Effects of Picking Flowering Stalk on Agronomic Traits and Economic Benefits of Brassica napus L.

ZHAO Jianan, CAO Xiaodong, SHANG Liping, TONG Xiaoli, LI Baojun, ZHAO Yajun, LUO Bin, WANG Hao

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Chinese Agricultural Science Bulletin ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (12) : 28-34. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0474

Effects of Picking Flowering Stalk on Agronomic Traits and Economic Benefits of Brassica napus L.

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Abstract

In order to improve the application value of Brassica napus, the multifunctional utilization of Brassica napus was explored. In this experiment, we selected Brassica napus G1 with excellent agronomic characters as the male parent and G2 as the female parent to construct 289 double haploid (DH) pure lines. We investigated and evaluated the flowering stalk yield, plant characters, seed yield, biological yield and economic benefits of the lines. And then we screened “rapeseed oil-vegetable dual-purpose” Brassica napus lines with high flowering stalk yield, no impact on Brassica napus seed yield and high economic benefits. The results showed that the branch height (BH) and the first branch number (NFB) were negatively correlated with Brassica napusseed yield. Compared with the control, picking flowering stalk reduced plant height (PH), BH and NFB, and the difference reached a significant level; in DH population, there was a negative correlation between Brassica napus seed yield and flowering stalk yield. After picking flowering stalk, the Brassica napus seed yield decreased by 19.24% on average compared with that without picking, but the total output value increased by 48.87% on average. Among the materials, the Brassica napus seed yield of 48 selected materials (with a yield variation range of -10%-10%) was not affected by picking flowering stalk, while that of 63 selected materials increased by more than 10% after picking. Brassica napus seed yield of 30 materials exceeded 3000 kg/hm2. Based on the above indicators, 21 “rapeseed oil-vegetable dual-purpose” materials with good yield and economic benefit were selected in this experiment, whose yield of flowering stalk and rapeseed both met the yield requirements of the Brassica napus seed region in the Yangtze River basin. The study can provide theoretical guidance and scientific basis for the breeding and promotion of dual-purpose rapeseed.

Key words

double haploid population / flowering stalk / rapeseed oil-vegetable dual-purpose / agronomic character / Brassica napus seed yield

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ZHAO Jianan , CAO Xiaodong , SHANG Liping , TONG Xiaoli , LI Baojun , ZHAO Yajun , LUO Bin , WANG Hao. Effects of Picking Flowering Stalk on Agronomic Traits and Economic Benefits of Brassica napus L.. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2023, 39(12): 28-34 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0474

0 引言

油菜是世界主要油料作物,除用作植物食用油外,还用于饲料、药品、蔬菜、工业、观赏等领域[1]。油蔬兼用型是油菜多功能品种开发的热点,指在油菜蕾薹期采摘主薹或者侧薹作为蔬菜,油菜籽成熟后榨油的油菜品种[2]。油菜薹具有高营养价值,富含纤维素、植物激素、维生素和多种微量元素,有益人体健康[3]。菜薹除可做新鲜蔬菜外,亦可通过多种加工方式制成各种风味食品,与白菜、芥菜等相比,加工食品具有独特风味,深受大众喜爱[4-5]。菜薹采摘期正值低温季节,无需喷洒农药,作为无公害绿色蔬菜及时填补应季蔬菜供应短缺期,充分提高了油菜的综合生产能力和种植效率[6-7],丰富了百姓的餐桌,是农民致富、振兴乡村的好路子,也是油菜产业发展过程中形成的新业态。
目前,市场上销售的菜薹多为白菜型油菜,自20世纪90年代开始,随着杂交油菜的迅速推广,甘蓝型油菜已经成为中国大面积推广的主栽类型。相较于白菜型菜薹品种,甘蓝型双低油菜菜薹富含更多维生素和微量元素含量,且味清甜,食用品质更佳[8-9]。且由于甘蓝型油菜DH群体的构建具有一定难度,因此利用甘蓝型油菜DH群体选育油蔬两用品种以及对其产量性状的研究鲜有报道[10]。同时,当前市场上最为常见的是白菜型薹菜品种,选育“菜油两用”的甘蓝型双低油菜新品种是油菜产业发展的重要一环。本试验通过应用游离小孢子培养技术,以甘蓝型油菜G1为父本,G2为母本进行杂交,对其F1代的花粉小孢子进行培养和染色体加倍,获得287份DH纯系,并以此为试验材料,评估摘薹和不摘薹处理对油菜农艺性状以及经济效益的影响,初步筛选优质的菜油两用新品系,为优质油蔬两用品系的选育提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

以综合表现优异的甘蓝型油菜G1为父本,G2为母本进行杂交,对其F1花粉进行小孢子培养,并进行染色体加倍,共获得287个DH纯系,以这289份材料构成的DH群体作为供试材料。

1.2 试验设计

试验于2018—2020年在陕西省杂交油菜研究中心试验基地进行,种植密度为15万株/hm2。每个材料2个重复,播种2行,占地1.52 m2(1.9 m×0.4 m),当薹高20~30 cm,每个材料随机选5株长势相当的株系摘薹10 cm并测产,其余株系中随机选5株作为对照。常规田间管理。4月中旬对每个材料的5株摘薹和对照植株的株高、分枝高度和一次有效分枝数进行评估,5月下旬进行收获,并测定菜籽产量。

1.3 数据分析方法

采用Microsoft Excel及SPSS 17.0统计软件进行数据分析,GraphPad Prism 8.0.2软件进行作图,Photoshop CS6软件进行图像编辑

2 结果与分析

2.1 DH群体及亲本的菜薹产量分析

试验通过对亲本及其DH群体的鲜菜薹测产,发现两亲本材料菜薹单株产量分别为28.48 g和32.28 g,在DH群体中,单株产量最少的仅有19.10 g,而最多的高达64.11 g,平均菜薹单株产量32.39 g,变异系数为33.80%,变异幅度大(表1)。如图1所示,66.78%的材料菜薹单株产量集中于20~35 g这个区间内,高于35 g的材料有83份,超过50 g的材料有31份,占比10.73%,产量介于双亲之间的材料有43份。上述83份材料,鲜菜薹产量高、预估菜薹产值大、经济效益好,可作为筛选菜薹的标准之一。
表1 DH群体菜薹单株产量变化分析
项目 菜薹单株产量/g
最小值 19.1
最大值 64.11
均值 32.39
标准差 10.97
方差 120.29
峰度 1.05
偏度 0.19
变异系数/% 33.8
图1 DH群体菜薹产量频率分布图

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2.2 采薹对甘蓝型油菜采薹相关性状的影响

油菜的株高、分枝高度、一次有效分枝数与油菜产量密切相关,试验对DH群体的289份材料摘薹前后的上述性状进行考察和评估。方差分析表明,摘薹对株高、分枝高度及一次有效分枝数影响显著(表2)。由表3可知,油菜摘薹后平均株高为130.45 cm,与对照相比降低10.59 cm,最大下降值为65.00 cm,变异系数为1.47,72.69%的材料采摘菜薹后株高有所下降(图2),表明摘薹对株高影响较大,能极显著降低植株株高。采薹处理平均分枝高度变化范围为7.33~51.40 cm,平均分枝高度为19.07 cm,对照组平均分枝高度为59.42 cm,降幅达51.19%,变异系数为0.39,分枝高度变异较小,其中降幅最大的材料为DH108,摘薹前的分枝高度为87.20 cm,摘薹后变为11.80 cm,下降值达75.40 cm,摘薹使90%以上的材料分枝高度显著降低(表3)。通过皮尔逊相关性分析可知,分枝高度与菜籽产量呈负相关关系(图3),分枝高度的降低,会使得一次分枝更加靠近基部,能有效增强油菜的抗倒伏能力,进而提高产量。摘薹处理的一次有效分枝数平均为4个,比对照8个减少4个减48.10%,变异系数为0.50,且95.3%的材料采摘菜薹后一次有效分枝数都有所减少(图2)。相关分析表明,一次有效分枝数与菜籽产量呈负相关关系(图3),一次有效分枝数的减少,有利于低位养分的供应和单株角果数的增加,进而提高单株产量。
表2 甘蓝型油菜经济学性状的方差分析
变异来源 F value
株高 分枝高度 一次分枝数
采薹 48.63** 1700.28** 788.82**
注:表中*表示差异达到0.05显著水平,**表示差异达到0.01显著水平。下同。
表3 甘蓝型油菜采薹相关性状变化分析
性状 对照组 采薹组
株高/cm 分枝高度/cm 一次分枝数/个 株高/cm 分枝高度/cm 一次分枝数/个
最小值 88 16.20 3 75 7.33 2
最大值 180 88 15 180 51.40 7
均值 141 59.42 8 130.45 19.07 4
标准差 19.11 15.64 1.98 19.11 15.64 1.98
变异系数 1.81 0.39 0.50 1.81 0.39 0.50
图2 采薹对甘蓝型油菜农艺性状的影响
图中蓝色和黄色区域表示摘薹前后株高、分枝高度和一次有效分枝数变化

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图3 甘蓝型油菜农艺性状与产量相关性分析

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2.3 采薹对甘蓝型油菜产量和经济效益的影响

相关性分析表明,菜薹重量与菜籽产量呈负相关关系(图4),对照相比摘薹后的油菜籽产量总体呈下降趋势,仍有部分增产。对照组油菜籽单株产量最高为33.53 g,最低为6.70 g,平均产量为16.06 g,摘薹后油菜籽单株产量最高为30.27 g,最低为3.64 g,平均产量为12.81 g,减产19.24%。摘薹后,菜籽产量未受到影响(产量变化范围在-10%~10%)的材料有48份,产量增量>10%的材料有63份,增产范围为152.7~1944 kg/hm2,占比21.80%,其中增产幅度最大的材料为DH141,摘薹后的产量提高了近21个百分点。经济效益方面,对照组预期油菜籽产量2377.5 kg/hm2,按6.0元/kg计算,产值达14265元/hm2,摘薹后预估油菜籽产量比对照油菜籽产量减少457.5 kg/hm2,理论菜薹产量4858.5 kg/hm2,按2.0元/kg计算,预期收入达9717元/hm2,总产值可达21237元/hm2,比单收菜籽(14265元/hm2)效益增收48.87%(表4),显著提高了油菜种植的经济效益。考虑油菜生殖生长受到影响,收获损耗等误差因素,综上所述,采薹会影响菜籽产量,并不是所有油菜均能采薹,但研究证明菜薹经济效益显著,因此筛选对产量影响小和略有增产的材料是多功能油菜产业发展的基石。
图4 菜薹产量与菜籽产量相关性分析

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表4 油菜摘薹的菜薹产量及经济效益
组别 密度/(株/hm2) 菜籽产量/(kg/hm2) 菜薹产量/(kg/hm2) 总产值/(元/hm2) 效益增收/%
对照组 150000 2377.5 - 14265 -
摘薹组 1920 4858.5 21237 48.87

2.4 采薹对甘蓝型油菜生物学产量的影响

表5数据分析得出,甘蓝型油菜群体对照组和采薹组单株生物学产量差异较大。对照组生物学产量最小值(30.14 g/株)高于采薹组生物学产量最小值(21.00 g/株),而对照组生物学产量最大值(79.14 g/株)低于采薹组生物学产量最大值(91.14 g/株),表明采薹对生物学产量的影响在不同材料间存在差异。对照组生物学产量均值为47.93 g/株,采薹组均值为50.56 g/株。采薹后,群体中材料生物学产量有所增加的材料数占比超过一半,超过一成的材料生物学产量未受到采薹影响。
表5 甘蓝型油菜生物学产量
组别
最小值/(g/株) 最大值/(g/株) 均值/(g/株) 标准差 变异系数
对照组 30.14 79.14 47.93 11.44 0.24
采薹组 21 91.14 50.56 14.65 0.29

2.5 油蔬兼用型油菜的初选

为了选育更优质的两用型油菜,笔者将筛选标准在产区要求基础上分别提高750 kg/hm2,将单株产量折合成每公顷产量,菜薹产量超过5250 kg/hm2的材料数记为A,通过分析可知A=83;把摘薹前后油菜籽产量未受到影响的材料数(产量变化范围在-10%~10%)记为BB=48,摘薹后菜籽产量超过3000 kg/hm2的材料数记为CC=30,摘薹后菜籽产量增量>10%的材料数记为DD=63(图5)。分析得到不影响菜籽产量又能满足菜区菜薹产量要求的材料13份,同时满足菜区薹菜和菜籽产量要求的材料8份(图5)。这21份材料菜籽产量和菜薹产量均超过亲本G1和G2,表现出明显的超亲优势,且具有稳定的产量产值,综合效益好,可以作为筛选优质油蔬两用型油菜的基础材料。除此之外,DH群体材料中,薹重和摘薹后的油菜籽产量趋于正态分布,可见菜薹相关性状为数量性状,该群体具有丰富的表型变异,后期可作为调控薹重性状基因定位及克隆的优良群体(图14)。
图5 菜薹材料筛选
A表示薹重超过5250 kg/hm2的材料数;B表示未受到影响的材料数,C表示菜籽产量超过3000 kg/hm2的材料数;D表示菜籽产量增量>10%的材料数;柱子表示满足条件的材料数

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3 讨论与结论

甘蓝型油菜的祖先种甘蓝和油菜都是广受消费者喜爱的蔬菜,因此甘蓝型油菜菜薹的开发具有科学的基础和依据[11-13]。受油料作物进口和农村劳动力转移的影响,油菜产业势必要寻求多元化的发展。功能性菜薹的开发和研究对发展油菜产业、提高油菜效益和繁荣油菜经济具有重要的意义。现有的薹油两用型油菜的相关研究多基于对一个或几个品种的研究分析,本研究以菜薹产量高的G1和综合性状优良的G2为亲本构建DH群体,杂交后代群体遗传丰富、变异广泛,为薹油两用种质的选育奠定了坚实的基础。
油菜采摘菜薹后,对植株的生长有一定的影响,农艺性状也发生了改变,本文对主要的经济学性状株高、分枝高度和一次有效分枝数进行分析。结果表明,株高、分支高及一次有效分枝数受摘薹影响均达极显著水平,群体中超过一半的材料株高不同程度地降低,24.22%的材料表现为摘薹后的株高高于摘薹前,由于主薹被摘,株高的增加是通过侧枝高度来体现,说明摘薹后侧枝的营养供给会有所增加。从有效分枝高度来看,90%以上的材料摘薹后有效分枝高度降低。株高和分枝高度的降低,使得主茎一次分枝靠茎基部,分枝茎杆粗壮坚实,抗倒性强[14],从而有效避免了倒伏引起的减产问题。众多研究表明,摘薹能有效降低甘蓝型油菜的株高和有效分枝部位高度[15]。如刘念等[16]发现‘国豪油5号’通过摘薹株高显著下降,分枝高度大幅降低。刘福彬等[17]研究表明油菜在初薹期进行摘薹,能有效降低株高和分枝节位。李欣等[18]在摘薹对甘蓝型油菜产量和分枝生长影响的研究中发现摘薹能极显著降低甘蓝型油菜的株高和有效分枝高,本研究中株高变化情况与前人研究结果一致。有效分枝数是油菜分支再生能力的重要体现[19-21],摘薹后有效分枝数较多的优质油菜品系能够代偿因摘薹造成的产量影响,为菜籽收益提供强有力的保障。对一次有效分枝数统计分析,发现绝大多数材料(95.30%)摘薹后一次分枝数减少。摘薹方式对油菜群体花期和产量的影响研究发现摘薹处理的一次分枝数减少,二次分枝数增加,单株角果数增加[6]。金以龙[14]、刘福彬等[17]分别在油菜摘薹增产效果试验和摘薹对超高产栽培油菜分枝及产量影响的研究中表明,摘薹能显著减少油菜一次分枝形成,促进二次分枝增加,这些结论均与本文结果一致。
目前关于摘薹对菜籽产量的影响,众说纷纭,没有一致定论。有研究表明摘薹不仅不会使油菜籽产量降低,反而会因单株总角果数的增加而使产量提高[19]。李孟良等[22]以优质油菜‘皖油18’为研究对象,发现当摘薹高度为10 cm时,菜籽增产15%。袁晓东等[6]发现紫色油菜品系R11摘薹后生育期推迟,产量提高了13.53%~18.74%。而万燕等[23]发现在相同种植密度下,摘薹处理的菜籽实际产量均低于相应的不摘薹对照。本研究表明,薹菜产量与菜籽产量呈负相关关系,DH群体中大部分材料摘薹后菜籽产量呈下降趋势,减产幅度达19.24%。值得一提的是,仍有48份材料菜籽产量(产量变化范围在-10%~10%)不受摘薹影响,63份材料在摘薹后表现为不同程度的增产(油菜籽增产>10%),增产范围为152.7~1944 kg/hm2,笔者推测可能由于主薹被采摘,顶端优势被打破,使得原有的主支养分供给转移至侧枝,使得侧枝更好的生长;研究表明摘薹处理会使休眠腋芽中IAA、ZR、GA3的含量增加,分枝调控因子BRC1表达降低,促进腋芽生长[16],这可能是摘薹后达到增产的另一个原因。
油薹两用油菜是在保障油菜籽产量的前提下,于油菜生长蕾薹期进行摘薹处理,通过多收一茬油菜薹达到增收增效的目的[24],所以薹重和菜籽产量是两个核心指标。徐洪志等[25]在油薹两用油菜标准中指出在长江流域油菜产区菜薹产量要求达到4500 kg/hm2以上,摘薹后菜子产量要求达到2250 kg/hm2以上。为了选育更优质的两用型油菜,本研究将筛选标准在产区要求基础上分别提高750 kg/hm2,兼顾摘薹不影响菜籽产量,共筛选到21份油蔬兼用型油菜品种,为优良油薹两用品种选育提供种质资源。除上述指标,研究还分析了摘薹对油菜经济效益的影响,结果表明,适当摘薹预期收入达9717元/hm2,总产值可达21237元/hm2,比单收菜籽(14265元/hm2)效益增收48.87%。
研究以DH群体材料在单一环境条件下开展实验,并未涉及其他因素对采薹的影响,因此结论存在一定的局限性,不同品种、摘薹方式及高度、摘薹时间、种植密度等是影响薹菜产量和菜籽产量变化的重要因素[26-28],有待进一步研究;同时适口性、营养价值、品相以及抗性也是薹油两用种质选育的重要指标,笔者将对本研究初选的21份基础材料的品质、生育日数及抗性作进一步考察和评估。
本研究以变异丰富的DH群体为材料,考察评估摘薹对油菜植株性状,菜籽产量、生物学产量与经济效益的影响。与对照相比,摘薹显著降低群体株高、分枝高度和一次有效分枝数,下降幅度达7.51%、51.19%,和67.91%;生物学产量未受到采薹影响的材料超过10%,生物学产量增加的材料数占比超过50%;摘薹后菜籽产量比未摘薹平均减少19.24%,而经济效益比未摘薹提高48.87%;筛选得到超过长江流域油菜区菜薹与菜籽产量标准750 kg/hm2,且摘薹不影响菜籽产量,综合效益好的基础材料21份。

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