亚热带农业研究 2019,Vol. 15Issue (2): 96-101   PDF   
DOI: 10.13321/j.cnki.subtrop.agric.res.2019.02.005
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俞华先, 孙有芳, 经艳芬, 边芯, 杨李和, 董立华
YU Huaxian, SUN Youfang, JING Yanfen, BIAN Xin, YANG Lihe, DONG Lihua
云南割手密后代叶片SPAD值与品质性状的相关性
Correlation between leaf SPAD value and quality traits of Saccharum spontaneum hybrids in Yunnan
亚热带农业研究, 2019, 15(2): 96-101
Subtropical Agriculture Research, 2019, 15(2): 96-101.
DOI: 10.13321/j.cnki.subtrop.agric.res.2019.02.005

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收稿日期: 2019-04-20
云南割手密后代叶片SPAD值与品质性状的相关性
俞华先, 孙有芳, 经艳芬, 边芯, 杨李和, 董立华     
云南省农业科学院甘蔗研究所瑞丽育种站, 云南 瑞丽 678600
摘要[目的] 研究云南割手密后代材料+1~+4叶叶绿素SPAD值与品质性状指标的相关性。[方法] 利用SPAD-502叶绿素测定仪测定6份云南割手密后代及其亲本始花期+1~+4叶叶绿素SPAD值;采用二次旋光法测定其品质性状指标。借助DPS软件,分析叶绿素SPAD值与品质性状指标的相关性,并建立拟合方程。[结果] 不同割手密后代材料+2、+3、+4叶叶绿素SPAD值存在明显差异。相关性分析表明,+1叶叶绿素SPAD值与其品质性状指标的相关性不显著;+2、+3、+4叶叶绿素SPAD值与重力纯度均存在极显著正相关关系,与还原糖不存在显著相关关系;+2叶叶绿素SPAD值与纤维分存在极显著负相关关系,+3、+4叶叶绿素SPAD值与纤维分存在显著负相关关系;+2、+3叶叶绿素SPAD值分别与甘蔗糖分存在极显著、显著正相关关系。[结论] +2叶叶绿素SPAD值与品质性状指标的线性拟合回归方程最优。
关键词割手密后代    SPAD值    品质性状    相关性分析    
Correlation between leaf SPAD value and quality traits of Saccharum spontaneum hybrids in Yunnan
YU Huaxian, SUN Youfang, JING Yanfen, BIAN Xin, YANG Lihe, DONG Lihua     
Ruili Breeding Station, Sugarcane Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Ruili, Yunnan 678600, China
Abstract: [Purpose] The correlation between the chlorophyll SPAD value of sugarcane leaves +1~+4 and the quality traits of Saccharum spontaneum hybrids. [Method] The SPAD-502 chlorophyll analyzer was used to determine the chlorophyll SPAD values of leaves +1~+4 of six innovative new S.spontaneum hybrids and their parental lines; the quality traits were determined by the secondary optical rotation method; the DPS software was used to analyze the correlation between chlorophyll SPAD value and quality traits and establish the fitting equation. [Result] There were significant differences in the chlorophyll SPAD values +2, +3 and +4 leaves among different innovative S.spontaneum hybrids. Correlation analysis showed that there was no significant correlation between the chlorophyll SPAD value of +1 leaf and sugarcane quality traits; there was a significant positive correlation between the chlorophyll SPAD values of +2, +3 and +4 leaves were and gravity purity, and there was no significant correlation with reducing sugar; the chlorophyll SPAD value of +2 leaf had a highly significant negative correlation with fiber content; the chlorophyll SPAD values of +3 and +4 leaves had significant negative correlations with fiber content; and the chlorophyll SPAD values of +2 and +3 leaves had a highly significant and significant correlation with the sugar content. [Conclusion] The linear fitting regression equation of +2 leaf blade was the optimal one.
Key words: Saccharum spontaneum    SPAD value    quality traits    correlation analysis    

叶绿素是绿色植物进行光合作用的物质基础,其含量是衡量植物叶片光合能力及植株健康状态的主要指标[1]。作为绿色植物重要的生理指标,叶绿素含量测定已成为作物栽培、遗传及育种等研究领域的一项常规检测[2]。目前,叶绿素含量主要采用分光光度法[3]和SPAD叶绿素仪法测定。分光光度法即离体测定法,该方法结果精确,但操作复杂、费时、费力,且取样时会对植株造成损伤; SPAD叶绿素仪法是采用手持便携式SPAD-502叶绿素仪测定叶绿素含量,该方法不受时间和气候因素限制,且快速、便捷,不会对植株造成损伤[4]。目前,SPAD叶绿素仪法已应用于葡萄[5]、烟草[6]、板栗[7]、水稻[8]等多种作物,其在甘蔗上的应用也有不少报道。陈红香等[9]测定甘蔗+2叶叶绿素SPAD值,发现叶片SPAD值与含氮量、蔗茎产量呈显著正相关,可在一定程度上预测甘蔗氮素丰缺;方志存等[10]比较了云南、广西两省不同生育期甘蔗+1叶叶片叶绿素SPAD值和全氮含量的差异。赵勇等[11]基于+2叶叶绿素SPAD值分析甘蔗对除草剂反应的差异。赵勇等[12]研究了云南主栽甘蔗品种+2叶叶绿素SPAD值与品质性状的相关性。上述利用叶绿素仪开展的相关研究中,除方志存等[10]采用+1叶为测试样品外,其他研究者均选择+2叶。不同研究者在探讨水稻叶绿素SPAD值与含氮量关系时选用的叶片不同,李刚华等[13]、张耀鸿等[14]认为诊断水稻的氮素营养状况理想指示叶片是顶3叶;王绍华等[15]、姜继萍等[16]则认为测定顶4叶的SPAD值诊断水稻植株氮素最理想。但选用哪片蔗叶进行SPAD值测定效果最佳尚未见报道。因此,本文探讨了云南割手密后代材料+1~+4叶叶绿素SPAD值的差异,分析其与品质性状的相关性, 并建立拟合回归方程,旨在为采用SPAD叶绿素仪法测定甘蔗叶绿素含量提供参考。

1 材料与方法 1.1 试验材料

从25个云南割手密后代中选用6份具有超亲优势的耐旱种质:云割F211-231、云割F211-52、云割F211-208、云割F211-10、云割F211-141、云割F211-215;以及亲本2份:云割F108-254和云割F109-525,共计8份材料。

1.2 试验方法

试验地设在云南省农业科学院甘蔗研究所瑞丽育种站。采用随机区组排列,单行区,行长1.5 m,3个重复,小区下种量20个芽,1年新植1年宿根。

1.2.1 SPAD值测定

于2017年11月中旬甘蔗始花期,采用SPAD-502叶绿素仪测定SPAD值。各品种随机选取5株,分别测定+1~+4叶完全展开叶的叶尖、叶中和叶基SPAD值,各部位重复3次,取平均值。

1.2.2 品质性状检测

于2017年3月甘蔗成熟期, 各品种随机选取5株,采用二次旋光法测定甘蔗糖分、纤维分、还原糖分和重力纯度等品质性状[17-18]

1.3 统计与分析

采用Microsoft Excel 2003进行数据分析;采用DPS 13.5数据处理系统进行方差分析。

2 结果与分析 2.1 云南割手密后代叶绿素SPAD值差异分析

表 1可见,8份云南割手密后代材料叶绿素SPAD值存在差异。+1叶叶绿素SPAD值以云割F211-215最高,云割F108-254次之,两者均达41.00以上,云割F211-141和云割F211-52介于40.00~41.00之间,其余材料均在35.00~40.00之间;+2~+4叶SPAD值均以云割F211-141最高,云割F211-208最低,两者相差1.25倍以上。总体来看,云割F211-215的+1叶叶绿素SPAD值最高,+2、+3叶均为第2位;云割F211-10的+4、+2叶叶绿素SPAD值分别位于第2、第3位;云割F108-254的+1、+4叶叶绿素SPAD值分别位于第2、第3位。

表 1 云南割手密后代+1~+4叶叶绿素SPAD值差异1) Table 1 Different chlorophyll SPAD value of sugarcane leaves +1~+4 of S.spontaneum hybrids in Yunnan
材料 叶绿素SPAD值
+1叶 +2叶 +3叶 +4叶
云割F211-231 39.75aA 38.25bAB 34.95cdBC 35.30cBC
云割F109-525 37.85aA 37.85bAB 38.15abcAB 32.55cC
云割F108-254 41.30aA 34.25cBC 35.80bcABC 36.40bcABC
云割F211-52 40.90aA 38.80abAB 37.85abcAB 34.00cBC
云割F211-208 38.95aA 31.85cC 31.45dC 24.55dD
云割F211-10 38.55aA 39.70abA 36.35bcABC 40.35abAB
云割F211-141 40.95aA 41.90aA 40.70aA 42.20aA
云割F211-215 41.35aA 40.10abA 39.35abAB 36.20bcABC
1)同列数值后附不同大小写字母者分别表示差异达0.01、0.05显著水平。

(1)+1叶。方差分析表明,不同材料间+1叶叶绿素SPAD值差异不显著。(2)+2叶。云割F211-141与云割F211-231、云割F109-525存在显著差异,与云割F108-254、云割F211-208存在极显著差异;除了云割F108-254外,云割F211-208与其他参试材料间均存在极显著差异;云割F108-254与云割F211-231、云割F109-525、云割F211-52存在显著差异,与云割F211-10、云割F211-141、云割F211-215存在极显著差异。(3)+3叶。云割F211-208与云割F108-254、云割F211-10存在显著差异,与云割F109-525、云割F211-52、云割F211-141、云割F211-215存在极显著差异;云割F211-141与云割F108-254、云割F211-10存在显著差异,与云割F211-231、云割F211-208存在极显著差异。(4)+4叶。云割F211-141与云割F108-254、云割F211-215存在显著差异,与云割F211-231、云割F109-525、云割F211-52和云割F211-208存在极显著差异;云割F211-10与云割F211-231、云割F211-52存在显著差异,与云割F109-525和云割F211-208存在极显著差异;云割F211-208与所有材料均存在极显著差异。

2.2 云南割手密后代品质性状差异分析

表 2可见,8份材料的甘蔗糖分平均值为16.22%,其中云割F211-215最高,达17.94%,云割F211-208最低,仅12.81%;纤维分平均值为12.83%,其中云割F108-254和云割F211-208最高,均达13.98%,云割F211-10和云割F211-141最低,仅11.99%;重力纯度平均值为85.53%,其中云割F211-141最高,达88.96%,云割F211-208最低,仅80.81%;还原糖平均值为0.61%,其中云割F211-208最高,达0.76%,云割F211-52最低,仅0.48%。

表 2 云南割手密后代品质性状比较 Table 2 Comparison of quality traits among S.spontaneum hybrids in Yunnan
%
材料 重力纯度 还原糖 甘蔗糖分 纤维分
云割F211-231 85.98 0.68 16.67 12.91
云割F109-525 86.02 0.53 17.03 12.81
云割F108-254 84.05 0.63 13.99 13.98
云割F211-52 85.70 0.48 16.89 12.98
云割F211-208 80.81 0.76 12.81 13.98
云割F211-10 86.90 0.54 16.98 11.99
云割F211-141 88.96 0.66 17.48 11.99
云割F211-215 85.84 0.56 17.94 12.01
平均值 85.53 0.61 16.22 12.83
2.3 叶绿素SPAD值与品质性状指标的拟合回归方程

表 3可见,+2、+3、+4叶叶绿素SPAD值分别与重力纯度和纤维分之间存在较好的线性关系,拟合度决定系数(R2)比较理想,而还原糖与叶绿素SPAD值之间线性相关性不明显。其中,+2叶叶绿素SPAD值与甘蔗糖分、重力纯度和纤维分的线性关系最明显,R2均大于0.85;+2、+3叶叶绿素SPAD值与甘蔗糖分间的线性关系次之,R2均大于0.65。

表 3 云南割手密后代叶绿素SPAD值与品质性状的相关性1) Table 3 Correlation between chlorophyll SPAD value and quality traits of S.spontaneum hybrids in Yunnan
叶序 品质性状 线性方程 r P R2
+2叶 甘蔗糖分 y=9.913 0+1.721 2x 0.955** 0.000 2 0.912 8
纤维分 y=85.480 8-3.713 1x -0.936** 0.000 6 0.875 7
重力纯度 y=-75.218 1+1.321 8x 0.950** 0.000 3 0.901 7
还原糖 y=48.857 9-18.215 5x 0.519 0.187 6 0.269 3
+3叶 甘蔗糖分 y=-3.135 7+0.525 7x 0.833* 0.010 3 0.693 1
纤维分 y=20.662 8-0.212 7x -0.742* 0.035 1 0.550 2
重力纯度 y=59.906 0+0.695 9x 0.851** 0.007 3 0.724 9
还原糖 y=1.302 6-0.018 9x -0.585 0.128 1 0.341 7
+4叶 甘蔗糖分 y=8.258 5+0.226 3x 0.666 0.071 4 0.443 5
纤维分 y=16.707 5-0.110 1x -0.714* 0.046 7 0.509 6
重力纯度 y=71.726 3+0.392 2x 0.892** 0.002 9 0.795 4
还原糖 y=0.826 7-0.006 3x -0.361 0.379 3 0.130 5
1)*、**分别表示在0.05、0.01水平差异显著;x表示SPAD值,y表示对应的品质性状指标。

利用DPS软件进一步研究云南割手密后代材料叶绿素SPAD值与品质性状指标的相关性发现,+1叶叶绿素SPAD值与其品质性状指标相关性均不显著。+2、+3、+4叶SPAD值与重力纯度均存在极显著正相关关系,与还原糖不存在显著相关关系;+2叶SPAD值与纤维分存在极显著负相关关系,与甘蔗糖分存在极显著正相关关系;+3、+4叶SPAD值与纤维分则存在显著负相关关系,+3叶SPAD值与甘蔗糖分存在显著正相关关系,说明叶片叶绿素SPAD值越高,其纤维分越低,甘蔗糖分越高。+2叶SPAD值与甘蔗糖分、重力纯度的皮尔逊相关系数(r)最大,为0.955和0.950,说明+2叶叶绿素SPAD值较高,其甘蔗糖分和重力纯度也较高。从相关系数的大小来看,叶绿素SPAD值与甘蔗各品质性状指标的相关程度依次为:+2叶>+3叶>+4叶,其中+2叶的r值最大,与甘蔗各品质性状指标的相关性最突出。

综上所述,+2、+3、+4叶叶绿素SPAD值与甘蔗各品质性状指标相关性存在差异,+2叶相关关系最明显,且R2最接近1,说明+2叶叶绿素SPAD值与品质性状指标的线性拟合回归方程最优。

3 讨论与小结

前人研究表明,养分配施[19]、氮素营养[4, 20-21]、叶部病害[22]、水肥条件[23]和品种类型[6-7]等是影响植物叶绿素SPAD值的主要因素,而品种类型会对其造成根本性影响。目前,通过叶绿素SPAD值的差异来研究品种特性已取得良好进展[5, 24-29]。本研究中的8份云南割手密后代材料+1叶叶绿素SPAD值差异不显著,其中云割F211-215最高,云割F109-525最低。+2、+3、+4叶叶绿素SPAD值则存在明显差异,其中云割F211-141的+2、+3、+4叶叶绿素SPAD值最高,云割F211-208最低;云割F211-215的+2、+3叶叶绿素SPAD值较高,均位居第二。该结果佐证了Zhao et al[30]、Radhamani et al[31]有关不同甘蔗品种蔗叶SPAD值差异显著的结论。陈红香等[9]研究表明,甘蔗叶片SPAD值与叶片含氮量、蔗茎产量呈显著正相关,可在一定程度上预测甘蔗氮素丰缺;马宗斌等[32]、汪玲等[33]认为叶绿素SPAD值是氮肥利用效率的直接表现。本研究中云割F211-141叶绿素SPAD值最高,其在大田上表现为生长快、叶片较绿、较耐旱,这也佐证了边芯等[34]对包含云割F211-141在内的25个割手密血缘创新种质及其亲本抗旱性的评价。云割F211-141表现出超亲的抗旱性,可在育种实践中优先利用。云割F211-208叶绿素SPAD值最低,说明其叶绿素含量最低,生长较缓慢。

品质指标是甘蔗重要的经济性状,也是衡量其品种优劣的重要标准,直接影响产糖量[35]。作物对氮肥的利用率影响其品质性状的形成,赵广才等[36]研究表明,强筋小麦加工品质性状及其稳定性受氮肥水平的影响;万靓军等[37]认为不同施氮比例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,其含量与作物品质性状也具显著相关性。本研究表明,8份云南割手密后代材料+1叶叶绿素SPAD值与其品质性状指标的相关性不显著。+2、+3、+4叶叶绿素SPAD值均与重力纯度存在极显著正相关关系,与还原糖不存在显著相关关系;+2叶叶绿素SPAD值与纤维分存在极显著负相关关系,+3、+4叶则与纤维分存在显著负相关关系;+2叶叶绿素SPAD值与甘蔗糖分存在极显著正相关关系,+3叶则与甘蔗糖分存在显著正相关关系。进一步建立拟合回归方程发现,+2、+3、+4叶叶绿素SPAD值与甘蔗品质指标之间存在明显的拟合线性关系,其中+2叶叶绿素SPAD值与甘蔗品质指标的拟合线性回归方程最优,拟合决定系数(R2)最理想,但该结论与赵勇等[12]研究云南蔗区8个主栽品种+2叶叶绿素SPAD值与甘蔗品质性状指标的相关性略有不同。本文中8份云南割手密后代材料+2叶叶绿素SPAD值与甘蔗糖分存在明显的线性关系,而赵勇等[12]的研究结果却不存在相关性,出现这样的情况可能与选取甘蔗的基因型、试验地的生态环境及施用肥料的氮素含量不同有关。

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