機(jī)收理想油菜品種的選育特征

關(guān)周博， 董育紅， 田建華， 張耀文，2

(1.陜西省雜交油菜研究中心/國(guó)家油料作物改良中心陜西油菜分中心，陜西楊凌 712100； 2.中國(guó)科學(xué)院植物研究所光生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100093)

甘藍(lán)型油菜作為一種油料作物，在我國(guó)植物油供給中占有重要的地位。盡管油菜在我國(guó)的種植歷史不長(zhǎng)，但是其播種面積和產(chǎn)量已居于各油料作物之首，已成為國(guó)民重要的食用油料來(lái)源。我國(guó)常年種植面積約為667萬(wàn)hm2，占世界種植面積的33.3%，是目前全球最大的油菜生產(chǎn)國(guó)，但我國(guó)每年對(duì)植物油的需求大，自給率不足40%，須大量進(jìn)口才能滿足國(guó)民的需求，近年來(lái)對(duì)菜籽油需求逐年提高，因此發(fā)展油菜可持續(xù)性的生產(chǎn)對(duì)我國(guó)植物油的安全保障尤為重要[1-4]。在我國(guó)油菜主產(chǎn)區(qū)長(zhǎng)江流域，多數(shù)是油菜與水稻輪作倒茬，由于耕作制度的限制，傳統(tǒng)的油菜栽培方式以育苗移栽為主，油菜制種密度小，植株生長(zhǎng)高大，單株產(chǎn)量較高，但在移栽和收獲時(shí)卻費(fèi)時(shí)費(fèi)工，投入勞動(dòng)力成本過(guò)高，特別是在目前大量農(nóng)村勞動(dòng)力涌向城鎮(zhèn)、農(nóng)村勞動(dòng)力不足的情況下，農(nóng)民比較收入效益低下而嚴(yán)重影響到農(nóng)民種植油菜的積極性[5-6]，油菜種植機(jī)械化程度低，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)集中連片的規(guī)?；?，導(dǎo)致種植面積不穩(wěn)定，甚至有下滑的趨勢(shì)，影響油菜的生產(chǎn)發(fā)展。近年來(lái)，國(guó)際上農(nóng)業(yè)較發(fā)達(dá)的國(guó)家如加拿大、澳大利亞及歐洲一些國(guó)家已實(shí)現(xiàn)了油菜生產(chǎn)的規(guī)?；蜋C(jī)械化，油菜生產(chǎn)的成本相對(duì)較低，效益較高，導(dǎo)致國(guó)際市場(chǎng)上油菜籽、菜油、菜餅的價(jià)格總體上呈下降趨勢(shì)[7-9]。同時(shí)受到國(guó)際貿(mào)易大環(huán)境的影響，我國(guó)油菜生產(chǎn)成本高缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)油菜生產(chǎn)處于低迷狀態(tài)，加之我國(guó)油菜生產(chǎn)主要還以小農(nóng)戶為個(gè)體，生產(chǎn)力不高，生產(chǎn)分散，隨意化嚴(yán)重，機(jī)械化程度低，生產(chǎn)成本高，難以形成規(guī)?；瑢?dǎo)致我國(guó)近年來(lái)油菜生產(chǎn)處于劣勢(shì)狀態(tài)，種植面積嚴(yán)重下滑，大量土地撂荒，傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)制種區(qū)已改種其他作物，種植面積和產(chǎn)量出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)缺乏，油料自給自足矛盾更加突出。因此，大力發(fā)展油菜生產(chǎn)的輕簡(jiǎn)化，改變傳統(tǒng)的栽培模式，實(shí)行油菜全程機(jī)械化生產(chǎn)迫在眉睫，而全程機(jī)械化生產(chǎn)種植需要與之相應(yīng)的適合機(jī)械化播種、管理和收獲的油菜新品種，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合。研究發(fā)現(xiàn)，在一定栽培條件下油菜生長(zhǎng)發(fā)育及群體性狀相互協(xié)調(diào)對(duì)油菜的產(chǎn)量影響較大，明確合理有效的油菜群體生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，能夠有助于在統(tǒng)一機(jī)械化栽培條件下達(dá)到油菜最大生產(chǎn)量。機(jī)械化，種植高密度有利于油菜直播的實(shí)現(xiàn)，減少育苗移栽和間苗的工作量，同時(shí)高密度栽培還可協(xié)調(diào)群體與個(gè)體的關(guān)系，使單株株型發(fā)生變化，有效分枝比例提高，花期集中，充分利用光能和土地，實(shí)現(xiàn)油菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培途徑[5]。在實(shí)踐中種植發(fā)現(xiàn)，種植密度與油菜的單株生產(chǎn)力往往存在著負(fù)相關(guān)的關(guān)系，表現(xiàn)出隨著密度的增加，單株生產(chǎn)能力降低的趨勢(shì)，這主要是由于分枝的減少，雖然單株經(jīng)濟(jì)性狀下降，但通過(guò)提高群體有效角果數(shù)和千粒質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的提高[10-12]；不同栽培密度對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素影響最大的是單位面積總角果數(shù)，其次是千粒質(zhì)量和角果粒數(shù)[13-15]。相關(guān)研究對(duì)油菜機(jī)械化品種的選育起到一定的作用，但是目前還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的概念或標(biāo)準(zhǔn)去定性機(jī)械化品種的特征及如何做到與農(nóng)機(jī)配套，眾多研究都側(cè)重于一個(gè)方面進(jìn)行闡述，缺乏較全面系統(tǒng)的研究報(bào)道，難以在育種實(shí)踐中起到指導(dǎo)作用。

鑒于此，本研究著眼于機(jī)械化品種的研究現(xiàn)狀，結(jié)合筆者多年的研究結(jié)果對(duì)機(jī)收理想油菜品種選育進(jìn)行闡述，對(duì)選育適合機(jī)械化栽培的油菜新品種提供借鑒。

1 農(nóng)藝性狀與經(jīng)濟(jì)性狀

1.1 葉片與主莖的夾角

油菜單位面積產(chǎn)量主要由單株生產(chǎn)力和單位面積株數(shù)決定，而單株產(chǎn)量的形成，除受自然環(huán)境因素的影響外，還與單位面積油菜的群體環(huán)境有關(guān)，協(xié)調(diào)好單株與單株之間的關(guān)系，降低單株相互之間的影響程度，最大限度地發(fā)揮單株的生產(chǎn)能力，發(fā)揮符合機(jī)械化要求的密植栽培。在高密度栽培條件下，油菜單株產(chǎn)量能力不僅與群體后期農(nóng)藝性狀有較大的關(guān)系，還與苗期植株?duì)I養(yǎng)體建成及形態(tài)有關(guān)[5，16-19]。

株型多是指油菜在成熟期所表現(xiàn)的株型特征，較少關(guān)注其他生育階段的株型特征，尤其是苗期的株型特征。由于油菜機(jī)械化直播，種植是高密度的群體數(shù)量，如果苗期葉片較大，與主莖的夾角也大，就會(huì)呈現(xiàn)出匍匐形葉型狀態(tài)，葉片之間重疊面積較大，相互之間交錯(cuò)生長(zhǎng)，就會(huì)使葉片肥大雜亂無(wú)序，導(dǎo)致多數(shù)葉片被遮蔽，減少了光合作用的有效葉面積，不能有效利用光能，隨著苗期葉齡的發(fā)展，遮蔽的下部葉片就從功能器官變成了消耗器官，葉色慢慢變黃脫落，還易形成高腳苗，在溫度水肥合適的條件下也易早薹，不利于油菜越冬。所以，在高密群體中苗期的生長(zhǎng)特性對(duì)油菜后期發(fā)育建成有著基礎(chǔ)性作用[5]。

因此，葉片與主莖的夾角在群體密植中就顯得更加重要，葉片與主莖的夾角小有利于高密度制種。在高密度機(jī)收試驗(yàn)中苗期葉片與主莖夾角小于30°，有利于密植機(jī)收，可有效提高土地光能和利用率，是理想夾角度數(shù)。

1.2 一次分枝數(shù)和單株角果數(shù)少、角果枝短、分枝緊湊、角果斜生

在密植栽培條件下，分枝較多，在油菜灌漿期形成枝條的冗余，不利于群體性狀的發(fā)展，易形成角果數(shù)多但角粒數(shù)少或者陰角率高的現(xiàn)象。在高密度栽培條件下，油菜群體角果密度、主花序有效角果數(shù)、單株有效角果數(shù)和每角粒數(shù)與小區(qū)產(chǎn)量呈極顯著或顯著正相關(guān)，分枝部位高度與小區(qū)產(chǎn)量相關(guān)性不顯著；在低密度栽培條件下，油菜單株有效角果數(shù)、每角粒數(shù)以及分枝數(shù)、主花序有效角果數(shù)與小區(qū)產(chǎn)量呈極顯著或顯著正相關(guān)，分枝部位高度與小區(qū)產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)[20]。不同密度栽培條件下會(huì)造成不同的單株生產(chǎn)力。

油菜植株過(guò)高，分枝數(shù)量多，株型分散，單株間的分枝容易交叉，相互間拉扯。在機(jī)械化收獲時(shí)，立刀切割時(shí)容易使刀外側(cè)交錯(cuò)的分枝切斷掉落在地而帶來(lái)?yè)p失；同時(shí)也給輸送帶來(lái)困難，油菜分枝過(guò)長(zhǎng)還會(huì)纏繞在撥禾輪上，堵塞機(jī)械，進(jìn)而影響收獲工種的正常進(jìn)行[21-23]。分枝長(zhǎng)的油菜相互之間交叉嚴(yán)重，在油菜成熟收獲時(shí)容易在外來(lái)作用力的拉扯下，造成那些不在割臺(tái)內(nèi)的油菜分枝角果破裂，增加機(jī)收損失。因此，選育適合機(jī)械收獲的油菜品種應(yīng)該具備分枝較短而且分枝與主莖的夾角小而上挺的特征，這樣才能保持株型緊湊，減少油菜分枝相互交錯(cuò)帶來(lái)的機(jī)收損失[23]。在育種實(shí)踐中，機(jī)收理想的株型為一次有效分枝3～5個(gè)，單株角果數(shù)150～200個(gè)，果枝長(zhǎng)度40～60 cm，果枝集中于中上部，角果斜生。

1.3 油菜株高

目前，油菜收獲使用的機(jī)械為全喂入聯(lián)合收割機(jī)，在收獲過(guò)程中油菜割茬以上的部分包括莖稈分枝等都隨著撥禾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)一起被帶入滾筒。如果油菜單株過(guò)于高大，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生較大的生物產(chǎn)量，那么進(jìn)入滾筒內(nèi)的枝稈碎屑就較多，在滾筒分離清選時(shí)，容易堵塞清選的篩面，導(dǎo)致分離不清，使籽粒隨著果殼一起被拋出機(jī)外造成損失。相關(guān)研究表明，在機(jī)械化收獲油菜時(shí)，由于清選分離不徹底造成的損失率占到了總損失率的20%～30%，損失率的高低和油菜植株高矮呈正相關(guān)[24-26]。如果將油菜的收割茬口提高，可有效避免過(guò)多的莖稈進(jìn)入滾筒，提高滾筒內(nèi)籽粒與果殼的分離，帶來(lái)的后續(xù)負(fù)效應(yīng)是收割茬口高給下茬整地帶來(lái)困難，還須一次滅茬工序，否則不利于旋播操作，增加耕作成本，難以在種植應(yīng)用中推廣[27-28]。因此，對(duì)機(jī)收油菜品種要求具有半矮稈(植株高度小于170 cm)性狀，即可保證油菜的豐產(chǎn)性收獲，又可降低收獲中不利情況的發(fā)生。綜合考慮認(rèn)為，機(jī)收油菜理想高度在150～170 cm。

1.4 苗期生長(zhǎng)緩慢、春季返青快、早花不早薹、灌漿快、成熟期早，主莖與分枝角果成熟相對(duì)一致

長(zhǎng)江流域栽培的油菜品種大都是半冬性或偏春性品種，秋季生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，而且冬季的低溫期短，油菜還在緩慢生長(zhǎng)，油菜苗期生長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)。在栽培實(shí)踐中，由于冬季低溫或者倒春寒會(huì)使南方地區(qū)的油菜發(fā)生凍害，如若秋季生長(zhǎng)慢，一方面有利于苗期干物質(zhì)的積累，并可防治早發(fā)帶來(lái)的危害。秋季生長(zhǎng)過(guò)快，到冬季易出現(xiàn)早薹早花現(xiàn)象，遇到極端低溫發(fā)生凍害，造成不可逆生長(zhǎng)，同時(shí)破壞了品種生長(zhǎng)的統(tǒng)一性，影響機(jī)械化收獲。在育種實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)秋季生長(zhǎng)慢，苗期干物質(zhì)積累多，生長(zhǎng)壯實(shí)，春季返青快，生長(zhǎng)一致性好，花期集中，灌漿快，同時(shí)成熟早，主莖與分枝角果成熟一致，上部角果與下部角果的成熟度差異不明顯，則有利于高密度下機(jī)收作業(yè)。

2 產(chǎn)量性狀與抗性

2.1 收獲指數(shù)

收獲指數(shù)是作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量占總生物產(chǎn)量的比例，即生物產(chǎn)量轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的效率[29]。從收獲指數(shù)概念的提出到現(xiàn)在，在各作物中對(duì)其研究報(bào)道大量涌現(xiàn)[30]，成為引導(dǎo)作物育種的重要理論依據(jù)，在傳統(tǒng)育種當(dāng)中把選育具有高收獲指數(shù)的品種當(dāng)作品種選育主要目標(biāo)性狀。較玉米、小麥而言，油菜的花序呈現(xiàn)為無(wú)限花序，營(yíng)養(yǎng)體大角果數(shù)量多，在選擇高收獲指數(shù)的同時(shí)，總的生物產(chǎn)量也較大，產(chǎn)生了不同的選育結(jié)果：(1)收獲指數(shù)高具有較大的干物質(zhì)積累總量和較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量；(2)收獲指數(shù)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量偏低但具有較大的干物質(zhì)積累量；(3)收獲指數(shù)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量較高但干物質(zhì)積累總量并不高[31-33]。收獲指數(shù)的大小可反映出光合產(chǎn)物從葉片、角果皮等功能器官中轉(zhuǎn)移到種子當(dāng)中的比例大小，但并不能表明高的收獲指數(shù)就有高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量[34]，但是在總體生物量一定的條件下，提高作物收獲指數(shù)就可提高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量[35]，可避免盲目提高收獲指數(shù)，造成營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛，轉(zhuǎn)化效率低下，因此有條件地利用收獲指數(shù)，才可提高作物的生產(chǎn)效率。在機(jī)械化收獲的背景下，油菜株高和密度限制了單株產(chǎn)量的最大生物總量，同時(shí)在總生物量不變的條件下，加大收獲指數(shù)可提高油菜的產(chǎn)量?？紤]到收割機(jī)在收獲時(shí)的喂入量以及密植條件下?tīng)I(yíng)養(yǎng)器官和生殖器官的協(xié)調(diào)發(fā)展，研究認(rèn)為，收獲指數(shù)在0.4左右為宜。若收獲指數(shù)小，可能會(huì)導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)體的生物量過(guò)大，轉(zhuǎn)化效率低下，引起油菜群體中下層通風(fēng)不暢，油菜成熟后期脫水能力下降，成熟不一致，影響機(jī)收；若收獲指數(shù)過(guò)大，可能會(huì)引起豐產(chǎn)性倒伏，帶來(lái)一系列不利的因素。

2.2 耐密植、抗倒伏、抗裂角、抗耐病性和耐漬性好

油菜全程機(jī)械化栽培模式須要改變過(guò)去人工移栽、低密度種植和產(chǎn)生高大單株的栽培方式，取而代之的是機(jī)械化直播，種植密度大，單株小但群體生產(chǎn)量大的栽培方式。這種種植方式會(huì)使田間小氣候發(fā)生變化，如油菜底部通風(fēng)不暢，透光性差，加上南方地區(qū)的高溫高濕氣候條件，使田間菌核病的發(fā)病概率增大。油菜莖稈一旦感染菌核病，就會(huì)由于傳輸組織受損而枯死，導(dǎo)致感病植株很早黃熟，在機(jī)械外力的作用下角果易炸裂，造成機(jī)收損失，所以耐密植和高抗病性是機(jī)收品種的先決條件[26]。機(jī)械化油菜品種還要求耐遲播，一是茬口因素，在輪作倒茬中，前茬作物不能及時(shí)收獲，影響到了油菜的正常播種；二是由于同一品種在一定的播期內(nèi)適當(dāng)晚播，不但可以錯(cuò)過(guò)苗期某些病害，而且植株高度會(huì)有所降低，使品種更加適合機(jī)械化收割。油菜主要產(chǎn)區(qū)在長(zhǎng)江流域，該地區(qū)多雨，土壤水分含量高，品種要具有較高的抗?jié)衬蜐n性及抗倒伏性。收獲期角果還應(yīng)具備抗裂角性。因此，在油菜生長(zhǎng)過(guò)程中除農(nóng)藝性狀要滿足機(jī)收要求，還要具有耐密植、抗耐病性和耐漬性好，莖稈堅(jiān)韌抗倒伏，抗裂角，這樣才適應(yīng)機(jī)械化作業(yè)。

2.3 適合的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)

油菜產(chǎn)量的三大構(gòu)成因素是角果數(shù)、角粒數(shù)和千粒質(zhì)量。往往角粒數(shù)和千粒質(zhì)量具有較高的遺傳率，相對(duì)穩(wěn)定，密度對(duì)每角粒數(shù)和千粒質(zhì)量影響不大；而角果數(shù)受環(huán)境的影響較大，在高密度種植條件下，有效分枝數(shù)減少，單株角果數(shù)下降，單株角果數(shù)均隨密度增加而減少，而主花序的產(chǎn)量占到了油菜整株產(chǎn)量的40%，是相對(duì)穩(wěn)定的性狀，提高密植主要是提高穩(wěn)定的主花序數(shù)量以提高有效角果數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，產(chǎn)量結(jié)構(gòu)角果數(shù)為6 900萬(wàn)個(gè)/hm2，角粒數(shù)>26粒，千粒質(zhì) 量>3.5 g 較為適宜。

3 品質(zhì)符合國(guó)家品質(zhì)育種標(biāo)準(zhǔn)

挖掘高含油量油菜資源，加強(qiáng)油脂形成的基礎(chǔ)研究，選育含油量高、芥酸低、硫苷低、品質(zhì)符合國(guó)家育種標(biāo)準(zhǔn)的油菜雜交種[1]。根據(jù)油菜區(qū)試資料，過(guò)去9年中，國(guó)家冬油菜區(qū)試的新品種含油量?jī)H提高了2.6百分點(diǎn)[36-37]。就含油量而言，每增加3百分點(diǎn)，相當(dāng)于提高產(chǎn)量10%[38-39]。由于機(jī)械化收獲存在一定的損失率，提高油菜品種的含油量可有效彌補(bǔ)機(jī)損帶來(lái)的不足，因此，提高機(jī)收油菜的含油量對(duì)油菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要意義。

4 機(jī)械化品種選育的不足與展望

機(jī)械化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向，小麥、水稻、玉米等作物已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)械化的生產(chǎn)模式，油菜的機(jī)械化作業(yè)還處于發(fā)展時(shí)期。實(shí)現(xiàn)油菜生產(chǎn)全程機(jī)械化是油菜高效制種和油料安全供給的重要保障，也是增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)。目前，油菜早熟品種的缺乏、易倒伏及角果易開(kāi)裂是制約油菜產(chǎn)業(yè)機(jī)械化收獲的主要瓶頸，也是嚴(yán)重影響油菜產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率的主要原因。有關(guān)抗裂角性、抗倒伏性的研究仍處于起始階段，研究水平比較滯后，相關(guān)研究資料積累較少，沒(méi)有統(tǒng)一的抗裂角、抗倒伏的鑒定方法。在含油量方面，目前推廣的品種含油量還不高。盡管在近20年育種中攻克了油菜“雙低”的問(wèn)題，但在含油量育種方面一直徘徊不前，與國(guó)外品種相比，含油量還低幾個(gè)百分點(diǎn)。油菜種植以獲得更多油為目的，高產(chǎn)、高油、機(jī)械化才能真正實(shí)現(xiàn)高效益的種植。

目前，盡管有些品種可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，但都是有條件的，如只有完熟才能一次收獲，否則必須采取分段收獲的方式。主要是在以往的育種中，過(guò)分追求高產(chǎn)化，忽視了品種對(duì)解析惡化作業(yè)的適應(yīng)性，導(dǎo)致我國(guó)油菜生產(chǎn)上缺乏適合機(jī)械化生產(chǎn)的油菜品種，農(nóng)藝技術(shù)與農(nóng)機(jī)脫節(jié)，制約了我國(guó)油菜生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展。因此，在今后的機(jī)械化品種選育中，有目的地聚合油菜高含油量、高產(chǎn)與抗倒伏、抗裂角、矮稈、株型緊湊等適合機(jī)械化生產(chǎn)性狀的基因于一體，培育適合于機(jī)械化收獲的高油、高產(chǎn)油菜新品種，研究出與之配套的適合機(jī)械化生產(chǎn)的農(nóng)藝栽培技術(shù)是今后要解決的重要問(wèn)題。