Traits correlated with lodging resistance of oat strains in the alpine region

doi:10.11686/cyxb2020022

Abstract

Abstract:

The aim of this study was to identify the traits affecting the lodging resistance of oats （Avena sativa）. We analyzed 25 traits in lodging-resistant oat germplasm lines （QYJ301， QYJ386， QYJ322， QYJ986， QYJ211） and lodging-susceptible oat germplasm lines （QYJ272， QYJ224， QYJ288， QYJ320， QYJ280， QYJ055） from the alpine region. Several traits differed significantly （P<0.05） or extremely significantly （P<0.01） between the lodging-resistant group and the lodging-susceptible group， including plant height （lodging-resistant group： 103.00-117.40 cm； lodging-susceptible group： 125.80-144.18 cm）， ear length （lodging-resistant group： 17.82-21.94 cm； lodging-susceptible group： 23.82-27.10 cm）， height of center of gravity （lodging-resistant group： 50.24-56.34 cm； lodging-susceptible group： 56.70-59.24 cm）， ear height （lodging-resistant group： 84.54-95.46 cm； lodging-susceptible group： 98.80-117.08 cm）， internode length， stem diameter， stem position coefficient， lodging index， and mechanical properties. The oat germplasm lines with different lodging properties performed differently in terms of lodging resistance-related traits. Cluster analysis was performed for the 22 lodging-resistance related traits showing significant differences between resistant and susceptible oat resources. A relative distance of 10 was used to divide the 11 oat germplasm lines into two categories， namely the lodging-resistant group and the lodging-susceptible group. Plant height， ear length， height of center of gravity， ear height， stem position coefficient， and mechanical properties at the base of the stem all showed significant （P<0.05） or extremely significant （P<0.01） correlations with lodging index. Because these traits affect the lodging resistance of oats， they can be used as important indexes of lodging resistance.

Key words: alpine region, oat, phenotypic traits, mechanical traits

Jing YANG, Wen-hui LIU, Guo-ling LIANG, Zhi-feng JIA, Kai-qiang LIU, Yan ZHANG, Rui WU, Yu-jie YANG. Traits correlated with lodging resistance of oat strains in the alpine region[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2020, 29(12): 50-60.

Figures/Tables 11

References 30

1	Wang L. Effect of different cultivating methods on growth and yield of oat. Hohhot： Inner Mongolia Agricultural University， 2009.
	王林. 不同栽培措施对燕麦生长发育及产量影响. 呼和浩特：内蒙古农业大学， 2009.
2	Kelbert A J， Spaner D， Briggs K， et al. The association of culm anatomy with lodging susceptibility in modern spring wheat genotypes. Euphytica， 2004， 136（2）： 211-221.
3	Chen X G. Relationship between stem characteristics and lodging and its regulation study in wheat. Tai’an： Shandong Agricultural University， 2011.
	陈晓光. 小麦茎秆特征与倒伏的关系及调控研究. 泰安：山东农业大学， 2011.
4	Ma Q H. The expression of caffeic acid 3-O-Methyltransferase in two wheat genotypes differing in lodging resistance. Japanese Journal of Veterinary Research， 2009， 60（9）： 2763-2771.
5	Wang J， Zhu J M， Un Q Q. Effects of stem structure and cell wall components on bending strength in wheat. Chinese Science Bulletin， 2006， 51（7）： 815-823.
6	Ma Q H. Functional analysis of a cinnamyl alcohol dehydrogenase involved in lignin biosynthesis in wheat. Journal of Experimental Botany， 2010， 61（10）： 2735-2744.
7	Liang G L， Zhang Y C， Jia Z F， et al. A study of the relation between phenotypic trait， stem mechanical traits and lodging resistance of oat varieties for alpine regions. Acta Prataculturae Sinica， 2019， 28（4）： 58-69.
	梁国玲，张永超，贾志锋，等. 高寒区不同燕麦品种（系）表型性状和茎秆力学特征与抗倒伏性的关系研究. 草业学报， 2019， 28（4）： 58-69.
8	Chen Y J， Zhou Q P， Sun J， et al. Comparison of lodging resistance among different oats （Avena sativa L.）. Crops， 2016（5）： 44-49.
	陈有军，周青平，孙建，等. 不同燕麦品种田间倒伏性状研究. 作物杂志， 2016（5）： 44-49.
9	Liu G， Zhao G Q. Application of the grey systematic theory to integrated evaluation of lodging resistance in oat. Pratacultural Science， 2006， 23（10）： 23-27.
	刘刚，赵桂琴. 灰色系统理论在燕麦抗倒伏综合评价中的应用. 草业科学， 2006， 23（10）： 23-27.
10	Nan M， Zhao G Q， Li J， et al. Research of lodging-resistance and the stem morphological characteristics of different Avena sativa varieties. Acta Agrestia Sinica， 2018， 26（6）： 1382-1391.
	南铭，赵桂琴，李晶，等. 不同燕麦品种茎秆形态特征与抗倒伏性的关系. 草地学报， 2018， 26（6）： 1382-1391.
11	Li G H， Zhong X H， Tian K， et al. Effect of nitrogen application on stem lodging resistance of rice and its morphological and mechanical mechanisms. Scientia Agricultura Sinica， 2013， 46（7）： 1323-1334.
	李国辉，钟旭华，田卡，等. 施氮对水稻茎秆抗倒伏能力的影响及其形态和力学机理. 中国农业科学， 2013， 46（7）： 1323-1334.
12	Bian D H， Liu M X， Niu H F， et al. Effect of nitrogen application times on stem traits and lodging of summer maize （Zea mays L.） in the Huang-Huai-Hai Plain. Scientia Agricultura Sinica， 2017， 50（12）： 2294-2304.
	边大红，刘梦星，牛海峰，等. 施氮时期对黄淮海平原夏玉米茎秆发育及倒伏的影响. 中国农业科学， 2017， 50（12）： 2294-2304.
13	Gu L M， Qiao J F， Zhang M W， et al. Effect of planting density on stalk characteristics and lodging-resistant capacity of different density-resistant summer maize varieties. Journal of Maize Sciences， 2017， 25（5）： 91-97.
	谷利敏，乔江方，张美微，等. 种植密度对不同耐密夏玉米品种茎秆性状与抗倒伏能力的影响. 玉米科学， 2017， 25（5）： 91-97.
14	Ren B Z， Zhang J W， Li X， et al. Effects of waterlogging on stem lodging resistance of summer maize under field conditions. Scientia Agricultura Sinica， 2013， 46（12）： 2440-2448.
	任佰朝，张吉旺，李霞，等. 大田淹水对高产夏玉米抗倒伏性能的影响. 中国农业科学， 2013， 46（12）： 2440-2448.
15	Lei X L， Liu L， Gou W， et al. Effects of planting methods on culm lodging resistance of Indica hybrid rice （Oryza sativa L.）. Acta Agronomica Sinica， 2013， 39（10）： 1814-1825.
	雷小龙，刘利，苟文，等. 种植方式对杂交籼稻植株抗倒伏特性的影响. 作物学报， 2013， 39（10）： 1814-1825.
16	Ma J，Ma W B，Tian Y H， et al. The culm lodging resistance of heavy panicle type of rice. Acta Agronomica Sinica， 2004， 30（2）： 143-148.
	马均，马文波，田彦华，等. 重穗型水稻植株抗倒伏能力的研究. 作物学报， 2004， 30（2）： 143-148.
17	Ookawat， Shi Y B， Lü W Y. Variety differences in stem physical properties affecting lodging resistance in rice. Saline Use， 1995（2）： 46-48.
	大川太一郎，石原邦，吕文彦. 影响水稻抗倒伏性的茎秆物理性状的品种间差异. 盐碱地利用， 1995（2）： 46-48.
18	Cai Z Q. A study on culm breaking-resistant strength and relevant culm traits of rice. Nanning： Guangxi University， 2008.
	蔡中全. 水稻茎秆抗折力及其相关性状研究. 南宁：广西大学， 2008.
19	Yang S R， Zhang L B， Chen W F， et al. Theories and methods of rice breeding for maximum yield. Acta Agronomia Sinica， 1996（3）： 295-304.
	杨守仁，张龙步，陈温福，等. 水稻超高产育种的理论和方法. 作物学报， 1996（3）： 295-304.
20	Zhu X K， Wang X J， Guo K Q， et al. Stem characteristics of wheat with stem lodging and effects of lodging on grain yield and quality. Journal of Triticeae Crops， 2006， 26（1）： 87-92.
	朱新开，王祥菊，郭凯泉，等. 小麦倒伏的茎秆特征及对产量与品质的影响. 麦类作物学报， 2006， 26（1）： 87-92.
21	Liang G L， Liu W H， Qin Y， et al. Study of correlation between biomass composition， stem traits and lodging in different oats resources. Acta Agrestia Sinica， 2019， 27（5）： 1339-1346.
	梁国玲，刘文辉，秦燕，等. 不同燕麦资源生物量构成和茎秆特征与倒伏间的相关性研究. 草地学报， 2019， 27（5）： 1339-1346.
22	Wang D， Ding W H， Feng S W， et al. Stem characteristics of different wheat varieties and its relationship with lodging-resistance. Chinese Journal of Applied Ecology， 2016， 27（5）： 159-165.
	王丹，丁位华，冯素伟，等. 不同小麦品种茎秆特性及其与抗倒性的关系. 应用生态学报， 2016， 27（5）： 159-165.
23	Hu H， Li S S， Hua H， et al. Research on stalk morphological structure characteristics and its relationship between with the lodging of different wheat varieties. Journal of Triticeae Crops， 2017， 37（10）： 83-88.
	胡昊，李莎莎，华慧，等. 不同小麦品种主茎茎秆形态结构特征及其与倒伏的关系. 麦类作物学报， 2017， 37（10）： 83-88.
24	Kaack K， Schwarz K U， Brander P E. Variation in morphology， anatomy and chemistry of stems of miscanthus genotypes differing in mechanical properties. Industrial Crops & Products， 2003， 17（2）： 131-142.
25	Liu X， Xie R Z， Niu X K， et al. Effect of planting density on lodging resistance performance of maize varieties of different eras in North-east China. Crops， 2012（5）： 132-136.
	刘鑫，谢瑞芝，牛兴奎，等. 种植密度对东北地区不同年代玉米生产主推品种抗倒伏性能的影响. 作物杂志， 2012（5）： 132-136.
26	An Z C， Huang Y F， Zhao Y N， et al. Relationship between plant nitrogen nutrition and lodging of winter wheat. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers， 2018， 24（3）： 751-757.
	安志超，黄玉芳，赵亚南，等. 植株氮营养状况与冬小麦倒伏的关系. 植物营养与肥料学报， 2018， 24（3）： 751-757.
27	Nan M， Zhao G Q， Chai J K. Study on lodging resistance of 20 forage oat （Avena sativa） varieties. Grassland and Turf， 2019， 39（5）： 62-68.
	南铭，赵桂琴，柴继宽. 20份饲草型燕麦品种的抗倒伏性研究. 草原与草坪， 2019， 39（5）： 62-68.
28	Cheng F L. Effects of plant density， potash fertilizer on lodging resistance ability of summer maize. Baoding： Heibei Agricultural University， 2010.
	程富丽. 密度和钾肥对夏玉米抗倒伏能力影响的研究. 保定：河北农业大学， 2010.
29	Feng G， Jing X Q， Li Y Y， et al. Correlation and path analysis of lodging resistance with maize stem characters. Acta Agriculturae Boreali-Sinica， 2010， 25（8）： 72-74.
	丰光，景希强，李妍妍，等. 玉米茎秆性状与倒伏性的相关和通径分析. 华北农学报， 2010， 25（8）： 72-74.
30	Dunn G J， Briggs K G. Variation in culm anatomy among barley cultivars differing in lodging resistance. Canadian Journal of Botany， 1989， 67（6）： 1838-1843.

资源名称Resource name	资源编号Resource number	资源属性Resource attributes	倒伏情况Lodging condition	来源信息Source information
Rex	青永久301 QYJ301	皮燕麦A. sativa	抗倒伏Lodging-resistance	丹麦Denmark
Trophee	青永久386 QYJ386	皮燕麦A. sativa	抗倒伏Lodging-resistance	丹麦Denmark
Stal sv.	青永久322 QYJ322	皮燕麦A. sativa	抗倒伏Lodging-resistance	丹麦Denmark
-	青永久986 QYJ986	皮燕麦A. sativa	抗倒伏Lodging-resistance	挪威Norway
Binder	青永久211 QYJ211	皮燕麦A. sativa	抗倒伏Lodging-resistance	丹麦Denmark
Nova abed	青永久272 QYJ272	皮燕麦A. sativa	易倒伏Lodging-susceptible	丹麦Denmark
Comewell	青永久224 QYJ224	皮燕麦A. sativa	易倒伏Lodging-susceptible	丹麦Denmark
Plougftrup	青永久288 QYJ288	皮燕麦A. sativa	易倒伏Lodging-susceptible	丹麦Denmark
Skansk provsti	青永久320 QYJ320	皮燕麦A. sativa	易倒伏Lodging-susceptible	丹麦Denmark
Pajbjerg	青永久280 QYJ280	皮燕麦A. sativa	易倒伏Lodging-susceptible	丹麦Denmark
-	青永久055 QYJ055	皮燕麦A. sativa	易倒伏Lodging-susceptible	罗马尼亚Romania

资源名称Resource name	资源编号Resource number	资源属性Resource attributes	倒伏情况Lodging condition	来源信息Source information
Rex	青永久301 QYJ301	皮燕麦A. sativa	抗倒伏Lodging-resistance	丹麦Denmark
Trophee	青永久386 QYJ386	皮燕麦A. sativa	抗倒伏Lodging-resistance	丹麦Denmark
Stal sv.	青永久322 QYJ322	皮燕麦A. sativa	抗倒伏Lodging-resistance	丹麦Denmark
-	青永久986 QYJ986	皮燕麦A. sativa	抗倒伏Lodging-resistance	挪威Norway
Binder	青永久211 QYJ211	皮燕麦A. sativa	抗倒伏Lodging-resistance	丹麦Denmark
Nova abed	青永久272 QYJ272	皮燕麦A. sativa	易倒伏Lodging-susceptible	丹麦Denmark
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Plougftrup	青永久288 QYJ288	皮燕麦A. sativa	易倒伏Lodging-susceptible	丹麦Denmark
Skansk provsti	青永久320 QYJ320	皮燕麦A. sativa	易倒伏Lodging-susceptible	丹麦Denmark
Pajbjerg	青永久280 QYJ280	皮燕麦A. sativa	易倒伏Lodging-susceptible	丹麦Denmark
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品系 Cultivar	资源编号 Resource number	株高 PH (cm)	穗长 LE (cm)	穗位高 EH (cm)	重心高度GCH (cm)	穗高系数 EPC (%)
抗倒伏组 Lodging-resistance (LRC)	QYJ301	105.18±5.64bc	20.64±1.14ab	84.54±5.29b	56.34±0.88a	80.35±1.14b
	QYJ386	112.06±7.10ab	20.44±0.56b	91.62±7.21ab	54.72±1.49b	81.70±1.28ab
	QYJ322	123.40±3.72a	21.94±0.83a	95.46±3.95a	54.52±0.94b	82.19±0.94a
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	QYJ211	103.00±6.88c	17.82±1.76c	85.18±5.30b	51.64±0.69c	82.72±0.77a
	F（组内In the group）	5.205^**	10.029^**	3.741^*	27.630^**	3.687^*
易倒伏组 Lodging-susceptible (LSC)	QYJ272	140.72±5.46a	23.82±0.46b	116.90±5.39a	56.70±3.74a	83.05±0.68a
	QYJ224	126.00±2.26b	24.72±0.99b	101.28±3.22b	58.36±4.44a	80.37±1.12c
	QYJ288	125.80±4.17b	27.00±0.79a	98.80±4.30b	59.24±0.70a	78.52±0.97d
	QYJ320	139.38±9.34a	26.52±1.04a	112.86±9.38a	58.28±2.81a	80.90±1.49bc
	QYJ280	139.38±8.91a	24.78±1.60b	114.60±9.28a	57.72±5.55a	82.15±1.76ab
	QYJ055	144.18±2.74a	27.10±0.86a	117.08±2.36a	57.08±4.98a	81.20±0.49bc
	F（组内 In the group）	8.368^**	9.352^**	8.292^**	0.264^NS	8.870^**
	F（组间 Between group）	136.749^**	157.230^**	90.737^**	25.116^**	2.916^NS

品系 Cultivar	资源编号 Resource number	株高 PH (cm)	穗长 LE (cm)	穗位高 EH (cm)	重心高度GCH (cm)	穗高系数 EPC (%)
抗倒伏组 Lodging-resistance (LRC)	QYJ301	105.18±5.64bc	20.64±1.14ab	84.54±5.29b	56.34±0.88a	80.35±1.14b
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	F（组内In the group）	5.205^**	10.029^**	3.741^*	27.630^**	3.687^*
易倒伏组 Lodging-susceptible (LSC)	QYJ272	140.72±5.46a	23.82±0.46b	116.90±5.39a	56.70±3.74a	83.05±0.68a
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品系 Cultivar	资源编号 Resource number	茎粗 SD (mm)		秆壁厚 CWT (mm)		节长 LNI (cm)		茎粗系数 SPC (%)
品系 Cultivar	资源编号 Resource number	第二节 SD₂	第三节 SD₃	第二节 CWT₂	第三节 CWT₃	第二节 LNI₂	第三节 LNI₃	第二节 SPC₂	第三节 SPC₃
抗倒伏组 LRC	QYJ301	0.446±0.033a	0.470±0.031a	0.076±0.007ab	0.060±0.011b	12.34±1.38a	16.32±1.44ab	0.42±0.03a	0.45±0.02a
	QYJ386	0.398±0.044a	0.480±0.017a	0.081±0.008a	0.058±0.007b	12.30±1.41a	15.42±2.07b	0.35±0.03b	0.43±0.01a
	QYJ322	0.425±0.037a	0.500±0.034a	0.087±0.019a	0.071±0.010a	11.60±1.38a	15.90±2.66b	0.34±0.03b	0.40±0.01a
	QYJ986	0.397±0.033a	0.464±0.037a	0.063±0.012b	0.055±0.009b	10.56±1.08a	15.06±1.14b	0.37±0.04b	0.43±0.03a
	QYJ211	0.395±0.022a	0.437±0.017a	0.064±0.012b	0.057±0.008b	11.22± 2.60a	19.46±3.76a	0.38±0.01ab	0.43±0.03a
	F(组内 In the group）	1.901^NS	2.856^NS	3.880^*	4.165^*	1.029^NS	2.677^NS	5.456^**	2.229^NS
易倒伏组 LSC	QYJ272	0.333±0.024c	0.380±0.016b	0.078±0.011a	0.068±0.003ab	11.04±3.15c	15.00±1.48b	0.24±0.02c	0.27±0.02c
	QYJ224	0.416±0.042a	0.420±0.011a	0.072±0.016a	0.054±0.005c	13.26±1.67bc	19.38±1.40a	0.33±0.03a	0.33±0.01a
	QYJ288	0.360±0.049bc	0.364±0.037b	0.066±0.004a	0.061±0.008bc	13.68±0.55bc	18.84±1.12a	0.29±0.03b	0.29±0.03bc
	QYJ320	0.386±0.024ab	0.435±0.033a	0.084±0.015a	0.072±0.006a	12.12±1.56bc	15.60±1.94b	0.28±0.02b	0.31±0.03ab
	QYJ280	0.410±0.013ab	0.372±0.025b	0.054±0.010a	0.040±0.008d	17.78±1.18a	20.74±1.45a	0.30±0.02ab	0.27±0.01c
	QYJ055	0.409±0.050ab	0.418±0.018a	0.072±0.026a	0.053±0.008c	14.76±2.51b	19.18±2.92a	0.28±0.04b	0.29±0.01bc
	F(组内 In the group）	4.400^**	6.868^**	2.272^NS	15.032^**	7.130^**	7.927^**	5.487^**	9.710^**
	F(组间 Between group）	4.479^*	59.964^**	0.340^NS	1.445^NS	11.475^**	5.335^*	72.266^**	325.140^**