不同甘蔗品種收獲指數(shù)研究

楊榮仲 ，周會(huì) ，雷敬超 ，段維興 ，唐仕云 ，李文教 ，楊翠芳 ，高軼靜 ，周珊

（1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/農(nóng)業(yè)部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究中心，南寧 530007；2.蔗糖產(chǎn)業(yè)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心,南寧 530004；3.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院百色分院，廣西百色 533612）

0 引言

從國內(nèi)甘蔗生產(chǎn)成本制約因素看，提高甘蔗機(jī)械化水平將是目前降低甘蔗生產(chǎn)成本的有效途徑[1]，實(shí)現(xiàn)甘蔗生產(chǎn)機(jī)械化首先需選育適應(yīng)機(jī)械化甘蔗品種；它不僅要求甘蔗品種高產(chǎn)高糖、抗倒伏、宿根性強(qiáng)，而且要求葉片及葉鞘易于脫落、葉片數(shù)適中、蔗莖梢部較小、收獲指數(shù)高，中至中小莖等[2-3]，同時(shí)要求無秋冬筍等[4]。試驗(yàn)表明，不同甘蔗品種收獲指數(shù)存在差異[5-6]。收獲指數(shù)高的甘蔗品種，不僅能有效降低機(jī)械化收獲原料甘蔗的含雜率，提高蔗糖回收率；而且因具有更有效的同化物分配特點(diǎn)，更易于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效栽培。因此開展甘蔗收獲指數(shù)的遺傳與性狀相關(guān)研究，將有助于甘蔗機(jī)械化新品種選育。已有的研究表明，甘蔗的收獲指數(shù)既受甘蔗基因型的影響，也受栽培環(huán)境的影響。Kapur等[7]發(fā)現(xiàn)甘蔗商業(yè)品種的收獲指數(shù)在66%～81%之間，甘蔗屬內(nèi)種間雜交對(duì)提高收獲指數(shù)具有積極的影響，目前商業(yè)品種的收獲指數(shù)都比其親本熱帶種、印度種、中國種和割手密高；在適宜的條件下甘蔗收獲指數(shù)可高達(dá)90%[8]。在不同的栽培條件下，施用氮肥、合理的有機(jī)肥與NPK配施和施用促熟劑都能明顯提高甘蔗收獲指數(shù)[9-11]；在不施氮肥條件下，甘蔗收獲指數(shù)與田間持水量呈二次回歸關(guān)系；然而灌水方式卻對(duì)甘蔗收獲指數(shù)沒有影響[9，12]。同一甘蔗品種不同收獲方式（機(jī)械收獲和人工收獲）存在差異[5-6]。其它作物研究發(fā)現(xiàn)收獲指數(shù)具有較高的遺傳力，同時(shí)也受環(huán)境條件的制約[13-14]；甘薯高產(chǎn)品種的收獲指數(shù)顯著高于中、低產(chǎn)品種，且與塊根分配率、塊根產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)[15]；甘藍(lán)型雜交油菜的收獲指數(shù)差異較大，且與單株產(chǎn)量、角粒數(shù)、單株角果數(shù)等性狀呈極顯著正相關(guān)，并可利用性狀相關(guān)進(jìn)行間接選擇[16]。國內(nèi)外對(duì)甘蔗收獲指數(shù)的研究相對(duì)較少，特別是如何通過收獲指數(shù)選育甘蔗品種的研究更少；同時(shí)在育種實(shí)踐中，育種家也很少有針對(duì)性地開展甘蔗收獲指數(shù)直接或間接選擇。我們選用20個(gè)國內(nèi)外甘蔗品種連續(xù)2年在干旱脅迫條件下測試甘蔗收獲指數(shù)及相關(guān)農(nóng)藝性狀，分析其性狀遺傳力與性狀相關(guān)，明確可用于甘蔗收獲指數(shù)間接選擇的相關(guān)性狀，為機(jī)械化甘蔗新品種選育提供技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為國內(nèi)外甘蔗栽培品種，蔗種取自于廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所海南甘蔗雜交育種基地，名錄詳見表1。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

試驗(yàn)于2014年7月至2015年4月，2015年7月至2016年4月在廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院海南省樂東縣南繁基地實(shí)施。設(shè)計(jì)為隨機(jī)區(qū)組3次重復(fù)，并設(shè)灌水與干旱脅迫處理，灌水與干旱脅迫處理重復(fù)間設(shè)2 m寬隔離區(qū)，隔離區(qū)內(nèi)挖排水溝，覆蓋塑料薄膜預(yù)防干旱脅迫處理時(shí)灌水區(qū)的水滲透至干旱脅迫處理區(qū)。試驗(yàn)小區(qū)為4行區(qū)，行長7 m，行寬1.2 m。甘蔗進(jìn)入拔節(jié)盛期后進(jìn)行干旱脅迫處理，為便于實(shí)施干旱脅迫，分別于2014年7月與2015年7月進(jìn)行甘蔗種植，每行種植70個(gè)芽。當(dāng)干旱脅迫處理區(qū)耐旱性較差的甘蔗品種+1葉呈現(xiàn)重度干旱脅迫癥狀時(shí)，恢復(fù)正常灌水停止干旱脅迫處理，于2015年4月和2016年4月中旬進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。

1.2.2 數(shù)據(jù)收集與分析

甘蔗收獲時(shí)，調(diào)查10株甘蔗的綠葉數(shù)、枯葉數(shù)、株高、錘度、+6葉向下10個(gè)節(jié)間的節(jié)間長和莖徑；小區(qū)有效莖數(shù)和地上部總生物量（生物量）；并隨機(jī)抽樣5株，測定其生物量，收集+5葉所屬蔗莖之上的梢部與所有葉片重量（葉梢重）；計(jì)算總?cè)~數(shù)、綠葉比、節(jié)間體積、甘蔗產(chǎn)量和收獲指數(shù)。

收獲指數(shù)=小區(qū)蔗莖產(chǎn)量/小區(qū)生物量×100

用小區(qū)平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)分析前對(duì)收獲指數(shù)進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)換，用R軟件的asreml、agricolae和psych程序包進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，其中，asreml為付費(fèi)程序包；按Aitken[14]方法計(jì)算廣義遺傳力。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘蔗收獲指數(shù)

表1列出了20個(gè)參試品種的甘蔗收獲指數(shù)。結(jié)果表明ROC22的收獲指數(shù)最高（75.0%），而ROC10的收獲指數(shù)最低（60.0%），所有甘蔗品種的收獲指數(shù)為58%～77%，平均為68.5%。較Kapur[7]的甘蔗收獲指數(shù)66%～81%低，可能與我們試驗(yàn)收獲時(shí)甘蔗還處于成熟初期有關(guān)。

表1 甘蔗品種的收獲指數(shù)Table 1 Harvest index of sugarcane varieties

從表1還看出，甘蔗的收獲指數(shù)在年份間存在較大差異，2016年的甘蔗收獲指數(shù)明顯較2015年的高（除F172和CP72-1210外）。除ROC10、Ke5和YT94-128三個(gè)品種外，干旱脅迫處理與正常灌水相比，其甘蔗收獲指數(shù)均略有提高。但兩者間相差極小，可能與停止干旱脅迫處理后進(jìn)行了復(fù)水有關(guān)。說明甘蔗干旱后恢復(fù)灌水能有效降低干旱脅迫處理對(duì)甘蔗收獲指數(shù)帶來的影響。

2.2 甘蔗收獲指數(shù)的影響因素與品種間差異

為了解甘蔗收獲指數(shù)受到哪些因素影響，通過方差分析發(fā)現(xiàn)（表2），甘蔗收獲指數(shù)受到了品種、試驗(yàn)?zāi)攴荨⑵贩N與年份互作、水分脅迫與年份互作等因素的顯著影響。而重復(fù)、干旱脅迫處理及復(fù)水等對(duì)甘蔗收獲指數(shù)的影響較小。從變異來源大小看，甘蔗品種是收獲指數(shù)最重要的影響因素，占了總變異的45.34%；其次是年份間變異和品種與年份互作變異，分別占了7.20%和7.07%，它們約為品種變異的1/6；試驗(yàn)誤差約占總變異的30%。

表2 甘蔗收獲指數(shù)方差分析Table 2 Variance Analysis on the harvest index of sugarcane

表3 品種間收獲指數(shù)差異比較Table 3 The difference comparison of harvest index among varieties

不同甘蔗品種的收獲指數(shù)差異比較發(fā)現(xiàn)（表3），ROC22的收獲指數(shù)最高且極顯著高于其它19個(gè)參試品種。 雖然 CP72-1210、ROC1、CP80-1827、Ke5、LC03-182、FN39、YT94-128、GZ18、GT31、ROC16、GT32、GT21、YZ89-159和GT11甘蔗品種的收獲指數(shù)較高且它們之間存在差異，然而從統(tǒng)計(jì)上看，其差異未達(dá)到極顯著；只有ROC16、GT32、GT21、YZ89-159和GT11品種的收獲指數(shù)顯著低于CP72-1210品種。YT00-236、GT29、F172和ROC10則是收獲指數(shù)較低的品種，其收獲指數(shù)比ROC22低10%左右。同時(shí)除F172外，其它3個(gè)品種都是目前甘蔗育種的常用雜交親本，因此開展甘蔗機(jī)械化品種選育時(shí)，用這些收獲指數(shù)相對(duì)較低的親本進(jìn)行雜交時(shí)，一定應(yīng)考慮另一個(gè)親本的收獲指數(shù)應(yīng)相對(duì)較高。

2.3 甘蔗收獲指數(shù)遺傳力與性狀相關(guān)

按固定模型分解方差，計(jì)算的甘蔗收獲指數(shù)廣義遺傳力極高，達(dá)96.2%，而用線性混合模型且將品種作為隨機(jī)變量分解方差，計(jì)算的廣義遺傳力亦較高（65.0%）。表明不論用何種模型分解方差，甘蔗收獲指數(shù)都屬廣義遺傳力較高的性狀。因此進(jìn)行甘蔗雜交組合選配時(shí)，若兩個(gè)親本的收獲指數(shù)都偏低，將較難獲得高收獲指數(shù)的雜交后代。在甘蔗育種中，收獲指數(shù)是較少直接測定的性狀，了解收獲指數(shù)與其它性狀的相關(guān)將有助于甘蔗收獲指數(shù)的間接選擇。相關(guān)分析結(jié)果（表4）表明，除甘蔗錘度、節(jié)間長、莖徑、節(jié)間體積和總生物量等性狀與收獲指數(shù)不存在顯著相關(guān)外，其它8個(gè)調(diào)查性狀均與收獲指數(shù)存在顯著或極顯著的相關(guān)。與收獲指數(shù)存在正相關(guān)，按相關(guān)系數(shù)值從高到低相關(guān)顯著的性狀有枯葉數(shù)、株高、蔗莖產(chǎn)量和總?cè)~數(shù)4個(gè)性狀；與收獲指數(shù)存在負(fù)相關(guān)，按相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值從高到低相關(guān)顯著的性狀有葉梢重、綠葉比、綠葉數(shù)和有效莖數(shù)4個(gè)性狀。

表4 收獲指數(shù)與其它性狀相關(guān)Table 4 The correlation between harvest index and other traits

為利用這些相關(guān)性狀進(jìn)行收獲指數(shù)間接選擇，按隨機(jī)模型分解方差的方法，通過增減相關(guān)顯著性狀后的隨機(jī)模型變化來判斷對(duì)收獲指數(shù)是否存在顯著影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)甘蔗葉梢重、甘蔗產(chǎn)量、株高和綠葉比4個(gè)性狀對(duì)甘蔗收獲指數(shù)有極顯著的影響，枯葉數(shù)對(duì)甘蔗收獲指數(shù)有顯著的影響；其它3個(gè)性狀雖然存在顯著相關(guān)但對(duì)甘蔗收獲指數(shù)沒有顯著的影響。表明進(jìn)行甘蔗收獲指數(shù)選擇時(shí)，可考慮利用這5個(gè)性狀對(duì)雜交后代進(jìn)行間接選擇。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明不同甘蔗品種的收獲指數(shù)差異較大且受到試驗(yàn)?zāi)甓?、品種與年份互作和干旱脅迫與年份互作的顯著影響，而干旱脅迫處理及復(fù)水對(duì)其影響極小。甘蔗收獲指數(shù)屬遺傳力較高的性狀，與枯葉、株高、蔗莖產(chǎn)量和總?cè)~數(shù)存在顯著或極顯著正相關(guān)，與葉梢重、綠葉比、綠葉數(shù)和有效莖數(shù)存在極顯著負(fù)相關(guān)?？衫酶收崛~梢重、甘蔗產(chǎn)量、株高、綠葉比和枯葉數(shù)等性狀對(duì)甘蔗收獲指數(shù)進(jìn)行間接選擇。選配機(jī)械化品種的雜交組合時(shí)，致少一個(gè)親本應(yīng)具有較高的甘蔗收獲指數(shù)。

實(shí)施甘蔗機(jī)械化生產(chǎn)對(duì)甘蔗品種有一定的要求，通過近年來的研究與育種實(shí)踐[17-18]，對(duì)選育甘蔗機(jī)械化品種已有一定的認(rèn)識(shí)，并注意到甘蔗機(jī)械化品種選育最重要的環(huán)節(jié)是在機(jī)收的條件下進(jìn)行甘蔗宿根選擇。育種家在選育人工收獲的甘蔗品種時(shí)，因甘蔗收獲勞動(dòng)力成本高，都比較注重選擇中至中大莖、易脫葉的甘蔗品種；選育機(jī)械化品種時(shí)對(duì)脫葉性的選擇可能有所放寬；但是從機(jī)收要求具有較高的甘蔗收獲指數(shù)看，選擇易脫葉的甘蔗品種仍是必要條件之一。

在育種實(shí)踐中，很少直接選擇甘蔗收獲指數(shù)，通過性狀相關(guān)分析及混合模型分析發(fā)現(xiàn)，可通過選擇葉梢部較小、蔗莖產(chǎn)量高、植株相對(duì)較高和較低綠葉比等進(jìn)行間接選擇。然而為提高機(jī)械化甘蔗品種宿根性和耐旱性，又要求甘蔗品種中至中小莖、有效莖數(shù)多、梢部綠葉數(shù)較多等，而有效莖數(shù)、綠葉數(shù)又與收獲指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，因此，選擇中小莖耐旱甘蔗品種時(shí)尤其應(yīng)注意對(duì)收獲指數(shù)的選擇。

雖然通過適宜的栽培措施可提高甘蔗收獲指數(shù)，但性狀廣義遺傳力分析表明甘蔗收獲指數(shù)屬廣義遺傳力較高的性狀，因此選育收獲指數(shù)高的甘蔗機(jī)械化品種時(shí)，應(yīng)注意在組合選配時(shí)選用收獲指數(shù)較高的親本，至少當(dāng)中的一個(gè)親本的甘蔗收獲指數(shù)較高，在雙親收獲指數(shù)均較低的組合中將較難獲得較高收獲指數(shù)的雜交后代。