機(jī)收時(shí)近地端蔗莖纖維組分與破蔸率的相關(guān)性研究初報(bào)

趙培方++代俊杰++劉高源+高欣欣++楊麗濤++李楊瑞++郭家文

摘 要 機(jī)械收獲導(dǎo)致宿根蔗蔸破損，是影響機(jī)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(jī)收破蔸率的關(guān)系，本研究以5個(gè)甘蔗品種ROC22、粵糖93-159、桂糖32號(hào)、福農(nóng)39號(hào)和云蔗05-51為材料，于收獲前取近地端20 cm蔗莖進(jìn)行壓榨，分析蔗渣中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量，并在機(jī)收后調(diào)查各小區(qū)破蔸率。結(jié)果表明：品種間近地端蔗莖木質(zhì)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(jī)收破蔸率由低至高依次為云蔗05-51（28.14%）、ROC22（35.26%）、福農(nóng)39號(hào)（35.50%）、粵糖93-159（39.14%）和桂糖32號(hào)（46.49%）；機(jī)收后破蔸率與近地端木質(zhì)素含量存在極顯著遺傳負(fù)相關(guān)，遺傳相關(guān)系數(shù)-0.95，與纖維素含量呈遺傳負(fù)相關(guān)；近地端木質(zhì)素含量和機(jī)收破蔸率均為遺傳力較高的性狀。

關(guān)鍵詞 甘蔗；纖維組分；機(jī)械收獲；破蔸率

中圖分類(lèi)號(hào) S435.661 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(guó)最主要的糖料作物，原料甘蔗生產(chǎn)成本高是制約中國(guó)蔗糖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。據(jù)報(bào)道，中國(guó)每噸甘蔗的生產(chǎn)成本是巴西和泰國(guó)的一倍以上[1]。甘蔗收獲作業(yè)包括砍蔗、切梢、去葉、捆蔗和裝運(yùn)等工序，占整個(gè)甘蔗種植管理總作業(yè)量的55%[2]。隨著勞動(dòng)力的緊缺，甘蔗收獲所需的勞動(dòng)力投入比重呈增加趨勢(shì)[3]。收獲成本的增加已嚴(yán)重制約蔗糖產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。如云南蔗區(qū)甘蔗砍收年成本已高達(dá)16億元[4]。機(jī)械收獲是降低甘蔗收獲成本的有效措施。在中國(guó)，機(jī)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(chǎn)成本，巴西機(jī)收面積由2002年的55%增加至2013年的100%[7]，而日本針對(duì)甘蔗收獲集中在多雨季節(jié)的特征，專(zhuān)門(mén)研發(fā)適宜潮濕季節(jié)收獲的小型甘蔗機(jī)械[8]。

然而，甘蔗產(chǎn)量隨機(jī)收次數(shù)的增加而降低[9]。據(jù)報(bào)道，某蔗田多年人工收獲的平均甘蔗產(chǎn)量為218.44 t/hm2，含糖量為18.54 t/hm2，但在2年機(jī)械收獲后，該蔗田的平均甘蔗產(chǎn)量和含糖量分別降低至148.26和14.58 t/hm2，而三次機(jī)械收獲后更進(jìn)一步降低至91.68和9.64 t/hm2[10]。機(jī)械收獲及輾壓對(duì)蔗蔸的損害，是導(dǎo)致宿根減產(chǎn)的重要因素，砍蔗刀盤(pán)入土的切割深度對(duì)甘蔗的宿根破蔸率有顯著影響，破蔸率隨刀盤(pán)切割深度的增加而降低[11]。通過(guò)遺傳改良，選育適宜機(jī)械化收獲的甘蔗品種，是降低機(jī)械輾壓減產(chǎn)的重要措施[12]。梁強(qiáng)等[13]的研究表明，不同品種耐機(jī)械碾壓能力不同，在ROC22、桂糖29號(hào)和桂糖33號(hào)3個(gè)品種中，桂糖29號(hào)綜合性狀表現(xiàn)較好。楊榮仲等[2，14]從家系耐機(jī)械輾壓的角度開(kāi)展了相關(guān)研究，通過(guò)計(jì)算甘蔗雜交組合耐碾壓值，并選取碾壓等級(jí)、宿根發(fā)株和耐碾壓值進(jìn)行聚類(lèi)分類(lèi)，從363個(gè)試驗(yàn)組合中篩選出11個(gè)耐碾壓值高、宿根發(fā)株多的適應(yīng)甘蔗機(jī)械化收獲的組合。

近地端約20 cm的蔗莖為承受機(jī)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(diǎn)，采用5個(gè)甘蔗品種為研究材料，通過(guò)分析機(jī)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(guān)性，以期尋找與機(jī)收甘蔗破蔸率相關(guān)性較為密切的纖維組分指標(biāo)，為適宜機(jī)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(guó)內(nèi)育成的優(yōu)良新品種桂糖32號(hào)[15]、福農(nóng)39號(hào)[16]和云蔗05-51[17-18]為參試品種進(jìn)行田間試驗(yàn)。參試品種信息如表1所示。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地設(shè)置于云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所第一科研基地（103°15′ E， 23°42′ N）。將以上5個(gè)甘蔗品種進(jìn)行完全隨機(jī)區(qū)組排列，4次重復(fù)，每小區(qū)7行，行長(zhǎng)8 m，行距1 m，小區(qū)面積56 m2。于2016年2月種植，種植后采用地膜覆蓋。生長(zhǎng)期田間管理與當(dāng)?shù)馗收嵘a(chǎn)管理水平一致。于2017年2月機(jī)械收獲時(shí)在各小區(qū)隨機(jī)選取6株近地端20 cm 的蔗莖進(jìn)行壓榨，采用FOSS公司FT121/FT122 FibertecTM 纖維分析系統(tǒng)測(cè)定所獲蔗渣的纖維素含量、半纖維素含量和木質(zhì)素含量。取樣后進(jìn)行機(jī)械收獲，收獲后以蔗篼開(kāi)裂5 cm以上為標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)查各小區(qū)3～4行蔗蔸總數(shù)和破損深度大于5 cm的蔗蔸數(shù)，按照以下公式計(jì)算各小區(qū)破蔸率。

破蔸率=破損深度大于5 cm蔗蔸數(shù)/蔗蔸總數(shù)×100/%

1.3 數(shù)據(jù)分析

本研究收集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為百分?jǐn)?shù)，因此，采用Excel中的ASIN函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)化后用于統(tǒng)計(jì)分析。采用Statistix 8對(duì)4個(gè)性狀進(jìn)行方差分析、LSD多重比較分析以及計(jì)算Pearson相關(guān)系數(shù)。采用ASReml-R計(jì)算破蔸率與纖維組分的遺傳協(xié)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(jì)算破蔸率與纖維組分的遺傳相關(guān)系數(shù)（rg），計(jì)算公式如下：

r■=■

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

h2b=■

2 結(jié)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(jié)果顯示品種間差異不顯著（表2）。但LSD多重比較結(jié)果顯示，云蔗05-51纖維素含量顯著高于福農(nóng)39號(hào)。5個(gè)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(hào)（38.98%）、粵糖93-159（38.32%）和福農(nóng)39號(hào)（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(shù)值上相差1.8個(gè)百分點(diǎn)，但方差分析結(jié)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(gè)品種半纖維素含量由高至低依次為粵糖93-159（11.72%）、福農(nóng)39號(hào)（11.29%）、桂糖32號(hào)（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(zhì)素含量差異

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

2.2 不同甘蔗品種機(jī)收破蔸率差異分析

機(jī)械收獲后，5個(gè)甘蔗品種的破蔸率在28.14% ～46.49%，相差18.35個(gè)百分點(diǎn)，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(jī)收后破蔸率顯著低于桂糖32號(hào)、粵糖93-159和福農(nóng)39號(hào)，與ROC22無(wú)顯著差異；而ROC22破蔸率顯著低于桂糖32號(hào)；桂糖32號(hào)、粵糖93-159和福農(nóng)39號(hào)無(wú)顯著差異。5個(gè)甘蔗品種機(jī)收后破蔸率由低至高依次為云蔗05-51、ROC22、福農(nóng)39號(hào)、粵糖93-159和桂糖32號(hào)。

2.3 近地端纖維組分與機(jī)收破蔸率間的相關(guān)性分析

2.3.1 表型相關(guān)分析

Pearson相關(guān)性分析結(jié)果表明，機(jī)收破蔸率與近地端木質(zhì)素含量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)-0.51，與纖維素含量和半纖維素含量分別呈負(fù)相關(guān)和正相關(guān)，但未達(dá)顯著水平。近地端纖維素含量與半纖維素含量呈負(fù)相關(guān)，與木質(zhì)素含量呈正相關(guān)。木質(zhì)素與半纖維素含量呈負(fù)相關(guān)，但未達(dá)顯著水平。

2.3.2 遺傳相關(guān)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(duì)其進(jìn)行遺傳相關(guān)分析。纖維素、木質(zhì)素及破蔸率3個(gè)指標(biāo)的遺傳相關(guān)分析結(jié)果表明，破蔸率與木質(zhì)素含量呈極顯著遺傳負(fù)相關(guān)（rg=-0.95），與纖維素含量呈遺傳負(fù)相關(guān)，但未達(dá)顯著水平。此外，纖維素含量與木質(zhì)素含量呈遺傳正相關(guān)，但未達(dá)顯著水平。

2.4 木質(zhì)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(jì)算了木質(zhì)素含量和破蔸率的廣義遺傳力。分析結(jié)果表明，近地端木質(zhì)素含量和破蔸率均為高遺傳力性狀，分別達(dá)0.80和0.76。

3 討論

機(jī)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(jié)果與之相似，不同品種間機(jī)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(nóng)39號(hào)和粵糖93-159的機(jī)收破蔸率分別為35.26%，35.50%和39.14%，桂糖32號(hào)破蔸率最高為46.49%。

有研究表明，蔗莖中的纖維分與機(jī)收破蔸率存在一定關(guān)系，如李儒仲等[21]的研究發(fā)現(xiàn)，纖維分含量較高的甘蔗品種破蔸率較低，在其研究的6個(gè)品種中桂柳1號(hào)纖維分含量最高，其機(jī)收破蔸率最低，纖維分含量較低的臺(tái)糖668和福農(nóng)15號(hào)機(jī)收破蔸率均較高。陳超君等[22]的研究亦發(fā)現(xiàn)，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(zhì)素含量與破蔸率之間的關(guān)系，亦未分析近地端纖維組分與破蔸率之間的關(guān)系。纖維組分中的木質(zhì)素為高度分支化的無(wú)規(guī)則排列的高分子，與纖維素和半纖維素共同構(gòu)成了細(xì)胞壁穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)[23-24]。本研究以直接承受機(jī)械收獲的近地端20 cm蔗莖為研究對(duì)象，分析其纖維組分與破蔸率間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，近地端木質(zhì)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(jī)收破蔸率最低，木質(zhì)素含量較低的粵糖93-159和桂糖32號(hào)機(jī)收破蔸率均較高。

從以上研究結(jié)果推測(cè)，在機(jī)械收獲操作和環(huán)境一致的條件下，機(jī)收破蔸率與近地端蔗莖中木質(zhì)素含量具有較強(qiáng)的相關(guān)性。經(jīng)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，收獲前近地端蔗莖纖維組分中的木質(zhì)素含量與破蔸率呈顯著負(fù)相關(guān)和極顯著遺傳負(fù)相關(guān)，其中遺傳相關(guān)系數(shù)達(dá)-0.95。近地端纖維素含量與破蔸率呈遺傳負(fù)相關(guān)，但未達(dá)顯著水平。此外，近地端木質(zhì)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(jī)收撕扯輾壓甘蔗新品種的指標(biāo)。

本研究得出的結(jié)論來(lái)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(diǎn)試驗(yàn)條件下進(jìn)一步驗(yàn)證。另外，近地端纖維素含量與破蔸率呈遺傳負(fù)相關(guān)，相關(guān)性不及木質(zhì)素與破蔸率間的高，同樣有待在更大的參試群體中進(jìn)一步驗(yàn)證。

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