果蔗礦質養分含量及品質指標差異穩定性分析

楊紹林 鄧軍 李如丹 樊仙 全怡吉 張躍彬 刀靜梅

摘? 要：果蔗含有豐富的糖分、纖維分、水分、礦質元素、氨基酸等，這些成分指標受環境條件與品種因素的影響。本文分析了我國主栽的2個果蔗品種的礦質養分含量及品質指標在不同蔗區之間的差異。于果蔗成熟期，分別在廣東、廣西、云南、海南4個甘蔗主產區，選取在我國具有代表性的2個果蔗品種（‘Badila和‘粵糖54-474）為材料，對其主要礦質元素含量（N、P、K、Ca、Fe、Mn、Zn、Cu）和品質（糖度、纖維分、簡純度、還原糖、水分）的差異性和相關性進行了分析。結果顯示，當蔗區改變時，甘蔗對N、P、K吸收轉化的穩定性為：K>P>N;對中微量元素吸收轉化的穩定性為：Mg>Ca、Cu、Fe>Mn、Zn;品質指標的穩定性為：糖度>水分含量、出汁率>還原糖分、纖維分、簡純度。N與K、蔗汁糖度、簡純度之間，Mn與Cu、Zn，Fe與Zn，蔗汁糖度與簡純度之間呈極顯著正相關;N、K與還原糖分，Ca與Mn，Mn與糖度，纖維分與水分含量，蔗汁糖度、簡純度與水分之間呈極顯著負相關;P與出汁率，Ca與蔗汁糖度，Mg與水分含量，Zn與Cu，Mn與Cu，纖維分與出汁率之間呈顯著正相關;P與Mg、Cu之間，Ca與Cu，Mg、Fe與纖維分，Zn與出汁率，Mn與簡純度之間為顯著負相關關系。研究表明，同類型數量性狀指標之間的穩定性存在一定的差異，K、Mg含量，蔗汁糖度指標在環境變化時表現最為穩定，品種、基因型能表現出其相應性狀指標的種性優勢;其次是P、Ca、Cu、Fe含量，水分含量、出汁率;而受環境影響最大的是N、Mn、Zn含量，還原糖分、纖維分、簡純度。相似數量性狀指標可按環境效應和基因效應對其影響程度分為“環境效應優勢型數量性狀”“環境效應和基因效應對等型數量性狀”和“基因效應優勢型數量性狀”3類。

關鍵詞：甘蔗;相似數量性狀;性狀差異穩定性;環境效應;基因效應

中圖分類號：S566.1? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： Chewing cane is rich in sugar， fiber， water， mineral elements， amino acids etc. The components of sugarcane are effected by environmental conditions and cultivars. In this study， the differences of mineral nutrient content and quality indexes between two varieties of chewing cane planted in China were analyzed. The correlation and difference of mineral elements （N， P， K， Ca， Fe， Mn， Zn， Cu）， and quality indexes （fiber content， apparent purity， reducing sugar， water content） between the samples of ‘Badila and ‘Yuetang54-474 from four main sugarcane producing areas （Guangdong， Guangxi， Yunnan and Hainan ） were analyzed. The stability of absorption amount of sugarcane to N， P and K was K > P > N， that to the medium and trace elements was Mg > Ca， Cu， Fe > Mn and Zn， that to the quality indexes was sugar content > water content， juice yield > reduced sugar， fiber content， apparent purity. There was an extremely significant positive correlation between N， K， sucrose content， apparent purity; and between Mn with Cu， Zn， Fe， Zn， reduced sugar and apparent purity. There was an extremely significant negative correlation between N， K with reduced sugar， Ca and Mn， Mn and sugar content， fiber content and water content， sugar content， apparent purity with water content. There was a significant positive correlation between P and juice yield， Ca and sugar content， Mg and water content， Zn and Cu， Mn and Cu， and fiber content and juice yield. There was a significant negative correlation between P， Mg， Cu， Ca and Cu， Mg， Fe， fiber content， Zn and juice yield， Mn and apparent purity. The results suggest that there was a certain difference in stability among the same type of quantitative characters， the content of K， Mg and sucrose content was the most stable quantitative character of sugarcane when the environment changed， the variety or genotype showed the genetic superiority of the corresponding traits. The content of P， Ca， Cu， Fe content， moisture content， juice yield was less stable. The content of N， Mn， Zn， reducing sugar， fiber content， simple purity was most affected by the environment. According to the influence degree of environment and genotype， the similar quantitative traits could be divided into three types： genotype dominant quantitative traits， genotype and environment equivalent quantitative traits， environment dominant quantitative traits.

蔗汁樣品中P含量測定：鉬銻抗吸光光度法（mg/L），分光光度計為UV754N（中國上海），，其中為待測液的磷質量濃度（mg/L），0為空白消解液中磷的質量濃度（mg/L），待測液吸光值查曲線值，（y=0.595x? 0.0048，R2=0.9983），V為待測液定容體積（mL），V1為吸取待測液體積（mL），V2為顯色溶液定容體積（mL），m為取樣體積，本試驗中為1 mL。

1.2.2? 中微量元素含量測定? 蔗汁樣品中K、Ca、Fe、Mg、Zn、Mn含量的測定依據NY/T 2017? 2011[40]和GB 5009.268?2016[42]，并參考藻類植物微量元素分光法測定[43]略作改變：采用原子吸收光譜法，原子吸收分光光度計為AA-6300（日本），，其中為待測液中所測元素的質量濃度（mg/L），0為空白消解液中所測元素的質量濃度（mg/L），V為待測液定容體積（mL），V1為吸取待測液體積（mL），V2為顯色溶液定容體積（mL），m為取樣體積（本試驗中K測定時體積為1 mL，其余元素測定時體積為5 mL）。

1.2.3? 果蔗品質指標檢測? 果蔗的蔗糖分、纖維分、簡純度測定依據GB/T10499?2014[44]糖料甘蔗試驗方法。還原糖分的測定參考GB 5009.7? 2016[45]的方法。

果蔗汁還原糖分（%）：f為校正系數（查蘭?艾農恒容法測定還原糖校正系數表所得），K為費林氏溶液濃度校正系數，m為100 mL蔗汁重量，V為費林氏溶液滴定消耗液體積（mL）。

果蔗汁糖度（%）：Bx為蔗汁觀測錘度，R為蔗汁觀測旋光度。

簡純度（%）：AP=P/Bx×100，P為果蔗汁糖度，Bx為錘度，如錘度用糖用折射儀測得，其計算結果稱為折光視純度。蔗汁簡純度即為蔗汁視純度，糖品的視固溶物中所含糖度（轉光度）的百分數。

果蔗纖維分（%）：，Wb為蔗渣質量（g），M為蔗渣干燥失重（%），Bb為蔗渣錘度（%），W為果蔗樣品質量（%）。

蔗渣錘度（%）：，Wb為蔗渣蒸煮后連同溶液的質量（g），M為蔗渣干燥失重（%），B為蒸煮液在20 ℃時的錘度（%）。

果蔗水分含量（%）=100?纖維分（%）?甘蔗糖度（%）?還原糖分（%）。

出汁率（%）=蔗汁重量/果蔗鮮重×100%。

1.3? 數據處理

數據處理采用Excel軟件，差異性分析采用DPS 17.10軟件中的單因素方差分析（ANOVA- Tukey）、兩樣本t檢驗（student t-test）;用SPSS19軟件進行相關性（雙變量皮爾遜）分析。

2? 結果與分析

2.1? 蔗汁氮、磷、鉀元素含量

蔗汁平均pH為5.7，地區間和品種間無差異。從表1可見，同一品種在不同蔗區之間，‘Badila蔗汁中N含量最高為1121.6 mg/L，最低為170.8 mg/L，P含量最高為127.2 mg/L，最低為50.4 mg/L，K含量最高為1405.9 mg/L，最低為395.3 mg/L，其中K含量高于N含量，P含量最低，N、P、K含量在大部分蔗區間存在顯著差異;‘粵糖74-474蔗汁中N含量最高為660.8 mg/L，最低為222.7 mg/L，P含量最高為250.9 mg/L，最低為54.7 mg/L，K含量最高為1318.5 mg/L，最低為734.5 mg/L，與上述‘Badila相同，蔗汁中K含量高于N含量，P含量最低，且N、P、K含量在大部分蔗區間存在顯著差異。

2個品種在同一區域內（海口、澄邁），‘Badila的P含量均極顯著高于‘粵糖74-474，K含量均為‘粵糖74-474極顯著高于‘Badila，而在海口‘BadilaN含量極顯著高于‘粵糖74- 474，在澄邁則相反（表1）;在整體區域內，‘BadilaN含量極顯著高于‘粵糖74-474，P和K含量則是‘粵糖74-474極顯著高于‘Badila（表1）。K在整體區域內與同一蔗區內分析結果一致，均為‘Badila極顯著高于‘粵糖74-474。而P含量在整體區域內與同一蔗區內分析結果相反。

因此，分別對2個品種在同一蔗區內和在整體區域內的穩定性比較，可以表明，在蔗區變化時，甘蔗對N、P和K的吸收轉化穩定性為K>P> N，甘蔗對N的吸收環境效應大于基因效應，而對K和P的吸收，基因效應大于環境效應。

2.2? 蔗汁中、微量元素含量

同一品種在不同蔗區間，‘Badila和‘粵糖74-474的Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu在不同蔗區間表現出一定的差異性。‘Badila在柳州的Ca含量顯著高于其他蔗區，而‘粵糖74-474的Ca含量在3個蔗區間無顯著差異;‘粵糖74-474在澄邁蔗區的Mg含量顯著高于其他蔗區，在茂名蔗區較低;‘粵糖74-474在海口蔗區的Fe、Zn、Mn含量顯著高于其他蔗區。蔗汁中、微量元素含量由高到低依次為Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu。從整體平均數來看，‘Badila除Ca含量高于‘粵糖74-474外，Mg、Fe、Mn、Zn、Cu均低于‘粵糖74-474（表2）。

甘蔗中、微量元素含量差異穩定性分析。從表2可見，2個品種在同一蔗區內和在整體區域內進行比較表明：（1）2個品種在海口和澄邁，‘Badila的Ca含量高于‘粵糖74-474，分別達到顯著和極顯著水平，同時在整體區域內，‘BadilaCa含量也極顯著高于‘粵糖74-474;（2）Mg含量在海口和澄邁則均為‘粵糖74-474極顯著高于‘Badila，在整體區域內，‘粵糖74-474同樣極顯著高于‘Badila;（3）在同一蔗區內，‘粵糖74-474的Fe含量均高于‘Badila，但無顯著差異，在整體區域內，也是‘粵糖74-474高于‘Badila，無顯著差異;（4）Zn和Mn在海口和澄邁及整體區域內，2個品種間沒有出現穩定的差異;（5）Cu元素含量為‘粵糖74-474高于‘Badila，在海口、澄邁蔗區分別達到極顯著和顯著水平，在整體區域內，也是‘粵糖74-474 顯著高于‘Badila。

因此，上述中、微量元素含量差異穩定性分析可以明確，在環境變化時，甘蔗對中、微量元素的吸收轉化穩定性為Mg>Ca、Cu、Fe>Mn、Zn，甘蔗對Mg、Ca、Cu和Fe的吸收基因效應大于環境效應，而對Mn和Zn的吸收，環境效應大于基因效應。

2.3? 果蔗品質差異分析

從表3可見，在不同蔗區間，‘Badila糖度白沙蔗區顯著高于其他蔗區，而‘粵糖74-474的糖度在蔗區間無顯著差異;2個品種的還原糖分、纖維分、簡純度在不同蔗區間存在差異，而水分含量和出汁率則不存在差異。在同一蔗區內（海口、澄邁），糖度均為‘Badila顯著高于‘粵糖74-474，水分含量和出汁率均為‘粵糖74-474高于‘Badila，但在海口蔗區無顯著性差異。在整體區域內，2品種間‘Badila糖度極顯著高于‘粵糖74-474，與同一區域內差異分析結果一致;‘Badila簡純度顯著高于‘粵糖74-474，水分和出汁率則均為‘粵糖74-474顯著高于‘Badila，‘Badila和‘粵糖74-474的還原糖和纖維分無顯著差異。

上述結果表明，蔗汁糖度、甘蔗水分含量、出汁率在環境變化時，差異性表現相對穩定，而還原糖分、纖維分、簡純度較容易受環境的影響產生較大的差異。即，在環境變化時，甘蔗品質指標穩定性為糖度>水分含量、出汁率>還原糖分、纖維分、簡純度。甘蔗的糖度、水分含量、出汁率指標為基因效應大于環境效應，而還原糖分、纖維分、簡純度則為環境效應大于基因效應。

2.4? 果蔗元素含量及品質指標之間的相關性分析

果蔗汁元素含量及品質相關分析結果顯示（表4）：（1）N含量與K含量、蔗汁糖度、簡純度之間呈極顯著正相關，與還原糖分呈極顯著負相關，因此，N和K的吸收有很強的相互促進作用，提高N的吸收轉化量可以提高蔗糖分和簡純度而降低還原糖分含量;（2）P含量與出汁率呈顯著正相關，與Mg、Cu含量之間呈顯著負相關，這表明，P的吸收與Mg和Cu的吸收有明顯的拮抗作用;（3）K含量與N含量呈極顯著正相關，與還原糖分呈極顯著負相關;（4）Ca含量與蔗汁糖度呈顯著相關，與Cu含量呈顯著負相關，與Mn呈極顯著負相關，因此，甘蔗對Ca的吸收可有效促進蔗糖分的積累，而與Cu的吸收有較強的拮抗作用，與Mn的吸收拮抗強于Cu;（5）Mg含量與Cu含量呈極顯著正相關，與水分含量顯著正相關，而與P含量、纖維分呈顯著負相關;（6）Fe含量與Zn含量呈極顯著正相關，與纖維分呈顯著負相關;（7）Zn含量與Fe、Mn含量呈極顯著正相關，與Cu含量呈顯著正相關，與出汁率呈顯著負相關;（8）Mn含量與Zn含量呈極顯著正相關，與Cu呈顯著正相關，而與Ca含量、蔗汁糖度呈極顯著負相關，與簡純度呈顯著負相關;Cu含量與Mg含量呈極顯著正相關，與Zn、Mn呈顯著正相關，與P、Ca呈顯著負相關;（9）纖維分與水分含量呈極顯著負相關，與Mg、Fe呈顯著正相關，而與出汁率呈顯著正相關;（10）蔗汁糖度與簡純度、N含量呈極顯著正相關，與Ca含量呈顯著正相關，與Mn含量呈極顯著負相關。

3? 討論

3.1? 品種的數量性狀存在相對于環境的穩定性

作物的生理和形態特征受環境和基因型的共同影響，容易受環境影響的指標稱數量性狀，不易受環境變化影響的指標稱為質量性狀，作物的大多數性狀為數量性狀。數量性狀相對于環境有一定的穩定性差異，即數量性狀的穩定性在相同或不同的環境中存在一定差異，如同一環境下品種之間的數量性狀差異，以及同一品種在不同環境下的性狀差異。不同的數量性狀其差異穩定性有所不同。甘蔗大部分性狀屬于數量性狀，而同類型的數量性狀穩定性之間存在一定的差異，如對礦質元素的吸收轉化、糖分的儲存、纖維分含量等。本試驗中蔗汁礦質元素N、P、K、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu含量，以及品質指標糖度、水分含量、出汁率、還原糖分、纖維分、簡純度，均屬于數量性狀。

分析結果發現，同一品種在不同蔗區之間對比，上述性狀指標存在一定的變化;2個品種分別在同一蔗區和整體蔗區中進行比較，上述性狀指標的穩定性呈現出一定差異：如K元素含量在同一蔗區內比較（分別在元江和澄邁）均為‘粵糖74-474極顯著高于‘Badila，同時，2個品種在整體區域內比較K含量時，依然為‘粵糖74-474極顯著高于‘Badila;而P元素含量在同一蔗區內比較（分別在元江和澄邁），均為‘Badila極顯著高于‘粵糖74-474，同時，2個品種在整體區域內比較P含量時，反而是‘粵糖74-474極顯著高于‘Badila;N元素含量則是在同一地區比較時就出現了差異，在元江為‘Badila的N含量極顯著高于‘粵糖74-474，而在澄邁則剛好相反。由此可以得出，在環境變化（蔗區改變）時，甘蔗對N、P、K的吸收轉化穩定性為K>P>N，環境（蔗區或施肥量）對甘蔗吸收N的影響較大，品種對其影響較小，而甘蔗對K的吸收則是，品種的影響較大，環境的影響較小。

值得注意的是，上述“品種的影響較大，環境的影響較小”并非指當環境（蔗區或施肥量）變化時，其吸收量不會有顯著變化，而是指在環境變化時，吸收量會有變化，但吸收轉化量大的品種相對于吸收轉化量小的品種保持穩定的差異性，不會出現吸收轉化量相近或相反的情況，品種基因型效應體現出較為穩定的優勢。對于品種數量性狀相對穩定的情況，即“品種的影響較大，環境的影響較小”的現象可稱之為，在一定范圍內，基因效應大于環境效應的“基因優勢型數量性狀”，如甘蔗K含量性狀;而對于品種數量性狀不穩定的情況，即“環境的影響較大，基因型的影響較小”的現象可稱之為，在一定范圍內，環境效應大于基因效應的“環境效應優勢型數量性狀”，如甘蔗N含量性狀;而間于二者之間的性狀，即環境效應和基因效應都不明顯的性狀，稱之為“基因效應與環境效應對等型數量性狀”，如甘蔗的P含量性狀。

數量性狀是由數量性狀基因控制的，有研究表明，在環境脅迫下生物的基因表達會發生改變或特異性表達[46-48]。所以，甘蔗礦質元素吸收量和品質指標的差異與蔗區的土壤元素含量差異[49]，與土壤養分、氣候條件、地質因素以及栽培管理技術等密切相關[50-51]。按照上述方法分類，甘蔗營養元素含量性狀及品質性狀指標屬于“基因優勢型數量性狀”的除了K含量，還有Mg含量、蔗汁糖度;屬于“環境優勢型數量性狀”的指標有N、Mn、Zn含量，還原糖分、纖維分、簡純度;“基因效應與環境效應對等型數量性狀”指標有P、Ca、Cu、Fe含量，水分含量、出汁率。這對今后進行優良品種選育具有一定指導意義，如針對某一性狀進行分區育種，選育適應不同環境的品種。

3.2? 品種的礦質元素含量、品質指標相關性

有相關性分析表明，果實內P與K、Mg之間，Ca與Cu、Mn之間呈極顯著正相關，蘋果葉片N、P、K之間，Cu與Mn之間呈極顯著正相關，Cu與Ca、Mg之間呈極顯著負相關[27， 52]。而本研究中，N與K、蔗汁糖度、簡純度之間，Mn與Cu、Zn，Fe與Zn，蔗汁糖度與簡純度之間呈極顯著正相關;N、K與還原糖分，Ca與Mn，Mn與糖度，纖維分與水分含量，蔗汁糖度、簡純度與水分含量之間呈極顯著負相關;P與出汁率，Ca與蔗汁糖度，Mg與水分含量，Zn與Cu，Mn與Cu，纖維分與出汁率之間呈顯著正相關;P與Mg、Cu之間，Ca與Cu，Mg、Fe與纖維分，Zn與出汁率，Mn與簡純度之間呈顯著負相關。因此可以確定的是，甘蔗對N和K的吸收轉化具有極顯著的相互促進作用，且二者的吸收轉化可以促進蔗汁糖度和簡純度的提高而降低還原糖分;Mn與Cu、Zn，Fe與Zn，Ca與Mn之間具有極顯著的相互促進吸收轉化的作用，而Ca與Mn的吸收轉化存在極顯著的拮抗作用。Fe、Zn、K、Ca、Mg都是對人體較為有益的元素，因此在栽培高品質果蔗時，可適當注意選擇有益元素含量多、有害元素含量少的地塊。另外在生產甘蔗細胞水時，還應注重細胞水溶液里的礦質營養元素的去留問題，生產高品質飲品。

4? 結論

本研究將相似數量性狀指標按環境和基因型對其影響程度分為“基因效應優勢型數量性狀”“基因效應和環境效應對等型數量性狀”和“環境效應優勢型數量性狀”3種類型，甘蔗礦質元素含量性狀及品質性狀指標屬于“基因效應優勢型數量性狀”的有K、Mg含量，蔗汁糖度;屬于“環境效應優勢型數量性狀”的指標有N、Mn、Zn含量，還原糖分、纖維分、簡純度;屬于“基因效應和環境效應對等型數量性狀”指標的有P、Ca、Cu、Fe含量，水分含量、出汁率。同時研究發現果蔗N與K、蔗汁糖度、簡純度之間，Mn與Cu、Zn，Fe與Zn，糖分與簡純度之間存在極顯著正相關關系;N、K與還原糖分，Ca與Mn，Mn與糖度，纖維分與水分含量，蔗汁糖度、簡純度與水分之間呈極顯著負相關關系。綜上所述，甘蔗的礦質元素含量、品質指標與品種基因型有潛在的關系，但蔗區環境條件是影響甘蔗基因表達的根本因素。相同環境會減少品種特性在遺傳上存在的差異性，而環境的差異會誘發或擴大品種特性在遺傳上的差異。另外，由于試驗條件限制，存在樣品量較少的問題。今后有待增加樣品量及區域范圍，進一步將基因變化與氣候、土壤環境結合進行驗證，并進行更深入的研究。

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責任編輯：沈德發