 cm，在測試品種(系)中為最高，除了與NC03差異不顯著外，與其它品種的株高差異均達(dá)顯著水平。莖段直徑的變化范圍為8.97～12.92 mm，莖粗最大的品種為0501，最小的品種為TG5，與其它品種間的差異均達(dá)到顯著水平。壁厚最小的為TG5和TG6，均為1.98 mm，與BD0717的差異不顯著，與其它品種的差異達(dá)顯著水平。莖段重量最重的是0501，顯著高于其它品種(系)，比莖段重量最輕的TG6高77%。在皮厚方面，最厚的為中苧1號，但與NC03、G59及0501的差異不顯著。莖段木質(zhì)素含量最低的是TG5，含量為19.94%，含量最高的是G59，含量為24.22%，G59與NC03、0501及中苧1號在木質(zhì)素含量上的差異不顯著，與TG5、TG6及BD0717的差異達(dá)顯著水平。測試品種(系)中，抗折力最大的是0501，其抗折力為6.41 N，分別是 TG5和G59的2.17倍和2.15倍，NC03與中苧1號的抗折力差異不顯著，其它品種的抗折力與中苧1號的差異均達(dá)到顯著水平。

圖2 苧麻莖稈的形態(tài)特征Fig.2 Morphological characteristics of ramie stem

表2 不同苧麻品種莖稈性狀Table 2 Stem characters of different ramie varieties

2.3 苧麻莖稈抗折力與植株性狀的相關(guān)性

由表3可知，苧麻品種(系)的抗折力與株高、莖粗和壁厚呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.758、0.841和0.867，與莖段重量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.960?？拐哿εc皮厚、木質(zhì)素含量間無顯著相關(guān)性。

表3 抗折力與植株性狀的相關(guān)性Table 3 Correlation analysis of lodging resistance index and various traits

3 討論

倒伏是一個綜合而復(fù)雜的現(xiàn)象，作物受外界風(fēng)雨等氣候因素影響而引起倒伏，植株的高度、莖粗、重心高度、莖稈強(qiáng)度和化學(xué)成分都會影響植株的抗倒伏性。苧麻是多年生宿根作物，具有強(qiáng)大的地下根系，倒伏主要表現(xiàn)為地上部分倒伏。苧麻一年收獲三季，主要種植于湖南、湖北、江西等省，在三麻期間受臺風(fēng)影響易發(fā)生倒伏。再則，苧麻在三麻期間開花、結(jié)實，上部重量增加，重心上移，加劇了倒伏的發(fā)生。因此本研究選擇第三季麻對品種(系)的抗折力進(jìn)行研究。在測試的7個品種(系)中，0501、NC03、中苧1號3個品種(系)的抗折力較強(qiáng)，均大于5.00 N，而其他幾個品種(系)均小于3.50 N。因試驗期間田間未發(fā)生倒伏現(xiàn)象，無法分析各項測定指標(biāo)與倒伏之間的關(guān)系。從2014～2015年國家苧麻品種(系)生產(chǎn)試驗總結(jié)報告看，中苧1號和NC03表現(xiàn)為高抗倒伏，其他品種為中抗倒伏[18]。抗折力測定結(jié)果與品種的田間抗倒性表現(xiàn)較一致。0501莖稈的抗折力最強(qiáng)，但田間抗倒性不如中苧1號和NC03，可能是由其植株高、葉片大[18]造成的。本研究只測定了抗折力和莖稈相關(guān)性狀，后續(xù)苧麻抗倒伏評價研究會將重心高度、植株重量和葉面積參數(shù)一同考慮進(jìn)去。

木質(zhì)素作為細(xì)胞壁主要成分[25]，具有增加細(xì)胞壁強(qiáng)度，提高莖稈機(jī)械強(qiáng)度的作用。木質(zhì)素含量增加可顯著提高莖稈機(jī)械強(qiáng)度，增強(qiáng)莖稈的抗壓能力[26]，莖稈木質(zhì)素含量高的品種抗倒伏能力強(qiáng)，不易倒伏[11，27-29]。莖稈木質(zhì)素含量可作為作物抗倒性評價的一個重要指標(biāo)。研究[10]發(fā)現(xiàn)木質(zhì)部木質(zhì)素含量、莖稈總木質(zhì)素含量和倒伏率之間均達(dá)到顯著相關(guān)關(guān)系。本研究中，莖稈木質(zhì)素含量與抗折力間不存在顯著的相關(guān)關(guān)系。不同作物得出的研究結(jié)果也存在差異，大部分小麥品種木質(zhì)素含量與莖稈強(qiáng)度無相關(guān)性[30]，而甘藍(lán)型油菜在盛花期和成熟期易倒伏材料的木質(zhì)素含量均高于抗倒伏材料[31]。

本研究測試的各性狀中，莖段重量與抗折力相關(guān)性最高，達(dá)極顯著水平，相關(guān)系數(shù)為0.960。曾維愛[9]研究也顯示中部鮮重與苧麻抗倒伏指數(shù)和中部彎曲度呈極顯著正相關(guān)。因此，可將中部莖段重量作為苧麻品種抗折力的簡易評價方法，無須利用復(fù)雜的莖稈力學(xué)測定儀器，方便快捷。