甘蔗品種區(qū)域化試驗基因與環(huán)境互作研究

陳學(xué)寬，劉家勇，趙俊，趙培方，昝逢剛

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，開遠 661699）

高產(chǎn)、高糖、抗病、耐旱、廣適甘蔗新品種的選育與推廣應(yīng)用是蔗糖產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的首要保障。世界上約50個甘蔗新品種研究機構(gòu)或組織從事甘蔗新品種選育工作，致力于篩選適于當(dāng)?shù)胤N植的甘蔗新品種[1－3]。甘蔗品種區(qū)域化試驗是鑒定新品種（系）豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性、抗逆性、適應(yīng)性的重要手段，是品種鑒定推廣、良種區(qū)域化的重要依據(jù)，也是育種成果迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的中心環(huán)節(jié)。優(yōu)良的甘蔗品種表現(xiàn)具備產(chǎn)量高、糖分高、宿根性好，且產(chǎn)量和糖分穩(wěn)定、抗逆性強等特征，甘蔗產(chǎn)量和糖分決定了蔗農(nóng)及蔗糖企業(yè)的經(jīng)濟效益[1－3]。

云南是全國第二大蔗糖生產(chǎn)省份，也是我國生態(tài)類型最為豐富的地區(qū)[3]。目前，云南蔗區(qū)甘蔗種植一年新植平均可持續(xù)2～3年宿根。基因與環(huán)境互作研究是甘蔗新品種選育重要的組成部分[5－9，11－17]。影響甘蔗產(chǎn)量的環(huán)境因素包括種植區(qū)域，種植年份（新植和宿根）等。以往研究表明，基因×環(huán)境互作效應(yīng)比基因×年份、基因×種植區(qū)域×年份更大[4－9]。同時，研究表明，甘蔗產(chǎn)量和產(chǎn)糖量的基因×環(huán)境互作效應(yīng)比甘蔗糖分大[4－8]。甘蔗品種的產(chǎn)量和糖分與環(huán)境互作關(guān)系的研究和評價，對甘蔗新品種的選育和推廣應(yīng)用，提高我國甘蔗育種水平，促進邊疆地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用。

本文通過分析云南省甘蔗品種區(qū)域化試驗，旨在揭示甘蔗品種基因與環(huán)境的遺傳變異及遺傳相關(guān)性。為甘蔗品種的區(qū)域化試驗布局，甘蔗新品種的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

云南省第十輪甘蔗品種區(qū)域化試驗材料13個，分別是云蔗99-91、02-588、02-2332、03-45、03-103、03-258、03-422（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所選育），贛蔗95-108（江西農(nóng)科院甘蔗研究所選育），云瑞03-902（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所瑞麗育種站選育），德蔗03-68、德蔗03-83（云南省德宏州甘蔗研究所選育），云農(nóng) 01-58（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)選育），ROC22（CK）。

1.2 試驗地點與年份、試驗設(shè)計及數(shù)據(jù)收集

1.2.1 試驗地點與年份 試驗于代表云南省甘蔗主產(chǎn)蔗區(qū)的開遠、德宏、西雙版納、保山、臨滄、彌勒6點實施，本文分別以A、B、C、D、E、F表示。試驗于2008年進行第1次新植，2009年進行第2次新植并試驗研究第1次宿根（源自2008年新植）。共3次試驗。

1.2.2 試驗設(shè)計 各點試驗均采用隨機區(qū)組設(shè)計，5行區(qū)3次重復(fù)，小區(qū)面積33.3m2。下芽為雙芽雙行接頂（8000芽/667m2左右），地膜覆蓋。田間各項管理按當(dāng)?shù)卮筇镌耘喙芾泶胧┻M行。

1.2.3 數(shù)據(jù)調(diào)查及方法 試驗嚴格按“云南省甘蔗品種區(qū)域化試驗示范規(guī)程”[10]進行各環(huán)節(jié)的試驗、調(diào)查和測試。包括工農(nóng)藝性狀。本文采用甘蔗產(chǎn)量、甘蔗含糖分2個指標進行數(shù)據(jù)分析。

（1）農(nóng)藝性狀：出苗率、分蘗率、株高、莖徑、有效莖及甘蔗收獲產(chǎn)量（3月份）等。

（2）工藝（品質(zhì)）性狀：11月中旬開始調(diào)查錘度，并采樣分析甘蔗含糖分及蔗汁蔗糖分（用SDS220旋光儀二次旋光法測定）等直至收獲（3月份）。

1.3 數(shù)據(jù)整理與分析方法

單位面積產(chǎn)糖量＝單位面積產(chǎn)量×甘蔗含糖分。甘蔗產(chǎn)量、單位面積產(chǎn)糖量方差分析利用6個點2年新植、1年宿根3次試驗（每次試驗3次重復(fù)）的實際收獲產(chǎn)量；甘蔗產(chǎn)量、含糖分遺傳變異及遺傳率分析利用各點2年新植、1年宿根3次試驗（每次試驗3次重復(fù)）數(shù)據(jù)，其中，甘蔗含糖分為11月至翌年3月5個月的平均甘蔗含糖分值；宿根甘蔗源于第1年新植試驗，為盡可能減少誤差，甘蔗產(chǎn)量、含糖分相關(guān)性分析僅利用第1年新植及其宿根數(shù)據(jù)進行分析。

數(shù)據(jù)分析采用數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)軟件（DPS）進行[18]。多年多點試驗方差分析模型為：

式中μ為群體的平均值τi為品種i的效應(yīng)值，νj為地點j的效應(yīng)值，（τν）ij為品種×地點互作效應(yīng)，ωk為年份 k的效應(yīng)值，（νω）ik為品種×年份的互作效應(yīng)，（τνω）ijk為品種×地點×年份的互作效應(yīng)，ρkjl為品種×地點×年份×區(qū)組的互作效應(yīng)，εijkl為隨機誤差。

隨機區(qū)組設(shè)計進行遺傳分析模型為：yij=μ+ri+gj+eij

式中，μ為平均值，ri為i重復(fù)的隨機效應(yīng)值，gj為j品種的隨機效應(yīng)值，eij為誤差效應(yīng)值。

遺傳率 Hb（廣義遺傳率）分析模型為：Hb= σg2/（σg2+ σe2/2）。 式中，σg2為基因方差，σe2為環(huán)境方差。

遺傳相關(guān)系數(shù) rg模型為：rg=covxy/（σgx2.σgy2）。式中，covxy為年份間的協(xié)方差效應(yīng)值，σgx2和 σgy2為新植宿根的遺傳方差。

2 結(jié)果與分析

2.1 各試驗點遺傳分析

從各試點收獲甘蔗產(chǎn)量及甘蔗含糖分遺傳方差分析（表1）看，比較而言，產(chǎn)量遺傳變異E點最小，C點最大，A、B、D三點相近且遺傳變異中等，但比F點小。甘蔗含糖分的遺傳變異C點最小，B點最大，D、E點相當(dāng)，A、F點相當(dāng)，但后兩者比前兩者小。從廣義遺傳率看，C、D、F點產(chǎn)量遺傳率較高（Hb≥0.5），A、B、E遺傳率偏小。 除 D點甘蔗含糖分遺傳率偏小外，其他點的遺傳率都較高。分析還表明，甘蔗產(chǎn)量的遺傳變異比甘蔗含糖分變異要大得多。這與前人的研究結(jié)果一致。

2.2 參試點基因與環(huán)境效應(yīng)分析

6個試點2年新植1年宿根甘蔗產(chǎn)量及甘蔗產(chǎn)糖量方差分析結(jié)果如表2。表中，變異來源包括，品種、地點、年份及其互作。無論是甘蔗產(chǎn)量還是甘蔗產(chǎn)糖量，品種效應(yīng)值都是最大的，分別占總效應(yīng)值的28.5%和23.1%，是主要的影響因子。其次是年份效應(yīng)值，分別占總效應(yīng)的20.4%和19.0%。表明，甘蔗新植和宿根之間差異較大。再次是試點×年份的互作效應(yīng)值，分別占總效應(yīng)值的16.7%和15.8%。表明，不同試點的甘蔗新植、宿根之間有差異。而品種與年份間、試點間的互作效應(yīng)相對較小。

2.3 各參試點遺傳相關(guān)性分析

從表3可以看出，多數(shù)試點甘蔗產(chǎn)量、甘蔗含糖分之間具有較高的相關(guān)性。參試點相關(guān)性分析為甘蔗品種引進和種植提供了依據(jù)。

產(chǎn)量相關(guān)方面，彌勒無論是新植還是宿根，與臨滄的宿根相關(guān)性較差（0.18、0.17）。臨滄新植與保山新植相關(guān)性較差（0.16）。臨滄宿根與德宏宿根及保山新植、保山新植與德宏宿根及西雙版納宿根相關(guān)性相對較小。其他試點及年份甘蔗產(chǎn)量相關(guān)性表現(xiàn)為中等到高的水平。最高的是西雙版納宿根與德宏宿根的相關(guān)系數(shù)達0.97。其次是彌勒宿根與開遠新植的相關(guān)性達0.92。

甘蔗含糖分，西雙版納宿根與開遠宿根、臨滄新植與西雙版納新植及宿根、臨滄宿根與保山新植及宿根的相關(guān)性達到中等水平。其他甘蔗含糖分各試點及年份的相關(guān)性多數(shù)達到較高的水平。

表1 各試點甘蔗產(chǎn)量及含糖分的遺傳參數(shù)

表2 甘蔗產(chǎn)量與產(chǎn)糖量方差分析結(jié)果

表3 甘蔗產(chǎn)量、甘蔗含糖分在各試點間的遺傳相關(guān)分析

3 討論

通過遺傳方差分析（表2），可明晰甘蔗區(qū)域化試驗基因與環(huán)境互作關(guān)系。研究表明，甘蔗品種（基因）效應(yīng)是最大的，其次是年份效應(yīng)，說明甘蔗新植與宿根有差異，再次是基因與環(huán)境互作。品種×年份間×試點間的互作效應(yīng)相對較小，表明甘蔗品種的穩(wěn)定遺傳性，各試點的選擇相對合理。

甘蔗產(chǎn)量的遺傳變異比甘蔗含糖分變異要大得多（表1）。相對來說，甘蔗含糖分能夠穩(wěn)定遺傳。這與前人的研究結(jié)果一致[4-6，12，17]。各點甘蔗產(chǎn)量、甘蔗含糖分的遺傳率有差異，在進行品種引進應(yīng)用時，在考慮綜合性狀的同時，應(yīng)考慮注重產(chǎn)量還是糖分。

遺傳相關(guān)分析（表3）表明，除少數(shù)試點與年份外，試點甘蔗產(chǎn)量及甘蔗含糖分的相關(guān)性多數(shù)較高。參試品種多源自云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所（開遠），從分析結(jié)果看，該點與其他參試點的遺傳相關(guān)性都較高，同樣表明試點的選擇是相對合理的。

本文僅對一輪區(qū)域化試驗結(jié)果進行分析研究，難免出現(xiàn)誤差。筆者將繼續(xù)對多輪試驗結(jié)果進行綜合分析，為區(qū)域化試驗的合理布局提供依據(jù)。

致謝：各區(qū)試點對本文提供了詳實的研究數(shù)據(jù)。

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