固氮甘蔗品種選育技術前景分析

李 翔，黃曲燕，黃海榮，李毅杰，段維興，林善海，梁 強，李楊瑞

（1. 廣西壯族自治區(qū)農業(yè)科學院甘蔗研究所/中國農業(yè)科學院甘蔗研究中心/農業(yè)部廣西甘蔗生物技術與遺傳改良重點實驗室/廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室，廣西 南寧 530007;2.廣西壯族自治區(qū)農業(yè)科學院生物技術研究所，廣西 南寧 530007）

0 引言

巴西甘蔗生產成本是產蔗國中最低的。而我國甘蔗生產的各項農資投入中，化肥尤其是氮肥所占比重最大，對甘蔗產量的影響也最為顯著。如何通過合理施肥，提高氮肥利用率，降低甘蔗種植成本是當前我國種蔗產業(yè)的重要任務。另一方面，我國蔗區(qū)種植品種單一，新臺糖品種的優(yōu)良特性已開始退化。如廣西目前當家品種新臺糖22號在很多產地嚴重退化，黑穗病等病蟲害發(fā)生加劇，且抗逆性差，近幾年遭遇寒旱災害時損失慘重。因此，廣泛培育、篩選適合我國產區(qū)種植的高產優(yōu)質固氮甘蔗新品種取代已退化品種是解決目前我國甘蔗生產成本過高，提高甘蔗糖業(yè)競爭力的有效途徑之一。

1 國內外甘蔗固氮特性研究進展

氮作為植物生長、發(fā)育必不可少的元素之一，是植物體內蛋白質、核酸、磷脂、生物堿和某些維生素及生長激素的重要組分之一。生物固氮是地球上固氮作用的重要途徑之一，每年的總固氮量之中，約有60%來自生物固氮。生物固氮是自然界重要的生物學過程，它主要有三大類：自生固氮、共生固氮和聯(lián)合固氮。聯(lián)合共生固氮的概念是1976年由巴西Dobereiner實驗室提出的。20年來聯(lián)合固氮的研究受到世界各國科學家的重視。聯(lián)合固氮菌中大多數是與禾本科牧草的根相聯(lián)合，也有一些是從豆科植物的根瘤和根表或從各種其他植物包括單子葉和雙子葉植物的根表分離得到。通常有一種以上的固氮菌與同一植物聯(lián)合，而且隨著地域的不同固氮菌的分布和頻率有相當大的差別［1］。

甘蔗的固氮特性與甘蔗內生固氮菌有很大的聯(lián)系。1961年Dobereiner開始從甘蔗的根部大量分離到拜葉林克氏菌屬（Berjer-rinekia）以后，甘蔗固氮研究和應用得到了不斷的發(fā)展。巴西在這方面做出了顯著的成績，已從甘蔗中分離得到數種甘蔗內生固氮菌，例如葡糖醋桿菌（Gluconacetobacter diazotrophicu）、草螺菌（Herbaspirillum seropedicae）等。巴西的研究表明，對于原來具有較強固氮活性的甘蔗品種，接種甘蔗內生固氮菌是比較容易的，經過組培脫毒處理后獲得的健康種苗很容易回接內生固氮菌［2］，接種內生菌后對甘蔗的生長都有不同程度的促進效果。同時有研究表明接種葡糖醋桿菌，可以促進甘蔗的生長，但接種效果又與甘蔗品種有關［3］。接種醋桿菌（Acetobacter diazotrophicu）促進了甘蔗根毛的發(fā)育，有利于甘蔗吸收更多礦質營養(yǎng)，從而促進甘蔗的生長［4］。甘蔗內生固氮菌還具有促進生長和生物防治等作用［5］。

在我國，已有從桂糖11號、新臺糖10號、新臺糖16號和桂糖16號篩選到了活性較高的菌株［6］。研究人員通過比較廣西的幾個主栽品種和巴西的固氮品種的固氮特性和生產特性［7-9］，對不同的栽培品種資源的固氮性能進行研究，并從中分離到前人從來沒有報道過的新的固氮微生物種類［10-12］。研究結果表明，我國的甘蔗內生固氮菌與國外報道的甘蔗內生固氮菌存在差異，不同的品種，不同的基因型之間生物固氮能力存在較大的差異，研究人員在歷經數年研究后發(fā)現從巴西引進的品種B8、B9是目前為止固氮能力最強的品種，其固氮酶活性是本地品種新臺糖16號和桂糖11號的十幾倍至幾十倍。桂意云等［13］研究巴西兩個固氮甘蔗品種B1、B8不同部位的固氮酶活性，對葉片、主脈、葉鞘、莖、根和根際周圍固氮酶活性比較，發(fā)現莖→根→葉鞘→葉脈→葉片的固氮酶活性呈趨勢性變小，認為莖、根和根際周圍具有較高的固氮酶活性。梁?。?4］對巴西固氮品種和廣西品種進行了固氮生理特性方面的研究，證實了巴西固氮品種在廣西種植可以表現出較高的固氮酶活性，但硝酸還原酶活性和硝態(tài)氮狀況與甘蔗固氮沒有密切的相關性。黃杏等［15］用甘蔗內生固氮菌混合菌液對巴西固氮甘蔗品種B8（RB86-7515）和廣西當家甘蔗品種新臺糖22號進行固氮菌接種和小接種處理，結果表明固氮菌接種有助于甘蔗根系的生長代謝。吳凱朝等［16］把內生固氮菌株分別接種到6個不同甘蔗材料桂糖24號、桂糖9號、崖城84-153、桂糖18號等，試驗結果表明，與對照相比，接種內生固氮菌在一定程度上促進不同基因型甘蔗植株的生長，增加株高、莖徑、平均節(jié)間長度和單莖重。

2 國內外固氮甘蔗品種選育研究進展

在巴西的圣保羅州，氮肥的推薦用量新植蔗是80kg/ha左右，宿根蔗是120kg/ha。印度的甘蔗種植氮肥推薦施用量是275kg/ha。但是田間實驗證明，當氮肥用量減少到140kg/ha，同時使用生物肥料的情況下甘蔗產量是相當的，這就說明使用生物肥料，至少可以節(jié)省氮肥用量的一半［17］。在國內，氮肥使用量普遍比國外偏高，廣西蔗區(qū)施尿素水平一般在500～700kg/ha，施氮量是巴西蔗區(qū)的8～10倍，蔗莖產量只有60 t/ha左右；廣東、云南、福建等蔗區(qū)的氮肥使用量大都也在600～750kg/ha左右［18-19］。甘蔗生長期適量施用氮肥能夠提高蔗株的光合作用，實現增產增糖的效果。但在施氮量達到270kg/ha時增產效果并沒有比施氮135kg/ha的明顯，相反會降低蔗糖分［20］。同時因為隨著氮肥量的增加，甘蔗發(fā)生倒伏的幾率加大，從而使甘蔗的產量和糖分受到不利的影響［21］。

在巴西，甘蔗品種的選育都是在低氮或無氮的條件下進行的。由于固氮甘蔗品種和固氮技術的大面積推廣，其甘蔗生產的氮肥（尿素）施用量明顯減少，極大地降低了甘蔗的生產成本。國內已有開展對固氮甘蔗品種選育的研究，李翔等［22］研究發(fā)現，在降低氮肥施用量的條件下，部分品系表現出了較強的固氮能力，其出苗率、莖徑、有效莖數、產蔗量及含糖量方面均明顯超過對照，不同甘蔗育種材料的分蘗、宿根發(fā)株、伸長和成莖均有不同影響，并不是所有育種材料的生長都受到抑制，試驗結果可為進一步篩選固氮甘蔗優(yōu)良品種提供參考。韋劍鋒［23］應用15N標記尿素研究盆栽條件下甘蔗新臺糖22號苗期氮肥利用率，結果表明為氮肥利用率隨施氮水平的提高而顯著下降。曾維賓［24］研究4個氮水平處理對新臺糖22號生長與產量的研究，結果表明與不施氮肥處理相比，施氮處理的有效莖數、單莖重和產量分別提高了2.93%、6.30%和10.28%。近年來，通過在低氮條件下對甘蔗雜交組合的篩選，已獲得了一批表現固氮特性的優(yōu)良甘蔗品系，其中桂糖08-6在南寧、柳州等地均表現較好，產量比新臺糖22號增產14%以上。

3 小結

因此，借鑒巴西固氮甘蔗品種的選育經驗，在國內通過種植條件設定，組合配置、新品系篩選等育種手段，開展具有較強固氮能力的優(yōu)良甘蔗新品種的選育工作，最終通過固氮品種的推廣種植，以此來大幅度降低我國甘蔗種植氮肥施用量，減少生產成本，提高蔗糖產業(yè)的競爭力，將對我國甘蔗種植業(yè)的健康發(fā)展有積極意義。