機收時近地端蔗莖纖維組分與破蔸率的相關性研究初報

趙培方++代俊杰++劉高源+高欣欣++楊麗濤++李楊瑞++郭家文

摘 要 機械收獲導致宿根蔗蔸破損，是影響機收甘蔗宿根性的重要因素。為探索近地端蔗莖纖維組分與機收破蔸率的關系，本研究以5個甘蔗品種ROC22、粵糖93-159、桂糖32號、福農39號和云蔗05-51為材料，于收獲前取近地端20 cm蔗莖進行壓榨，分析蔗渣中纖維素、半纖維素和木質素含量，并在機收后調查各小區破蔸率。結果表明：品種間近地端蔗莖木質素含量和破蔸率差異均顯著，纖維素含量和半纖維素含量差異不顯著；機收破蔸率由低至高依次為云蔗05-51（28.14%）、ROC22（35.26%）、福農39號（35.50%）、粵糖93-159（39.14%）和桂糖32號（46.49%）；機收后破蔸率與近地端木質素含量存在極顯著遺傳負相關，遺傳相關系數-0.95，與纖維素含量呈遺傳負相關；近地端木質素含量和機收破蔸率均為遺傳力較高的性狀。

關鍵詞 甘蔗；纖維組分；機械收獲；破蔸率

中圖分類號 S435.661 文獻標識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.11.020

A Primary Report on the Relationships Between Fiber Components of

Bottom Stem and Stool Damage by Mechanical Harvest in Sugarcane

ZHAO Peifang1，2） DAI Junjie3） LIU Gaoyuan1）

GAO Xinxin1） YANG Litao2） LI Yangrui2） GUO Jiawen1）

（1 Sugarcane Research Institute， Yunnan Academy of Agricultural Sciences，

Kaiyuan， Yunnan 661699；

2 Agricultural College， Guangxi University， Nanning， Guangxi 530005；

3 Agricultural College， Nanjing Agricultural University， Nanjing， Jiangsu 210095）

Abstract Damage of mechanical harvest to stool was the key limitation to the ratoon productivity of sugarcane. In order to understand the relationship between fiber components of sugarcane bottom stem and stool damage， five sugarcane cultivars ROC22， YT93-159， GT32， FN39 and YZ05-51 were measured to investigate the content of cellulose，hemicellulose and lignin. The percentage of stool damage was investigated after mechanical harvest. The results showed that lignin content and percentage of damaged stools were significantly different amang sugarcane cultivars， while the content of cellulose and hemicellulose were not significant. The percentage of damaged stool was in order YZ05-51（28.14%）< ROC22（35.26%）< FN39 （35.50%）< YT93-159（39.14%）< GT32（46.49%）； The lignin content showed a highly significantly negative genetic correlation with stool damage after mechanical harvest（rg=-0.95），and cellulose content was negatively correlated with stool damage； The lignin content and stool damage showed high broad-sense heritability.

Keywords sugarcane ； cellulose components ； mechanical harvest ； percentage of stool damage

甘蔗是中國最主要的糖料作物，原料甘蔗生產成本高是制約中國蔗糖產業發展的重要因素。據報道，中國每噸甘蔗的生產成本是巴西和泰國的一倍以上[1]。甘蔗收獲作業包括砍蔗、切梢、去葉、捆蔗和裝運等工序，占整個甘蔗種植管理總作業量的55%[2]。隨著勞動力的緊缺，甘蔗收獲所需的勞動力投入比重呈增加趨勢[3]。收獲成本的增加已嚴重制約蔗糖產業的健康可持續發展。如云南蔗區甘蔗砍收年成本已高達16億元[4]。機械收獲是降低甘蔗收獲成本的有效措施。在中國，機收成本僅為人工收獲的65.12%[5]；在蘇丹，僅為人工收獲的55%[6]。為降低原料甘蔗生產成本，巴西機收面積由2002年的55%增加至2013年的100%[7]，而日本針對甘蔗收獲集中在多雨季節的特征，專門研發適宜潮濕季節收獲的小型甘蔗機械[8]。

然而，甘蔗產量隨機收次數的增加而降低[9]。據報道，某蔗田多年人工收獲的平均甘蔗產量為218.44 t/hm2，含糖量為18.54 t/hm2，但在2年機械收獲后，該蔗田的平均甘蔗產量和含糖量分別降低至148.26和14.58 t/hm2，而三次機械收獲后更進一步降低至91.68和9.64 t/hm2[10]。機械收獲及輾壓對蔗蔸的損害，是導致宿根減產的重要因素，砍蔗刀盤入土的切割深度對甘蔗的宿根破蔸率有顯著影響，破蔸率隨刀盤切割深度的增加而降低[11]。通過遺傳改良，選育適宜機械化收獲的甘蔗品種，是降低機械輾壓減產的重要措施[12]。梁強等[13]的研究表明，不同品種耐機械碾壓能力不同，在ROC22、桂糖29號和桂糖33號3個品種中，桂糖29號綜合性狀表現較好。楊榮仲等[2，14]從家系耐機械輾壓的角度開展了相關研究，通過計算甘蔗雜交組合耐碾壓值，并選取碾壓等級、宿根發株和耐碾壓值進行聚類分類，從363個試驗組合中篩選出11個耐碾壓值高、宿根發株多的適應甘蔗機械化收獲的組合。

近地端約20 cm的蔗莖為承受機收的主要部位。本研究以近地端約20 cm蔗莖纖維組分差異為切入點，采用5個甘蔗品種為研究材料，通過分析機械收獲前近地端20 cm蔗莖中纖維組分含量和收獲后破蔸率的相關性，以期尋找與機收甘蔗破蔸率相關性較為密切的纖維組分指標，為適宜機收、耐輾壓甘蔗新品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

以目前云南主栽品種ROC22和粵糖93-159以及近年國內育成的優良新品種桂糖32號[15]、福農39號[16]和云蔗05-51[17-18]為參試品種進行田間試驗。參試品種信息如表1所示。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗地設置于云南省農業科學院甘蔗研究所第一科研基地（103°15′ E， 23°42′ N）。將以上5個甘蔗品種進行完全隨機區組排列，4次重復，每小區7行，行長8 m，行距1 m，小區面積56 m2。于2016年2月種植，種植后采用地膜覆蓋。生長期田間管理與當地甘蔗生產管理水平一致。于2017年2月機械收獲時在各小區隨機選取6株近地端20 cm 的蔗莖進行壓榨，采用FOSS公司FT121/FT122 FibertecTM 纖維分析系統測定所獲蔗渣的纖維素含量、半纖維素含量和木質素含量。取樣后進行機械收獲，收獲后以蔗篼開裂5 cm以上為標準，調查各小區3～4行蔗蔸總數和破損深度大于5 cm的蔗蔸數，按照以下公式計算各小區破蔸率。

破蔸率=破損深度大于5 cm蔗蔸數/蔗蔸總數×100/%

1.3 數據分析

本研究收集到的試驗數據均為百分數，因此，采用Excel中的ASIN函數對數據進行反正弦轉化后用于統計分析。采用Statistix 8對4個性狀進行方差分析、LSD多重比較分析以及計算Pearson相關系數。采用ASReml-R計算破蔸率與纖維組分的遺傳協方差（Govg（xy））、破蔸率遺傳方差（σ■■）以及纖維組分遺傳方差（σ■■），參照Basnayake等[19]描述的方法計算破蔸率與纖維組分的遺傳相關系數（rg），計算公式如下：

r■=■

采用GenStat 12計算遺傳方差分量（σ■■）和誤差方差分量（σ■■），根據Fehr[20]描述的方法計算廣義遺傳率（h2b），公式如下（n為重復數，即4）：

h2b=■

2 結果與分析

2.1 不同甘蔗品種間近地端蔗莖纖維組分差異分析

2.1.1 不同甘蔗品種近地端蔗莖纖維素含量差異

不同甘蔗品種近地端蔗渣中纖維素含量在36.52%～41.85%，方差分析結果顯示品種間差異不顯著（表2）。但LSD多重比較結果顯示，云蔗05-51纖維素含量顯著高于福農39號。5個甘蔗品種纖維素含量由高至低依次為云蔗05-51（41.85%）、ROC22（39.82%）、桂糖32號（38.98%）、粵糖93-159（38.32%）和福農39號（36.52%）（圖1）。

2.1.2 不同甘蔗品種近地端半纖維素含量差異

不同甘蔗品種近地端蔗渣中半纖維素含量在9.92% ～11.72%，盡管數值上相差1.8個百分點，但方差分析結果顯示品種間半纖維素含量差異不顯著，品種間方差小于誤差方差。5個品種半纖維素含量由高至低依次為粵糖93-159（11.72%）、福農39號（11.29%）、桂糖32號（11.13%）、ROC22（10.69%）和云蔗05-51（9.92%）（圖2）。

2.1.3 不同甘蔗品種近地端木質素含量差異

不同甘蔗品種近地端蔗渣中木質素含量在10.19%～13.10%，數值相差2.91個百分點，品種間差異達極顯著水平（p<0.01）（表2）。如圖3所示，ROC22和云蔗05-51的木質素含量顯著高于桂糖32號和粵糖93-159；福農39號顯著高于粵糖93-159，與其他3個品種無顯著差異。5個甘蔗品種收獲前近地端木質素含量由高至低依次為ROC22、云蔗05-51、福農39號、桂糖32號和粵糖93-159。

2.2 不同甘蔗品種機收破蔸率差異分析

機械收獲后，5個甘蔗品種的破蔸率在28.14% ～46.49%，相差18.35個百分點，品種方差高于誤差方差，品種間差異顯著（p<0.05）（表2）。如圖4所示，云蔗05-51機收后破蔸率顯著低于桂糖32號、粵糖93-159和福農39號，與ROC22無顯著差異；而ROC22破蔸率顯著低于桂糖32號；桂糖32號、粵糖93-159和福農39號無顯著差異。5個甘蔗品種機收后破蔸率由低至高依次為云蔗05-51、ROC22、福農39號、粵糖93-159和桂糖32號。

2.3 近地端纖維組分與機收破蔸率間的相關性分析

2.3.1 表型相關分析

Pearson相關性分析結果表明，機收破蔸率與近地端木質素含量呈顯著負相關，相關系數-0.51，與纖維素含量和半纖維素含量分別呈負相關和正相關，但未達顯著水平。近地端纖維素含量與半纖維素含量呈負相關，與木質素含量呈正相關。木質素與半纖維素含量呈負相關，但未達顯著水平。

2.3.2 遺傳相關分析

由于近地端半纖維素含量品種間差異不顯著，因此，未對其進行遺傳相關分析。纖維素、木質素及破蔸率3個指標的遺傳相關分析結果表明，破蔸率與木質素含量呈極顯著遺傳負相關（rg=-0.95），與纖維素含量呈遺傳負相關，但未達顯著水平。此外，纖維素含量與木質素含量呈遺傳正相關，但未達顯著水平。

2.4 木質素含量與破蔸率的廣義遺傳力

由表2可知，纖維素含量和半纖維素含量品種間差異不顯著，因此，僅計算了木質素含量和破蔸率的廣義遺傳力。分析結果表明，近地端木質素含量和破蔸率均為高遺傳力性狀，分別達0.80和0.76。

3 討論

機械收獲后，甘蔗品種間的破蔸率存在極顯著差異[21-22]。本研究結果與之相似，不同品種間機收后破蔸率存在顯著差異，云蔗05-51破蔸率最低為28.14%，ROC22、福農39號和粵糖93-159的機收破蔸率分別為35.26%，35.50%和39.14%，桂糖32號破蔸率最高為46.49%。

有研究表明，蔗莖中的纖維分與機收破蔸率存在一定關系，如李儒仲等[21]的研究發現，纖維分含量較高的甘蔗品種破蔸率較低，在其研究的6個品種中桂柳1號纖維分含量最高，其機收破蔸率最低，纖維分含量較低的臺糖668和福農15號機收破蔸率均較高。陳超君等[22]的研究亦發現，纖維含量高的品種破蔸率較低。上述研究的纖維分為整株蔗莖中纖維分含量，而未分析纖維組分中纖維素含量、半纖維素含量以及木質素含量與破蔸率之間的關系，亦未分析近地端纖維組分與破蔸率之間的關系。纖維組分中的木質素為高度分支化的無規則排列的高分子，與纖維素和半纖維素共同構成了細胞壁穩定的結構[23-24]。本研究以直接承受機械收獲的近地端20 cm蔗莖為研究對象，分析其纖維組分與破蔸率間的關系，結果發現，近地端木質素含量和纖維素含量較高而半纖維素含量較低的云蔗05-51機收破蔸率最低，木質素含量較低的粵糖93-159和桂糖32號機收破蔸率均較高。

從以上研究結果推測，在機械收獲操作和環境一致的條件下，機收破蔸率與近地端蔗莖中木質素含量具有較強的相關性。經相關性分析發現，收獲前近地端蔗莖纖維組分中的木質素含量與破蔸率呈顯著負相關和極顯著遺傳負相關，其中遺傳相關系數達-0.95。近地端纖維素含量與破蔸率呈遺傳負相關，但未達顯著水平。此外，近地端木質素含量和破蔸率的廣義遺傳力均較高，可考慮將其作為篩選耐機收撕扯輾壓甘蔗新品種的指標。

本研究得出的結論來源于較小的基因型群體，有待在較大基因型群體和多年多點試驗條件下進一步驗證。另外，近地端纖維素含量與破蔸率呈遺傳負相關，相關性不及木質素與破蔸率間的高，同樣有待在更大的參試群體中進一步驗證。

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