2019,Vol. 15
文章信息
- 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
-
文章历史
- 收稿日期: 2019-04-20
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值差异分析从表 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。
| 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从表 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%。
| % | ||||
| 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 |
从表 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。
| 叶序 | 品质性状 | 线性方程 | r | P值 | 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。
| [1] | 崔勤, 李新丽, 翟淑芝. 小麦叶片叶绿素含量测定的分光光度计法[J]. 安徽农业科学, 2006, 34(10): 2063. DOI: 10.3969/j.issn.0517-6611.2006.10.018 |
| [2] | 张文英, 王凯华. 甘蓝型油菜SPAD值与叶绿素含量关系分析[J]. 中国农学通报, 2012, 28(21): 92–95. |
| [3] | 张宪政. 植物叶绿素含量测定——丙酮乙醇混合液法[J]. 辽宁农业科学, 1986(3): 26–28. |
| [4] | 屈卫群, 王绍华, 陈兵林, 等. 棉花主茎叶SPAD值与氮素营养诊断研究[J]. 作物学报, 2007, 33(6): 1010–1017. |
| [5] | 陈景蕊, 潘静. 不同品种葡萄叶片SPAD值与叶绿素含量相关性分析[J]. 北方园艺, 2015(19): 42–46. |
| [6] | 潘义宏, 顾毓敏, 杨森, 等. 不同品种中部烟叶SPAD值及其与叶绿素含量的相关性分析[J]. 河南农业大学学报, 2017, 51(2): 156–162, 211. |
| [7] | 李田, 韩霞, 魏永阳, 等. 三种板栗叶片SPAD值与叶绿素含量相关性分析[J]. 山东林业科技, 2017, 47(1): 23–27. DOI: 10.3969/j.issn.1002-2724.2017.01.005 |
| [8] | 李杰, 冯跃华, 牟桂婷, 等. 剪叶、粘叶处理对水稻剑叶主脉两侧SPAD值及籽粒产量的影响[J]. 中国稻米, 2018, 24(6): 40–46. DOI: 10.3969/j.issn.1006-8082.2018.06.009 |
| [9] | 陈红香, 敖俊华, 江永, 等. 叶绿素仪(CL01)在甘蔗氮营养诊断中的初步应用研究[J]. 甘蔗糖业, 2012(3): 19–22. DOI: 10.3969/j.issn.1005-9695.2012.03.005 |
| [10] | 方志存, 刀静梅, 樊仙, 等. 甘蔗叶片SPAD值与含氮量及相关分析[J]. 福建农业学报, 2015, 30(6): 622–624. DOI: 10.3969/j.issn.1008-0384.2015.06.019 |
| [11] | 赵勇, 罗志明, 朱建荣, 等. 基于叶绿素SPAD值分析甘蔗对除草剂反应的差异[J]. 亚热带农业研究, 2018, 14(3): 157–162. |
| [12] | 赵勇, 应雄美, 杨昆, 等. 不同甘蔗品种叶绿素SPAD值差异及相关性分析[J]. 浙江农业科学, 2019, 60(4): 569–572. |
| [13] | 李刚华, 薛利红, 尤娟, 等. 水稻氮素和叶绿素SPAD叶位分布特点及氮素诊断的叶位选择[J]. 中国农业科学, 2007, 40(6): 1127–1134. DOI: 10.3321/j.issn:0578-1752.2007.06.006 |
| [14] | 张耀鸿, 高文丽, 胡继超. 利用叶绿素计诊断水稻氮素营养的研究[J]. 江苏农业科学, 2008(6): 256–257. DOI: 10.3969/j.issn.1002-1302.2008.06.115 |
| [15] | 王绍华, 曹卫星, 王强盛, 等. 水稻叶色分布特点与氮素营养诊断[J]. 中国农业科学, 2002, 35(12): 1461–1466. DOI: 10.3321/j.issn:0578-1752.2002.12.005 |
| [16] | 姜继萍, 杨京平, 杨正超, 等. 不同氮素水平下水稻叶片及相邻叶位SPAD值变化特征[J]. 浙江大学学报(农业与生命科学版), 2012, 38(2): 166–174. |
| [17] | 广东省甘蔗糖业食品科学研究所. 甘蔗制糖化学管理统一分析方法[M]. 北京: 轻工业出版社, 1979. |
| [18] | 俞华先, 经艳芬, 安汝东, 等. 云瑞系列甘蔗品种(系)主要品质性状相关和通径分析[J]. 亚热带农业研究, 2018, 14(1): 8–14. |
| [19] | 周丽丽, 刘爱琴, 唐莉娜, 等. 不同养分配施对'云烟87'叶绿素与SPAD的影响[J]. 中国农学通报, 2012, 28(13): 147–154. |
| [20] | 闫平, 张书利, 于艳敏, 等. 施肥量对2个超级稻品种叶片SPAD值的影响[J]. 中国农学通报, 2019, 35(7): 7–14. |
| [21] | 李朝东, 崔国贤, 谢宁, 等. 苎麻叶片SPAD值与氮素含量关系的初步研究[J]. 中国麻业科学, 2011, 33(1): 20–23. DOI: 10.3969/j.issn.1671-3532.2011.01.006 |
| [22] | 李梅, 徐明珠, 何勇, 等. 马铃薯晚疫病叶片SPAD值的高光谱研究[J]. 农机化研究, 2016, 38(12): 136–142. DOI: 10.3969/j.issn.1003-188X.2016.12.027 |
| [23] | 何军, 常元莉, 李雪蓉, 等. 节灌条件缓释肥对水稻株高、分蘖、叶绿素及产量的影响[J]. 中国农村水利水电, 2016(3): 7–9. DOI: 10.3969/j.issn.1007-2284.2016.03.002 |
| [24] | 徐照丽, 杨彦明, 卢秀萍, 等. 不同烤烟品种叶绿素SPAD值的变化特征[J]. 湖南农业大学学报(自然科学版), 2010, 36: 499–501. |
| [25] | 邢其乡, 疏冕, 刘薇薇, 等. 不同荔枝品种叶片SPAD值与叶绿素含量相关性的拟合曲线研究[J]. 华南农业大学学报, 2010, 31(1): 117–118. DOI: 10.3969/j.issn.1001-411X.2010.01.029 |
| [26] | 黎月娟, 邱长玉, 林强, 等. 不同叶型桑叶SPAD值和主要营养成分含量的比较研究[J]. 广西蚕业, 2018, 55(4): 14–18. |
| [27] | 张一中, 周福平, 张晓娟, 等. 10个高粱品系叶片不同部位SPAD值的比较分析[J]. 山西农业科学, 2017, 45(5): 703–706. DOI: 10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.07 |
| [28] | 高鑫, 高聚林, 于晓芳, 等. 不同玉米品种叶片SPAD值估测模型的构建及其差异性研究[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2016, 44(10): 37–44. |
| [29] | 张苇, 陈粤超, 尚秀华, 等. 5种红树林植物叶片SPAD值比较[J]. 亚热带植物科学, 2016, 45(3): 212–215. DOI: 10.3969/j.issn.1009-7791.2016.03.003 |
| [30] | ZHAO D, GLAZ B, COMSTOCK J C. Physiological and growth responses of sugarcane genotypes to nitrogen rate on a sand soil[J]. Journal of Agronomy and Crop Science, 2014, 200(4): 290–301. DOI: 10.1111/jac.12084 |
| [31] | RADHAMANI R, RAKKIYAPPAN P, KANNAN R. A technique for identifying micronutrient deficiency of sugarcane plant by root feeding method[J]. Sugar Tech, 2013, 15(4): 420–423. DOI: 10.1007/s12355-013-0242-9 |
| [32] | 马宗斌, 房卫平, 谢德意, 等. 氮肥和DPC用量对棉花叶片叶绿素含量和SPAD值的影响[J]. 棉花学报, 2009, 21(3): 224–229. DOI: 10.3969/j.issn.1002-7807.2009.03.012 |
| [33] | 汪玲, 朱靖蓉, 杨涛, 等. 氮肥施用策略对膜下滴灌棉花叶片叶绿素含量变化的影响[J]. 棉花学报, 2010, 22(5): 454–459. DOI: 10.3969/j.issn.1002-7807.2010.05.012 |
| [34] | 边芯, 郎荣斌, 经艳芬, 等. 干旱胁迫对持绿型割手密叶片生理特性的影响及抗旱性评价[J]. 西南农业学报, 2018, 31(10): 2075–2080. |
| [35] | 谢静, 吴建涛, 杨俊贤, 等. 甘蔗品质指标的通径分析和主成分分析[J]. 西南农业学报, 2012, 25(3): 771–774. DOI: 10.3969/j.issn.1001-4829.2012.03.006 |
| [36] | 赵广才, 万富世, 常旭虹, 等. 不同试点氮肥水平对强筋小麦加工品质性状及其稳定性的影响[J]. 作物学报, 2006, 32(10): 1498–1502. DOI: 10.3321/j.issn:0496-3490.2006.10.012 |
| [37] | 万靓军, 霍中洋, 龚振恺, 等. 氮肥运筹对杂交稻主要品质性状及淀粉RVA谱特征的影响[J]. 作物学报, 2006, 32(10): 1491–1497. DOI: 10.3321/j.issn:0496-3490.2006.10.011 |