甘蔗家系根系性狀與地上部性狀相關性分析

趙麗萍　劉家勇　吳才文　姚麗　覃偉等

摘 要 以甘蔗20個組合實生苗為材料，用盆栽和大田試驗研究甘蔗家系根系性狀與地上部性狀的關系。結果表明：根長與根表面積、根體積變化呈極顯著相關；根長、根表面積、根直徑、根體積與實生苗新植的株高、徑莖、錘度、成活率呈極顯著或顯著相關；其中，根長、根表面積、根體積與宿根株高呈顯著相關；根體積與宿根理論產量呈顯著相關。

關鍵詞 甘蔗；實生苗；根系性狀；相關性

中圖分類號 S566.1 文獻標識碼 A

根系是合成氨基酸、激素等物質的重要場所[1]，在甘蔗生長發育過程中起到舉足輕重的作用，與衰老、抗逆性、信號傳導和環境響應等生理生化過程息息相關。然而，以往國內大多數是以甘蔗地上部性狀表現或者關于地上部農藝性狀的遺傳改良作為研究對象，對甘蔗根系的研究則相對滯后。原因是由于一方面根系生長環境的復雜性及根系研究方法和手段的局限性使甘蔗根系性狀的遺傳研究相對滯后，另一方面，研究者的興趣和重視程度不夠也影響了對根系的深入研究[2]。由于根系與地上部的形態特征密切相關[3]，如玉米、水稻、大豆、紫花苜蓿等作物根系與地上部均存在相關關系[4-7]，趙麗萍等[8]研究表明，甘蔗實生苗的根長、根表面積、根尖數、根干重、根體積的遺傳力均大于60%。根系形態性狀如根長、根數量、根粗等具有較高的狹義遺傳率，在早代進行選擇是有效的[3]。近年來，根系研究方法不斷改進與創新，苗期根系全長文庫的構建[9]，干旱脅迫下甘蔗根系蛋白差異的表達及上調基因的識別[10-11]，生物碳在甘蔗苗期根系上的運用[12]，苗期根系相關基因克隆等[13]研究促使甘蔗根系遺傳研究的深度和廣度得到不斷拓展，然而，利用甘蔗根系育種尚處在初始階段，新品種選育的關鍵在于優異種質資源的創制和利用[14]，甘蔗又是高度雜合、遺傳背景復雜的無性繁殖作物，常規品種選育盲目性大、周期長，如果能在實生苗階段通過根系性狀找出規律性進行早期品種選育將會為育種開辟一條新途徑。

筆者之前通過盆栽試驗對實生苗根系性狀與地上部性狀相關性進行研究，研究結果表明，根系鮮重與植株鮮重呈極顯著正相關，根系干重與植株干重呈顯著正相關[15]，但實生苗家系苗期根系性狀與大田地上部相互關系如何，并未見相關報道，本試驗隨機選用20個組合的實生苗進行研究，將盆栽試驗的根系性狀和核心試驗新植和宿根的地上部分相結合進行，力求在實生苗苗期階段找到在育種學上極具遺傳改良意義的根系性狀。

1 材料與方法

1.1 材料

20個雜交組合委托海南育種場選配，組合名稱見表1。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗由田間試驗和盆栽試驗2部分組成。田間試驗在云南省農業科學院甘蔗研究所第一試驗基地進行，土地類型為水澆地，年平均氣溫為19.8 ℃，年降雨量為700～900 mm，盆栽試驗在云南省農業科學院甘蔗研究所抗旱溫室進行。

田間試驗材料來源于云南省農業科學院甘蔗研究所第一試驗基地的實生苗新植和宿根，實生苗于2013年6月9日移栽大田，每個組合的實生苗3次重復，每重復2行，株距0.4 m，行距1 m，行長6 m。2013年12月5日進行新植調查，調查結束后砍除地上部分留宿根，2014年11月16日對宿根進行調查和選擇。

盆栽試驗采用完全隨機區組排列。2013年8月12日移栽至桶中，桶直徑22 cm，深30 cm。每個組合的實生苗種植60株，桶栽基質來源于大田，試驗期內進行澆水并及時除草。2013年11月14日收獲并測定根系性狀及相關指標。

1.2.2 測定項目及方法 田間試驗每個小區隨機選取具有代表性植株10株，分別測定株高、莖徑、錘度以及對各小區的有效莖進行調查。

盆栽試驗根系性狀的測定：將試驗材料從桶內移出，根系清洗干凈后，把莖和根分開，用吸水紙吸干表面水分，分別對根系性狀進行測量。根系按單根一條條分開、不重疊、不交叉并排于專用根盤，利用WinRHIZO LA6400XL根系專用大幅面透視掃描儀掃描根系，把掃描好的圖片按群體株系號、重復、分類保存在不同文件夾。然后用根系專用WinRHIZO軟件分析各株系掃描圖片并匯總成群體株系為單位根系性狀表型數據。分析的根系性狀包括：總根長、根表面積、根平均直徑、根體積。

1.3 數據處理方法

采用SPSS 21軟件的ANOVA程序對數據進行方差分析（Duncan's 多重比較），采用Correlate程序的Bivariate進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同組合實生苗的根系性狀

從表2可看出，不同組合實生苗的根系性狀存在差異，組合7實生苗的總根長顯著高于組合2、10、11、15、17和20，其中組合17實生苗的總根長最小，為536.43 cm；組合5、7、8、13實生苗的根表面積顯著高于組合17，與其余組合實生苗的根表面積差異無統計學意義；組合5實生苗的根直徑顯著高于組合4，與其余組合實生苗的根直徑差異無統計學意義；組合5實生苗的根體積顯著高于組合1、6、11、15、17、20，與其余組合實生苗的根系體積差異無統計學意義，其中，組合5實生苗的根體積最大，為9.31 cm3，組合17實生苗的根體積最小，為3.63 cm3。

2.2 大田試驗實生苗地上部生長情況

2.2.1 大田試驗實生苗新植地上部生長情況 從表3可以看出，不同組合實生苗新植的地上部農藝性狀存在差異，組合5、7、9、10、11、12、14、15、18、20實生苗的株高顯著高于組合16，與其余組合實生苗的株高差異無統計學意義，其中組合16實生苗的株高值最小，為128 cm，組合7實生苗的株高值最大，為173.33 cm；組合16實生苗的莖徑顯著大于組合5、8、10，與其余組合實生苗的莖徑差異無統計學意義；組合9、10實生苗的錘度顯著高于組合6、7、12、16，其中組合10實生苗的錘度最高，為20.33，組合1實生苗的成活率顯著高于組合3、6、7、8、16，其中組合1實生苗的成活率高達95%。

2.3 大田試驗實生苗宿根地上部生長情況

從表4可知，大田試驗中不同組合實生苗宿根的農藝性狀存在差異。組合8、20實生苗的株高顯著高于組合2，組合2實生苗的株高最矮，為216.67 cm；組合10、11、14、15、16、20實生苗的莖徑顯著高于組合8，組合8實生苗的莖徑最小，為1.97 cm；組合3、12、14實生苗的錘度顯著高于組合6、15，組合14實生苗的錘度最高，為21.62。組合10、13、14、18、19、20實生苗的理論產量顯著高于組合6，組合6實生苗的理論產量最低，為25.14 t/hm2。

2.4 根系性狀間的相關性

從表5可知，根系性狀間存在相關性，其中根長與根表面積、根體積呈極顯著相關，根表面積與根體積呈極顯著相關，其余根系性狀間相關性無統計學意義。

2.5 根系性狀與地上部生長性狀的相關性

對根系性狀與實生苗的新植和宿根農藝性狀進行相關性分析（表6），結果表明：根長、根表面積、根直徑、根體積與新植的株高、莖徑、錘度、成活率均呈極顯著或顯著相關；根長、根表面積、根體積與宿根株高呈顯著相關，其中，根體積與宿根的理論產量呈顯著相關，根直徑與實生苗宿根農藝性狀相關性無統計學意義。從表6也可看出，根系性狀與實生苗新植農藝性狀相關性較高。

3 討論

趙麗萍等[8]研究結果表明，根長與根表面積、根尖數、根分枝數、根交叉數的相關性達極顯著水平，根長與根體積的相關性達顯著水平，本試驗結果也表明，根長與根表面積、根體積呈極顯著相關，說明通過提高根長可有效改良根表面積和根體積。楊秀紅等[16]盆栽試驗的研究結果表明，大豆根系性狀與莖粗、冠鮮重、冠干重之間的相關系數均在0.01水平上達極顯著水平。江大龍等[17]對不同株型玉米進行的研究結果表明，根系生物量與地上部生物量、地上部綠葉面積均呈顯著正相關。筆者前期的研究結果也表明，根系性狀與地上部性狀存在相關性，根系鮮重與植株鮮重極顯著正相關[15]。已有研究結果表明，苗期根系的大小與田間最大根系的大小之間有顯著相關性[4]。本試驗研究結果表明，根長、根表面積、根直徑、根體積與實生苗新植的株高、莖徑、錘度、成活率均極顯著或顯著相關；根長、根表面積、根體積與宿根蔗的株高顯著相關。其中，根體積與宿根的理論產量顯著相關，實生苗的根系性狀與新植和宿根地上部農藝性狀的相關性差異可能原因是宿根蔗的根系由老根系和新根系2部分組成，而且，宿根甘蔗是上一造甘蔗收割后，留在土中的蔗蔸（蔗頭或蔗樁）上的側芽在適宜的環境條件下萌發出土生長成為新的植株。近年來，本單位在選種時通常在雜種圃的宿根階段進行選擇，因此，在早期進行選擇時，可對實生苗苗期的根長、根表面積和根體積進行改良來調節地上部的生長，提高實生苗苗期的根長、根表面積和根體積將有效改良宿根蔗的株高和蔗莖產量。此結論在實生苗苗期階段得出，但在甘蔗品種上是否有相同的結論還有待進一步研究及驗證。

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