中国主栽甘蔗品种生物学特性研究

李如丹，毛 钧，刀静梅，樊 仙，杨绍林，邓 军，张跃彬

中国主栽甘蔗品种生物学特性研究

李如丹，毛 钧，刀静梅，樊 仙，杨绍林，邓 军，张跃彬*

云南省农业科学院甘蔗研究所/云南省甘蔗遗传改良重点实验室，云南开远 661699

本研究以中国5个主栽甘蔗品种‘桂柳05-136’‘桂糖42号’‘云蔗05-51’‘福农41号’‘新台糖22号’为研究材料，分别在新植蔗和宿根蔗的伸长初期、伸长盛期、成熟期，对不同品种甘蔗叶面积指数（LAI），完全展开绿叶（+1、中部、基部）的叶面积，株高和茎径进行测定。在甘蔗伸长盛期、成熟期对甘蔗叶片总数、绿叶数进行测定，在甘蔗成熟期对产量、蔗糖分、纤维分、干物质含量等品质指标进行测定，并分析甘蔗的表型发育特征与成熟期产量和糖分的相关性。结果表明，伸长初期各品种新植蔗株高生长速度高于宿根蔗，‘云蔗05-51’的生长速度最快；‘福农41号’的新植蔗和宿根蔗茎径高于其他品种；各品种叶片LAI呈先上升后降低的趋势，伸长盛期宿根蔗LAI高于同时期新植蔗；宿根蔗叶面积在伸长初期显著高于新植蔗，新植蔗叶面积呈现先上升后降低的趋势；宿根蔗较新植蔗具有更高的绿叶率，其中‘桂柳05-136’各时期绿叶率均处于最高。成熟期甘蔗产量和品质检测表明：‘云蔗05-51’产量最高，‘桂柳05-136’蔗糖分最高，‘桂糖42号’纤维分和干物质含量最高，新植蔗‘桂糖42号’产糖量最高，宿根蔗‘桂柳05-136’产糖量最高。相关性分析表明，新植蔗蔗糖分与伸长初期株高、茎径、叶面积显著负相关，宿根蔗产量与生长各时期株高呈显著正相关。本研究发现‘桂柳05-136’宿根蔗具有较好的单位面积产糖量，‘桂糖42号’新植蔗单位面积产糖量较高，‘云蔗05-51’具有较高的产量，不同品种具有的生物学特性有所差异，应结合气候条件和栽培模式，因地制宜地选择合适的品种进行种植。

甘蔗；LAI；叶面积；蔗茎产量；蔗糖含量

甘蔗（spp.）是全球主要的糖料作物，中国是全球第四大糖料甘蔗种植国[1]。2020/2021年榨季，我国甘蔗糖产量912.8万t，占食糖总量的85.6%。我国糖料甘蔗种植分布在广西、云南、广东等南方地区。早熟、高产和高糖甘蔗新品种选育和推广应用是中国甘蔗糖业实现可持续发展的关键。

自20世纪90年代以来，‘新台糖22号’是我国种植面积最大的糖料甘蔗品种，2011年在我国最大蔗区广西的种植面积达69.5%[2]。2004年以来，中国甘蔗育种研究机构自主选育的甘蔗新品种‘桂糖42号’‘桂柳05-136’‘云蔗05-51’‘福农41号’等与‘新台糖22号’相比，产量和糖分都有大幅度的提高，逐渐替代了‘新台糖22号’。2019年，我国甘蔗自育品种约占65%[3]，据统计，2018/2019榨季‘桂柳05-136’种植面积14.5万km2，该品种在各省均有大面积推广。据广西糖业发展办公室统计，2020年‘桂糖42号’在广西区种植面积26.7万km2，占广西甘蔗种植面积的34.13%；而‘云蔗05-51’是中高海拔和丘陵山地蔗区的主推品种之一。气温、降雨和太阳辐射等因素对甘蔗产量、蔗糖分积累影响较大。近50年，中国年均地表气温上升约1.1℃[4]，气候变化对甘蔗生长发育的影响巨大[5-7]。我国各甘蔗种植区域生态环境差异较大，从北纬18°～26°，海拔0～1700 m均有甘蔗种植分布，蔗区年降雨量500～1200 mm。我国第二大蔗区云南甘蔗分布海拔900～1300 m[8]，云南省30个甘蔗种植县年平均气温18.8℃，但各种植区域降雨量、土壤背景和种植管理水平不同，导致不同生态区域甘蔗生长差异较大。冬春季节性干旱是云南蔗区气候的共同特点。

本研究在我国云南蔗区具有代表性的红河蔗区进行。该地区冬春季节干旱，常年平均气温19.5℃，年降雨量仅为600 mm左右。在该地区研究中国主推的5个不同品种甘蔗形态发育特征，探索甘蔗早期形态生长与产量、糖分的相关性。本研究为构建我国主栽甘蔗品种的生产潜力模型提供基础数据，并通过改进栽培技术措施，让推广的甘蔗品种的生长潜力得以充分发挥。

1 材料与方法

1.1 材料

试验品种：‘桂糖42号’‘桂柳05-136’‘云蔗05-51’‘福农41号’‘新台糖22号’。其中‘云蔗05-51’‘新台糖22号’由号云南省农业科学院甘蔗研究所提供；‘桂糖42号’‘桂柳05-136’和‘福农41号’由广西来宾甘蔗试验站提供。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验地点位于云南省红河州开远市云南省农业科学院甘蔗研究所试验基地，北纬23.7°，东经103.25°，海拔1050 m。土壤背景值详情见表1。

气象数据由云南省农业科学院甘蔗研究所气象站提供，该区域2019年降雨量698 mm，年均气温21.5℃，年日照时数2125.3 h；2020年降雨量528.9 mm，年均气温20.3℃，年日照时数2033.7 h。详情见表2。

供试品种按随机区组设计，5个处理，4次重复，共20个试验小区；5个处理为‘桂糖42号’‘桂柳05-136’‘云蔗05-51’‘福农41号’‘新台糖22号’。每个小区8行，行长6 m，小区面积48 m2，试验总面积1200 m2，甘蔗种植行距1 m，沟深35 cm，沟底宽25 cm。试验周期2年，1年新植，1年宿根。

表1 蔗田土壤养分变化情况

表2 中国云南省开远市气象数据

（1）新植甘蔗田间管理。甘蔗新植日期2019年2月23日。下种前每公顷施入基肥（N∶P2O5∶K2O=24∶8∶9）300 kg，下芽量12芽/m2。覆土厚度5～8 cm，覆土后蔗沟浇水100 t/km2，之后采用全膜覆盖，甘蔗分蘖后期进行中耕施肥和培土，追施复混肥（N∶P2O5∶K2O=24∶8∶9）1500 kg/km2，新植甘蔗于2020年2月23日进行收获。

（2）宿根甘蔗田间管理。2020年2月25—27日，对第一年宿根进行施肥，甘蔗专用复混肥（N∶P2O5∶K2O=24∶8∶9）基肥施肥量300 kg/km2；施肥后盖土15 cm。蔗沟浇足水后，采用地膜进行全膜覆盖。2020年6月20日，揭膜后进行施肥中耕培土，追肥采用复混肥（N∶P2O5∶K2O=24∶8∶9），1500 kg/km2，6月底浇水1次，浇水量150 t/km2。

1.2.2 项目测定 新植甘蔗和第一年宿根甘蔗采用相同的方法对甘蔗田间形态指标进行测定。

（1）田间形态测量。分别在甘蔗伸长初期、伸长盛期和成熟期，对甘蔗叶面积、叶面积指数（LAI）、株高、茎径进行测量，在伸长盛期和成熟期，对绿叶数、叶片总数进行测量；在甘蔗成熟期对甘蔗小区蔗茎产量、蔗茎干物质含量、蔗糖分、纤维分进行测量。

（2）叶面积指数测定。采用冠层分析仪CI-110进行测定，每个小区数据取3个观测值的平均值。

（3）叶面积测定。在伸长初期、伸长盛期、成熟期每个小区调查测量5～10株，取平均值。测定部位为鲜活绿叶中的+1叶，中部叶、基部叶。叶面积=叶长（cm）×叶宽（cm）×0.7。

（4）茎径。测量有效茎的中部，采用精度为0.01 mm的电子游标卡尺测量。

（5）糖分检测。采用美国 Autopol 880全自动糖度分析系统测定蔗糖分。

（6）蔗茎测产。新植蔗实产测量时间2020年2月23日，宿根甘蔗实产测量日期为2021年1月8日。

1.3 数据处理

采用IBM SPSS Statistic 26软件进行单因素方差分析和相关性分析，叶面积与产量和糖分相关性分析方法是选取新植和宿根蔗顶部叶面积进行分析。采用Excel和Origin 21制作表格和作图。

2 结果与分析

2.1 甘蔗株高动态变化

从图1数据分析可知，在新植期，不同品种甘蔗株高在伸长初期、伸长盛期存在显著差异（<0.05）；在宿根期，不同品种甘蔗株高在伸长初期、伸长盛期、成熟期存在显著差异。从伸长初期至伸长盛期，5个甘蔗品种新植蔗的株高生长速率高于宿根蔗。到成熟期时，5个品种新植蔗的株高均高于宿根蔗，其中新植蔗‘云蔗05-51’株高为268.5 cm，处于最高水平。宿根蔗‘福农41号’和‘桂糖42号’，株高较新植蔗相比更低。在新植和宿根甘蔗的成熟期，甘蔗株高呈现趋势为‘云蔗05-51’>‘新台糖22号’>‘桂柳05-136’>‘福农41号’>‘桂糖42号’。

图1 甘蔗株高变化趋势

2.2 甘蔗茎径变化分析

由图2可以看出，各品种茎径最大值为伸长盛期的新植蔗‘福农41号’，茎径为29.15 mm。从图2分析发现，宿根蔗在伸长初期和成熟期茎径均高于新植蔗。成熟期时，‘福农41号’茎径大于其他品种；新植蔗的伸长盛期和成熟期，‘云蔗05-51’茎径小于其他品种。新植和宿根期，不同品种甘蔗伸长初期茎径差异显著（<0.05），成熟期不同品种差异不显著（<0.05）。宿根期，不同品种甘蔗伸长盛期茎径差异显著（<0.05）。

2.3 甘蔗不同时期LAI比较

从图3分析可知，各品种在伸长盛期LAI值最大。伸长初期至伸长盛期，新植和宿根甘蔗5个品种的LAI均呈上升趋势。由图3A可以看出，新植蔗‘桂柳05-136’‘桂糖42号’‘福农41号’‘新台糖22号’的LAI排序为伸长盛期>成熟期>伸长初期；‘云蔗05-51’成熟期LAI低于其他品种，其在新植蔗的LAI排序为伸长盛期>伸长初期>成熟期。图3B为宿根蔗LAI变化情况，可以看出5个品种宿根蔗的LAI趋势为伸长盛期>成熟期>伸长初期。各品种宿根蔗在伸长初期的LAI均低于新植蔗，而在伸长盛期则高于新植蔗。

图2 甘蔗茎径变化趋势

不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

2.4 不同部位叶面积变化分析

从图4可知，不同品种甘蔗在新植和宿根蔗的伸长初期各部位叶片叶面积差异显著（< 0.05）。单片叶面积最大值为‘福农41号’，其新植伸长盛期+1叶叶面积为589.51 cm2，大于其他品种。‘福农41号’宿根蔗在成熟期各部位叶面积大于其他品种，‘新台糖22号’新植蔗在成熟期各部位叶面积大于其他品种。‘桂糖42号’宿根蔗各时期中部叶、+1叶叶面积小于其他品种。从伸长初期到伸长盛期，不同品种甘蔗各部位叶片叶面积都呈现增长的趋势。在伸长初期，5个甘蔗品种宿根蔗基部叶、中部叶、+1叶叶面积均大于新植蔗，‘云蔗05-51’‘桂柳05-136’‘福农41号’宿根蔗在成熟期的叶面积大于新植蔗。

2.5 不同时期甘蔗绿叶数比较

由表3可知，在新植和宿根成熟期，‘桂糖42号’叶片最多，而‘新台糖22号’最少。在新植、宿根甘蔗伸长盛期、成熟期，‘新台糖22号’绿叶率最低。‘桂柳05-136’的宿根蔗在甘蔗伸长盛期和成熟期绿叶率高于其他品种。

图4 不同品种甘蔗的叶面积变化

表3 不同品种甘蔗绿叶数比较

注：同列不同小写字母表示品种间差异显著（<0.05）。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference between varieties (<0.05).

2.6 成熟期甘蔗产量和品质分析

由表4分析可知，新植和宿根蔗，‘云蔗05-51’蔗茎产量较高。5个供试品种宿根甘蔗蔗糖分均高于新植，其中‘桂柳05-136’新植和宿根蔗均高于其他品种，不同品种宿根蔗蔗糖分差异显著（<0.05）。新植甘蔗纤维分以‘云蔗05-51’最低，不同品种之间差异显著（<0.05），‘福农41号’‘桂糖42号’新植和宿根蔗纤维分含量高于其余品种。新植和宿根蔗干物质含量排序为‘桂糖42号’>‘桂柳05-136’>‘福农41号’>‘新台糖22号’>‘云蔗05-51’，但处理间差异不显著。‘新台糖22号’‘云蔗05-51’新植和宿根蔗的重力纯度低于其他品种。新植蔗‘桂糖42号’每公顷产糖量最高，宿根蔗‘桂柳05-136’每公顷蔗糖产量最高。

表4 成熟期不同品种甘蔗产量和品质比较

注：同列不同小写字母表示品种间差异显著（<0.05）。

Note: Different lowercase letters in the same column indicate significant difference between varieties (<0.05).

2.7 相关性分析

从表5相关性分析显示，新植蔗与宿根蔗产量和蔗糖分与形态指标的相关性有所不同。新植蔗的蔗糖分与伸长初期叶面积、伸长初期株高、伸长盛期株高呈极显著负相关（<0.01），与伸长初期茎径、伸长盛期叶面积和成熟期株高呈显著负相关（<0.05）。宿根蔗产量与伸长初期株高、伸长盛期株高、成熟期株高呈极显著正相关（< 0.01），与伸长初期叶面积呈显著正相关（<0.05）。

3 讨论

3.1 不同品种甘蔗产量在不同区域比较

有研究表明，气候对甘蔗株高、产量有较大影响，甘蔗产量随气温升高而提高[9]。广西南宁西乡塘区平均气温21～22℃，年降雨量1600～ 2000 mm，年日照时数1660～1800 h，在该区域‘桂柳05-136’新植蔗成熟期株高295 cm，宿根蔗成熟期株高312 cm；‘新台糖22号’宿根蔗株高309 cm[10]，‘桂糖42号’新植蔗株高323 cm[11]。‘桂糖42号’在广西南宁新植产量97.89 t/hm2，第一年宿根95.16 t/km2[12]。在云南耿马县，‘新台糖22号’新植蔗产量119.5 t/km2，宿根蔗产量78.15 t/hm2；‘云蔗05-51’新植蔗产量138.33 t/hm2，宿根蔗产量127.50 t/km2；‘桂柳05-136’新植蔗产量126.50 t/hm2，宿根蔗产量120.15 t/km2[13]。‘福农41号’在中国福州新植产量121.2 t/km2，第一年宿根118.0 t/km2，产量高于云南蔗区，但宿根蔗蔗糖分略低于云南蔗区[14]。在本研究中，通过对红河蔗区参试甘蔗品种产量的调查发现，新植蔗产量均高于宿根蔗，这与上述研究结果一致。该地区2019年降雨量698 mm，年均气温21.5℃，年日照时数2125.3 h；2020年降雨量528.9 mm，年均气温20.3℃，年日照时数2033.7 h。对比广西南宁，红河蔗区降水量较少而日照时间较多，这可能是导致‘桂柳05-136’‘新台糖22号’株高较低，‘桂糖42号’和‘福农41号’宿根蔗产量表现较差的原因。因此，在甘蔗种植时合适的气候条件是提高甘蔗生长能力的重要条件。

表5 甘蔗形态指标与产量和蔗糖分的相关系数

注：*表示显著相关（<0.05），**表示极显著相关（<0.01）。

Note:*indicates significant correlation (<0.05),**indicates extremely significant correlation. (<0.01).

3.2 甘蔗形态发育对产量的影响

有研究发现甘蔗LAI从分蘖期至伸长期盛期呈增加趋势，伸长盛期开始下降[15-16]，甘蔗的高生物量与LAI呈正相关[17]。本研究中‘云蔗05-51’具有较高的产量，结合形态指标发现其新植蔗与宿根蔗的株高均高于其他4个品种，新植蔗LAI在伸长初期高于其他4个品种。新植蔗‘云蔗05-51’的LAI为伸长盛期>伸长初期>成熟期，生长前期较大的LAI有利于作物叶片更好地利用光能；成熟期‘云蔗05-51’的LAI降到最低值，蔗茎产量最高。有研究发现高产类群的甘蔗LAI 7—11月表现为先升高再降低的趋势[18]。甘蔗苗期群体LAI与后期蔗茎产量呈正相关[19]，甘蔗伸长中期LAI与产量的相关性最高，中后期LAI对干物质累积影响较小[20]。本研究发现，在伸长初期由于各品种宿根蔗LAI低，宿根蔗生长速度较慢。宿根蔗在伸长盛期的LAI高于同一时期的新植蔗，对比绿叶率发现伸长盛期宿根蔗的绿叶率较高，导致了甘蔗生长消耗增加，生长速度减缓。通过相关性分析得出，新植蔗产量与株高等形态指标相关性不显著，而宿根蔗产量则与各个时期的株高呈极显著正相关性。伸长初期叶面积也与宿根蔗产量呈显著正相关，可能是由于较高的叶面积有利于生产更多的光合产物所致。

3.3 甘蔗形态发育与糖分积累的关系

本研究中，甘蔗进入成熟期后，宿根蔗的蔗糖分均比新植蔗高，宿根蔗由于发株早，分蘖早，前期生长快，因此具有早熟和蔗糖分高的生长特点。‘桂柳05-136’为蔗糖含量较高的品种，结合形态指标发现其株高和茎径在伸长初期至伸长盛期在5个品种中增幅最大，其绿叶率在伸长盛期与成熟期均是5个品种中最高的。叶片是甘蔗进行光合作用的器官，光合作用产物在细胞质中合成[21]，较高的绿叶率能够增加光合作用的范围，同时促进光合产物的合成。同时从5个参试品种的叶面积可以看出，伸长初期宿根蔗的叶面积显著高于新植蔗，较大的叶片也有助于光合作用的产生。有研究发现‘桂柳05-136’‘新台糖22号’蔗糖含量在耿马县均低于本研究的结果[13]，这可能与当地土壤及气候条件有关。在新植蔗中，‘桂糖42号’具有较高的单位面积产糖量，分析发现其株高为5个品种中最低的，具有较高的叶面积和较高的干物质含量。相关性分析表明，新植蔗蔗糖分与伸长初期叶面积、伸长初期株高、伸长盛期株高呈极显著负相关，与伸长初期茎径、伸长盛期叶面积和成熟期株高呈显著负相关。因此，甘蔗蔗糖分与株高之间的关系值得进一步研究。

3.4 甘蔗形态与纤维分的相关性

‘云蔗05-51’新植蔗的纤维分低于其他品种，宿根蔗纤维分也处于较低水平，蔗茎纤维分含量和甘蔗倒伏密切相关，在实际生产中发现‘云蔗05-51’抗倒伏性较差。

4 结论

不同品种甘蔗叶面积从伸长初期至伸长盛期，不同部位叶面积呈增加趋势。不同基因型甘蔗LAI从伸长初期、伸长盛期、成熟期先增加后降低。宿根蔗具有较高的蔗糖分，新植蔗在产量上具有较好表现。‘桂柳05-136’宿根蔗具有较好的单位面积产糖量，‘桂糖42号’新植蔗单位面积产糖量较高，‘云蔗05-51’具有较高的产量。

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Biological Characteristics of Main Sugarcane Cultivars in China

LI Rudan, MAO Jun, DAO Jingmei, FAN Xian, YANG Shaolin, DENG Jun, ZHANG Yuebin*

Sugarcane Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences / Yunnan Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement, Kaiyuan, Yunnan 661699, China

In this study, five main sugarcane varieties in China, ‘Guiliu 05-136’, ‘Guitang 42’, ‘Yunzhe 05-51’, ‘Funong 41’, and ‘ROC22’, were used as the research materials. At early stage of elongation, booming elongation stage, and mature stage, the leaf area index (LAI) of different genotypes of sugarcane, the leaf area of fully expanded green leaves (+1, middle, and base), plant height and stalk diameter were measured. The total number of sugarcane leaves and the number of green leaves were measured at booming elongation stage and mature stage. The quality indicators such as yield, sucrose content, fiber content, and dry matter content were measured at mature stage, and the phenotypic characters were analyzed, and the correlation of sugarcane phenotypic characteristics and mature yield and sugar were also analyzed. The results showed that the growth rate in plant cane at early stage of elongation was higher than that of ratoon cane for all the varieties. ‘Yunzhe 05-51’ had the highest growth rate, ‘Funong 41’ had the highest stalk diameter in both plant and ratoon canes. The leaf LAI showed increasing first and then decreasing, and higher in ratoon cane than plant cane at booming elongation stage. The leaf area was significantly higher in ratoon cane than in plant cane at early elongation stage, and that in plant cane showed increasing first and then decreasing. Ratoon cane had higher green leaf rate than plant cane, and ‘Guiliu 05-136’ had the highest green leaf rate for all time. Cane quality analysis at maturity stage showed that the cane yield was the highest in ‘Yunzhe 05-51’, and the sucrose content was the highest in ‘Guiliu 05-136’, the fiber and dry matter contents were the highest in ‘Guitang 42’. ‘Guitang 42’ produced the highest sugar in plant cane, and ‘Guiliu 05-136’ produced the highest sugar in ratoon cane. Correlation analysis showed that the sucrose content was significantly negatively correlated with plant height, stalk diameter, leaf area at early elongation stage in plant cane, and cane yield was significantly positively correlated with plant height at each growth stage in ratoon cane. According to the results of this study, ‘Guiliu 05-136’ has a better sugar yield in ratoon cane, ‘Guitang 42’ has a higher sugar yield in plant cane, and ‘Yunzhe 05-51’ has a higher cane yield than other cultivars. Different cultivars have different biological characteristics, so suitable varieties should be selected according to local conditions, considering the combination of climatic conditions and cultivation patterns.

sugarcane; LAI; leaf area; cane stem yield; sucrose content

S566.1

A

10.3969/j.issn.1000-2561.2022.07.005

2021-11-23；

2022-02-19

国家自然科学基金地区基金项目（No. 31860341）；国家现代农业产业技术体系（糖料）建设专项（No. CARS-17）；云南省绿色食品牌打造科技支撑行动（蔗糖产业）专项。

李如丹（1982—），男，硕士，副研究员，研究方向：甘蔗栽培。*通信作者（Corresponding author）：张跃彬（ZHANG Yuebin），E-mail：ynzyb@sohu.com。