燕麦种质资源抗倒伏能力鉴定及关键指标评价

张云江 ,  米俊珍 ,  郑成忠 ,  纪明雪 ,  焦伟红 ,  刘景辉

中国农业大学学报 ›› 2026, Vol. 31 ›› Issue (9) : 341 -354.

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中国农业大学学报 ›› 2026, Vol. 31 ›› Issue (9) : 341 -354. DOI: 10.11841/j.issn.1007-4333.2026.09.25

燕麦种质资源抗倒伏能力鉴定及关键指标评价

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Evaluation of lodging resistance and important indicators in oat germplasm resources

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摘要

为明确影响燕麦抗倒伏的关键指标,并鉴定燕麦抗倒伏优异种质资源,以1 018份燕麦种质资源为研究对象,采用田间试验对植株的穗部指标(主穗长、穗位高、穗位系数、穗鲜重、主穗小穗数、穗铃数、主穗粒数、主穗粒重、千粒重)、茎部形态(株高、单茎鲜重、重心高度、茎秆第1和2节间长度、茎秆壁粗、茎秆壁厚)及力学特性(茎秆抗折力、穿刺强度和倒伏指数)共19个指标进行测定,采用主成分分析、聚类分析和综合评价方法进行抗倒伏能力评价,并结合随机森林模型和结构方程模型对供试燕麦种质抗倒伏能力及关键指标作用路径进行解析。结果表明:1 018份燕麦种质资源表型变异丰富,株高与穗位高、单茎鲜重、重心高度均呈极显著正相关(P<0.01);倒伏指数与茎秆抗折力、茎秆穿刺强度均呈极显著负相关(P<0.01)。在主成分分析中,前7个主成分的特征值均>1.045,累计贡献率76.128%,其中第1主成分与植株形态相关,第2主成分与穗部性状相关,第3、4、7主成分均与植株茎秆力学特性相关。聚类分析将1 018份燕麦种质资源划分为5大类群,第Ⅳ类群整体表现低重心、短节间、高茎秆力学强度,共包括6份种质,分别是‘ND2116’、‘ND2633’、‘ND2208’、‘ND139’、‘ND2581’和‘ND1595’。随机森林模型分析显示,茎秆抗折力的相对重要性最高,约为77%,模型解释率为92%。结构方程模型中,株高和重心高度对倒伏指数均具有正向作用,标准化路径系数分别为0.368和0.981,茎秆力学指标对倒伏指数具有负向作用,标准化路径系数为-0.73,模型可解释倒伏指数78.6%的变异。综上,株高、重心高度和茎秆抗折力是影响燕麦倒伏的关键指标,较低的株高和重心高度、较高的茎秆抗折力可作为燕麦抗倒伏种质筛选的重要依据;1 018份燕麦种质通过聚类划分为5大类群,其中第Ⅳ类群的6份种质为抗倒伏优异种质,可用于燕麦抗倒伏性状改良。

Abstract

To clarify the important indicators affecting oat lodging and identify superior oat germplasm resources with lodging resistance, 1 018 oat germplasm resources were used as experimental materials. A field experiment was conducted to measure 19 indicators including panicle traits (main panicle length, panicle height, panicle height coefficient, panicle fresh weight, number of spikelets per main panicle, panicle branch number, grain number per main panicle, grain weight per main panicle, and 1 000-grain weight), stem morphology traits (plant height, single-stem fresh weight, center-of-gravity height, first and second internode lengths, stem diameter, and stem wall thickness), and mechanical traits (stem bending resistance, puncture strength, and lodging index). Principal component analysis, cluster analysis, and comprehensive evaluation were adopted to evaluate lodging resistance. Random forest and structural equation models were further applied to analyze the lodging resistance and key indicator pathways of the tested oat germplasm resources. The results showed that the 1 018 oat germplasm resources exhibited abundant phenotypic variation. Plant height was extremely significantly positively correlated with panicle height, single-stem fresh weight, and center-of-gravity height (P<0.01), while lodging index was extremely significantly negatively correlated with stem bending resistance and stem puncture strength (P<0.01). Principal component analysis showed that the eigenvalues of the first seven principal components were all greater than 1.045, with a cumulative contribution rate of 76.128%. The first principal component was associated with plant morphology, the second principal component was associated with panicle traits, and the third, fourth, and seventh principal components were associated with stem mechanical properties. Cluster analysis divided the 1 018 oat germplasm resources into five groups. Group Ⅳ was characterized by low center-of-gravity height, short internodes, and high stem mechanical strength, and six lodging-resistant germplasm resources were identified from this group, namely ‘ND2116’ ‘ND2633’ ‘ND2208’ ‘ND139’ ‘ND2581’ ‘ND1595’. In the random forest model, stem bending resistance showed the highest relative importance, approximately 77%, and the model explained 92% of the variation. The structural equation model showed that plant height and center-of-gravity height had positive effects on lodging index, with standardized path coefficients of 0.368 and 0.981, respectively, whereas stem mechanical indicators had a negative effect on lodging index, with a standardized path coefficient of -0.73. The model explained 78.6% of the variation in lodging index. In conclusion, plant height, center-of-gravity height, and stem bending resistance were the key indicators affecting oat lodging. Lower plant height and center-of-gravity height, together with higher stem bending resistance, can serve as important criteria for screening lodging-resistant oat germplasm. The 1 018 oat germplasm resources were divided into five groups by cluster analysis, and the six lodging-resistant germplasm resources identified from group Ⅳ can be used for improving lodging resistance in oat.

Graphical abstract

关键词

燕麦 / 种质资源 / 抗倒伏 / 综合评价

Key words

oat / germplasm resources / lodging resistance / comprehensive evaluation

引用本文

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张云江,米俊珍,郑成忠,纪明雪,焦伟红,刘景辉. 燕麦种质资源抗倒伏能力鉴定及关键指标评价[J]. 中国农业大学学报, 2026, 31(9): 341-354 DOI:10.11841/j.issn.1007-4333.2026.09.25

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燕麦(Avena sativa L.)作为北方重要的粮饲兼用作物1,主要种植在干旱半干旱地区2。我国(未包括香港、澳门地区和台湾省)燕麦种植面积约70万hm2,年产量达85万t3-4。然而,在燕麦种植过程中,倒伏成为制约燕麦高产稳产的关键因素之一5。倒伏不仅导致病虫害滋生6、机械化收割困难7和籽粒品质下降8,还会造成5%~25%的产量损失9-10。因此,开展燕麦抗倒伏关键性状鉴定与优异种质筛选研究对促进燕麦高产稳产具有重要意义。
关于作物抗倒伏的研究多集中于水稻(Oryza sativa L.)11-13、小麦(Triticum aestivum L.)14-16、玉米(Zea mays L.)17-18等主粮作物。已有研究表明,作物发生倒伏与植株高度、重心位置、基部长度等性状密切相关,降低植株重心高度19-20和缩短基部节间长度21-22等均有助于增强作物抗倒伏能力。已有关于燕麦茎秆特性与抗倒伏关系的研究23-24均以少数品种或者特定材料为研究对象,侧重于单一性状或少数性状与作物抗倒伏关系的分析25,针对大量种质资源的抗倒伏综合评价研究较少,对多性状协同作用的系统性解析仍有不足。系统分析表型性状是揭示作物遗传多样性特征和发掘优异资源的有效途径26。汪强等27对不同品种的小麦株高、穗粒数、千粒重等关键表型性状进行分析,发现其表型性状的差异显著,体现了丰富的遗传多样性。王建丽等28研究发现燕麦种质资源各性状具有丰富的遗传多样性,其中主穗长、株高和主穗粒重最为突出,而主穗小穗数、主穗粒重和分蘖数变异最大。唐有林等29研究发现不同燕麦种质资源的株高、穗铃数和穗粒数遗传多样性指数均较高,具有丰富的表型变异和较大的育种利用潜力。目前,针对大规模燕麦种质资源抗倒伏综合评价及关键性状作用路径解析的研究鲜见报道。本研究以1 018份燕麦种质资源为材料,系统测定19个表型性状及茎秆力学指标,综合运用主成分分析、聚类分析、随机森林模型与结构方程模型等方法,旨在筛选出优异的燕麦抗倒伏种质资源,并明确影响燕麦抗倒伏的关键性状及其相互关系,以期为燕麦抗倒伏育种和种质资源利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试燕麦种质为1 018份,主要来源内蒙古自治区410份(其中乌兰察布市农林科学院312份、内蒙古农业大学98份),北京227份(均来自中国农业大学),宁夏回族自治区117份,新疆维吾尔自治区91份,吉林省73份,河北省54份,青海省32份,甘肃省14份。

1.2 试验地概况

试验于2024年在内蒙古自治区乌兰察布市察哈尔右翼前旗平地泉镇乌兰察布市农林科学研究院试验基地进行(40.9232° N、113.1196° E、海拔1 600 m)。该地区为温带大陆性季风气候,年平均温度5 ℃,年降水量300~400 mm,降水主要集中在7—9月。试验地前茬作物为玉米。试验地土壤类型为栗钙土,试验地土壤基础养分见表1

1.3 试验设计

于2024年5月进行播种,每份燕麦种质种植1行,行长2 m,行距30 cm,采取机器开沟、人工播种的方式,播深3~4 cm,播量150 kg/hm2。种肥施用150 kg/hm2复合肥,wNwP2O5wK2O=15∶15∶15),播种时一次性施入土中。生育期内不追肥,适时进行田间灌溉和人工除草。

1.4 指标测定及方法

1.4.1 茎秆形态

在燕麦灌浆期,每份种质随机选取5株长势一致的植株进行测定。采用卷尺测定株高和穗位高,并计算穗位系数,穗位系数=穗位高/株高30。采用电子天平测定穗鲜重和单茎鲜重,g;采用平衡支点法31测定植株重心高度;采用电子游标卡尺测定主茎基部第1和第2节间长度、第2节间茎粗和第2节间壁厚。

1.4.2 穗部农艺性状

在燕麦成熟期,每份种质随机选取3株长势一致的植株进行测定。用直尺测定主穗长;人工测定主穗小穗数、穗铃数和主穗粒数;用电子天平测定主穗粒重和千粒重,g。

1.4.3 茎秆力学

在燕麦灌浆期,每份种质随机选取5株长势一致的植株,去除主茎基部第2节间叶鞘后,使用YYD-1A型植物茎秆强度仪(浙江托普云农科技股份有限公司)测定茎秆抗折力和茎秆穿刺强度。茎秆抗折力使用平压探头测定,茎秆穿刺强度使用穿刺探头测定,均以节间中部受力瞬间的最大值表示7

倒伏指数=重心高度×单茎鲜重/茎秆抗折力。

1.4.4 倒伏情况调查

参照NY/T 1301—2025《农作物品种试验信息化技术规程 小麦》32中的倒伏分级标准,并结合燕麦田间倒伏表现,将燕麦倒伏级别分为5级:1级,不倒伏;2级,倒伏角度≤30°;3级,30°<倒伏角度≤45°;4级,45°<倒伏角度≤60°;5级,倒伏角度>60°。

1.4.5 计算公式

Shannon-Wiener多样性指数参照王永康等33的方法,计算公式为:

H'=-i=1nPi ln Pi

式中:Pi为第i个等级内材料数占总材料数的比例。数量性状按平均值和标准差进行分级,共划分为1~10级。

主成分权重及综合评价值计算公式为34

Wj=Pjj=1nPj
Di=j=1nWj×Fij

式中:Wj为第j个主成分的权重;Pj为第j个主成分的方差贡献率;n为提取的主成分数量;Di为第i份种质资源的综合评价值;Fij为第i份种质资源在第j个主成分上的得分;D越大,表明该种质资源综合表现越优。

1.5 数据分析

用Excel 2019进行数据整理;采用Shannon-Wiener指数评价性状的多样性;用OriginPro 2022绘图;SPSS 25.0进行主成分分析;基于R语言cluster和stats包进行聚类分析,RandomForest包和SemPlot包构建随机森林模型和结构方程模型的可视化。

2 结果与分析

2.1 遗传变异分析

表2可知,1 018份燕麦种质的穗部指标(主穗长、穗位高、穗位系数、穗鲜重、主穗小穗数、穗铃数、主穗粒数、主穗粒重、千粒重),茎部形态指标(株高、单茎鲜重、重心高度、茎秆第1和2节间长度、茎秆壁粗、茎秆壁厚)及力学特性指标(茎秆抗折力、穿刺强度和倒伏指数)共19个指标的变异系数(CV)范围在4.57%~75.91%,平均CV为28.89%。多样性指数(Shannon-Wiener)范围在0.69~2.10,平均多样性指数为1.91,说明这些指标之间变异度丰富。其中,茎秆第2节间茎粗变异系数最大,为75.91%,穗位系数的CV最小,为4.57%;主穗小穗数的多样性指数最小,为0.69,茎秆第1节间长度的多样性指数最大,为2.10。

2.2 相关性分析

图1可知,1 018份燕麦种质的19个指标间存在不同程度的相关。在植株形态指标中,株高与穗位高、单茎鲜重、重心高度均呈极显著正相关。倒伏指数与茎秆抗折力、茎秆穿刺强度均呈极显著负相关,同时与株高、穗位高、重心高度呈显著或极显著正相关。穗鲜重与茎秆第2节间茎粗、壁厚、长度呈显著或极显著正相关。主穗长与主穗小穗数、穗铃数、主穗粒数、主穗粒重均呈极显著正相关;主穗小穗数与穗铃数、主穗粒重、主穗粒数均呈极显著正相关。此外,千粒重与主穗粒重呈极显著正相关。

2.3 主成分分析

对1 018份燕麦种质19个指标进行KMO和Bartlett球形度检验(表3),KMO为0.707,Bartlett球形度检验达到极显著水平(P<0.001),说明各指标间存在显著相关关系,适合进行主成分分析。

依据特征值>1的原则,共提取7个主成分,其累计贡献率为76.128%。主成分1(PC1)的累计贡献率是23.653%,其中株高、穗位高、单茎鲜重、重心高度等性状有较高载荷,这些性状与植株表型相关,说明PC1主要反映了燕麦植株的整体大小和重量特征(表4)。前2个主成分累计贡献率是38.087%,其中主穗粒数、穗铃数、主穗粒重、主穗小穗数等产量相关性状载荷较高,表明主成分2(PC2)主要反映了籽粒产量相关的性状。前3个主成分累计贡献率是49.800%,其中茎秆抗折力、茎秆穿刺强度、茎秆第1节间长度和第2节间茎粗等茎秆力学特征和形态指标上有较高载荷,说明主成分3主要反映了茎秆的强度和结构特征。前4个主成分累计贡献率是57.724%,其中茎秆第2节间茎粗和穗鲜重正向特征值较大,茎秆抗折力和茎秆第2节间壁厚负向特征值较大。前5个主成分累计贡献率是64.368%,其中穗位系数正向特征值最大,倒伏指数负向特征值最大。前6个主成分累计贡献率是70.630%,其中千粒重正向特征值最大,主穗小穗数负向特征值最大,说明主成分6(PC6)主要反映了籽粒产量形成的相关特征。前7个主成分累计贡献率是76.128%,其中正向特征值中茎秆穿刺强度较高,负向特征值中茎秆第1节间长度和第2节间长度较高。

2.4 聚类分析

通过肘部法确定最佳聚类数,当K=5时组内误差平方和下降趋于平缓,因此将1 018份燕麦种质材料分为5大类群(图2)。

表5可知,不同类群在穗部指标、茎部形态和茎秆力学指标上存在差异,说明各类群具有不同的性状组合特征。第Ⅰ类群有8份材料,占比为0.7%,该类群材料数量较少,表现为倒伏指数最高,茎秆第2节间壁厚表现较差,整体抗倒能力较弱,其他指标均表现一般,属于极易倒伏的一类。第Ⅱ类群包括329份材料,占比为32.3%,这一类群材料特征表现为株高较高、节间长度较长、茎秆壁厚、茎粗表现较差,倒伏指数也较高,属于高秆易倒伏品种。第Ⅲ类群包括230份材料,占比为22.5%,这一类群的特征为主穗小穗数、穗铃数、穗粒数、单茎鲜重均较高,茎秆第2节间较长,抗折力较高,这一类具有较好的抗倒伏能力。第Ⅳ类群包括264份材料,占比为25.9%,这一类群的特征为株高较其他类群矮,茎秆第2节间穿刺强度、壁厚,倒伏指数均为最低,抗倒伏能力较强,说明该类群具有株高低、重心低、节间短和倒伏指数小等特点,属于抗倒伏潜力较强的类群。第Ⅴ类群包括187份材料,占比为18.3%,这一类群的特征为穗位高、单茎鲜重、重心高度和茎秆第1、2节间长度均较高,在茎秆力学指标上具有优势,但是重心高度高也增加了倒伏的风险。

2.5 抗倒综合分析及筛选

基于前7个主成分的贡献率作为权重,计算1 018份燕麦种质综合评价值(D),并根据D对各材料进行排序,筛选排名前20的材料(表6)。其中,‘ND2135’的D最高,为9.081;‘ND1616’、‘ND1522’、‘ND2116’、‘ND2416’和‘ND2633’等材料的D也均较高,表明其在植株形态、茎秆力学指标、穗部和籽粒指标方面具有较好的综合表现。

2.6 田间倒伏情况

表7可知,仅有46份材料发生不同程度倒伏,占参试种质的4.52%,倒伏角度为5~90°,极差为85°,最大倒伏角度是最小值的18倍;倒伏级别分布在2~5级,其中2级材料8份,占17.39%;3级和4级材料各14份,占比均为30.43%;5级材料10份,占21.74%。其中,‘ND920’、‘ND1206’、‘ND1629’、‘A192’、‘ND1611’、‘ND378’、‘WL128’、‘ND384’、‘ND944’和‘ND124’这10份材料的倒伏程度均达到5级。总体来看,参试材料倒伏发生比例较低,但不同材料间在倒伏角度和倒伏等级上存在明显分化。

2.7 倒伏关键指标分析

随机森林模型结果表明,各指标对倒伏指数的解释率为0.92(图3)。其中,茎秆抗折力(BR)相对重要性最高,约为77%,达到极显著水平(P<0.001);单茎鲜重(FWP)、株高(PH)、穗位高(ER)、重心高度(HCG)、茎秆第1节间长度(BFIL)、茎秆第2节间长度(BSIL)和茎秆穿刺强度(PR)对倒伏指数的相对重要性也均达到极显著水平(P<0.001),茎秆第2节间茎粗(BSID)的相对重要性达到显著水平(P<0.05)。可见,茎秆抗折力、单茎鲜重、株高、穗位高和重心高度是影响燕麦倒伏指数的主要指标。

基于随机森林模型筛选出的主要指标构建结构方程(图4)。根据标准化路径系数,倒伏指数的结构方程可表示为:

ZLI=0.368ZPH+0.981ZHCG-0.731ZSMP+0.881ZST-0.232ZER+ε

式中:ZLI为倒伏指数标准化值;ZPH为株高标准化值;ZHCG为重心高度标准化值;ZSMP为茎秆力学特性标准化潜变量;ZST为茎秆形态标准化潜变量;ZER为穗位高标准化值;ε为残差项。

该模型可解释倒伏指数78.6%的变异(R2=0.786),比较拟合指数(CFI)为0.907,说明模型拟合效果较好。标准化路径系数显示,重心高度对倒伏指数具有极显著正向作用,路径系数为0.981,是模型中正向作用最强的直接影响因子;株高对倒伏指数也具有极显著正向直接效应,路径系数为0.368,说明植株高度增加会提高燕麦倒伏风险。茎秆力学特性对倒伏指数呈极显著负向作用,路径系数为-0.731;茎部形态特性对倒伏指数呈极显著正向作用,路径系数为0.881。此外,穗位高对倒伏指数的直接路径系数为-0.232,但未达到显著水平。

从指标间路径关系来看,株高对重心高度、穗位高和茎部形态潜变量均表现为极显著正向作用,路径系数分别为0.373、0.797和0.441。株高不仅直接影响倒伏指数,还可通过重心高度和茎部形态潜变量产生间接效应。其中,株高通过“株高→重心高度→倒伏指数”路径产生的间接效应为0.366;通过“株高→茎部形态潜变量→倒伏指数”路径产生的间接效应为0.389。株高经“株高→穗位高→倒伏指数”路径产生的间接效应为-0.185,但由于穗位高对倒伏指数的直接作用未达到显著水平,该路径不作为主要解释路径。

3 讨 论

3.1 燕麦种质资源抗倒伏能力鉴定

多性状综合评价是作物种质资源鉴定和优异资源筛选的重要方法2935。侯天钰等36在水稻中的研究指出,多指标的综合评价能够较好地反映不同种质资源间的抗逆性差异,并通过主成分分析和聚类分析筛选优异种质。杨丹丹等37对71份冬小麦苗期渗透胁迫抗性及相关农艺性状进行分析,认为多性状综合评价有助于反映不同材料间的抗逆性差异,并可用于优异种质筛选。禹海龙等38研究发现株高、重心高度及基部前3节间长度和直径在不同生育时期的相关系数均>0.8,并检测到基部第2节间强度相关位点的表型贡献率为5.85%,说明基部节间形态和茎秆力学强度是作物抗倒伏评价的重要参考指标。

本研究以1 018份燕麦种质为材料,测定穗部、茎部形态和茎秆力学特性等19个指标,在主成分分析、聚类分析和综合评价的基础上,结合随机森林模型筛选影响倒伏指数的关键指标,并利用结构方程模型解析关键指标对倒伏指数的作用路径。本研究发现株高、重心高度与倒伏指数均呈显著正相关(P<0.01,图3),说明植株高度和重心位置升高会增加燕麦的倒伏风险。但从聚类结果和综合评价结果来看,燕麦抗倒伏能力并不单纯取决于株高,而是由植株高度、重心高度、节间结构和茎秆力学强度共同决定。与其他类群相比,第Ⅳ类群表现为株高较低、重心高度较低、基部节间较短和倒伏指数最低(P<0.05,表5),说明低株高、低重心和短节间有利于降低倒伏风险,但仍需结合茎秆力学强度等指标综合评价燕麦抗倒伏能力。

因此,燕麦抗倒伏评价不宜仅以株高作为单一指标,而应综合考虑株型结构、重心位置、节间形态和茎秆力学特性。本研究结果与南铭等23和梁国玲等24的研究结论基本一致。本研究结果表明,株高和重心高度对倒伏指数具有正向作用,结构方程模型标准化路径系数分别为0.368和0.981;茎秆抗折力与倒伏指数呈极显著负相关(P<0.01,图4),且随机森林相对重要性最高,约为77%(图4)。说明株高升高和重心上移会增加倒伏风险,而提高茎秆抗折力有利于降低倒伏指数,可作为抗倒伏种质筛选的重要依据。

3.2 燕麦抗倒伏关键指标及作用路径解析

揭示抗倒伏关键指标及其作用路径,有助于提高燕麦抗倒伏种质筛选的针对性39。本研究利用随机森林模型筛选影响燕麦倒伏指数的主要指标,结果表明茎秆抗折力、单茎鲜重、株高、穗位高和重心高度对倒伏指数的相对重要性较高,分别约为77%、39%、34%、26%和25%(图3)。其中,茎秆抗折力的重要性最高,说明茎秆力学强度是影响燕麦倒伏指数的关键指标。相关分析也表明,倒伏指数与茎秆抗折力、茎秆穿刺强度均呈极显著负相关(P<0.01,图1),说明提高茎秆力学强度有利于降低倒伏风险。该结果与宋艳艳等25和胡伟等39的研究结论基本一致。

茎秆形态结构也与抗倒伏能力密切相关23。本研究发现,第2节间茎粗和第2节间茎壁厚均与茎秆抗折力呈极显著正相关(P<0.01),说明较粗的茎秆和较厚的茎壁均有助于提高茎秆机械支撑能力。该结果与桑瑞娟等40的研究结论一致。说明燕麦倒伏并非由单一力学指标决定,而是受茎秆粗度、茎壁厚、节间结构和力学强度共同影响。

随机森林模型能够反映不同指标对倒伏指数的相对贡献,但难以区分直接作用和间接作用13。本研究构建的结构方程模型解析关键指标作用路径的结果表明,株高和重心高度对倒伏指数具有正向作用,标准化路径系数分别为0.368和0.981;茎秆力学潜变量对倒伏指数具有负向作用,标准化路径系数为-0.731,模型可解释倒伏指数78.6%的变异(P<0.05,图4)。说明植株高度增加和重心位置上移会使燕麦倒伏指数升高,而茎秆抗折力和穿刺强度增强有助于降低倒伏指数。该结果与Kashiwagi等41在水稻中关于茎秆结构和抗倒伏能力关系的研究结论相呼应。

结构方程模型表明,株高不仅可直接影响倒伏指数,还可通过提高重心高度间接影响倒伏指数,间接效应约为0.370(P<0.05,图4)。随机森林模型中穗位高的相对重要性约为26%(P<0.001,图3),结构方程模型中株高对穗位高的路径系数为0.797(P<0.05,图4),说明穗部位置与植株高度、重心分布及倒伏风险存在密切联系。穗位升高会使植株上部负荷位置上移,可能增加植株受力不稳定性,从而提高倒伏风险,这与玉米中穗位高、穗位系数影响倒伏的研究结论相似42-43

综上,利用随机森林模型和结构方程模型分析表明,茎秆抗折力、株高和重心高度是影响燕麦倒伏指数的关键指标。其中,茎秆抗折力增强有利于降低倒伏指数,而株高增加和茎秆重心上移会增加倒伏风险。因此,较低的株高和重心高度、较高的茎秆抗折力和穿刺强度可作为燕麦抗倒伏种质筛选的重要依据。

4 结 论

对1 018份燕麦种质资源的19个指标进行综合分析发现,各指标之间变异度丰富,变异系数(CV)范围在4.57%~75.91%,Shannon-Wiener指数范围在0.69~2.10。采用随机森林模型和结构方程模型分析发现,茎秆抗折力、株高和重心高度是影响燕麦倒伏指数的关键指标,其相对重要性分别为77%、34%和25%,株高和重心高度对倒伏指数具有正向影响,路径系数分别为0.368和0.981;茎秆力学特性对倒伏指数具有负向影响,路径系数为-0.731。聚类分析将供试材料划分为5个类群,其中第Ⅳ类群均为低重心、短节间、高茎秆力学强度的抗倒伏种质,包括‘ND2116’、‘ND2633’、‘ND2208’、‘ND139’、‘ND2581’和‘ND1595’,可作为燕麦抗倒伏性状改良的优异种质材料。

参考文献

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基金资助

燕麦全产业链科技创新团队(BR22-12-05)

内蒙古自治区直属高校基本科研业务费项目(BR22-11-15)

国家燕麦荞麦产业技术体系(CARS-07)

内蒙古自治区燕麦工程实验室能力建设项目(BR221023)

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