不同落果特性花生品种茎枝生长与结构的研究

张 甜，孙雅文，王铭伦，张晓军，王月福，邹晓霞

(青岛农业大学农学院，山东 青岛 266109)

作物茎枝生长不仅影响群体结构、光能利用和物质运输[1-3]，而且影响机械收获。在油菜[4]、玉米[5]、牧草[6]上的研究表明机械收获对株型、株高、枝蔓长度以及茎秆结构都有一定的要求，且茎枝强度和韧性取决于自身机械组织的厚度、维管束数量等。小麦倒伏率与基部第2节间外径大小、壁厚和茎秆充实度呈显著负相关，与株高、重心高度和基部节间长度呈显著正相关[7]。水稻倒伏指数与节间长、基部节间到穗顶的长和基部节间至穗顶的鲜重呈极显著正相关，与基部节间外径、基部抗折力、基部节间壁厚和秆形指数呈极显著负相关[8]。花生是地上开花地下结实作物，茎枝生长状况与结实密切相关，也是衡量植株健壮与否的重要指标。全程机械化是花生生产发展的方向，然而收获机械化普及率较低，已成为限制花生产业发展的瓶颈[9]。花生机械化收获除受机械性能和生态环境影响外[10]，植株高度、抗倒性能、子房柄强度、结果集中程度等都是影响机械化收获效果的重要因素[11-12]，其中茎秆特性是影响机械化收获的重要因素之一。在收获作业中，茎枝是与机械接触的重要部位，因受基因型和环境条件的影响，其数量、高度、机械强度等均直接影响机械收获效果[13-14]。有关花生茎秆相关研究报道甚少，只Yang等分析了花生茎节、茎与子房柄末端连接处最大拉伸力及拉伸力大小与收获时期的相关关系[15]，而不同落果特性花生品种的差异仅有孙雅文等对子房柄力学性能进行了研究[16]，但对茎枝特性的研究未见报道。本研究旨在明确不同落果特性花生品种茎枝特性，探讨茎枝特性与植株健壮生长及机械收获的关系，为筛选和培育适合机械化收获的品种提供依据，为逐步实现品种与农机、农机与农艺融合奠定基础。

1 试验方法

1.1 试验材料

试验于2015-2016年在青岛农业大学莱阳校区试验站进行，土壤为砂壤土。供试花生品种为潍坊市农业科学院选育的不易落果品种潍花13号和潍花32号、易落果品种潍花6号和潍花11号，分别以W13、W32、W6和W11表示。

1.2 试验设计

每个花生品种为1个处理，随机区组设计，3次重复。每小区4行，行距45 cm，株距10 cm，行长10 m，小区面积18 m2，田间管理同大田生产。

1.3 测定项目与方法

于花生收获期每处理取10株测量主茎高、侧茎长、主侧茎基部粗度、分枝数、主茎与一级分枝间角度，计算株型指数；分别取主茎1～3、4～6、7～9、10～12节间在电热恒温鼓风干燥箱中105℃杀青0.5 h后80℃烘干至恒重，称量干重，计算节间单位长度干重；取主茎第5、第8节间中部(5 mm)，分别制作石蜡切片，用Laika DM2500万能显微镜进行观察并测量微观组织结构；液相色谱法测定主茎纤维素、半纤维素和木质素含量。

1.4 数据处理

数据、图表处理在Excel 2013下进行，统计及差异显著性分析采用DPS数据处理系统。

2 结果与分析

2.1 不同落果特性花生品种茎枝生长

株高是花生植株生长最直观的反映。附图可见，不易落果品种W13主茎高较易落果品种W6和W11分别低18.1 cm和13.4 cm，降低35.9%和29.4%，侧茎长分别降低32.3%和28.2%；不易落果品种W13主茎和第一对侧枝粗度较易落果品种W6和W11分别降低13.2%、12.0%和6.5%、8.4%，差异达到显著水平，而与W32差异不显著；不易落果品种W13和W32株型指数较易落果品种W6增加5.5%和3.6%，差异达到显著水平，而较W11未表现出显著差异；不易落果品种与易落果品种分枝数未表现出显著差异。

2.2 不同落果特性花生品种主茎与分枝间角度

主茎与分枝间角度可在一定程度反映花生植株所占空间和荚果在土壤中的分布范围，与是否适合机械收获关系密切。不同品种主茎与各侧枝间夹角变动较小。不易落果品种主茎与各侧枝间夹角明显大于易落果品种，同类品种间各夹角差异不明显。W13主茎与第一对、第三和第四侧枝间的角度均为44.5°，较W6和W11的36.0°、37.5°、38.0°和41.5°、39.0°、38.5°分别增大8.5°、7.0°、6.5°和3.0°、5.5°、5.0°，增大23.6%、18. 7%、17.1%和7.2%、14.1%、13.0%，差异均达显著水平(表1)。

2.3不同落果特性花生品种主茎节间单位长度干重

主茎节间单位长度干重可以反映茎的强度，与抗倒伏性密切相关。表2可见，不同落果特性花生品种主茎节间单位长度干重均表现为基部节间较大，随着节间的增长而逐渐降低。不易落果品种主茎节间单位长度干重显著高于易落果品种，同类品种间差异不显著。W13主茎1～3、4～6、7～9和10～12节间单位长度干重分别为74.1 mg/cm、44.5mg/cm、33.4mg/cm和23.7mg/cm，较W6的61.3mg/cm、43.2mg/cm、32.1mg/cm和21.2 mg/cm分别增加20.9%、3.0%、4.1%和11.8%，较W11的分别增加33.5%、29.7%、14.0%和5.33%，差异均达显著水平。由于不易落果品种各节间单位长度干重的提高，导致W13和W32主茎干重较W6和W11分别提高11.3%、24.1%和10.9%、23.6%。

表1 不同落果特性花生品种主茎与各分枝间角度 (°)

注： 表中不同大小写字母分别表示p<0.01和p<0.05差异显著性水平。下同。

Note: Different capital and small letters in the same column of the table indicate the significant level of difference at 0.01 and 0.05, respectively. The same as below.

附图 不同落果特性花生品种茎枝生长 Fig. Growth of stem and branch in different peanut-dropping varieties

品种Variety1～3节间1～3 internodes4～6节间4～6 internodes7～9节间 7～9 internodes10～12节间10～12 internodes主茎Dry weight of main stemW1374.1 a44.5 Aab33.423.7175.7W3265.1 a52.3 Aa34.223.4175.0W661.3 ab43.2 ABb32.121.2157.8W1155.5 b34.3 Bc29.322.5141.6

2.4 不同落果特性花生品种茎结构物质含量

纤维素在植物体内主要起机械支撑作用，并在植物形态学中起中心调控作用，它主要存在于木质部中，维持木质部硬度及承载整株重量。不易落果品种主茎中纤维素、半纤维含量均高于易落果品种，但差异未达显著水平；不易落果品种主茎木质素含量显著高于易落果品种，同类品种间差异不显著。W13和W32木质素含量分别为145.7mg/g·DW和153.7mg/g·DW，较W6和W11的131.1mg/g·DW和140.7mg/g·DW分别增加14.6mg/g·DW、22.6mg/g·DW和5.0mg/g·DW、13.0mg/g·DW，分别增加了11.1%、17.2%和3.6%、9.2% (表3)。

2.5 不同落果特性花生品种茎微观组织结构

不同落果特性花生品种茎微观结构存在明显差异，不易落果品种机械组织发达，厚角组织厚度、木质部厚度、韧皮外侧纤维厚度、维管束平均直径均显著大于易落果品种，髓最大直径小于易落果品种，同类品种间无明显差异，不同节间趋势相同。主茎第5节间，不易落果品种W32的厚角组织厚度、木质部厚度、韧皮外侧纤维厚度和维管束平均直径分别较易落果品种W6和W11增加23.9%、8.1%、23.5%、45.9%和44.4%、40.9%、15.7%、32.3%，差异均达极显著水平；W13和W32的髓最大直径分别为472.5μm和470.9μm，较W6和W11的512.2μm和525.3μm分别减少7.8%、10.1%和8.1%、10.4% (表4)。

表3 不同落果特性花生品种茎结构物质含量 (mg/g·DW)

表4 不同落果特性花生品种主茎微观组织结构 (μm)

3 讨论与结论

作物要实现高产，对株型有一定的要求，茎枝健壮、分布合理，植株高度适中，对光能捕获、后期养分积累输送及机械化收获等均有重要作用，茎过高过细则不利于后期养分的转化和积累[5]，还易造成倒伏、缠绕等问题，影响机械作业，增大耗能[17-18]，过矮将不利于光能捕获和养分积累[1-2]，进而影响产量与品质。由于花生地上开花地下结果的特性，花序着生于茎节，形成果针后入土结实，花生茎枝特性既影响地上部生长又影响荚果分布，同时对建立合理的群体结构、干物质积累与分配、荚果发育与产量形成均具有重要作用，此外，作为机械收获的重要作用部位，茎枝特性与机械收获也密切相关。植物茎主要由皮组织系统、维管组织系统和基本组织系统三部分组成，皮组织系统主要包括表皮和周皮，维管组织系统主要包括韧皮部和木质部，基本组织系统主要包括薄壁组织、厚角组织和厚壁组织。本研究结果表明，不易落果品种株高和分枝适中，茎基部节间虽粗度较小，髓组织中腔也小，但节间干物质和结构物质含量高、微观组织发达，茎枝壮而坚韧，有利于植株健壮生长和物质运输，适合机械化收获，与孙雅文等对果针的研究结果相吻合[16]，与水稻[1]、小麦[2]、玉米[5]、油菜[4]群体结构与茎秆微观结构等的研究结果一致。

不同落果特性花生品种茎秆特性存在明显差异，不易落果品种茎秆干物质积累多、机械组织发达、茎秆坚韧，与抗倒伏和子房柄强度呈高度正相关，可满足机械化收获的需求。本研究和相关研究[16]可为选用和选育茎秆坚韧、不徒长倒伏、落果损失少的花生品种提供依据。