不同木薯品种生理特性及产量比较研究

2018-05-18黄堂伟罗兴录单忠英樊吴静朱艳梅潘文兴黄小凤

江苏农业科学 2018年8期

黄堂伟，罗兴录，2，单忠英，樊吴静，朱艳梅，潘文兴，黄小凤

（1.广西大学农学院，广西南宁530005；2.亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室，广西南宁530005；3.崇左市农业科学研究所，广西南宁530215）

木薯（Manihot esculenta Crantz）是一种热带、亚热带经济作物，其块根淀粉含量高，是生产淀粉和乙醇的重要工业原料，木薯逐渐成为新型可再生清洁能源的代表［1－2］。研究如何有效提高木薯块根的品质和产量，选育出块根淀粉含量高、品质好的木薯新品种，一直是木薯研究领域的重点［3－4］。大量研究结果表明，作物体内淀粉积累与其他有机化合物的合成、转运紧密相关［5－7］。通过研究不同品种木薯的生理生化特性与块根淀粉积累的关系，筛选出性状较优、品质较好的木薯品种，是提高木薯淀粉含量和选育木薯品种的有效方法，有利于木薯优良品种的推广与栽培。罗兴录等研究了不同木薯品种在不同生长时期的叶片可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、还原糖含量和蔗糖含量的变化趋势，认为这几个生理生化指标与块根淀粉的积累紧密相关［8］。陈冠喜等比较了6个不同木薯品种生长发育期间的农艺性状和产量性状，旨在筛选出综合性状优良的木薯品种，结果表明，华南8号是综合性状较好的品种，其次是华南5号，华南6号和华南7号居中，最差的是华南205和华南9号［9］。林洪鑫等对19个品种（或品系）的产量差异及其与农艺性状的关系进行比较研究，以筛选出适合在江西省推广种植的高产木薯品种，结果发现，华南8号和GR024－2的鲜薯产量和淀粉含量均较高，在江西省种植比较利于高产［10］。陈会鲜等以高淀粉木薯品种辐选01和低淀粉木薯品种华南124为材料，对这2个品种的茎叶可溶性糖和块根淀粉积累特性进行比较研究，发现木薯茎叶可溶性糖含量对块根淀粉的积累起到重要作用，在块根积累的关键时期，茎叶可溶性糖含量越高、转运能力越强，越有利于块根淀粉的积累［11］。本试验通过对广西现在栽培较多的8个木薯品种不同生长时期的主要农艺性状、生理生化性状和块根产量进行比较，研究各生理特性和淀粉含量的关系，筛选出性状较好、产量较高的木薯品种，为今后高产优质木薯品种选育，促进木薯产业化发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验的供试木薯品种为辐选01（RS01）、桂垦09－11（GK09－11）、南植 199（NZ199）、新选 048（XX048）、GR891、桂垦 09－26（GK09－26）、华南 124（SC124）及华南 205（SC205）。

1.2 试验设计

本试验材料在广西南宁市兴宁区五塘镇木薯种植基地进行栽培，于2015年4月份种植，次年1月下旬收获。采用完全随机区组设计排列，每个品种设为1个处理，共设8个处理，每个处理3次重复，每个种植小区面积为36m2，种植规格设为1.0 m×0.9 m，各处理其他栽培管理措施与常规一致。

分别于6月24日（苗期）、8月20日（块根形成期）、10月20日（块根膨大期）、12月25日（块根成熟期）进行采样，采集展开叶的第4、5张功能叶，一部分用于测定叶绿素含量，另一部分进行烘干、粉碎，100目过筛后用于其他生理指标的测定。于2016年1月下旬（块根收获期）采集木薯块根并测量块根性状和生理指标。

1.3 方法

1.3.1 株高与茎粗分别于苗期、块根形成期、块根膨大期、块根成熟期4个时期，每个种植小区选取具有代表性的3株分别用直尺和游标卡尺测量株高、茎粗，其中，株高为地上茎基部到生长点的距离，茎粗为株高下三等分处的直径。

1.3.2 叶绿素含量将苗期、块根形成期、块根膨大期、块根成熟期4个时期的新鲜叶片采回后立即用于叶绿素含量的测定，测定方法参照丙酮乙醇混合法［12］，每个样品做3次重复，最终结果取平均值。

1.3.3 叶片可溶性糖含量、蔗糖含量分别称取苗期、块根形成期、块根膨大期、块根成熟期4个时期的叶片干样测定可溶性糖含量、蔗糖含量，测定方法参照蒽酮比色法［13］，每个样品做3次重复，最终结果取平均值。

1.3.4 叶片还原糖含量分别称取苗期、块根形成期、块根膨大期、块根成熟期4个时期的叶片干样测定还原糖含量，测定方法参照3，5－二硝基水杨酸法［14］测定，每个样品做3个重复后取平均值。

1.3.5 块根数、块根长、块根粗在块根收获期，每个种植小区取长势均匀的3株木薯，计算其块根数量，再计算这3株木薯的块根平均值，即为1个小区的块根数。在选取的3株木薯中每株取3个块根测量其长度和最大直径，并计算平均值，即为每个小区块根的块根长和块根粗。

1.3.6 块根含水量将收获时期的块根采回后洗干净切碎，称量鲜样质量（m1），再将鲜样烘干后称量其质量（m2），则

1.3.7 块根理论产量在块根收获期，每个种植小区选取长势均匀的8株木薯，称量其块根质量（m），取平均值后乘以1 hm2土地面积上种植的株数（11 111株），即为每个种植小区的理论产量。

1.3.8 块根淀粉含量、淀粉产量将收获期的块根采回后进行烘干、粉碎，称取适量干样进行淀粉含量的测定，测定方法参照蒽酮比色法［13］，每个样品做3次重复取平均值，最终结果乘以块根含水量，即为块根淀粉含量。块根淀粉产量为块根淀粉含量乘以块根理论产量，即

块根淀粉产量（kg／hm2）＝块根淀粉含量（%）×块根理论产量（kg／hm2）。

1.3.9 数据统计与分析试验数据采用Microsoft Excel2007进行整理制表，用SPSS 18.0统计软件进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种木薯不同时期生长状况比较

2.1.1 不同时期植株高度的比较不同品种木薯在不同生长时期的植株高度变化如表1所示。从表1中可以看出，各品种木薯在整个生长时期的株高呈上升的趋势，在各生长发育期木薯长势均较好，其中从6月份到10月份株高增长最快，这与这段时期气候环境紧密相关。到了10月份后期植株高度增长逐渐缓慢，各品种木薯达到最大高度。各木薯品种之间的株高差异也比较明显，在各生育期中，桂垦09－26、新选048、华南124和辐选01均为较高品种，植株挺直且无分枝或分枝较少，而GR891和南植199则较为矮小，植株生长弯曲且分枝多，经方差分析，在6月GR891与其他品种的株高多差异显著，在6月、8月和10月南植199与其他品种差异多达到极显著。在块根成熟期，植株最高的桂垦09－26比植株最矮的南植199高出了38.72%，这一时期各木薯品种的株高由高到矮的顺序为桂垦09－26＞华南124＞新选048＞辐选01＞桂垦09－11＞华南205＞GR891＞南植199。

2.1.2 不同时期茎粗的比较不同品种木薯各个生育时期的茎粗变化如表2所示。由表2可知，各品种木薯的茎粗随生育期逐渐变大，其增长趋势与株高的增长趋势大致相同。从6月到10月，各品种木薯的茎粗变化较快，10月下旬以后增长速度逐渐趋于稳定。到12月份，各品种之间茎粗的差异较为明显，其中华南124、桂垦09－26、新选048和华南205的茎秆都较为粗壮，其中华南124是茎粗增长速度最快的品种，从苗期到块根成熟期茎粗增长了14.53 mm，增幅达5362%。在这一时期，南植199的茎粗最小，经方差分析，南植199与其他品种的茎粗差异达到极显著水平。

2.2 不同木薯品种叶片生理生化性状比较

2.2.1 不同时期叶绿素含量的比较叶绿素是体内进行光合作用，将光能转化为化学能并用于物质合成的关键物质。表3是各品种木薯在不同生长发育期叶片叶绿素含量的变化情况。从表3可以看出，不同品种木薯的叶片叶绿素含量的变化趋势各不相同，从6月24日到8月20日的测定结果来看，各品种木薯的叶片叶绿素含量均呈上升趋势，其中华南124、GR891、新选048、华南205、桂垦09－11这5个品种的叶片叶绿素含量增幅较大，GR891的叶绿素含量增加到各品种中的最大值，为5.26 mg／g，其他品种的叶绿素含量增加幅度较小。从8月到10月，除新选048、华南205的叶绿素含量有所降低外，其余品种的叶绿素含量均有所上升，其中属桂垦09－26、辐选01的涨幅最大。到了10月至12月，除了南植199、华南124的叶绿素含量基本保持不变外，其他品种的叶绿素含量均呈明显下降趋势，可能原因是进入秋季后，叶片逐渐变黄，叶绿素遭到破坏。

表1 不同品种木薯不同时期株高

表2 不同品种木薯不同时期茎粗

表3 不同品种木薯不同时期叶绿素含量

2.2.2 不同时期可溶性糖含量的比较可溶性糖是植物体内的主要光合产物，是碳水化合物代谢和短暂储存的主要形式。表4所示的是不同木薯品种在不同时期叶片可溶性糖含量的变化，可以看出，各木薯品种的叶片可溶性糖含量变化趋势基本一致，从6月24日到10月20日的测定结果来看，除了新选048的含量先升高后降低、GR891的含量先降低后升高以外，其他品种的可溶性糖含量均呈逐渐降低的趋势。其中在8月，新选048与桂垦09－11、南植199和GR891的可溶性糖含量差异达到极显著。从10月到12月，各个木薯品种的叶片可溶性糖含量都是升高的，其中新选048的叶片可溶性糖含量最大，为13.00%，其顺序由高到低排列次依为华南124＞GR891＞南植199＞辐选01＞桂垦09－26＞华南205＞桂垦09－11。

2.2.3 不同时期还原糖含量的比较还原糖指的是分子结构中具有还原性基团的糖类。植物体内的还原糖是光合作用的直接产物，也是蔗糖合成的底物。不同品种木薯在不同时期叶片还原糖含量的测定结果如表5所示。从表5可以看出，各品种的叶片还原糖含量呈先上升后下降再上升的趋势，分别在8月20日和12月25日的测定结果中表现出最大值，10月20日的测定结果显示，各品种的叶片还原糖含量在此期间均有所下降，除了辐选01和新选048这2个品种外，其他品种的叶片还原糖含量都在此测定时期出现最小值。到了12月，各品种的叶片还原糖含量又急剧上升，其中上升最快的是南植199，增幅达到了9.09百分点，每个品种的还原糖含量都出现了其生长期间的最大值，这一时期各品种的叶片还原糖含量大小顺序为南植199＞华南124＞新选048＞GR891＞辐选01＞桂垦09－26＞华南205＞桂垦09－11。

2.2.4 不同木薯品种蔗糖含量的比较蔗糖是植物体内光合作用产物转运和分配的主要形式。表6所表示的是不同木薯品种不同生长时期叶片蔗糖含量的变化。从表6的测定结果可以看出，6月24日的测定结果为各品种整个生长时期叶片蔗糖含量的最高值，其中蔗糖含量最高的品种为桂垦09－26，除了GR891的叶片蔗糖含量在10月有少量升高外，其他品种的叶片蔗糖含量均逐渐降低，从6月到8月降低速度最快，到了12月达到生长期间的最小值。经方差分析，在8月华南124的叶片蔗糖含量与其他品种的差异多达到极显著水平。形成这一结果的原因可能是蔗糖在叶片中合成后很快转化成其他有机物并转运、分配到块根等其他组织，使叶片中的蔗糖含量逐渐降低。

表4 不同品种木薯不同时期可溶性糖含量

表5 不同品种木薯不同时期还原糖含量

表6 不同木薯品种不同时期蔗糖含量

2.3 不同品种木薯块根性状及产量的比较

2.3.1 不同品种木薯块根农艺性状比较木薯块根的农艺性状在一定程度上反映了木薯块根产量的大小。表7的测定结果表示的是不同品种木薯的块根主要经济性状比较。从表7可以看出，块根数最多的品种是新选048，平均块根数为13.33条／株，与块根数最少的桂垦09－26差异达到极显著水平，与除华南205外其他品种的块根数差异显著。块根最粗的品种为桂垦09－26和新选048，平均块根粗为71.00、69.48 mm，均与块根最细的南植199差异极显著，与GR891的块根粗差异显著，但与其他品种的差异不显著。块根最长的品种为辐选01和桂垦09－11，平均长为 50.1、48.9 cm，均与块根最短的南植199差异达到极显著水平，与华南205的块根长差异为显著水平，而与其他品种的差异不显著。综合块根经济性状较优的品种为新选048、华南205、桂垦09－26、辐选01、桂垦09－11、华南124，GR891次之，南植199较差。

2.3.2 不同木薯品种块根产量的比较木薯块根产量、淀粉含量和淀粉产量是反映木薯品种优劣的重要指标。如表8测定结果所示，块根产量最高的品种为新选048和桂垦09－26，平均为 93 887.95、92 665.74 kg／hm2，与其他品种产量均差异极显著。块根淀粉含量最高的品种属南植199，为2819%，比淀粉含量最低的华南205高出了 40.18%，与辐选01、GR891的淀粉含量差异不显著，而与桂垦09－26、桂垦09－11、华南124和新选048的淀粉含量差异显著，与华南205的淀粉含量差异极显著。淀粉产量最高的品种是新选048和桂垦09－26，均与桂垦09－11、GR891的淀粉产量差异显著，与南植199、华南124、华南205的差异极显著。从表8还可知，块根含水量与块根淀粉含量呈负相关的关系，块根含水量较高的品种其淀粉含量则较低。

表7 不同木薯品种主要经济性状比较

表8 不同木薯品种块根、淀粉产量比较

3 讨论与结论

木薯地上部分的生长状况与块根产量有着密切联系，块根需要依靠地上部分进行光合作用合成营养物质供给其生长，因而在正常情况下，块根产量与地上茎叶的生长呈正相关关系［15］。在本研究中，桂垦09－26、新选048、辐选01和华南124在生长后期的株高、茎粗均处于较高水平，同时这4个品种的块根产量也较高，而其余株高、茎粗处于较低水平的品种其块根产量也较低，说明木薯的株高、茎粗与块根产量呈正相关关系，这与罗兴录的研究结果［16］相一致。杨守臻等的研究结果表明，块根数、块根长、块根粗均与块根产量呈正相关［17］，然而本研究却发现，在木薯的生长后期，新选048的块根较短，而块根产量较高，桂垦09－26、华南124和辐选01的块根数较少，而其产量较高，出现这一结果的原因可能是块根数、块根长、块根粗其中的单个变量并不能决定块根产量的高低。

植物体内的叶绿素在光能的作用下，将空气中的无机碳（CO2）转化为有机碳，将光能转化为化学能，叶绿素含量的高低决定了光合作用的强弱。在一定变化范围内，叶片叶绿素含量越高，光合作用则越强。罗兴录等研究结果表明，木薯叶片叶绿素含量与块根淀粉积累没有显著相关关系［18］，然而在本研究结果中发现，在木薯各个生长时期，高淀粉木薯品种的叶片叶绿素含量比低淀粉木薯品种的叶片叶绿素含量稍高，这说明叶片叶绿素含量与块根淀粉积累量还是存在一定正相关关系的。

植物叶片中的可溶性糖是光合作用的主要产物，也是淀粉合成的底物，其含量的高低与淀粉积累紧密相关［7，19］。本研究通过比较不同时期木薯叶片可溶性糖含量发现，从6月到10月，叶片的可溶性糖含量变化基本呈下降趋势，而从10月到12月，所有木薯品种叶片可溶性糖含量都大幅上升，甚至到达整个生长时期的最高值，这说明在块根淀粉积累的后期也是关键时期，叶片可溶性糖含量的升高有利于光合产物运输到块根并合成淀粉，这与池敏青的研究结果［20］不一样，而与罗兴录等的研究结果［21］一致。

还原糖和蔗糖是木薯叶片中的2种游离糖，叶片光合作用合成的直接产物是还原糖，随后再由还原糖转化合成蔗糖，还原糖是蔗糖合成的主要原料，蔗糖则是有机物转化运输的主要形式。本研究结果发现，从6月到8月，木薯叶片中的蔗糖含量急剧下降而还原糖含量升高，从8月到10月，叶片中蔗糖含量基本保持不变或稍有减少而还原糖含量逐渐下降，到了10月到12月，叶片中蔗糖含量再次较少而还原糖含量逐渐升高。这说明叶片中还原糖转化成蔗糖后，蔗糖被运输到茎秆或块根用于合成其他有机物质，从而引起还原糖相应的变化，这一结果进一步验证了罗兴录等的研究结果［18］。

本研究通过8个不同木薯品种在不同生长时期的生长状况、生理生化特性和产量性状进性比较，得出各木薯品种的综合性状如下：辐选01植株高大，生长后期可达4 m以上，茎秆粗壮，有分枝，但分枝较少；叶片浓绿，叶绿素含量较高，后期叶片可溶性糖、还原糖含量较高，但蔗糖含量较低；块根较长且粗，但块根数较少，鲜薯淀粉含量、淀粉产量和块根产量均比较高，为高淀粉木薯品种。桂垦09－11植株较高，茎秆则比较细小不分枝；叶片浓绿，叶绿素含量较高，生长后期叶片可溶性糖、还原糖含量较低，而蔗糖含量较高；块根长且粗，鲜薯产量较高，淀粉产量和块根淀粉含量居中，综合性状较好。南植199植株最矮，茎秆最细且有较多分枝，呈红色；叶片较小，叶绿素含量居中，生长后期叶片可溶性糖、还原糖含量较高，蔗糖含量较低；块根最短、最细，但数量较多，鲜薯产量、淀粉产量最低而块根淀粉含量高，综合性状较差，为高淀粉木薯品种。新选048植株直立高大，生长后期最高时可达4.2 m，茎秆粗壮没有分枝；叶片较大，后期叶片叶绿素含量、蔗糖含量偏低，可溶性糖、还原糖含量较高；块根粗大，结薯数量多，鲜薯产量、淀粉产量在各木薯品种中最高，块根淀粉含量居中，为综合性状最优的品种。GR891植株较高，株型较散，群体间较为荫蔽，茎秆较细，基部常有3～4个分叉；叶片深绿，叶绿素含量较高，生长后期叶片可溶性糖、还原糖含量较高，蔗糖含量则偏低；块根较细、较长，结薯较少，鲜薯产量较低，但块根淀粉含量、淀粉产量较高，属高淀粉木薯品种。桂垦09－26是植株高度最高的品种，最高达到4.45 m，茎秆直立粗大，不分枝；叶片大，叶绿素含量偏低，生长后期叶片可溶性糖、还原糖含量均居中，蔗糖含量则偏低；块根长且粗，数量较少，鲜薯产量和淀粉产量仅次于新选048，块根淀粉含量偏低，属于高产量木薯品种，综合性状较优。华南124植株高大，仅次于桂垦09－26，茎秆最粗壮，株型直立不分枝；叶片浓绿，叶绿素含量较高，生长后期叶片可溶性糖含量、还原糖含量较高，蔗糖含量中等；块根长且大，结薯较多，鲜薯产量居中，块根淀粉含量和淀粉产量则较低，为低淀粉木薯品种。华南205植株较矮，茎秆较粗，株型直立常有分枝；叶片叶绿素含量偏低，生长后期叶片可溶性糖、还原糖含量偏低，蔗糖含量则较高；块根较短而粗，结薯数量较多，但鲜薯产量和淀粉产量均较低，与其他品种相比块根淀粉含量最低，属低淀粉木薯品种。

综上所述，木薯的株高、茎粗与鲜薯产量高低紧密相关，块根长、块根粗、块根数与鲜薯产量没有明显相关关系，叶片叶绿素、可溶性糖、还原糖含量高可以对块根淀粉积累起到促进作用，叶片蔗糖高低与块根淀粉积累没有直接关系。8个木薯品种中综合长势最优的品种是新选048和桂垦09－26，生长快，植株高大，茎秆粗壮，生理生化特性较优，产量高品质好，鲜薯产量分别为 93 887.95 kg／hm2和 92 665.74 kg／hm2，这2个品种均适合大面积、规模化推广种植。辐选01、桂垦09－11、华南124的综合性状较居中，植株高大直立，鲜薯产量较高，属高产量木薯品种。GR891、华南205的综合性状一般，南植199的综合性状相对较差，但块根淀粉含量高，属高淀粉木薯品种。

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