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花生根系生长特性、生物量、收获指数与产量关系的研究

花匠小妙招
2025-08-28 02:08

许婷婷，石程仁，张扬，丁红*，张智猛*

(1.山东省花生研究所，山东青岛 266100； 2.青岛市黄岛区植物保护站，山东青岛 266400)

作物收获期生物量和收获指数(harvest index，HI)是重要的产量因子，国内外学者对二者的相关性开展了大量的研究。前人的研究结果不尽相同，有研究表明生物量与产量具有稳定的正相关关系，但也有不相关的报道；有研究表明收获指数与产量呈正相关，亦有负相关报道[1-2]。研究结果不一致或相互矛盾的一个可能原因是所用材料不同，同时受环境因素的制约[3]。收获指数是作物的经济产量占生物产量的比例，反映了作物生物产量转运为经济产品的能力，是评价作物品种产量水平和栽培成效的一个重要指标。收获指数的高低仅表明生物产量转运到经济产品器官中的比例，并不表明经济产量的高低[4]。在总体生物量一定的条件下，提高收获指数是增产的重要途径[5]。收获指数随品种改良和栽培措施改进而不断提高，体现了作物生产科技水平，提高收获指数是品种改良的主要目标之一[6]。

收获指数有较高的遗传力，同时也受环境条件制约，不同作物品种收获指数不同[7]，收获指数可以作为评价同一熟期大豆种质丰产性的指标之一[8]，不同基因型玉米品种的收获指数受土壤水分状况的影响，不同水分梯度下变动范围为0.35～0.62[9]。小麦HI与单穗质量、产量和穗粒数有明显正效应，而生物产量对其有负效应，因此可通过选育生物产量不宜过大，而穗粒数较高、单穗质量较大的小麦品种来提高小麦收获指数[10]。油菜的经济产量主要受生物产量的影响，粒茎重和粒枝重对收获指数的影响较大，须具有较高生物产量的基础上提高收获指数才有意义；其收获指数与单株产量、角粒数、单株角果数、一次分枝数、主序长度、株高等农艺性状均呈极显著正相关[11]，在生物产量相当的情况下，适当控制茎秆重有利于油菜产量的提高[12]。卢坤等[13]研究表明，光照充足的环境下，主序角果数和单株经济产量是提高油菜HI的关键，要适当控制生物产量；而寡日照环境下HI 构成复杂，严格控制生物产量才能实现HI的提高。谢光辉等[14]分析表明，6个省份花生收获指数为0.41～0.54，全国平均数为0.50，但关于花生产量与收获指数间及其与其他相关性状间的关系研究报道较少。

本研究以不同花生产区近年来的主栽花生品种为供试材料，分析不同花生品种根系生长特性、收获指数、生物产量、经济产量的差异及其相关关系，为花生高产栽培与育种研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为20个花生品种，分别为：锦花5号、花育28号、花育22号、豫花41号、冀花12号、桂花红166、远杂9847、阜花13号、深花6号、花育16号、花育33号、丰花5号、鲁花10号、冀花6号、冀花8号、粮花2号、冀花9号、泉花808、花32和花育23号。

1.2 试验方法

试验于2014年在山东省花生研究所莱西试验站栽培池内进行，使用PVC圆筒制成可拆卸的直径40 cm、高100 cm的圆柱桶进行模拟大田栽培种植的土柱试验。每个土柱内种植两株花生，随机排列，重复3次。播种前土壤相对含水量为田间持水量的75%，以保证安全出苗。于5月4日播种，9月15日收获，田间管理按当地高产栽培要求进行。

1.3 样品采集与指标测定

收获时将土柱挖出，打开PVC管后将土柱置于特制的、孔径为1.00 mm的钢筛上，用剪刀于根茎分离处剪下根系进行根茎的分离，小心抖落根际土壤并将根系拣出。所采集根系先置于冰盒中，然后带回室内冲洗干净后置于冰箱中备用。利用排水法测定根系总体积；整个土柱的花生植株地上部和根系于105℃烘箱杀青30 min后，70℃烘干至恒重测定生物产量；荚果在收获期以土柱为单位收获，荚果晒干后放入室内平衡10 d，称量记产，并计算收获指数。

1.4 数据统计与分析

采用SPSS 19.0对数据进行多元统计分析。采用Pearson法进行相关性分析，Ward法进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 根系和地上部性状分析

表1可知，供试的20个品种的根系体积和生物量变异系数较大，根冠比的变异系数最小，地上部生物量的变异系数最大。花育16号的根系体积最大，为根系体积最小的鲁花10号的3.75倍，波动范围为平均值的94.25%；根系生物量最大值为花育22号，最小值亦为鲁花10号，其变化幅度与根系体积相似。20个品种中，深花6号的地上部生物量最高，为12.70 g，桂花红166最低，最大值与最小值之间相差1.97倍，波动范围为平均值的105.93%。与地上部生物量的变化不同，桂花红166的根冠比最大，为0.18，鲁花10号的根冠比最小，两者的波动范围为平均值的78.57%。

表 1 20个品种的根系和地上部性状

2.2 经济产量、生物产量和收获指数分析

20个供试品种中，深花6号经济产量最高，为12.48 g，桂花红166最低，最大值与最小值相差1.62倍，波动范围为平均值的89.98%(表2)。单株生物产量的最大值和最小值所属品种与单株经济产量相一致，两者相差1.74倍，波动范围为平均值的96.41%。锦花5号收获指数最高，花育23号的最低。收获指数波动范围为平均值的13.04%，为单株经济产量、生物产量和收获指数三者之中波动最小的。收获指数的变异系数最小，经济产量变异系数最大，说明在参试花生品种间收获指数变异幅度最小，经济产量变异幅度最大。

表2 20个花生品种经济产量、生物产量、收获指数及其变异

2.3 经济产量、生物产量和收获指数的聚类分析

供试20个花生品种通过经济产量、生物产量和收获指数进行系统聚类分析(附图)。供试花生品种遗传距离为5时可分为5类：第Ⅰ类包括花育16号、花育33号、丰花5号和冀花6号；第Ⅱ类有粮花2号、花育22号、豫花41号和冀花12号；第Ⅲ类有泉花808号、花育23号和冀花9号；第Ⅳ类有远杂9847、阜花13号和冀花8号；第Ⅴ类为深花6号、鲁花10号、花32、桂花红166、花育28号和冀花5号。

表3可知，5种类型中第Ⅰ类为经济产量较高，生物产量最高，收获指数较高；第Ⅱ类为经济产量最高，生物产量低于第Ⅰ类，收获指数高；第Ⅲ类为经济产量最低，生物产量低，收获指数低；第Ⅳ类为经济产量、生物产量及收获指数均中等水平；第Ⅴ类为经济产量低，但高于第Ⅲ类，生物产量最低，收获指数最高。

附图 20个花生品种的聚类分析Fig. Cluster analysis of 20 peanut varieties

分类Classification经济产量/(g/plant)Economic yield生物产量/(g/plant)Biomass yield收获指数Harvest index 第Ⅰ类Class Ⅰ9.9111.850.46第Ⅱ类Class Ⅱ9.9810.930.47第Ⅲ类Class Ⅲ7.108.480.45第Ⅳ类Class Ⅳ8.439.800.46第Ⅴ类Class Ⅴ7.578.260.47

表4 供试花生品种性状间的相关性分析

2.4 各性状间的相关性分析

由表4可知，收获指数与根系体积、根系生物量、生物产量及经济产量均无显著相关效应。根系是植物的重要组成部分，根系体积与根系生物量、生物产量及经济产量呈极显著正相关。根系生物量与生物产量及经济产量呈显著正相关，且生物产量与经济产量亦呈显著正相关，与收获指数呈负相关。

3 讨论与结论

变异系数是衡量各性状表现差异程度、变异范围的量。本研究表明，供试花生品种的生物产量和经济产量的变异系数远远大于收获指数，表明花生品种的产量改良潜力大于收获指数，与刘兆晔等对小麦的研究结果相一致[15]。长期以来，作物收获指数不断提高是增加作物产量的主要途径[14]。对参试花生品种经济产量、生物产量和收获指数聚类分析，将其分为5类。从聚类后的平均值可知，单株经济产量和生物产量较高的是第Ⅰ类和第Ⅱ类，收获指数较高的是第Ⅱ类和第Ⅴ类。将第Ⅰ类、第Ⅱ类与第Ⅲ类、第Ⅳ类分别相比，前者的经济产量、生物产量和收获指数均大于后者。由此表明，花生经济产量的提高主要是通过提高生物产量而实现的，在低生物产量的基础上提高收获指数没有很大意义，只有在生物产量高的情况下提高收获指数才有一定的意义。

收获指数的提高受遗传与环境影响，同时与农艺性状之间也有密切的关系。本试验分析了20个花生品种的根系体积、根系生物量、经济产量、生物产量及收获指数之间的相关性。结果表明：花生根系体积与收获指数无相关性，但与其他指标呈极显著正相关。花生收获期生物产量与经济产量呈显著正相关，而与收获指数呈负相关关系，与大豆的研究相一致[3]。由此表明花生生物产量对经济产量的作用大于收获指数的影响。高生物学产量是实现高经济产量的保证，也是实现高收获指数的生理基础。由此可知，花生生物产量的遗传潜力及与经济产量的密切程度大于收获指数，说明提高花生产量的途径是维持现有收获指数水平，主要通过提高生物产量，协调提高二者之间的关系来实现。