多様なトウモロコシの交配種は、茎詰まりの原因となる風による曲げ力に抵抗する構造的に非効率である

Diverse maize hybrids are structurally inefficient at resisting wind induced bending forces that cause stalk lodging.

• Christopher J Stubbs
• Kate Seegmiller
• Christopher McMahan
• Rajandeep S Sekhon
• Daniel J Robertson

抄録

背景:

茎の滞留（収穫前に農業用植物の茎が折れること）は、毎年数百万ドルの収益の損失をもたらしています。茎折れについての文献が増えているにもかかわらず、トウモロコシの茎の構造効率はこれまで調査されていませんでした。本研究では、トウモロコシの茎の主要な耐荷重成分である皮組織が、茎のロッジングの原因となる風による曲げ応力に耐えるように効率的に組織化されているかどうかを判断するために、成熟したトウモロコシの茎の形態を調査しました。

Background: Stalk lodging (breaking of agricultural plant stalks prior to harvest) results in millions of dollars in lost revenue each year. Despite a growing body of literature on the topic of stalk lodging, the structural efficiency of maize stalks has not been investigated previously. In this study, we investigate the morphology of mature maize stalks to determine if rind tissues, which are the major load bearing component of corn stalks, are efficiently organized to withstand wind induced bending stresses that cause stalk lodging.

結果:

945 個の完全に成熟した乾燥した市販の雑種トウモロコシの茎標本（48 個の雑種、～2 個の複製、1 区画あたり 10 個の標本）に以下のような試験を行った。(1) 曲げ強度を測定するための三点曲げ試験と、(2)各節間の断面形態を測定するためのリンド貫通試験。これらのデータを工学的最適化アルゴリズムで解析し，試験片の構造効率を決定した．

Results: 945 fully mature, dried commercial hybrid maize stem specimens (48 hybrids, ~ 2 replicates, ~ 10 samples per plot) were subjected to: (1) three-point-bending tests to measure their bending strength and (2) rind penetration tests to measure the cross-sectional morphology at each internode. The data were analyzed through an engineering optimization algorithm to determine the structural efficiency of the specimens.

結論:

平均曲げ強度が高い交配種は，弱い交配種よりも効率的に果皮組織を割り当てることがわかった。しかし、強い交配種でさえ構造的には最適ではなかった。トウモロコシの茎の構造効率を改善する余地は依然として大きい。結果はまた、茎は主に穂の上で発生する風荷重に抵抗するために形態学的に組織化されていることも示している。この結果は、茎の滞留率を減らすことを目的とした選択育種や作物管理の研究に適用可能である。

Conclusions: Hybrids with higher average bending strengths were found to allocate rind tissue more efficiently than weaker hybrids. However, even strong hybrids were structurally suboptimal. There remains significant room for improving the structural efficiency of maize stalks. Results also indicated that stalks are morphologically organized to resist wind loading that occurs primarily above the ear. Results are applicable to selective breeding and crop management studies seeking to reduce stalk lodging rates.

© The Author(s) 2020.