不同苎麻品种(系)茎秆抗折力和植株性状的差异及其相关性

陈平，马兰，朱爱国，陈继康，高钢，陈坤梅，欧文静，喻春明(中国农业科学院麻类研究所，湖南长沙410205)

苎麻是荨麻科(Urticaces)苎麻属(BoehmeriaJacq.)多年生韧皮纤维作物。我国苎麻栽培历史悠久，产量占世界苎麻总产量的90%以上。倒伏不但影响苎麻的正常生长，导致产量降低，同时也不便于机械化收获，是目前生产上亟须解决的问题。

倒伏是一个综合而复杂的现象，作物受外界风雨等气候因素影响而引起倒伏，生长条件和栽培措施等也会引发或加重倒伏程度[1]。同一作物不同品种间存在抗倒伏能力差异，水稻[2-3]、小麦[4-6]、玉米[7]等作物已定位了抗倒伏相关的QTL。植株的高度、茎粗、重心高度、茎秆强度和化学成分都会影响植株的抗倒伏性。在苎麻倒伏的研究方面，曾维爱等[8-9]研究了不同植物生长调节剂对苎麻茎秆抗倒伏性的影响。周航[10]研究表明，高氮肥显著增加苎麻的倒伏率，抗折力和鲜重对倒伏率的总影响最大，木质部木质素含量和倒伏率显著相关。

抗倒伏评价方法包括单一性状评价法和综合指标评价法[11-17]。目前苎麻倒伏的评价和鉴定没有统一的标准，品种区域试验中采用田间直观评价方法，依据植株的倾斜程度或倒伏株率划分倒伏级别[18]，该评价方法简便，结果直观、真实，但受制于苎麻生长期间是否出现有利于倒伏的气候条件，如果试验材料全部未发生倒伏，则难以对品种抗倒性进行科学评价。茎秆抗折力可模拟作物抵抗外力折断，具有直观表征作物抗倒性能强弱的作用，常被作为衡量抗倒能力的直接指标[11-13，15]。苎麻收获、剥制机械研发中，研究者已获得了苎麻茎秆基部的冲击、拉伸、切割等力学特性参数，并建立了数学模型[19-23]，但不同品种的抗折力差异以及与植株性状之间的关系仍不清楚。本研究拟以2014～2015年国家苎麻生产试验的苎麻品种(系)为材料，研究茎秆的结构参数、抗折力及木质素含量，探讨其相关性，旨在为苎麻抗倒伏性的评价及抗倒伏品种的选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 植物材料及管理

研究所用试验材料为2014～2015年国家苎麻品种(系)生产试验长沙点试验材料，试验地为中国农业科学院麻类研究所长沙创新试验基地。试验材料共7个苎麻品种(系)(见表1)，各品种(系)于2014年5～7月扦插繁殖，8月移栽，每个品种两次重复，按照国家苎麻生产试验的规程进行施肥和田间管理[18]。苎麻为多年生作物，2015年完成生产试验后，2016年继续按照原管理方法进行田间管理，10月11日取样，每个小区取正常生长茎秆10株。

表1 供试苎麻品种及来源Table 1 Tested ramie varieties and origin

1.2 测定项目和方法

1.2.1 植株性状测定

麻秆取样后人工去除花和叶片，测量株高。根据测定的株高，截取中间15 cm茎段，称量茎段重量，使用游标卡尺测量中部的直径(茎粗)、皮厚及壁厚(韧皮层和木质部总厚度)，之后测定抗折力。

1.2.2 抗折力的测定

使用上海拓丰仪器有限公司生产的TFW-508型微机控制电子万能材料试验机，采用三点弯曲法，将截取的茎段水平放置在距离为12 cm的支点上，在支点正中施力使其折断，设定位移速率20 mm/min，力的大小为该节间抗折力(单位:N)。采用中苎1号茎秆进行不同部位的抗折力试验，从基部开始截成15 cm长的小段，分别测定每段中部的直径和茎段的抗折力。

1.2.3 木质素的测定

经抗折力测试后的中部茎段，烘干后送农业农村部麻类产品质量监督检验测试中心进行木质素含量测定，测试方法为Klason法[24]。

1.3 数据处理

数据处理采用Excel 2013，差异显著性分析和相关分析分别采用SPSS 19.0软件的LSD和Pearson统计方法。

2 结果与分析

2.1 茎秆不同部位的抗折力

中苎1号茎秆基部茎段的直径为14.63 mm，梢部茎段直径为6.28 mm，由基部至梢部逐渐变细，呈线性变化。茎秆基部茎段和梢部抗折力分别为18.86、3.42 N，基部至梢部也呈现线性下降趋势。茎段的抗折力与对应茎段的直径呈正相关，相关系数为0.98，达极显著水平(见图1)。各茎段直径的平均值为11.11 mm，抗折力平均值为10.88 N，均与最中间茎段的测量值最接近。因此，考虑取材的代表性和便捷性，取茎秆最中间15 cm茎段，用于后续苎麻品种茎秆性状的测定。

图1 苎麻茎秆不同部位的直径与抗折力变化Fig.1 Stem diameter and breaking resistance of different parts of ramie stem

2.2 不同品种(系)间茎秆性状和抗折力的差异

苎麻茎秆由外至内依次由表皮层、韧皮层、木质部和髓部组成。表皮层较薄，难以分离，因此将表皮层和韧皮层总厚度作为韧皮层厚度，简称皮厚。随着苎麻的生长，髓部逐渐变为空心或白色疏松薄壁组织(见图2)，为了测量和计算方便，忽略髓部，量取韧皮层和木质部的总厚度，作为壁厚。

由表2可知，不同苎麻品种(系)黑杆期在茎秆性状上存在较大差异。0501的株高180 cm，在测试品种(系)中为最高，除了与NC03差异不显著外，与其它品种的株高差异均达显著水平。茎段直径的变化范围为8.97～12.92 mm，茎粗最大的品种为0501，最小的品种为TG5，与其它品种间的差异均达到显著水平。壁厚最小的为TG5和TG6，均为1.98 mm，与BD0717的差异不显著，与其它品种的差异达显著水平。茎段重量最重的是0501，显著高于其它品种(系)，比茎段重量最轻的TG6高77%。在皮厚方面，最厚的为中苎1号，但与NC03、G59及0501的差异不显著。茎段木质素含量最低的是TG5，含量为19.94%，含量最高的是G59，含量为24.22%，G59与NC03、0501及中苎1号在木质素含量上的差异不显著，与TG5、TG6及BD0717的差异达显著水平。测试品种(系)中，抗折力最大的是0501，其抗折力为6.41 N，分别是 TG5和G59的2.17倍和2.15倍，NC03与中苎1号的抗折力差异不显著，其它品种的抗折力与中苎1号的差异均达到显著水平。

图2 苎麻茎秆的形态特征Fig.2 Morphological characteristics of ramie stem

表2 不同苎麻品种茎秆性状Table 2 Stem characters of different ramie varieties

2.3 苎麻茎秆抗折力与植株性状的相关性

由表3可知，苎麻品种(系)的抗折力与株高、茎粗和壁厚呈显著正相关，相关系数分别为0.758、0.841和0.867，与茎段重量呈极显著正相关，相关系数为0.960。抗折力与皮厚、木质素含量间无显著相关性。

表3 抗折力与植株性状的相关性Table 3 Correlation analysis of lodging resistance index and various traits

3 讨论

倒伏是一个综合而复杂的现象，作物受外界风雨等气候因素影响而引起倒伏，植株的高度、茎粗、重心高度、茎秆强度和化学成分都会影响植株的抗倒伏性。苎麻是多年生宿根作物，具有强大的地下根系，倒伏主要表现为地上部分倒伏。苎麻一年收获三季，主要种植于湖南、湖北、江西等省，在三麻期间受台风影响易发生倒伏。再则，苎麻在三麻期间开花、结实，上部重量增加，重心上移，加剧了倒伏的发生。因此本研究选择第三季麻对品种(系)的抗折力进行研究。在测试的7个品种(系)中，0501、NC03、中苎1号3个品种(系)的抗折力较强，均大于5.00 N，而其他几个品种(系)均小于3.50 N。因试验期间田间未发生倒伏现象，无法分析各项测定指标与倒伏之间的关系。从2014～2015年国家苎麻品种(系)生产试验总结报告看，中苎1号和NC03表现为高抗倒伏，其他品种为中抗倒伏[18]。抗折力测定结果与品种的田间抗倒性表现较一致。0501茎秆的抗折力最强，但田间抗倒性不如中苎1号和NC03，可能是由其植株高、叶片大[18]造成的。本研究只测定了抗折力和茎秆相关性状，后续苎麻抗倒伏评价研究会将重心高度、植株重量和叶面积参数一同考虑进去。

木质素作为细胞壁主要成分[25]，具有增加细胞壁强度，提高茎秆机械强度的作用。木质素含量增加可显著提高茎秆机械强度，增强茎秆的抗压能力[26]，茎秆木质素含量高的品种抗倒伏能力强，不易倒伏[11，27-29]。茎秆木质素含量可作为作物抗倒性评价的一个重要指标。研究[10]发现木质部木质素含量、茎秆总木质素含量和倒伏率之间均达到显著相关关系。本研究中，茎秆木质素含量与抗折力间不存在显著的相关关系。不同作物得出的研究结果也存在差异，大部分小麦品种木质素含量与茎秆强度无相关性[30]，而甘蓝型油菜在盛花期和成熟期易倒伏材料的木质素含量均高于抗倒伏材料[31]。

本研究测试的各性状中，茎段重量与抗折力相关性最高，达极显著水平，相关系数为0.960。曾维爱[9]研究也显示中部鲜重与苎麻抗倒伏指数和中部弯曲度呈极显著正相关。因此，可将中部茎段重量作为苎麻品种抗折力的简易评价方法，无须利用复杂的茎秆力学测定仪器，方便快捷。