不同甘蔗品種葉綠素SPAD值差異及相關(guān)性分析

趙勇，應(yīng)雄美，楊昆，羅志明，昝逢剛，李復(fù)琴，朱建榮*

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，云南 開(kāi)遠(yuǎn) 661699； 2.云南省甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 云南 開(kāi)遠(yuǎn) 661699)

甘蔗是世界上主要的糖料作物，以甘蔗蔗糖為主要收獲指標(biāo)。葉片光合作用不僅直接影響甘蔗產(chǎn)量[1]，同時(shí)也是蔗汁糖分形成的基礎(chǔ)，與蔗糖含量具有密切相關(guān)性[2]。葉片光合作用的強(qiáng)弱與葉綠素的含量有密切關(guān)系，在一定范圍內(nèi)，與葉綠素的含量呈顯著正相關(guān)[3]。SPAD-502葉綠素儀可以即時(shí)測(cè)量植物的“綠色程度”，即植物對(duì)氮肥的需求量，但同時(shí)也是反映葉綠素相對(duì)含量的一個(gè)重要指標(biāo)。已有研究表明，葉綠素儀讀數(shù)與葉綠素含量有較好的線(xiàn)性關(guān)系，可用SPAD值表示葉綠素含量的高低[4]。在一定程度上葉綠素SPAD值可以作為葉綠素含量值來(lái)進(jìn)行光合效能研究和品質(zhì)分析。因此分析甘蔗葉片葉綠素SPAD值對(duì)研究甘蔗品質(zhì)性狀具有重要意義。

影響葉綠素含量SPAD的因素有很多，如氮素營(yíng)養(yǎng)、葉部病害、水肥條件、品種類(lèi)型[5-9]。其中，品種類(lèi)型對(duì)影響葉綠素SPAD值的影響是根本性的。通過(guò)葉綠素SPAD值的變化特征來(lái)研究品種特性取得良好進(jìn)展，這在其他作物[10-11]上已通過(guò)驗(yàn)證。本試驗(yàn)主要從不同品種葉綠素的SPAD值差異特性及與甘蔗品質(zhì)性狀指標(biāo)的相關(guān)性、葉綠素SPAD值的廣義遺傳力著手分析，旨在揭示不同品種間葉綠素SPAD值的差異，以及這種差異與甘蔗品質(zhì)性狀的相關(guān)性關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2016年1月在云南省紅河州開(kāi)遠(yuǎn)市云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地進(jìn)行，237°N、103.25°E，海拔1 051.8 m，年日照時(shí)數(shù)2 382 h，年均氣溫20 ℃，年均降雨量771.1 mm，年潛在蒸發(fā)量1 987 mm，無(wú)霜期341 d左右。

云南蔗區(qū)8個(gè)主要栽培品種及推廣品種分別是粵糖93-159、新臺(tái)糖22號(hào)、云蔗05-51、桂糖29號(hào)、柳城05-136、德蔗09-78、云蔗01-1413、福農(nóng)1110。據(jù)2017統(tǒng)計(jì)，種植面積合計(jì)約為15.14萬(wàn)hm2。

1.2 處理設(shè)計(jì)

1.2.1 種植安排及葉綠素SPAD值測(cè)定

選擇面積相當(dāng)、土壤肥力均勻、排水措施良好的科研基地約667 m2，以品種為處理，每個(gè)品種種24行，行長(zhǎng)1.5 m，行寬1 m。8個(gè)品種隨機(jī)區(qū)組排列，3個(gè)試驗(yàn)重復(fù)。在8～10葉時(shí)，用SPAD-502葉綠素讀數(shù)儀(日本柯尼卡美能達(dá)公司)每隔15 d測(cè)定每個(gè)品種葉綠素SPAD值，定點(diǎn)測(cè)量8株，每次測(cè)定部位統(tǒng)一為正二葉中間部位，直至生長(zhǎng)期結(jié)束。

1.2.2 甘蔗品質(zhì)檢測(cè)

檢測(cè)品質(zhì)指標(biāo)主要包括甘蔗糖分、纖維分、還原糖分、重力純度，方法參考文獻(xiàn)[12]，采用一次旋光法進(jìn)行檢測(cè)。從11月開(kāi)始檢測(cè)，每隔1月檢測(cè)相關(guān)指標(biāo)，直至次年3月。樣品檢測(cè)由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所質(zhì)檢中心完成。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013分析軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，DPS統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)各品質(zhì)性狀指標(biāo)(11月至3月各品質(zhì)指標(biāo)平均值)進(jìn)行方差和相關(guān)性分析，采用R軟件(程序包lm4軟件)進(jìn)行廣義遺傳力分析，廣義遺傳力的計(jì)算參照文獻(xiàn)[13-14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉綠素含量

圖1表明，不同品種間葉綠素SPAD值存在顯著差異。在P<0.05水平，德蔗09-78除了與云蔗05-51、新臺(tái)糖22號(hào)差異不顯著外，與其他品種均差異顯著，且德蔗09-78葉綠素SPAD值最高，達(dá)到53.40。云蔗01-1413與其他品種均存在顯著差異，葉綠素SPAD值最低，為29.78。柳城05-136和桂糖29號(hào)差異不顯著，與德蔗09-78、云蔗05-51、云蔗01-1413存在顯著差異。在P<0.01水平，德蔗09-78和云蔗05-51、新臺(tái)糖22號(hào)差異不顯著，與其他品種均存在極顯著差異；云蔗01-1413與桂糖29號(hào)、柳城05-136間差異顯著，與其他品種存在極顯著差異；福農(nóng)1110、新臺(tái)糖22號(hào)、柳城05-136、云蔗05-51、桂糖29號(hào)和粵糖93-159等6個(gè)品種間葉綠素SPAD值差異不顯著；其中葉綠素SPAD最高值是最低值的1.8倍。

品種間無(wú)相同大寫(xiě)或小寫(xiě)字母分別表示0.01和0.05水平差異顯著圖1 不同甘蔗品種的葉綠素SPAD值差異

2.2 品質(zhì)性狀指標(biāo)

對(duì)11—3月不同品種各品質(zhì)性狀進(jìn)行檢測(cè)分析。由表1可知，甘蔗糖分以桂糖29號(hào)最高，達(dá)到17.02%；以新臺(tái)糖22號(hào)為最低，為14.93%。纖維分以云蔗01-1413為最高，達(dá)到13.44%，最低的為德蔗09-78和云蔗05-51，分別為10.24%和10.62%。重力純度以云蔗05-51最高，達(dá)到88.31%，云蔗01-1413為最低，為82.20%。還原糖分以云蔗01-1413為最高，為0.94%；最低的為德蔗09-78，為0.48%。

表1 不同甘蔗品種的相關(guān)品質(zhì)性狀

注：以上數(shù)據(jù)由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所品質(zhì)檢測(cè)中心檢測(cè)提供。

2.3 葉綠素SPAD值與品質(zhì)性狀指標(biāo)的相關(guān)性

由圖2可知，以葉綠素SPAD值為縱坐標(biāo)，各品質(zhì)性狀指標(biāo)為橫坐標(biāo)進(jìn)行線(xiàn)性關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，纖維分和重力純度與葉綠素SPAD值之間存在較好的線(xiàn)性關(guān)系，甘蔗糖分和還原糖與葉綠素SPAD值之間線(xiàn)性相關(guān)性關(guān)系不明顯。

利用DPS進(jìn)一步對(duì)各品種葉綠素SPAD值與品質(zhì)性狀指標(biāo)進(jìn)行2因素相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，葉片葉綠素SPAD值與重力純度之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系，r為0.909；表明甘蔗葉綠素SPAD值越高，其甘蔗重力純度越高。葉片葉綠素SPAD值與甘蔗纖維分存在顯著負(fù)相關(guān)，r為-0.815；說(shuō)明品種的葉綠素SPAD值越高，其甘蔗纖維分越低。甘蔗糖分和還原糖分與葉綠素SPAD值之間不存在明顯的相關(guān)性關(guān)系(表2)。

表2 葉綠素SPAD值與各品質(zhì)性狀的相關(guān)性

注：*和**分別表示0.05和0.01水平差異顯著。

圖2 葉綠素SPAD值與各品質(zhì)性狀指標(biāo)的線(xiàn)性關(guān)系

2.4 葉綠素SPAD值的廣義遺傳力計(jì)算

利用R軟件對(duì)8個(gè)主栽品種葉綠素SPAD進(jìn)行隨機(jī)方差分析和廣義遺傳力分析得出，隨機(jī)遺傳方差為5.23，誤差為2.29，且品種間差異達(dá)到極顯著水平，得到葉綠素SPAD值的廣義遺傳力為88.4%，說(shuō)明葉綠素SPAD值的廣義遺傳力較高，遺傳穩(wěn)定。

3 小結(jié)與討論

葉綠素SPAD值是反應(yīng)氮肥利用效率的直接表現(xiàn)，在生產(chǎn)上已應(yīng)用多年[15-16]。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)8個(gè)主栽品種葉綠素SPAD值含量進(jìn)行測(cè)定發(fā)現(xiàn)，8個(gè)主栽品種之間葉綠素SPAD值含量存在顯著差異。其中以德蔗09-78和云蔗05-51值最大，表明2個(gè)品種氮肥利用效率較高，生長(zhǎng)較快，這也與2個(gè)品種表型和特性一致，表現(xiàn)為早熟、高產(chǎn)高糖、宿根強(qiáng)[17-18]，但在土壤肥沃的水田或沙土地，應(yīng)嚴(yán)格把控栽培措施，否則表現(xiàn)為倒伏。云蔗01-1413葉綠素含量最低，表明其氮肥利用效率較低，表現(xiàn)為生長(zhǎng)較緩慢，宜在水田等土壤肥沃土地進(jìn)行種植[19]。其他材料葉綠素含量中等，氮肥利用效率較高，表現(xiàn)為產(chǎn)量適中，甘蔗糖分含量高，且不宜倒伏。

甘蔗品質(zhì)指標(biāo)是甘蔗重要的經(jīng)濟(jì)性狀，是衡量甘蔗品種優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)，直接決定著甘蔗產(chǎn)糖量的多少，也是甘蔗品種改良的最重要內(nèi)容。在甘蔗生長(zhǎng)期，11—3月是甘蔗糖分積累和其他品質(zhì)性狀形成的關(guān)鍵時(shí)期。有研究表明，10月以前各節(jié)段糖分差異明顯，11月以后差異較小，并逐漸趨于一致[20]。因此，早期是甘蔗品質(zhì)性狀形成的關(guān)鍵時(shí)期。甘蔗品質(zhì)性狀的形成與多種因素有關(guān)，其中氮肥的利用對(duì)作物品質(zhì)性狀的形成具有重要影響，這在其他作物上已得到證實(shí)[21]。趙廣才等[22]發(fā)現(xiàn)，氮肥水平對(duì)強(qiáng)筋小麥加工品質(zhì)性狀及其穩(wěn)定性具有重要影響；萬(wàn)靚軍等[23]也發(fā)現(xiàn)，氮肥運(yùn)籌對(duì)雜交稻主要品質(zhì)性狀及淀粉RVA譜特征具有一定的影響。葉綠素SPAD值作為測(cè)量作物氮肥利用效能的重要指標(biāo)，其含量的大小與作物品質(zhì)性狀也具顯著相關(guān)性。黃勤樓等[24]研究發(fā)現(xiàn)，不同氮肥水平下，墨西哥玉米的SPAD值與部分農(nóng)藝性狀和品質(zhì)具有顯著相關(guān)性。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)甘蔗葉綠素SPAD與甘蔗品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，甘蔗葉綠素SPAD值與纖維分、重力純度間存在顯著相關(guān)性關(guān)系。進(jìn)一步對(duì)各品種甘蔗葉綠素SPAD值進(jìn)行遺傳力分析發(fā)現(xiàn)，廣義遺傳力達(dá)到0.884，說(shuō)明葉綠素SPAD值受品種遺傳特性影響較大，該值遺傳性狀穩(wěn)定。

利用SPAD-502葉綠素儀對(duì)云南蔗區(qū)8個(gè)主栽甘蔗品種苗期葉片葉綠素SPAD值進(jìn)行測(cè)定研究發(fā)現(xiàn)，不同品種間葉綠素SPAD值存在顯著差異，其中葉綠素SPAD值和甘蔗重力純度呈顯著正相關(guān)，與甘蔗纖維分呈顯著負(fù)相關(guān)。葉綠素SPAD值受品種遺傳特性影響較大，廣義遺傳力為88.4%，遺傳性狀穩(wěn)定。鑒于不同甘蔗品種葉綠素SPAD存在顯著差異，且這種差異和甘蔗品質(zhì)性狀存在顯著相關(guān)關(guān)系，因此，在甘蔗育種過(guò)程中可以利用葉綠素SPAD進(jìn)行早期評(píng)價(jià)，同時(shí)結(jié)合其他性狀對(duì)甘蔗進(jìn)行早期選擇提供新的途徑。