不同區域對甜高粱農藝性狀及營養成分的影響

再吐尼古麗·庫爾班，岳麗，涂振東，葉凱，艾克拜爾·伊拉洪

(1.新疆農業大學草業與環境科學學院，烏魯木齊 830052；2.新疆農業科學院生物質能源研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】甜高粱(Sorghum bicolor(Moench)L.)是粒用高粱的一個變種，具有生物學產量高、含糖量高、抗性優良、適口性好、乙醇轉化率高等特點，可用于制糖、飼用、生產生物燃料、釀酒、造紙等，是近年來新興的一種飼用作物和能源作物[1-5]。新疆是我國宜農荒地資源較豐富的地區，光照強，溫差大，有利于農作物糖份的積累，適宜于發展甜高粱等能源作物[6]。充分利用新疆地區豐富的自然資源，解決飼料不足問題，促進甜高粱產業的快速發展，對于新疆地區的農牧業發展具有重要意義。【前人研究進展】品種在區域試驗中的表現直接關系到它的推廣應用，而區域試驗質量的好壞則是科學、客觀、公正地評價一個新品種的重要因素[7]。當前，對甜高粱遺傳潛力研究仍主要停留在農藝性狀上[8-13]，趙香娜[14]、閆峰[15]等對不同甜高粱資源的農藝性狀進行了研究，結果顯示各個性狀都存在較大的遺傳多樣性。高明超[16]、曹文伯[17]等研究者認為甜高粱農藝性狀更易受環境因素影響，農藝性狀的表現型不能準確反應出真實的基因型效應，為此，在開展甜高粱育種工作時，除了調查主要的農藝性狀，還應適當結合產量性狀和品質性狀的評估，以制定更加合理的選擇方案，提高選擇效果。【本研究切入點】目前在新疆地區有關不同甜高粱秸稈在不同地區的秸稈粗蛋白質、粗纖維素、可溶性總糖和還原糖等營養成分比較研究的未見報道。研究甜高粱不同種質資源在新疆不同種植區的表現。【擬解決的關鍵問題】以來源于遼寧農業科學院的4份甜高粱種質資源為材料，分別在新疆瑪納斯縣和奇臺縣等兩地在同等栽培管理條件下進行品比試驗，對不同品種的農藝性狀、產量和營養成分等性狀進行研究，分析不同種植區域對不同甜高粱品種的生產力和品質影響，為新疆干旱區甜高粱種質資源的引種及合理利用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2016年4月～2016年9月分別在新疆瑪納斯縣新疆農科院瑪納斯試驗站和奇臺縣奇臺麥類試驗站進行。

新疆農業科學院瑪納斯試驗站，該區海拔470 m，地處N44°14'，E86°14'。年平均降水量為173 mm，年平均氣溫為7.2℃，全年無霜期165 d。土壤有效磷含量25.33 mg/kg、速效氮83.7 mg/kg、速效鉀256.73 mg/kg、pH值8.09、總鹽0.28 g/kg。

新疆農業科學院奇臺麥類試驗站，該區海拔793 m，地處N 44°13′，E89°12′。年平均降水量為176.3 mm，年平均氣溫為4.7℃，全年無霜期155 d。土壤有效磷含量21.11 mg/kg、速效氮77.93 mg/kg、速效鉀102.78 mg/kg、總鹽0.82 g/kg、pH值7.71。

參試品種為從遼寧農業科學院引進的遼甜15-1號、遼甜13號、遼甜1號、遼甜3號等4個甜高粱雜交品種。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

為隨機區組排列，5行區，行長10 m，行距60 cm，株距20 cm，小區面積30 m2，3次重復。2016年4月22～29日人工播種。各試驗小區栽培管理措施一致，采取膜下滴灌。施種肥227 kg/hm2(磷酸二銨)，結合頭水和三水滴尿素303 kg/hm2，人工除草三次，全生育期澆水5次。

1.2.2 測定指標1.2.2.1 農藝性狀

出苗期、抽穗期、開花、成熟期、株高等采用《高粱種質資源描述規范和數據標準》[18]來對試驗材料進行田間觀察和數據采集。

含糖錘度：用水將錘度計調零，取少量榨出的汁液，用 ATAGO 數顯錘度計測定錘度

生物產量：單位面積土地上所收獲的地上部分的全部產量(kg/667 hm2)

1.2.2.2 營養成分

取成熟期莖稈，取樣時每個小區隨機取 5株，整體粉碎后混勻，3個重復，取平均值。

粗蛋白含量測定:凱氏定氮法(GB/T6432-94); 粗纖維含量測定:H2SO4和NaOH溶液煮沸消化法(GB/T6434-94);總糖和還原糖的測定采用直接滴定法[19]。

1.3 數據處理

試驗數據采用DPS軟件的一般線性模型進行方差分析，顯著性檢驗用LSD多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同區域不同品種甜高粱的物候期

研究表明，奇臺種植的甜高粱品種的生育期在139～149 d，均屬晚熟品種。4個甜高粱品種的出苗時間相同，從播種到出苗為12 d，其中遼甜3號的生育期最長，為149 d。遼甜1號的生育期最短，為139 d。

瑪納斯種植的甜高粱品種的生育期在138～145 d，4個甜高粱品種的出苗時間基本相同，從播種到出苗為9 d，其中遼甜13號的生育期最長，為145 d。遼甜1號的生育期最短，為138 d。

遼甜1號、13號在兩地的生育期差異不大。遼甜3號在兩地的生育期差異最大，在奇臺的生育期149 d，奇臺種植比瑪納斯晚熟6 d。遼甜15-1號在奇臺的生育期144 d，比瑪納斯晚熟4 d。表1

表1 不同區域甜高粱的物候期(月/日)

Table 1 Phenological phase of sweet sorghum in different regions (M/D)

地點Place品種名稱Sowing物候期 Phenological phase播種期Sowing date苗期seeding stage抽穗期Heading stage開花期flowering stage成熟期maturity stage全生育期growth period (d)奇臺Qitai遼甜15-1號4/295/116/287/169/20144遼甜13號4/295/116/287/169/20144遼甜3號4/295/116/307/189/25149遼甜1號4/295/116/287/169/15139瑪納斯Manasi遼甜15-1號4/225/16/257/119/10140遼甜13號4/225/16/267/129/15145遼甜3號4/225/16/237/189/13143遼甜1號4/225/16/267/159/8138

2.2 不同區域不同品種甜高粱的農藝性狀

2.2.1 不同區域不同品種甜高粱的株高

研究表明，在同一地區種植的不同甜高粱品種的株高不一致。奇臺種植的4個品種的株高在278.46 cm～313.53 cm。其中遼甜15-1號的株高最長，為313.53 cm。遼甜13號的株高為最矮，為278.46 cm。遼甜15-1號與遼甜13號的株高差異極顯著、與遼甜3號、遼甜1號的差異不顯著。

對于瑪納斯種植的品種來說，遼甜15-1號的株高最長，為333.33 cm。遼甜13號的株高最矮，為293.33 cm。遼甜15-1號株高與其他三個品種的差異極顯著。遼甜3號與遼甜1號的株高差異不顯著。遼甜13號與遼甜3和1號的差異極顯著。

不同區域對同一品種的株高有影響，參試的4個品種在瑪納斯的株高水平整體高于奇臺。遼甜15-1號、遼甜13號、遼甜3號、遼甜1號在奇臺和瑪納斯的均值差分別為19.8 cm、14.87 cm、7.73 cm、6.87 cm。遼甜15-1號和遼甜13號在不同區域的株高差異極顯著。遼甜3號和遼甜1號在不同區域的株高差異不顯著。表2

2.2.2 不同區域不同品種甜高粱秸稈錘度

研究表明，在同一地區種植的不同甜高粱品種的錘度不一致，奇臺種植的遼甜15-1號的秸稈錘度最高，為14.93 %，遼甜1號的秸稈錘度最低，為11.53 %。遼甜15-1號與遼甜13號的秸稈錘度差異不顯著，遼甜3號與遼甜1號的差異不顯著。遼甜15-1號與遼甜3號和遼甜1號的秸稈錘度差異極顯著。

對于瑪納斯種植的品種來說，遼甜13號的秸稈錘度最高，為24.73 %。遼甜3號的秸稈錘度最低，為18.19%。遼甜15-1號與遼甜1號的秸稈錘度差異不顯著，遼甜15-1號與遼甜1號、遼甜3號的差異極顯著。

不同區域對同一品種秸稈的錘度有影響，參試的4個品種的秸稈錘度在瑪納斯的均高于奇臺的。遼甜15-1號、遼甜13號、遼甜3號、遼甜1號在奇臺和瑪納斯的錘度均值差分別為6.23%、10.27%、6.33%、8.8%。4個不同品種在瑪納斯和奇臺的錘度差異均極顯著。表2

2.2.3 不同區域不同品種甜高粱秸稈的生物產量

研究表明，在同一地區種植的不同甜高粱品種的生物產量不一致，奇臺種植的4個不同甜高粱品種的生物產量大小順序為遼甜15-1號>遼甜13號>遼甜3 >遼甜1號，生物產量分別為14.88、13.85、12.64和7.96 t/hm2，各品種的生物產量差異極顯著。

瑪納斯種植的4個不同甜高粱品種的生物產量大小順序跟奇臺的一致，大小順序為遼甜15-1號>遼甜13號>遼甜3 >遼甜1號，生物產量分別為15.94、14.08、12.91和8.33 t/hm2，各品種的生物產量差異極顯著。

不同區域對同一甜高粱品種的生物產量有影響，4個品種的生物產量在瑪納斯的均高于奇臺的。遼甜15-1號、遼甜13號、遼甜3號、遼甜1號在奇臺和瑪納斯的均值差分別為1.06、0.22、0.26和0.36 t/hm2。4個不同品種在瑪納斯和奇臺的生物產量差異均極顯著。表2

表2 不同區域不同品種甜高粱農藝性狀

Table 2 Agronomic characters of different sweet sorghum varieties in different regions

地點Place 品種名稱Sowing主要農藝性狀 Main agronomic characters株高Plant height (cm)錘度Sugar brix (%)生物產量Biological yield (t/hm2)奇臺Qitai遼甜15-1號313.53±1.66Bbc14.93±0.33Dd14.88±30.33Bb遼甜13號278.46±3.33De14.46±0.11Dd13.85±23.33Dd遼甜3號308.93±1.67Bc11.86±0.12Ee12.64±25.66Ff遼甜1號312.46±1.33Bbc11.53±0.66Ee7.96±10.33Hh瑪納斯Manasi遼甜15-1號333.33±3.33Aa21.16±0.10Bb15.94±31.33Aa遼甜13號293.33±3.33Cd24.73±0.66Aa14.08±32.33Cc遼甜3號316.66±3.33Bbc18.19±0.23Cc12.91±0.12Ee遼甜1號319.33±3.33Bb20.33±0.13Bb8.33±31.24Gg

注：同列數據后標不同大寫字母者表示差異達1%顯著水平,標不同小寫字母者表示差異達5%顯著水平。下同

Note: The data with different capital letters in the same column show significantly different atP=0.01, lowercase letters show significantly different at P=0.05

2.3 不同區域不同品種甜高粱的營養成分

2.3.1 不同品種甜高粱總糖含量

研究表明，秸稈總糖含量在品種之間有差異。在同一地區種植的不同甜高粱品種的秸稈總糖含量不一致，在奇臺種植的4個不同甜高粱品種的總糖含量大小順序為遼甜1號>遼甜15-1號>遼甜3號>遼甜13號，含量分別為8.39%、5.56%、5.41%、4.28%，其中遼甜15-1號與遼甜13號、遼甜1號秸稈的總糖含量差異極顯著。遼甜15-1號與遼甜3號的差異不顯著。

瑪納斯種植的4個不同甜高粱品種的秸稈總糖含量大小順序跟奇臺的不一致，大小順序為遼甜1號>遼甜13號>遼甜15-1號>遼甜3號，含量分別為9.15%、6.77%、6.09%、5.82%，其中遼甜15-1號與遼甜13號、遼甜1號的總糖含量差異極顯著，而遼甜15-1號與遼甜3號的總糖含量差異顯著。

不同區域對同一甜高粱品種的總糖含量有很大的影響，參試的4個品種的總糖含量在瑪納斯的均高于奇臺的。對于同一品種來說，瑪納斯和奇臺的總糖含量差異均達到極顯著。表3

2.3.2 不同品種甜高粱還原糖含量

研究表明，還原糖含量在品種之間有差異。在同一地區種植的不同甜高粱品種的還原糖含量不一致，在奇臺種植的4個不同甜高粱品種的還原糖含量大小順序為遼甜1>遼甜3號>遼甜15-1號 >遼甜13號，含量分別為1.49%、1.37%、1.15%、1.10%，其中遼甜15-1號與遼甜13號、遼甜1號、遼甜1號秸稈的還原糖含量差異極顯著。遼甜3與遼甜1號的差異顯著。

瑪納斯種植的4個不同甜高粱品種的還原糖含量大小順序跟奇臺的不一致，大小順序為遼甜1>遼甜13號>遼甜3>遼甜15-1號，含量分別為6.50%、6.05%、5.32%、4.56%，品種間差異均極顯著。

不同區域對同一甜高粱品種的還原糖含量有很大的影響， 4個品種的還原糖含量在瑪納斯的均高于奇臺的。對于同一品種來說瑪納斯和奇臺的還原糖含量差異均達到極顯著。表3

2.3.3 不同品種甜高粱粗蛋白質含量

研究表明，在同一地區種植的不同甜高粱秸稈的粗蛋白質含量差異不大，在奇臺種植的遼甜13號與遼甜3號、遼甜1號秸稈的粗蛋白質含量差異均不顯著，而遼甜13號與遼甜15-1號的差異極顯著。其中遼甜15-1號的粗蛋白質含量最高，已達到4.43%。

瑪納斯種植的4個不同甜高粱品種的粗蛋白質含量大小順序跟奇臺的不一致，大小順序為遼甜13號>遼甜1號>遼甜15-1號>遼甜3號，含量分別為5.41%、4.60%、4.48%、4.16%，其中遼甜15-1號與遼甜13號、遼甜3號的粗蛋白質含量差異極顯著，而遼甜15-1號與遼甜1號的粗蛋白質含量差異顯著。

不同區域對同一甜高粱品種的粗蛋白質含量有一定的影響，參試的4個品種的粗蛋白質含量在瑪納斯的均高于奇臺的。不同種植地區的同一品種的粗蛋白質含量不一致，遼甜15-1號在奇臺與瑪納斯的粗蛋白質含量差異顯著、遼甜13號在奇臺與瑪納斯的粗蛋白質含量差異極顯著、遼甜3號在奇臺與瑪納斯的粗蛋白質含量差異顯著、遼甜1號在奇臺與瑪納斯的粗蛋白質含量差異極顯著。表3

2.3.4 不同品種甜高粱粗纖維素含量

研究表明，在同一地區種植的不同甜高粱品種秸稈的粗纖維素含量有差異，在奇臺種植的遼甜15-1號與遼甜13號秸稈的粗纖維素含量差異不顯著，而遼甜15-1號與遼甜3號、遼甜1號的差異極顯著。秸稈粗纖維素含量大小順序為遼甜13>遼甜15-1號>遼甜1>遼甜3號，含量分別為45.93%、45.73%、41.99%、39.34%，其中遼甜13號的粗纖維素含量最高，已達到45.93%。

瑪納斯種植的4個不同甜高粱品種的秸稈粗纖維素含量大小順序跟奇臺的不一致，大小順序為遼甜1號>遼甜13號>遼甜3號>遼甜15-1號，含量分別為49.09%、47.63%、43.18%、34.22%，四個品種的粗纖維素含量差異極顯著。

不同區域對同一甜高粱品種的粗纖維素含量有很大的影響，除了遼甜15-1號外其他3個品種的粗纖維素含量在瑪納斯的均高于奇臺的。不同種植地區同一品種的粗纖維素含量差異均極顯著。表3

表3 不同區域不同品種甜高粱營養成分

Table 3 Effects of different regions on the nutritional components of different sweet sorghum varieties(%)

地點Place品種名稱Sowing營養成分 Nutrient composition總糖(鮮基)Total sugar還原糖(鮮基)Reducing sugar粗蛋白質Crude protein粗纖維素Crude cellulose奇臺Qitai遼甜15-1號5.56±0.33Eff1.15±0.02Fg4.43±0.01Cc45.73±0.23Cc遼甜13號4.28±0.33Gg1.10±0.01Gh4.02±0.03Ee45.93±0.13Cc遼甜3號5.41±0.10Ff1.37±0.03Ef4.09±0.03DEe39.34±0.10Ef遼甜1號8.39±0.10Bb1.49±0.03Ee4.05±0.04DEe41.99±0.33De瑪納斯Manasi遼甜15-1號6.09±0.03Dd4.56±0.03Dd4.48±0.03BC34.22±0.23Fg遼甜13號6.77±0.13Cc6.05±0.02Bb5.41±0.03Aa47.63±0.13Bb遼甜3號5.82±0.10DEe5.32±0.03Cc4.16±0.03Dd43.18±0.33Dd遼甜1號9.15±0.06Aa6.50±0.03Aa4.60±0.03Bb49.09±0.33Aa

3 討 論

3.1 不同區域對不同甜高粱品種物候期的影響

甜高粱為短日照作物,在新疆長日照條件下有利于其營養生長[20]。試驗中發現不同種植區對物候期有一定的影響，遼甜3號在兩地的生育期差異最大，在奇臺的生育期149 d，奇臺種植比瑪納斯晚熟6 d;遼甜15-1號在奇臺的生育期144 d, 比瑪納斯晚熟4 d，表明不同區域對同一品種的物候期有影響。對于生育期來說，在瑪納斯地區種植的所有品種基本上比奇臺地區種植的生育期短。李春喜等[21]認為不同的地形地貌和氣候等自然條件對甜高粱生長有極顯著影響，試驗結果為隨著海拔升高，氣溫下降，甜高粱生長時間縮短，株高、單株鮮重，葉片數、莖葉產量、糖錘度等性狀降低。不同種植區域有關氣候條件對甜高粱生長特性及品質的影響需要進一步研究。

3.2 不同區域對不同甜高粱品種農藝性狀影響

甜高梁莖稈含糖錘度是一個非常復雜的性狀,它受單株重、莖稈質地和莖稈出汁率等內因及外界環境條件、栽培技術措施等的影響[22]。研究結果顯示，不同品種的秸稈錘度有差異，奇臺種植的4個不同甜高粱品種的含糖錘度在11.53%～14.93%，瑪納斯種植的4個不同品種的錘度在18.19%～24.73%。籍貴蘇等[23]研究表明，甜高粱莖稈含糖量一般在11%～21%，這與本研究的結論基本相吻合。遼甜1號和遼甜3號的錘度與宋金昌[24]、馮海生等[25]的結果不同，在西寧地區種植的錘度為15%左右，研究結果為奇臺種植的錘度在12%左右，瑪納斯的20%左右，地區間存在很大的差異。遼甜1號和遼甜3號在新疆石河子地區株高、生物產量和莖稈含糖量[26]與研究中奇臺地區的結果基本相同。

前人研究表明氣候因素、栽培模式、海拔高度對甜高粱生長發育有極大影響[20,27]，這與試驗結果基本符合。研究中發現株高、錘度和生物產量在兩地都有變化。錘度和生物產量在不同區域的差異均極顯著。大多數品種在瑪納斯的株高、錘度和生物產量高于奇臺的。株高較高的遼甜15-1號、遼甜13號等品種，其生物產量和含糖量也相對較高，它們之間可能存在正相關，這與楊相昆等[26]的試驗結果相同。具體相關性顯著與否，還有待進一步的驗證。甜高粱基因型是影響其生物產量的主要因素[28]。研究結果表明，不同甜高粱品種的生物產量有差異，其中遼甜15-1號的最高，遼甜1號最低。韓立樸等[29]研究表明，不同甜高粱品種產量存在差異，這與研究結果保持一致。

3.3 不同區域對不同甜高粱品種營養成分影響

甜高粱可溶性總糖主要貯存于莖稈中，莖稈的含糖量是衡量其品質的重要參數，這對于生產乙醇和青貯飼料至關重要[29]。研究中發現總糖、還原糖、粗蛋白質和粗纖維素等營養成分在品種之間有差異。這是由于不同植物甚至同一植物不同組織和器官的生理生化反應存在差異造成的[30]。

史紅梅等[31]證明海拔高度對高粱籽粒品質有明顯的調控作用。而試驗結果同樣證明不同區域對同一甜高粱品種秸稈的營養成分也有很大的影響，參試的4個品種的營養成分在瑪納斯的均高于奇臺的。對于同一品種來說瑪納斯和奇臺的總糖、還原糖和粗纖維素含量差異均達到極顯著。因為甜高粱營養品質在不同時間、不同地點、不同品種上的表現是不同的[20]。

4 結 論

不同種植區的4個不同甜高粱品種的農藝性狀和營養成分存在差異。不同區域對同一品種的生長特性及營養成分有很明顯的影響。奇臺和瑪納斯種植的甜高粱品種的生育期在138 d～149 d，均屬晚熟品種。遼甜1號、13號在兩地的生育期差異不大。遼甜3號在兩地的生育期差異最大，在奇臺的生育期149 d，奇臺種植比瑪納斯晚熟6 d。遼甜15-1號在奇臺的生育期144 d，比瑪納斯晚熟4 d。參試的4個品種在瑪納斯的株高水平、秸稈含糖錘度、生物產量整體高于奇臺。遼甜15-1號、遼甜13號、遼甜3號、遼甜1號在奇臺和瑪納斯的生物產量的均值差分別為1.06、0.22、0.26和0.36 t/hm2，其中遼甜15-1號的生物產量在不同種植區均居第一位，分別為14.88、15.94 t/hm2。綜上所述，除了生物產量，遼甜15-1號在瑪納斯和奇臺等兩地的總糖、粗蛋白質含量等營養成分也比較高，主要性狀表現優于其它品種。該品種在新疆北疆地區具有推廣利用價值，可作為種植飼料甜高粱的首選品種。