不同甘蔗品种叶绿素SPAD值差异及相关性分析

赵勇，应雄美，杨昆，罗志明，昝逢刚，李复琴，朱建荣*

(1.云南省农业科学院甘蔗研究所，云南 开远 661699； 2.云南省甘蔗遗传改良重点实验室, 云南 开远 661699)

甘蔗是世界上主要的糖料作物，以甘蔗蔗糖为主要收获指标。叶片光合作用不仅直接影响甘蔗产量[1]，同时也是蔗汁糖分形成的基础，与蔗糖含量具有密切相关性[2]。叶片光合作用的强弱与叶绿素的含量有密切关系，在一定范围内，与叶绿素的含量呈显著正相关[3]。SPAD-502叶绿素仪可以即时测量植物的“绿色程度”，即植物对氮肥的需求量，但同时也是反映叶绿素相对含量的一个重要指标。已有研究表明，叶绿素仪读数与叶绿素含量有较好的线性关系，可用SPAD值表示叶绿素含量的高低[4]。在一定程度上叶绿素SPAD值可以作为叶绿素含量值来进行光合效能研究和品质分析。因此分析甘蔗叶片叶绿素SPAD值对研究甘蔗品质性状具有重要意义。

影响叶绿素含量SPAD的因素有很多，如氮素营养、叶部病害、水肥条件、品种类型[5-9]。其中，品种类型对影响叶绿素SPAD值的影响是根本性的。通过叶绿素SPAD值的变化特征来研究品种特性取得良好进展，这在其他作物[10-11]上已通过验证。本试验主要从不同品种叶绿素的SPAD值差异特性及与甘蔗品质性状指标的相关性、叶绿素SPAD值的广义遗传力着手分析，旨在揭示不同品种间叶绿素SPAD值的差异，以及这种差异与甘蔗品质性状的相关性关系。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2016年1月在云南省红河州开远市云南省农业科学院试验基地进行，237°N、103.25°E，海拔1 051.8 m，年日照时数2 382 h，年均气温20 ℃，年均降雨量771.1 mm，年潜在蒸发量1 987 mm，无霜期341 d左右。

云南蔗区8个主要栽培品种及推广品种分别是粤糖93-159、新台糖22号、云蔗05-51、桂糖29号、柳城05-136、德蔗09-78、云蔗01-1413、福农1110。据2017统计，种植面积合计约为15.14万hm2。

1.2 处理设计

1.2.1 种植安排及叶绿素SPAD值测定

选择面积相当、土壤肥力均匀、排水措施良好的科研基地约667 m2，以品种为处理，每个品种种24行，行长1.5 m，行宽1 m。8个品种随机区组排列，3个试验重复。在8～10叶时，用SPAD-502叶绿素读数仪(日本柯尼卡美能达公司)每隔15 d测定每个品种叶绿素SPAD值，定点测量8株，每次测定部位统一为正二叶中间部位，直至生长期结束。

1.2.2 甘蔗品质检测

检测品质指标主要包括甘蔗糖分、纤维分、还原糖分、重力纯度，方法参考文献[12]，采用一次旋光法进行检测。从11月开始检测，每隔1月检测相关指标，直至次年3月。样品检测由云南省农业科学院甘蔗研究所质检中心完成。

1.3 数据处理

采用Excel 2013分析软件对试验数据进行整理，DPS统计分析软件对各品质性状指标(11月至3月各品质指标平均值)进行方差和相关性分析，采用R软件(程序包lm4软件)进行广义遗传力分析，广义遗传力的计算参照文献[13-14]。

2 结果与分析

2.1 叶绿素含量

图1表明，不同品种间叶绿素SPAD值存在显著差异。在P<0.05水平，德蔗09-78除了与云蔗05-51、新台糖22号差异不显著外，与其他品种均差异显著，且德蔗09-78叶绿素SPAD值最高，达到53.40。云蔗01-1413与其他品种均存在显著差异，叶绿素SPAD值最低，为29.78。柳城05-136和桂糖29号差异不显著，与德蔗09-78、云蔗05-51、云蔗01-1413存在显著差异。在P<0.01水平，德蔗09-78和云蔗05-51、新台糖22号差异不显著，与其他品种均存在极显著差异；云蔗01-1413与桂糖29号、柳城05-136间差异显著，与其他品种存在极显著差异；福农1110、新台糖22号、柳城05-136、云蔗05-51、桂糖29号和粤糖93-159等6个品种间叶绿素SPAD值差异不显著；其中叶绿素SPAD最高值是最低值的1.8倍。

品种间无相同大写或小写字母分别表示0.01和0.05水平差异显著图1 不同甘蔗品种的叶绿素SPAD值差异

2.2 品质性状指标

对11—3月不同品种各品质性状进行检测分析。由表1可知，甘蔗糖分以桂糖29号最高，达到17.02%；以新台糖22号为最低，为14.93%。纤维分以云蔗01-1413为最高，达到13.44%，最低的为德蔗09-78和云蔗05-51，分别为10.24%和10.62%。重力纯度以云蔗05-51最高，达到88.31%，云蔗01-1413为最低，为82.20%。还原糖分以云蔗01-1413为最高，为0.94%；最低的为德蔗09-78，为0.48%。

表1 不同甘蔗品种的相关品质性状

注：以上数据由云南省农业科学院甘蔗研究所品质检测中心检测提供。

2.3 叶绿素SPAD值与品质性状指标的相关性

由图2可知，以叶绿素SPAD值为纵坐标，各品质性状指标为横坐标进行线性关系分析发现，纤维分和重力纯度与叶绿素SPAD值之间存在较好的线性关系，甘蔗糖分和还原糖与叶绿素SPAD值之间线性相关性关系不明显。

利用DPS进一步对各品种叶绿素SPAD值与品质性状指标进行2因素相关性分析发现，叶片叶绿素SPAD值与重力纯度之间存在极显著正相关关系，r为0.909；表明甘蔗叶绿素SPAD值越高，其甘蔗重力纯度越高。叶片叶绿素SPAD值与甘蔗纤维分存在显著负相关，r为-0.815；说明品种的叶绿素SPAD值越高，其甘蔗纤维分越低。甘蔗糖分和还原糖分与叶绿素SPAD值之间不存在明显的相关性关系(表2)。

表2 叶绿素SPAD值与各品质性状的相关性

注：*和**分别表示0.05和0.01水平差异显著。

图2 叶绿素SPAD值与各品质性状指标的线性关系

2.4 叶绿素SPAD值的广义遗传力计算

利用R软件对8个主栽品种叶绿素SPAD进行随机方差分析和广义遗传力分析得出，随机遗传方差为5.23，误差为2.29，且品种间差异达到极显著水平，得到叶绿素SPAD值的广义遗传力为88.4%，说明叶绿素SPAD值的广义遗传力较高，遗传稳定。

3 小结与讨论

叶绿素SPAD值是反应氮肥利用效率的直接表现，在生产上已应用多年[15-16]。本试验通过对8个主栽品种叶绿素SPAD值含量进行测定发现，8个主栽品种之间叶绿素SPAD值含量存在显著差异。其中以德蔗09-78和云蔗05-51值最大，表明2个品种氮肥利用效率较高，生长较快，这也与2个品种表型和特性一致，表现为早熟、高产高糖、宿根强[17-18]，但在土壤肥沃的水田或沙土地，应严格把控栽培措施，否则表现为倒伏。云蔗01-1413叶绿素含量最低，表明其氮肥利用效率较低，表现为生长较缓慢，宜在水田等土壤肥沃土地进行种植[19]。其他材料叶绿素含量中等，氮肥利用效率较高，表现为产量适中，甘蔗糖分含量高，且不宜倒伏。

甘蔗品质指标是甘蔗重要的经济性状，是衡量甘蔗品种优劣的重要标准，直接决定着甘蔗产糖量的多少，也是甘蔗品种改良的最重要内容。在甘蔗生长期，11—3月是甘蔗糖分积累和其他品质性状形成的关键时期。有研究表明，10月以前各节段糖分差异明显，11月以后差异较小，并逐渐趋于一致[20]。因此，早期是甘蔗品质性状形成的关键时期。甘蔗品质性状的形成与多种因素有关，其中氮肥的利用对作物品质性状的形成具有重要影响，这在其他作物上已得到证实[21]。赵广才等[22]发现，氮肥水平对强筋小麦加工品质性状及其稳定性具有重要影响；万靓军等[23]也发现，氮肥运筹对杂交稻主要品质性状及淀粉RVA谱特征具有一定的影响。叶绿素SPAD值作为测量作物氮肥利用效能的重要指标，其含量的大小与作物品质性状也具显著相关性。黄勤楼等[24]研究发现，不同氮肥水平下，墨西哥玉米的SPAD值与部分农艺性状和品质具有显著相关性。本试验通过对甘蔗叶绿素SPAD与甘蔗品质性状进行相关性分析发现，甘蔗叶绿素SPAD值与纤维分、重力纯度间存在显著相关性关系。进一步对各品种甘蔗叶绿素SPAD值进行遗传力分析发现，广义遗传力达到0.884，说明叶绿素SPAD值受品种遗传特性影响较大，该值遗传性状稳定。

利用SPAD-502叶绿素仪对云南蔗区8个主栽甘蔗品种苗期叶片叶绿素SPAD值进行测定研究发现，不同品种间叶绿素SPAD值存在显著差异，其中叶绿素SPAD值和甘蔗重力纯度呈显著正相关，与甘蔗纤维分呈显著负相关。叶绿素SPAD值受品种遗传特性影响较大，广义遗传力为88.4%，遗传性状稳定。鉴于不同甘蔗品种叶绿素SPAD存在显著差异，且这种差异和甘蔗品质性状存在显著相关关系，因此，在甘蔗育种过程中可以利用叶绿素SPAD进行早期评价，同时结合其他性状对甘蔗进行早期选择提供新的途径。