甘蔗品种区域化试验基因与环境互作研究

陈学宽，刘家勇，赵俊，赵培方，昝逢刚

（云南省农业科学院甘蔗研究所，开远 661699）

高产、高糖、抗病、耐旱、广适甘蔗新品种的选育与推广应用是蔗糖产业可持续发展的首要保障。世界上约50个甘蔗新品种研究机构或组织从事甘蔗新品种选育工作，致力于筛选适于当地种植的甘蔗新品种[1－3]。甘蔗品种区域化试验是鉴定新品种（系）丰产性、稳定性、抗逆性、适应性的重要手段，是品种鉴定推广、良种区域化的重要依据，也是育种成果迅速转化为生产力的中心环节。优良的甘蔗品种表现具备产量高、糖分高、宿根性好，且产量和糖分稳定、抗逆性强等特征，甘蔗产量和糖分决定了蔗农及蔗糖企业的经济效益[1－3]。

云南是全国第二大蔗糖生产省份，也是我国生态类型最为丰富的地区[3]。目前，云南蔗区甘蔗种植一年新植平均可持续2～3年宿根。基因与环境互作研究是甘蔗新品种选育重要的组成部分[5－9，11－17]。影响甘蔗产量的环境因素包括种植区域，种植年份（新植和宿根）等。以往研究表明，基因×环境互作效应比基因×年份、基因×种植区域×年份更大[4－9]。同时，研究表明，甘蔗产量和产糖量的基因×环境互作效应比甘蔗糖分大[4－8]。甘蔗品种的产量和糖分与环境互作关系的研究和评价，对甘蔗新品种的选育和推广应用，提高我国甘蔗育种水平，促进边疆地区的经济发展具有重要作用。

本文通过分析云南省甘蔗品种区域化试验，旨在揭示甘蔗品种基因与环境的遗传变异及遗传相关性。为甘蔗品种的区域化试验布局，甘蔗新品种的推广应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

云南省第十轮甘蔗品种区域化试验材料13个，分别是云蔗99-91、02-588、02-2332、03-45、03-103、03-258、03-422（云南省农业科学院甘蔗研究所选育），赣蔗95-108（江西农科院甘蔗研究所选育），云瑞03-902（云南省农业科学院甘蔗研究所瑞丽育种站选育），德蔗03-68、德蔗03-83（云南省德宏州甘蔗研究所选育），云农 01-58（云南农业大学选育），ROC22（CK）。

1.2 试验地点与年份、试验设计及数据收集

1.2.1 试验地点与年份 试验于代表云南省甘蔗主产蔗区的开远、德宏、西双版纳、保山、临沧、弥勒6点实施，本文分别以A、B、C、D、E、F表示。试验于2008年进行第1次新植，2009年进行第2次新植并试验研究第1次宿根（源自2008年新植）。共3次试验。

1.2.2 试验设计 各点试验均采用随机区组设计，5行区3次重复，小区面积33.3m2。下芽为双芽双行接顶（8000芽/667m2左右），地膜覆盖。田间各项管理按当地大田栽培管理措施进行。

1.2.3 数据调查及方法 试验严格按“云南省甘蔗品种区域化试验示范规程”[10]进行各环节的试验、调查和测试。包括工农艺性状。本文采用甘蔗产量、甘蔗含糖分2个指标进行数据分析。

（1）农艺性状：出苗率、分蘖率、株高、茎径、有效茎及甘蔗收获产量（3月份）等。

（2）工艺（品质）性状：11月中旬开始调查锤度，并采样分析甘蔗含糖分及蔗汁蔗糖分（用SDS220旋光仪二次旋光法测定）等直至收获（3月份）。

1.3 数据整理与分析方法

单位面积产糖量＝单位面积产量×甘蔗含糖分。甘蔗产量、单位面积产糖量方差分析利用6个点2年新植、1年宿根3次试验（每次试验3次重复）的实际收获产量；甘蔗产量、含糖分遗传变异及遗传率分析利用各点2年新植、1年宿根3次试验（每次试验3次重复）数据，其中，甘蔗含糖分为11月至翌年3月5个月的平均甘蔗含糖分值；宿根甘蔗源于第1年新植试验，为尽可能减少误差，甘蔗产量、含糖分相关性分析仅利用第1年新植及其宿根数据进行分析。

数据分析采用数据分析系统软件（DPS）进行[18]。多年多点试验方差分析模型为：

式中μ为群体的平均值τi为品种i的效应值，νj为地点j的效应值，（τν）ij为品种×地点互作效应，ωk为年份 k的效应值，（νω）ik为品种×年份的互作效应，（τνω）ijk为品种×地点×年份的互作效应，ρkjl为品种×地点×年份×区组的互作效应，εijkl为随机误差。

随机区组设计进行遗传分析模型为：yij=μ+ri+gj+eij

式中，μ为平均值，ri为i重复的随机效应值，gj为j品种的随机效应值，eij为误差效应值。

遗传率 Hb（广义遗传率）分析模型为：Hb= σg2/（σg2+ σe2/2）。 式中，σg2为基因方差，σe2为环境方差。

遗传相关系数 rg模型为：rg=covxy/（σgx2.σgy2）。式中，covxy为年份间的协方差效应值，σgx2和 σgy2为新植宿根的遗传方差。

2 结果与分析

2.1 各试验点遗传分析

从各试点收获甘蔗产量及甘蔗含糖分遗传方差分析（表1）看，比较而言，产量遗传变异E点最小，C点最大，A、B、D三点相近且遗传变异中等，但比F点小。甘蔗含糖分的遗传变异C点最小，B点最大，D、E点相当，A、F点相当，但后两者比前两者小。从广义遗传率看，C、D、F点产量遗传率较高（Hb≥0.5），A、B、E遗传率偏小。 除 D点甘蔗含糖分遗传率偏小外，其他点的遗传率都较高。分析还表明，甘蔗产量的遗传变异比甘蔗含糖分变异要大得多。这与前人的研究结果一致。

2.2 参试点基因与环境效应分析

6个试点2年新植1年宿根甘蔗产量及甘蔗产糖量方差分析结果如表2。表中，变异来源包括，品种、地点、年份及其互作。无论是甘蔗产量还是甘蔗产糖量，品种效应值都是最大的，分别占总效应值的28.5%和23.1%，是主要的影响因子。其次是年份效应值，分别占总效应的20.4%和19.0%。表明，甘蔗新植和宿根之间差异较大。再次是试点×年份的互作效应值，分别占总效应值的16.7%和15.8%。表明，不同试点的甘蔗新植、宿根之间有差异。而品种与年份间、试点间的互作效应相对较小。

2.3 各参试点遗传相关性分析

从表3可以看出，多数试点甘蔗产量、甘蔗含糖分之间具有较高的相关性。参试点相关性分析为甘蔗品种引进和种植提供了依据。

产量相关方面，弥勒无论是新植还是宿根，与临沧的宿根相关性较差（0.18、0.17）。临沧新植与保山新植相关性较差（0.16）。临沧宿根与德宏宿根及保山新植、保山新植与德宏宿根及西双版纳宿根相关性相对较小。其他试点及年份甘蔗产量相关性表现为中等到高的水平。最高的是西双版纳宿根与德宏宿根的相关系数达0.97。其次是弥勒宿根与开远新植的相关性达0.92。

甘蔗含糖分，西双版纳宿根与开远宿根、临沧新植与西双版纳新植及宿根、临沧宿根与保山新植及宿根的相关性达到中等水平。其他甘蔗含糖分各试点及年份的相关性多数达到较高的水平。

表1 各试点甘蔗产量及含糖分的遗传参数

表2 甘蔗产量与产糖量方差分析结果

表3 甘蔗产量、甘蔗含糖分在各试点间的遗传相关分析

3 讨论

通过遗传方差分析（表2），可明晰甘蔗区域化试验基因与环境互作关系。研究表明，甘蔗品种（基因）效应是最大的，其次是年份效应，说明甘蔗新植与宿根有差异，再次是基因与环境互作。品种×年份间×试点间的互作效应相对较小，表明甘蔗品种的稳定遗传性，各试点的选择相对合理。

甘蔗产量的遗传变异比甘蔗含糖分变异要大得多（表1）。相对来说，甘蔗含糖分能够稳定遗传。这与前人的研究结果一致[4-6，12，17]。各点甘蔗产量、甘蔗含糖分的遗传率有差异，在进行品种引进应用时，在考虑综合性状的同时，应考虑注重产量还是糖分。

遗传相关分析（表3）表明，除少数试点与年份外，试点甘蔗产量及甘蔗含糖分的相关性多数较高。参试品种多源自云南省农业科学院甘蔗研究所（开远），从分析结果看，该点与其他参试点的遗传相关性都较高，同样表明试点的选择是相对合理的。

本文仅对一轮区域化试验结果进行分析研究，难免出现误差。笔者将继续对多轮试验结果进行综合分析，为区域化试验的合理布局提供依据。

致谢：各区试点对本文提供了详实的研究数据。

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