面向矮秆玉米:植株高度对玉米抗倒伏性的影响


发布时间:

2023-07-13

来源:

植物表型资讯

作者:

PhenoTrait

背景

秸秆倒伏是作物由于外部载荷(如风力)导致的结构性破坏。小型(即矮化)的小麦和稻米品种已经显示出在减少秆倒发生率方面的潜力。然而,类似的矮化在大粒作物如玉米和高粱中通常伴随着不理想的商业特征,包括显著降低的粮食产量。本文的目的是量化玉米植株高度与抗倒伏性之间的关系,以更好地了解矮秆玉米品种对抗倒伏性的潜在影响。

 

结果

工程分析和实验田间研究的结果均表明,植株高度和抗倒伏性之间存在近乎1:1的关系。这些数据支持了工程分析的有效性,并暗示作物倒伏发生率与植株高度之间存在近乎线性的关系。

 

结论

植株高度对作物抗倒伏性具有直接可量化的影响,因为它影响着植株茎部所受的弯曲应力。本研究提供了工程分析,并通过田间实验支持,解释了这种近乎线性的1:1关系的原因。

 

图1 直观描述倒伏阻力、株高和强度之间存在的主要关系。箭头表示依赖关系。例如,杆的弯曲阻力取决于杆的极限弯曲强度和外部施加的弯矩。

 

图片图2 风荷载对玉米秸秆的影响可以通过将玉米秸秆视为施加到植物顶部(左)的单点荷载的悬臂梁来大致近似(即建模)。如弯矩图(右)所示,这种加载条件产生的机械弯矩从设备顶部(即悬臂梁的自由端)的0线性增加到设备底部(即悬臂梁固定端)的最大值。

 

图3 计算玉米秸秆上的风荷载的更准确方法将秸秆视为承受多点荷载Fi(z)而非单点荷载的悬臂梁。该模型假设叶片上的阻力在叶片附着点传播到茎上。图的右侧部分显示了具有相同负载的同一秸秆的缩放版本。

 

图4. 玉米秸秆承受连续风荷载函数f(z)而非离散点荷载的示意图(左)。比例图显示了相同的杆和风荷载函数,但在z方向上拉伸(右)。

 

图5. 估计倒伏倾向与株高之间的关系。抗倒伏的安全系数(即给定杂交品种的倒伏倾向)可以与弯曲强度和高度相关,如下所示:安全系数= 强度x高度α。工程分析表明,α的值接近− 1.1,我们通过混合效应模型,使用倒伏发生率数据、弯曲强度数据和作为大型多年田间试验一部分收集的株高数据,根据经验确定了α的值。该经验数据分析的结果如上图所示,为实验现场数据的对数似然值α。在给定弯曲强度和株高的情况下,最能解释倒伏发生率的α的最佳值为− 1.14(用红线表示)。

 

 图6 本研究包括48个在不同环境中生长的杂交品种的茎倒伏发生率分布。2017年,杂交品种的茎倒伏发生率中位数按递增顺序排列。在每个方框图中,水平线表示中位数,方框的下端和上端分别对应于观测数据的第25个和第75个百分位数。方框下端和上端的胡须尖端分别代表观测数据的第10个和第90个百分位数,点表示异常值。

 

 

来 源

Stubbs C J, Kunduru B, Bokros N, et al. Moving toward short stature maize: The effect of plant height on maize stalk lodging resistance[J]. Field Crops Research, 2023, 300:109008.

 

https://doi.org/10.1016/j.fcr.2023.109008

 

编辑

小王博士在努力
 

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