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赵培方++代俊杰++刘高源+高欣欣++杨丽涛++李杨瑞++郭家文
摘 要 机械收获导致宿根蔗蔸破损，是影响机收甘蔗宿根性的重要因素。为探索近地端蔗茎纤维组分与机收破蔸率的关系，本研究以5个甘蔗品种ROC22、粤糖93-159、桂糖32号、福农39号和云蔗05-51为材料，于收获前取近地端20 cm蔗茎进行压榨，分析蔗渣中纤维素、半纤维素和木质素含量，并在机收后调查各小区破蔸率。结果表明：品种间近地端蔗茎木质素含量和破蔸率差异均显著，纤维素含量和半纤维素含量差异不显著；机收破蔸率由低至高依次为云蔗05-51（28.14%）、ROC22（35.26%）、福农39号（35.50%）、粤糖93-159（39.14%）和桂糖32号（46.49%）；机收后破蔸率与近地端木质素含量存在极显著遗传负相关，遗传相关系数-0.95，与纤维素含量呈遗传负相关；近地端木质素含量和机收破蔸率均为遗传力较高的性状。
关键词 甘蔗；纤维组分；机械收获；破蔸率
中图分类号 S435.661 文献标识码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.11.020
A Primary Report on the Relationships Between Fiber Components of
Bottom Stem and Stool Damage by Mechanical Harvest in Sugarcane
ZHAO Peifang1，2） DAI Junjie3） LIU Gaoyuan1）
GAO Xinxin1） YANG Litao2） LI Yangrui2） GUO Jiawen1）
（1 Sugarcane Research Institute， Yunnan Academy of Agricultural Sciences，
Kaiyuan， Yunnan 661699；
2 Agricultural College， Guangxi University， Nanning， Guangxi 530005；
3 Agricultural College， Nanjing Agricultural University， Nanjing， Jiangsu 210095）
Abstract Damage of mechanical harvest to stool was the key limitation to the ratoon productivity of sugarcane. In order to understand the relationship between fiber components of sugarcane bottom stem and stool damage， five sugarcane cultivars ROC22， YT93-159， GT32， FN39 and YZ05-51 were measured to investigate the content of cellulose，hemicellulose and lignin. The percentage of stool damage was investigated after mechanical harvest. The results showed that lignin content and percentage of damaged stools were significantly different amang sugarcane cultivars， while the content of cellulose and hemicellulose were not significant. The percentage of damaged stool was in order YZ05-51（28.14%）< ROC22（35.26%）< FN39 （35.50%）< YT93-159（39.14%）< GT32（46.49%）； The lignin content showed a highly significantly negative genetic correlation with stool damage after mechanical harvest（rg=-0.95），and cellulose content was negatively correlated with stool damage； The lignin content and stool damage showed high broad-sense heritability.
Keywords sugarcane ； cellulose components ； mechanical harvest ； percentage of stool damage
甘蔗是中國最主要的糖料作物，原料甘蔗生产成本高是制约中国蔗糖产业发展的重要因素。据报道，中国每吨甘蔗的生产成本是巴西和泰国的一倍以上[1]。甘蔗收获作业包括砍蔗、切梢、去叶、捆蔗和装运等工序，占整个甘蔗种植管理总作业量的55%[2]。随着劳动力的紧缺，甘蔗收获所需的劳动力投入比重呈增加趋势[3]。收获成本的增加已严重制约蔗糖产业的健康可持续发展。如云南蔗区甘蔗砍收年成本已高达16亿元[4]。机械收获是降低甘蔗收获成本的有效措施。在中国，机收成本仅为人工收获的65.12%[5]；在苏丹，仅为人工收获的55%[6]。为降低原料甘蔗生产成本，巴西机收面积由2002年的55%增加至2013年的100%[7]，而日本针对甘蔗收获集中在多雨季节的特征，专门研发适宜潮湿季节收获的小型甘蔗机械[8]。
然而，甘蔗产量随机收次数的增加而降低[9]。据报道，某蔗田多年人工收获的平均甘蔗产量为218.44 t/hm2，含糖量为18.54 t/hm2，但在2年机械收获后，该蔗田的平均甘蔗产量和含糖量分别降低至148.26和14.58 t/hm2，而三次机械收获后更进一步降低至91.68和9.64 t/hm2[10]。机械收获及辗压对蔗蔸的损害，是导致宿根减产的重要因素，砍蔗刀盘入土的切割深度对甘蔗的宿根破蔸率有显著影响，破蔸率随刀盘切割深度的增加而降低[11]。通过遗传改良，选育适宜机械化收获的甘蔗品种，是降低机械辗压减产的重要措施[12]。梁强等[13]的研究表明，不同品种耐机械碾压能力不同，在ROC22、桂糖29号和桂糖33号3个品种中，桂糖29号综合性状表现较好。杨荣仲等[2，14]从家系耐机械辗压的角度开展了相关研究，通过计算甘蔗杂交组合耐碾压值，并选取碾压等级、宿根发株和耐碾压值进行聚类分类，从363个试验组合中筛选出11个耐碾压值高、宿根发株多的适应甘蔗机械化收获的组合。
近地端约20 cm的蔗茎为承受机收的主要部位。本研究以近地端约20 cm蔗茎纤维组分差异为切入点，采用5个甘蔗品种为研究材料，通过分析机械收获前近地端20 cm蔗茎中纤维组分含量和收获后破蔸率的相关性，以期寻找与机收甘蔗破蔸率相关性较为密切的纤维组分指标，为适宜机收、耐辗压甘蔗新品种选育提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
以目前云南主栽品种ROC22和粤糖93-159以及近年国内育成的优良新品种桂糖32号[15]、福农39号[16]和云蔗05-51[17-18]为参试品种进行田间试验。参试品种信息如表1所示。
1.2 方法
1.2.1 试验设计
试验地设置于云南省农业科学院甘蔗研究所第一科研基地（103°15′ E， 23°42′ N）。将以上5个甘蔗品种进行完全随机区组排列，4次重复，每小区7行，行长8 m，行距1 m，小区面积56 m2。于2016年2月种植，种植后采用地膜覆盖。生长期田间管理与当地甘蔗生产管理水平一致。于2017年2月机械收获时在各小区随机选取6株近地端20 cm 的蔗茎进行压榨，采用FOSS公司FT121/FT122 FibertecTM 纤维分析系统测定所获蔗渣的纤维素含量、半纤维素含量和木质素含量。取样后进行机械收获，收获后以蔗篼开裂5 cm以上为标准，调查各小区3～4行蔗蔸总数和破损深度大于5 cm的蔗蔸数，按照以下公式计算各小区破蔸率。
破蔸率=破损深度大于5 cm蔗蔸数/蔗蔸总数×100/%
1.3 数据分析
本研究收集到的试验数据均为百分数，因此，采用Excel中的ASIN函数对数据进行反正弦转化后用于统计分析。采用Statistix 8对4个性状进行方差分析、LSD多重比较分析以及计算Pearson相关系数。采用ASReml-R计算破蔸率与纤维组分的遗传协方差（Govg（xy））、破蔸率遗传方差（σ■■）以及纤维组分遗传方差（σ■■），参照Basnayake等[19]描述的方法计算破蔸率与纤维组分的遗传相关系数（rg），计算公式如下：
r■=■
采用GenStat 12计算遗传方差分量（σ■■）和误差方差分量（σ■■），根据Fehr[20]描述的方法计算广义遗传率（h2b），公式如下（n为重复数，即4）：
h2b=■
2 结果与分析
2.1 不同甘蔗品種间近地端蔗茎纤维组分差异分析
2.1.1 不同甘蔗品种近地端蔗茎纤维素含量差异
不同甘蔗品种近地端蔗渣中纤维素含量在36.52%～41.85%，方差分析结果显示品种间差异不显著（表2）。但LSD多重比较结果显示，云蔗05-51纤维素含量显著高于福农39号。5个甘蔗品种纤维素含量由高至低依次为云蔗05-51（41.85%）、ROC22（39.82%）、桂糖32号（38.98%）、粤糖93-159（38.32%）和福农39号（36.52%）（图1）。
2.1.2 不同甘蔗品种近地端半纤维素含量差异
不同甘蔗品种近地端蔗渣中半纤维素含量在9.92% ～11.72%，尽管数值上相差1.8个百分点，但方差分析结果显示品种间半纤维素含量差异不显著，品种间方差小于误差方差。5个品种半纤维素含量由高至低依次为粤糖93-159（11.72%）、福农39号（11.29%）、桂糖32号（11.13%）、ROC22（10.69%）和云蔗05-51（9.92%）（图2）。
2.1.3 不同甘蔗品种近地端木质素含量差异
不同甘蔗品种近地端蔗渣中木质素含量在10.19%～13.10%，数值相差2.91个百分点，品种间差异达极显著水平（p<0.01）（表2）。如图3所示，ROC22和云蔗05-51的木质素含量显著高于桂糖32号和粤糖93-159；福农39号显著高于粤糖93-159，与其他3个品种无显著差异。5个甘蔗品种收获前近地端木质素含量由高至低依次为ROC22、云蔗05-51、福农39号、桂糖32号和粤糖93-159。
2.2 不同甘蔗品种机收破蔸率差异分析
机械收获后，5个甘蔗品种的破蔸率在28.14% ～46.49%，相差18.35个百分点，品种方差高于误差方差，品种间差异显著（p<0.05）（表2）。如图4所示，云蔗05-51机收后破蔸率显著低于桂糖32号、粤糖93-159和福农39号，与ROC22无显著差异；而ROC22破蔸率显著低于桂糖32号；桂糖32号、粤糖93-159和福农39号无显著差异。5个甘蔗品种机收后破蔸率由低至高依次为云蔗05-51、ROC22、福农39号、粤糖93-159和桂糖32号。
2.3 近地端纤维组分与机收破蔸率间的相关性分析
2.3.1 表型相关分析
Pearson相关性分析结果表明，机收破蔸率与近地端木质素含量呈显著负相关，相关系数-0.51，与纤维素含量和半纤维素含量分别呈负相关和正相关，但未达显著水平。近地端纤维素含量与半纤维素含量呈负相关，与木质素含量呈正相关。木质素与半纤维素含量呈负相关，但未达显著水平。
2.3.2 遗传相关分析
由于近地端半纤维素含量品种间差异不显著，因此，未对其进行遗传相关分析。纤维素、木质素及破蔸率3个指标的遗传相关分析结果表明，破蔸率与木质素含量呈极显著遗传负相关（rg=-0.95），与纤维素含量呈遗传负相关，但未达显著水平。此外，纤维素含量与木质素含量呈遗传正相关，但未达显著水平。
2.4 木质素含量与破蔸率的广义遗传力
由表2可知，纤维素含量和半纤维素含量品种间差异不显著，因此，仅计算了木质素含量和破蔸率的广义遗传力。分析结果表明，近地端木质素含量和破蔸率均为高遗传力性状，分别达0.80和0.76。
3 讨论
机械收获后，甘蔗品种间的破蔸率存在极显著差异[21-22]。本研究结果与之相似，不同品种间机收后破蔸率存在显著差异，云蔗05-51破蔸率最低为28.14%，ROC22、福农39号和粤糖93-159的机收破蔸率分别为35.26%，35.50%和39.14%，桂糖32号破蔸率最高为46.49%。
有研究表明，蔗莖中的纤维分与机收破蔸率存在一定关系，如李儒仲等[21]的研究发现，纤维分含量较高的甘蔗品种破蔸率较低，在其研究的6个品种中桂柳1号纤维分含量最高，其机收破蔸率最低，纤维分含量较低的台糖668和福农15号机收破蔸率均较高。陈超君等[22]的研究亦发现，纤维含量高的品种破蔸率较低。上述研究的纤维分为整株蔗茎中纤维分含量，而未分析纤维组分中纤维素含量、半纤维素含量以及木质素含量与破蔸率之间的关系，亦未分析近地端纤维组分与破蔸率之间的关系。纤维组分中的木质素为高度分支化的无规则排列的高分子，与纤维素和半纤维素共同构成了细胞壁稳定的结构[23-24]。本研究以直接承受机械收获的近地端20 cm蔗茎为研究对象，分析其纤维组分与破蔸率间的关系，结果发现，近地端木质素含量和纤维素含量较高而半纤维素含量较低的云蔗05-51机收破蔸率最低，木质素含量较低的粤糖93-159和桂糖32号机收破蔸率均较高。
从以上研究结果推测，在机械收获操作和环境一致的条件下，机收破蔸率与近地端蔗茎中木质素含量具有较强的相关性。经相关性分析发现，收获前近地端蔗茎纤维组分中的木质素含量与破蔸率呈显著负相关和极显著遗传负相关，其中遗传相关系数达-0.95。近地端纤维素含量与破蔸率呈遗传负相关，但未达显著水平。此外，近地端木质素含量和破蔸率的广义遗传力均较高，可考虑将其作为筛选耐机收撕扯辗压甘蔗新品种的指标。
本研究得出的结论来源于较小的基因型群体，有待在较大基因型群体和多年多点试验条件下进一步验证。另外，近地端纤维素含量与破蔸率呈遗传负相关，相关性不及木质素与破蔸率间的高，同样有待在更大的参试群体中进一步验证。
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