水稻抗茎倒伏的力学评价方法及抗倒因子的研究

【作者】 郎有忠； 陈煊；

【机构】 扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室培育点/粮食作物现代产业技术协同创新中心；

【摘要】 【研究背景】倒伏在水稻生产中普遍存在。倒伏的发生,不但导致水稻等主要粮食作物的产量损失达5~50%,且使品质严重劣化,因而,如何预测和防止倒伏,一直是水稻研究的重点内容之一。长期以来,有关作物抗倒性评价指标的研究为数不少,但总体上,这些研究存在着:(1)依据施加的可致茎秆折断的外力的大小来推定茎秆的抗折能力,即用"抗折"能力替代"抗倒"能力,理论缺陷明显。(2)考虑外界可致倒伏的因素不够全面。(3)部分模型过于复杂,影响其预测的实用性;【材料与方法】本文以黄瓜籼、珍珠矮、日本晴等10个抗倒性能不同的水稻品种为材料,通过对自身重力及外界风、雨等各种作用力情况下基部第2节间的力学分析,提出适合移栽水稻抗茎倒伏能力的全新评价体系,在此基础上探明抗倒能力与茎秆形态、节间解剖结构、物质组成成分间的关系;【结果与分析】基于材料力学原理,综合分析茎秆自身重力、下雨时吸附雨滴的冲击力、雨水重力以及刮风条件下所受风力,推导出基部第2节间安全程度指标,即抗倒安全系数n,n越大,节间抗折的程度越高,当n<1时,表示该节间抗折力矩小于重力及外力力矩之和,倒伏发生;通过模拟现实中不同风级、降雨强度等条件,测定不同气候下茎秆所受外力的大小,提出了风力、雨水冲击力、雨水重力等的计算模型,简化了模型的测定参数;根据模型计算,获得了各参试品种在无外力、仅风力存在、仅降雨以及风雨因素同时存在时的抗倒安全系数;在此基础上,对抗倒安全系数与茎秆形态指标进行相关分析,结果表明:水稻茎秆安全系数与基部第2节间外径内径呈负相关,而与外径/内径、节间壁厚呈显著正相关;结实期茎秆基部第2节间淀粉、可溶性糖、纤维素、半纤维素、木质素等结构性和非结构性碳水化合物含量呈极显著正相关,氮含量与抗倒能力呈显著负相关;在矿质元素中,硅、钾的含量与植株的抗倒性能密切相关,其含量越高,抗倒性能越好;基部第二节间微观结构特征值中,大小维管束的面积和数量与安全系数均呈显著正相关;【结论】以上结果表明,通过力学分析的方法,综合考量植株内部及外界风雨等各种作用力,可建立全新的水稻抗茎倒伏能力的评价指标,用于指导生产;提高基部第2节间外径/内径、节间壁厚、硅、钾的含量、淀粉、可溶性糖、纤维素、半纤维素、木质素含量、大小维管束的面积和数目等指标值,可增强水稻抗茎倒伏的能力。更多还原