不同基因型甘蔗地上部氮磷鉀養分特征分析

魏麗娜，陳迪文，周文靈，黃 瑩，盧穎林，敖俊華，黃振瑞，李奇偉，江 永

(廣州甘蔗糖業研究所 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室，廣東廣州 510316)

不同基因型甘蔗地上部氮磷鉀養分特征分析

魏麗娜，陳迪文，周文靈，黃 瑩，盧穎林，敖俊華，黃振瑞，李奇偉，江 永*

(廣州甘蔗糖業研究所 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點實驗室，廣東廣州 510316)

在田間種植條件下，于甘蔗收獲期，測定分析了5個不同基因型甘蔗地上部各部位的干重和氮、磷、鉀含量。結果表明，在參試的5個基因型甘蔗中，粵糖60號(YT60)和斑茅雜交后代(BC2-32)的葉片干重顯著高于其他3個基因型甘蔗，YT60葉鞘和莖干重均最高。5個基因型甘蔗不同部位葉片、葉鞘和莖干重平均值來看，新葉片＞上、中部葉片＞下部葉片，上部葉鞘＞中、下部葉鞘干重，上部莖＞中部莖＞下部莖。同時，葉片氮含量高于葉鞘和莖，上部葉片氮含量高于其他部位氮含量，不同部位葉鞘中氮含量表現為上部＞中部＞下部，而不同部位莖中氮含量差異不顯著。不同部位葉片、葉鞘和莖中磷含量均表現為上部＞中部＞下部。上部葉片中鉀含量高于其他部位，而不同部位葉鞘和莖中鉀含量則表現為上部＞中部＞下部。此外，YT60和BC2-32的整株氮、磷素累積量高于其他參試基因型，但YT60的整株鉀累積量最高，BC2-32最低。所有基因型甘蔗不同部位葉片氮、磷、鉀素累積量表現出為新＞上部＞中部＞下部；上部葉鞘氮、磷、鉀素累積量顯著高于中、下部葉鞘；而不同部位莖中氮素累積量均是上部莖＜中部莖＜下部莖，不同部位莖中磷、鉀素累積量差異不顯著。說明在相同種植條件下，不基因型甘蔗養分需求量不同，且對體內養分再利用能力不同。

甘蔗；不同基因型；不同部位；養分含量；養分累積

0 引言

甘蔗(Saccharum officinarum L.)是最早被利用的C4高光效植物[1]，具有喜高溫、需水量大、吸肥多、生長期長的特點，其單位面積的光能利用率和土地生產率均比其他很多作物高[2]。甘蔗在同樣的生長期內從土壤中吸取的養分也是比較多的。一般每生產1 t蔗莖約需從土壤中吸收氮素(N) 1.5～2.0 kg、磷素(P2O5) 1.0～1.5 kg和鉀素(K2O) 2.0～3.3 kg[3]。謝如林等[4]報道，甘蔗高產情況下，每生產1 t蔗莖對這種養分的平均吸收量為N 1.81 kg、P2O50.36 kg和K2O 2.11 kg。甘蔗吸收的鉀素養分量比氮素、磷素多，屬典型的喜鉀作物[5]。不同養分在蔗株的根、莖、葉的分布規律有所差異[4]。另外，本課題組前期研究結果發現，不同基因型甘蔗對養分的需求量有所不同[6-7]。在植株生長發育早期，氮、磷、鉀主要分布在鮮嫩的組織中，隨著植株的生長發育，老葉和枯葉的生理功能逐漸減弱和喪失，組織內的各種養分不同程度地往上轉移到幼嫩的莖葉組織被再利用，繼續進入植株新的生理代謝過程[8]。譬如，橡膠樹的不同器官總養分含量高低順序為：樹葉＞樹皮＞樹枝＞樹根＞膠乳＞樹干。樹葉和樹皮是橡膠樹的同化器官和生物合成器，是橡膠樹生理最活躍的器官，其養分含量通常是其他器官的2～4倍[9]。

大量研究和實踐表明，氮、磷、鉀的吸收量對甘蔗產量和品質影響較大[10-12]。吸收進入植株體內氮、磷、鉀養分當量是進行甘蔗合理配方施肥的基礎。目前，關于甘蔗測土配方施肥和專用肥的研究報道較多[12-14]，而對于甘蔗整個生育期的養分需求量及其在體內不同部位分布的研究報道則較少。為此，本文將通過分析不同基因型甘蔗地上部各部位的養分分布情況，探討甘蔗養分吸收及分配規律，為推行合理配方施肥、減少資源投入和降低生產成本提供理論技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗土壤

試驗設置在廣州甘蔗糖業研究所內甘蔗試驗區，土壤基本化學性狀為土壤有機質含量20.16 g/kg，堿解氮為33.46 mg/kg，有效磷28.32 mg/kg，速效鉀145.62 mg/kg，pH值為5.1。

1.2 試驗材料

選擇廣東省主栽及主推的甘蔗品種作為供試基因型甘蔗：粵糖60號(YT60)、粵糖55號(YT55)、粵糖00-236 (YT00-236)、粵引618 (YY618)以及新品系斑茅雜交后代(BC2-32)，按常規生產條件種植管理。

1.3 測定項目及方法

于甘蔗生長后期分別收集植株脫落的葉，每個基因型甘蔗隨機取3株。將樣品分成新葉片、上部葉片、中部葉片、下部葉片、上部葉鞘、中部葉鞘、下部葉鞘、上部莖、中部莖和下部莖10部分，經殺青(105℃，30 min)后于75℃烘至恒重。分別稱重，為樣品的干重。稱重后，全部粉碎，從中選取分析樣品。分析樣品采用濃H2SO4-H2O2濕灰化法消煮[15]，用全自動流動分析儀(Proxima型，Alliance，France)測定樣品中的含氮、磷量，用火焰分光光度

計(M425，Sherwood，UK)測定樣品中的含鉀量。植株養分累積吸收量為其干物質量乘以相應氮、磷、鉀含量，即得氮、磷、鉀累積量。所有試驗數據均用Microsoft Excel 2010 (Microsoft Company，USA)軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同基因型甘蔗地上部各部位生物量差異

由表1可以看出，不同基因型甘蔗葉片干重差異顯著，同一基因型甘蔗的上、中、下部位的葉片干重亦存在差異。在參試的5個基因型甘蔗中，YT60和BC2-32的葉片干重顯著高于其他3個基因型甘蔗，且YT55、YT00-236和YY618之間葉片干重無顯著差異。同時，5個基因型甘蔗間下部葉片干重差異不顯著，YT55、YT00-236和YY618 3個基因型甘蔗上、中、下部葉片之間的干重差異不顯著，但是YT60和BC2-32上、中部葉片干重顯著高于下部葉片干重，這可能是YT60和BC2-32葉片干重高于YT55、YT00-236和YY618的主要原因。從5個基因型甘蔗上、中、下部位葉片干重平均值來看，新葉片＞上部位葉片、中部葉片＞下部葉片。

表1 不同基因型甘蔗地上部各部位干重差異(g/plant)

不同基因型甘蔗葉鞘干重差異顯著(表1)。YT60葉鞘干重顯著高于其他4個基因型甘蔗，且這4個基因型甘蔗之間葉鞘干重差異不顯著。在所有參試的基因型甘蔗中，上部葉鞘干重均顯著高于中、下部葉鞘干重，且中、下部葉鞘干重差異不顯著。因此，5個基因型甘蔗上、中、下部葉鞘干重平均值表現為上部葉鞘>中部葉鞘、下部葉鞘。

此外，從表1還可以看出，不同基因型甘蔗莖干重差異顯著，YT60莖干重顯著大于YT55和YY618，且YT55和YY618莖干重又顯著大于YT00-236和BC2-32；且上、中、下部位莖干重均呈現相同趨勢。5個基因型甘蔗上、中、下部莖干重平均值表現為上部莖＞中部莖＞下部莖。

從單株甘蔗地上部總生物量來看，YT60總干重顯著高于其他4個基因型甘蔗，YT60總干重約是5個基因型甘蔗總干重平均值的1.4倍。

2.2 不同基因型甘蔗地上部各部位氮磷鉀含量差異

由表2可以看出，不同基因型甘蔗不同部位氮含量差異顯著。YT55新、上、中部葉片氮含量低于其他4個基因型甘蔗，而YT60所有部位莖中氮含量低于其他4個基因型甘蔗。同時，總體來看，葉片氮含量高于葉鞘和莖。新葉片氮含量與中、下部葉片相當，但上部葉片氮含量高于其他部位氮含量。不同部位葉鞘中氮含量呈現出上部＞中部＞下部，而上、中、下部莖中氮含量差異不顯著。

不同基因型甘蔗不同部位磷含量與氮含量差異性不同(表2)。在所有參試基因型甘蔗中，YT55新、上部葉片磷含量最低，YT00-236最高；其他部位(下部葉片、葉鞘、莖)磷含量在不同基因型甘蔗間無顯著差異。同時，不同部位葉片磷含量由高到低依次為新＞上部＞中部＞下部。上部葉鞘磷含量顯著高于中、下部葉鞘，中、下部葉鞘間磷含量無差異。不同部位莖中磷含量呈現，上部＞中部＞下部。

從表2還可以看出，不同基因型甘蔗不同部位

鉀含量差異顯著。YT00-236和YY618所有部位葉片、葉鞘和莖中鉀含量高于其他3個基因型甘蔗，YT55和BC2-32所有部位葉片、葉鞘和莖中鉀含量均較低，特別是BC2-32下部葉片、葉鞘和莖中鉀含量顯著低于其他參試基因型甘蔗，分別是5個參試基因型甘蔗葉片和葉鞘中鉀含量平均值的74.18%、73.66%和63.91%，說明BC2-32能高效再利用體內鉀營養。同時，同一基因型甘蔗不同部位葉片中鉀含量表現為上部葉片中鉀含量高于其他部位；而不同部位葉鞘和莖中鉀含量則表現為上部＞中部＞下部。

表2 不同基因型甘蔗地上部各部位氮磷鉀含量差異(%)

2.3 不同基因型甘蔗地上部各部位氮磷鉀累積量差異

由表3可以看出，不同基因型甘蔗氮素累積量差異顯著。YT60和BC2-32新、上、中部葉片氮素累積量高于其他3個基因型甘蔗，雖BC2-32下部葉片氮素累積量最低，但YT60和BC2-32植株葉片氮素累積量顯著高于其他3個基因型甘蔗。5個基因型甘蔗中，YT60和BC2-32植株葉片氮素累積量高于YT55、YT00-236和YY618，不同部位葉片氮素累積量表現為新＞上部＞中部＞下部。YT60上部葉鞘和植株葉鞘氮素累積量均最高，所有基因型甘蔗上部葉鞘氮素累積量顯著高于中、下部葉鞘，約是中、下部葉鞘的3～4倍。YT60上部莖氮素累積量最高，約是BC2-32的2倍；而下部莖氮素累積量最高的是YY618，約是下部莖氮素累積量最低基因型甘蔗YT00-236的2倍。在所有參試基因型甘蔗中，YT60和YY618植株莖中氮素累積量高于其他3個基因型，不同部位莖中氮素累積量均是上部莖＜中部莖＜下部莖。不同基因型甘蔗整株氮素累積量最高的是YT60 (5298 mg/株)，最低的是YT00-236 (3267 mg/株)，兩者相差2031 mg/株。

不同基因型甘蔗磷素累積量差異明顯(表3)。在5個參試基因型甘蔗中，BC2-32新、上部、中部葉片中磷素累積量均最高，但其下部葉片中磷素積累量最低。YT60和BC2-32植株葉片磷素累積量高于YT55、YT00-236和YY618，不同部位葉片磷素累積量表現為新＞上部＞中部＞下部。相同部位葉鞘中不同基因型甘蔗間的磷素累積量差異不顯著。與氮素累積量相同的是，上部葉鞘中磷素累積量顯著高于中、下部葉鞘，是中、下部葉鞘的5倍左右。YT00-236上部莖中磷素累積量顯著高于中、下部莖，而BC2-32上部莖中磷素累積量顯著低于中、下部莖，YT60、YT55和YY618上、中、下部莖中磷素累積量差異不顯著。在5個參試基因型甘蔗中，YT60和BC2-32植株體內磷素積累量高于YT55、YT00-236和YY618。

此外，由表3還可以看出，不同基因型甘蔗鉀素累積量也存在差異性。在所有參試基因型甘蔗中，YT00-236新葉中的鉀素累積量低于其他部位葉片

中鉀素累積量，是上部葉片鉀素累積量的66.20%，其他4個基因型甘蔗不同部位葉片中鉀素累積量表現為新＞上部＞中部＞下部。5個基因型甘蔗中，YT60植株葉片鉀素累積量最高，YT55植株葉片鉀素累積量最低，且YT60是YT55的145.53%。YT60上部葉鞘中鉀素累積量顯著高于其他4個基因型甘蔗，且這4個基因型甘蔗之間無顯著差異；但BC2-32中部和下部葉鞘中鉀素累積量顯著低于其他4個基因型甘蔗，分別是YT60的41.11%和53.70%。所有基因型甘蔗上部葉鞘鉀素累積量顯著高于中、下部葉鞘，約是中、下部葉鞘的2～3倍。整株葉鞘鉀素累積量最高的是YT60，最低的是BC2-32，兩者相差725 mg/株。YT60上部、中部莖中鉀素累積量均最高，而BC2-32所有部位莖中鉀素累積量均最低，且YT60上部、中部莖中鉀素累積量均約是BC2-32的3倍。所有參試基因型甘蔗不同部位莖中鉀素累積量差異不顯著。不同基因型甘蔗整株鉀素累積量最高的是YT60 (11.11 g/株)，最低的是BC2-32 (6.11 g/株)，二者相差5.0 g/株。

3 結論與討論

表3 不同基因型甘蔗不同部位氮磷鉀累積量差異 (mg/株)

干物質的累積雖然并不等于經濟產品的形成，但對任何一類作物來說，營養生長階段所形成的干物質累積既控制著生物產量，也控制著經濟產量。這是因為營養器官的增長可以為籽粒或貯藏組織提供光合產物，沒有后者，也就沒有經濟產物的形成過程[16]。本試驗結果表明，在甘蔗收獲期，所有不同基因型甘蔗的干重，均以莖最高，葉片其次，葉鞘最低，且不同部位葉片、葉鞘和莖干重均表現為上部＞中部＞下部(表1)。同時也發現，不同部位葉片、葉鞘和莖干重，在不同基因型甘蔗之間均表現出差異。其中，YT60植株總干重約是5個參試基因型甘蔗植株總干重平均值的1.4倍。

植物生長過程中各器官所起的作用不同，其生理機能和生物學特性有很大差異，對營養元素的需要量也不相同，因此各器官營養元素的含量存在著明顯差異[17]。本試驗結果與此相似，所有不同基因型甘蔗的不同部位氮、磷、鉀含量存在顯著差異，葉片氮含量高于葉鞘和莖，且不同部位葉鞘和莖中氮、磷、鉀含量表現為上部＞中部＞下部(表2)，表明氮、磷、鉀元素積累在代謝活躍的部位中，并隨生育期的延伸，體內營養進行再分配和繼續利用，老部位的養分逐步消耗而減少。

植物化學元素的分布特征不但是植物自身的特征，同時也會受到所處生境的影響，是植物生物學特性與生態環境相統一的結果[18]。由于生態系統的復雜性和多樣性，不同基因型植物在遺傳學特性和生物學特性上存在著很大的不同，反映出不同基因型植物對營養元素需要上的差異，這種差異直接地體現在植物體內元素的含量上[19]。本試驗結果表明，YT55的新、上、中部葉片氮、磷、鉀含量均最低，

YT60的整株氮、磷、鉀素累積量均最高，所有參試基因型甘蔗體內養分累積量表現為鉀＞氮＞磷(表3)。邢穎等[20]認為，氮、磷、鉀對甘蔗生物量形成均有影響，但氮和鉀的影響更為顯著。由于作物體內的營養元素含量主要取決于作物的種類和生長狀況，了解作物體內營養元素含量可以掌握該作物營養狀況，這對作物的科學施肥具有重要意義。

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(本篇責任編校：李金玉)

Analysis on NPK-Nutrient Characteristics in Shoot of Different Sugarcane Genotypes

WEI Li-na, CHEN Di-wen, ZHOU Wen-ling, HUANG Ying, LU Ying-lin, AO Jun-hua, HUANG Zhen-rui,
LI Qi-wei, JIANG Yong
(Guangzhou Sugarcane Industry Research Institute/Guangdong Key Lab of Sugarcane Improvement & Biorefinery, Guangzhou 510316)

The dry matter, nitrogen, phosphorous and potassium uptake and accumulation of 5 sugarcane genotypes were studied in harvest stage. The results showed that the leaves dry weight of YT60 and BC2-32 were higher than those of other genotypes, and dry weight of sheaths and stems of YT60 were the highest among genotypes. The average of leaves dry weight in different parts of 5 sugarcane genotypes were in the rank of new > upper and middle > lower, those of sheaths were in the rank of upper > middle and lower, and those of stems were upper > middle > lower. Meanwhile, the nitrogen content in leaves of 5 sugarcane genotypes were higher than those of sheaths and stems, and the nitrogen content in upper leaves were higher than those in other parts. The nitrogen content in different parts of sheaths were expressed as upper > middle > lower, but there were no

Sugarcane; Different genotypes ; Different parts; Nutrient content; Nutrient accumulation

S566.1

A

1005-9695(2015)04-0010-01

2015-07-19；

2015-08-24

廣東省工業技術研究院生物工程研究所科技基金博士啟動項目；廣東省農業科技成果轉化資金項目；國家甘蔗產業技術體系(CARS-20-3-1)；廣東省科技計劃項目(粵科財字[2013]82號)

魏麗娜(1981-)，女，碩士，農藝師；E-mail：lzweilina@163.com

*通訊作者：江永(1961-)，男，碩士，研究員；E-mail：gz510316@sina.com

魏麗娜，陳迪文，周文靈，等. 不同基因型甘蔗地上部氮磷鉀養分特征分析[J]. 甘蔗糖業，2015(4)：10-10.

significant difference among different parts of stems in the nitrogen content. The phosphorous content in different parts of leaves, sheaths and stems of were expressed as upper > middle > lower. The potassium content in upper leaves were higher than those in other parts, but the potassium content in different parts of sheaths and stems were expressed as upper > middle > lower. In addition, the nitrogen and phosphorous accumulation in whole plant of YT60 and BC2-32 were higher than those of other genotypes. But the potassium accumulation in whole plant of YT 60 was the highest and that of BC2-32 was the lowest in 5 genotypes. The nitrogen, phosphorous and potassium accumulation in leaves of 5 sugarcane genotypes were in the rank of new > upper > middle > lower. The nitrogen, phosphorous and potassium accumulation in upper sheaths were significant higher than those in middle and lower sheaths. The nitrogen accumulation in stems were expressed as upper < middle < lower, but no significant difference of the phosphorous and potassium accumulation in stems was found among different parts. This suggests that under the same planting conditions, the nutrient uptake of different sugarcane genotypes were different, and the reutilization ability in plant was different.