固氮甘蔗品种选育技术前景分析

2019-03-17黄曲燕黄海荣李毅杰段维兴林善海李杨瑞

广西糖业 2019年6期

李翔，黄曲燕，黄海荣，李毅杰，段维兴，林善海，梁强，李杨瑞

（1. 广西壮族自治区农业科学院甘蔗研究所/中国农业科学院甘蔗研究中心/农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室/广西甘蔗遗传改良重点实验室，广西南宁 530007;2.广西壮族自治区农业科学院生物技术研究所，广西南宁 530007）

0 引言

巴西甘蔗生产成本是产蔗国中最低的。而我国甘蔗生产的各项农资投入中，化肥尤其是氮肥所占比重最大，对甘蔗产量的影响也最为显著。如何通过合理施肥，提高氮肥利用率，降低甘蔗种植成本是当前我国种蔗产业的重要任务。另一方面，我国蔗区种植品种单一，新台糖品种的优良特性已开始退化。如广西目前当家品种新台糖22号在很多产地严重退化，黑穗病等病虫害发生加剧，且抗逆性差，近几年遭遇寒旱灾害时损失惨重。因此，广泛培育、筛选适合我国产区种植的高产优质固氮甘蔗新品种取代已退化品种是解决目前我国甘蔗生产成本过高，提高甘蔗糖业竞争力的有效途径之一。

1 国内外甘蔗固氮特性研究进展

氮作为植物生长、发育必不可少的元素之一，是植物体内蛋白质、核酸、磷脂、生物碱和某些维生素及生长激素的重要组分之一。生物固氮是地球上固氮作用的重要途径之一，每年的总固氮量之中，约有60%来自生物固氮。生物固氮是自然界重要的生物学过程，它主要有三大类：自生固氮、共生固氮和联合固氮。联合共生固氮的概念是1976年由巴西Dobereiner实验室提出的。20年来联合固氮的研究受到世界各国科学家的重视。联合固氮菌中大多数是与禾本科牧草的根相联合，也有一些是从豆科植物的根瘤和根表或从各种其他植物包括单子叶和双子叶植物的根表分离得到。通常有一种以上的固氮菌与同一植物联合，而且随着地域的不同固氮菌的分布和频率有相当大的差别［1］。

甘蔗的固氮特性与甘蔗内生固氮菌有很大的联系。1961年Dobereiner开始从甘蔗的根部大量分离到拜叶林克氏菌属（Berjer-rinekia）以后，甘蔗固氮研究和应用得到了不断的发展。巴西在这方面做出了显著的成绩，已从甘蔗中分离得到数种甘蔗内生固氮菌，例如葡糖醋杆菌（Gluconacetobacter diazotrophicu）、草螺菌（Herbaspirillum seropedicae）等。巴西的研究表明，对于原来具有较强固氮活性的甘蔗品种，接种甘蔗内生固氮菌是比较容易的，经过组培脱毒处理后获得的健康种苗很容易回接内生固氮菌［2］，接种内生菌后对甘蔗的生长都有不同程度的促进效果。同时有研究表明接种葡糖醋杆菌，可以促进甘蔗的生长，但接种效果又与甘蔗品种有关［3］。接种醋杆菌（Acetobacter diazotrophicu）促进了甘蔗根毛的发育，有利于甘蔗吸收更多矿质营养，从而促进甘蔗的生长［4］。甘蔗内生固氮菌还具有促进生长和生物防治等作用［5］。

在我国，已有从桂糖11号、新台糖10号、新台糖16号和桂糖16号筛选到了活性较高的菌株［6］。研究人员通过比较广西的几个主栽品种和巴西的固氮品种的固氮特性和生产特性［7-9］，对不同的栽培品种资源的固氮性能进行研究，并从中分离到前人从来没有报道过的新的固氮微生物种类［10-12］。研究结果表明，我国的甘蔗内生固氮菌与国外报道的甘蔗内生固氮菌存在差异，不同的品种，不同的基因型之间生物固氮能力存在较大的差异，研究人员在历经数年研究后发现从巴西引进的品种B8、B9是目前为止固氮能力最强的品种，其固氮酶活性是本地品种新台糖16号和桂糖11号的十几倍至几十倍。桂意云等［13］研究巴西两个固氮甘蔗品种B1、B8不同部位的固氮酶活性，对叶片、主脉、叶鞘、茎、根和根际周围固氮酶活性比较，发现茎→根→叶鞘→叶脉→叶片的固氮酶活性呈趋势性变小，认为茎、根和根际周围具有较高的固氮酶活性。梁俊［14］对巴西固氮品种和广西品种进行了固氮生理特性方面的研究，证实了巴西固氮品种在广西种植可以表现出较高的固氮酶活性，但硝酸还原酶活性和硝态氮状况与甘蔗固氮没有密切的相关性。黄杏等［15］用甘蔗内生固氮菌混合菌液对巴西固氮甘蔗品种B8（RB86-7515）和广西当家甘蔗品种新台糖22号进行固氮菌接种和小接种处理，结果表明固氮菌接种有助于甘蔗根系的生长代谢。吴凯朝等［16］把内生固氮菌株分别接种到6个不同甘蔗材料桂糖24号、桂糖9号、崖城84-153、桂糖18号等，试验结果表明，与对照相比，接种内生固氮菌在一定程度上促进不同基因型甘蔗植株的生长，增加株高、茎径、平均节间长度和单茎重。

2 国内外固氮甘蔗品种选育研究进展

在巴西的圣保罗州，氮肥的推荐用量新植蔗是80kg/ha左右，宿根蔗是120kg/ha。印度的甘蔗种植氮肥推荐施用量是275kg/ha。但是田间实验证明，当氮肥用量减少到140kg/ha，同时使用生物肥料的情况下甘蔗产量是相当的，这就说明使用生物肥料，至少可以节省氮肥用量的一半［17］。在国内，氮肥使用量普遍比国外偏高，广西蔗区施尿素水平一般在500～700kg/ha，施氮量是巴西蔗区的8～10倍，蔗茎产量只有60 t/ha左右；广东、云南、福建等蔗区的氮肥使用量大都也在600～750kg/ha左右［18-19］。甘蔗生长期适量施用氮肥能够提高蔗株的光合作用，实现增产增糖的效果。但在施氮量达到270kg/ha时增产效果并没有比施氮135kg/ha的明显，相反会降低蔗糖分［20］。同时因为随着氮肥量的增加，甘蔗发生倒伏的几率加大，从而使甘蔗的产量和糖分受到不利的影响［21］。

在巴西，甘蔗品种的选育都是在低氮或无氮的条件下进行的。由于固氮甘蔗品种和固氮技术的大面积推广，其甘蔗生产的氮肥（尿素）施用量明显减少，极大地降低了甘蔗的生产成本。国内已有开展对固氮甘蔗品种选育的研究，李翔等［22］研究发现，在降低氮肥施用量的条件下，部分品系表现出了较强的固氮能力，其出苗率、茎径、有效茎数、产蔗量及含糖量方面均明显超过对照，不同甘蔗育种材料的分蘖、宿根发株、伸长和成茎均有不同影响，并不是所有育种材料的生长都受到抑制，试验结果可为进一步筛选固氮甘蔗优良品种提供参考。韦剑锋［23］应用15N标记尿素研究盆栽条件下甘蔗新台糖22号苗期氮肥利用率，结果表明为氮肥利用率随施氮水平的提高而显著下降。曾维宾［24］研究4个氮水平处理对新台糖22号生长与产量的研究，结果表明与不施氮肥处理相比，施氮处理的有效茎数、单茎重和产量分别提高了2.93%、6.30%和10.28%。近年来，通过在低氮条件下对甘蔗杂交组合的筛选，已获得了一批表现固氮特性的优良甘蔗品系，其中桂糖08-6在南宁、柳州等地均表现较好，产量比新台糖22号增产14%以上。