甘蔗亲本与家系宿根黄化评价_杨荣仲.pdf

11期3107投稿日期：2022-04-25基金项目：国家现代农业产业技术体系建设项目（CARS-170105）；广西科技重大专项（桂科AA22117002）；广西农业科学院基本科研业务专项（桂农科2021YT001）通讯作者：周会（1976-），https:/orcid.org/0000-0002-8349-2869，博士，研究员，主要从事甘蔗遗传育种研究工作，E-mail：第一作者：杨荣仲（1963-），https:/orcid.org/0000-0003-2050-2430，博士，研究员，主要从事甘蔗遗传育种研究工作，E-mail：roz-甘蔗亲本与家系宿根黄化评价杨荣仲1，2，周会1，2*，唐仕云1，刘昔辉1，段维兴1，黄海荣1，黄赞斌1，王伦旺1，雷敬超1（1广西农业科学院甘蔗研究所/农业农村部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室/广西甘蔗遗传改良重点实验室/中国农业科学院甘蔗研究中心，广西南宁530007；2蔗糖产业省部共建协同创新中心，广西南宁530004）摘要：【目的】分析甘蔗宿根黄化遗传特点与亲本耐宿根黄化差异，为开展甘蔗耐宿根黄化育种及相关研究提供参考。【方法】以383个甘蔗亲本和97个甘蔗家系为试验材料，开展5个宿根作物季的田间宿根黄化试验，并进行性状相关分析、方差分析、遗传力和育种值计算及聚类分析。【结果】甘蔗宿根黄化高峰期出现4月下旬至5月上旬，黄化程度随生长期延长而下降，随宿根年限延长而加重，并受试验地影响。相关分析结果显示，宿根黄化影响甘蔗农艺性状，且发生较重时易与农艺性状呈显著负相关（P0.05）。遗传力计算结果表明宿根黄化属低至中等偏低遗传力性状，亲本试验的广义遗传力为0.220.45，家系试验的广义遗传力为0.22，狭义遗传力为0.25。方差分析结果显示，宿根黄化受到亲本、时期、试验地、年度、作物季等多种因素的影响，主要效应中仅亲本显著存在，另外4个因素将通过互作影响甘蔗宿根黄化，其中影响最重要的是试验地时期、亲本试验地等互作，亲本位居第五。亲本或家系间宿根黄化差异最大时期为宿根发苗中后期而不是宿根黄化率最高时期。表型预测值聚类分析结果表明，超过63.6%亲本和64.9%家系的耐宿根黄化能力属较好以上；育种值聚类分析结果表明，仅30.3%亲本属耐宿根黄化能力较好以上，不及亲本表型值分类的一半，亲本育种值评价结果与表型值评价结果存在差异。【结论】甘蔗宿根黄化属低至中等偏低遗传力性状，影响因素众多，并以互作影响为主。易受试验地微小环境和田间管理影响，将给甘蔗宿根黄化田间试验研究与耐宿根黄化新品种选育带来不利影响。关键词：甘蔗；宿根黄化；亲本；家系；遗传力中图分类号：S566.103.4文献标志码：A文章编号：2095-1191（2022）11-3107-11Ratoon chlorosis evaluation of sugarcane parents and familiesYANG Rong-zhong1，2，ZHOU Hui1，2*，TANG Shi-yun1，LIU Xi-hui1，DUAN Wei-xing1，HUANG Hai-rong1，HUANG Zan-bin1，WANG Lun-wang1，LEI Jing-chao1（1Sugarcane Research Institute，GuangxiAcademy ofAgricultural Sciences/Guangxi Key Laboratory of SugarcaneBiotechnology and Genetic Improvement，Ministry ofAgriculture and RuralAffairs/Guangxi Key Laboratory ofSugarcane Genetic Improvement/Sugarcane Research Center，ChineseAcademy ofAgricultural Sciences，Nanning，Guangxi 530007，China；2Province and Ministry Co-sponsored Collaborative InnovationCenter of Sugar Industry，Nanning，Guangxi 530004，China）Abstract：【Objective】In order to understand the genetic characteristics of sugarcane ratoon chlorosis and ratoon chlo-rosis resistance difference among parents，and to provide reference for ratoon-chlorosis-resistant sugarcane breeding andrelevant research.【Method】With 383 sugarcane parents and 97 sugarcane families as experimental materials，ratoon chlo-rosis field trials in 5 ratoon crop seasons were carried out，and trait correlation analysis，analysis of variance，calculation ofheritability and breeding values and cluster analysis were performed.【Result】The peak of ratoon chlorosis was from lateApril to early May.The degree of chlorosis decreased as sugarcane grew，increased as ratoon grew，and was affected by theexperimental field.Correlation analysis showed that ratoon chlorosis would affect sugarcane agronomic traits，and it hadsignificant negative correlation with agronomic traits when it was severe（P0.05）.The result of heritability calculation南方农业学报Journal of Southern Agriculture2022，53（11）：3107-3117ISSN 2095-1191；CODEN NNXAABhttp:/DOI：10.3969/j.issn.2095-1191.2022.11.01153卷南 方 农 业 学 报 31080引言【研究意义】目前我国甘蔗生产以宿根蔗为主（杨荣仲等，2021），提高和稳定宿根蔗产量对延长甘蔗宿根蔗生产年限、降低生产成本具有重要作用。然而，近年来广西宿根蔗生产中，在苗期常出现黄化苗，影响甘蔗植株生长，几乎不能分蘖和拔节（罗霆等，2021b），且黄化发生严重时可造成宿根蔗减产20%40%，不利于宿根蔗生产（Fan et al.，2021）。因此，了解甘蔗宿根黄化遗传特点与亲本耐宿根黄化差异，有利于开展甘蔗耐宿根黄化育种工作，对提高甘蔗新品种的耐宿根黄化能力具有重要意义。【前人研究进展】我国甘蔗宿根黄化主要出现在广西蔗区（罗霆等，2021b），其他省（区）的蔗区也有零星发生。针对甘蔗宿根黄化问题，近年来在宿根黄化成因、生理生化和复绿等方面开展了大量的研究工作。早期研究将甘蔗宿根黄化称为宿根黄白苗，并认为宿根黄化的出现与中量、微量元素营养缺乏有关（张进权等，1989；唐仕云等，2008，2009）。后续研究发现宿根黄化可能与强酸性土壤中过多的活性铝、锰及高效整合铁有关（龙光霞等，2011），通过植株分析发现宿根黄化与甘蔗体内的活性铁含量低、活性锰含量过高，导致植株体内铁锰营养不平衡有关（陈桂芬等，2012）。随着研究的深入，发现宿根黄化是由于土壤中微量元素不平衡、酚酸类物质过量累积，加速锰、铝等有毒物质积累，最终造成植株体内铁锰比例失衡形成（李贤宇等，2016；龙光霞，2020）。但也有研究认为宿根黄化是不良土壤状况导致甘蔗根系对养分和水分吸收能力不足造成的（罗维钢等，2013；李贤宇，2015），并认为甘蔗宿根黄化是一种无病原菌感染、缺素造成的特殊生理现象或生理性病害（Fan et al.2021；罗霆等，2021a；2021b）。叶片出现夹杂失绿也有可能是病原菌造成的（Sun et al.2017）。生理生化研究发现锰诱导的甘蔗幼叶黄化，叶片的活性铁含量降低（吴星等，2015），尼克酰胺、多酚、抗坏血酸和茎中铁的还原力下降（杨曙等，2015），细胞质膜透性显著增加，细胞膜脂氧化、光合系统受损及光能利用受阻（周攀和黎晓峰，2018）；烟酰胺能显著抑制锰毒对甘蔗生长及过氧化胁迫伤害（覃美等，2021），黄化植株的内源激素与正常植株存在显著差异（罗霆等，2021a）。宿根黄化苗复绿研究发现，喷施硫酸亚铁、硫酸锰、硫酸镁和钼酸铵能加速黄化叶片转绿并提高蔗茎产量（唐仕云等，2009；刘要鑫等，2013）；叶面喷施铁、镁、硼、钙、钾、锌、氮等营养元素能提高转绿率，并以喷施铁的效果最佳（陈桂芬等，2012）；土壤施用硅肥、石灰和土壤调理剂等在一定程度上降低当年的宿根黄化率，提高蔗茎产量（凌桂芝等，2016；陈杨明珠等，2018；罗霆等，2022）；硝态氮更换为铵态氮可减轻锰毒黄化并加速黄化叶片复绿（于华等，2018；王晓霞等，2020）。这些研究结果有利于降低甘蔗宿根黄化对甘蔗生产带来的不良影响，为解决广西宿根黄化提供技术支持。【本研究切入点】虽然多种栽培措施对甘蔗宿根黄化的恢复有效，但恢复效率超90%的方法不多，且以当季有效为主，不利于降低宿根蔗生产成本。锰毒导致的甘蔗黄化现象在不同基因型间存在差异（常敏敏等，2019），说明抗锰毒能力属可遗传性状。田间自然条件下甘蔗宿根黄化也是可遗传性状，则可通过选育耐宿根黄化更好的品种来降低宿根黄化对甘蔗生产带来的不良影响，为解决广西甘蔗宿根黄化提供新途径。【拟解决的关键问题】以383个甘蔗亲本showed that ratoon chlorosis was a trait of low to intermediate heritability，with a broad-sense heritability of 0.22-0.45 forparent tests and 0.22 for family test，and a narrow-sense heritability of 0.25 for family test.Analysis of variance showedthat ratoon chlorosis was affected by many factors，including parents，time，experimental field，year and crop season，among which only parent was significant，and the other 4 factors affected sugarcane ratoon chlorosis through interaction，among which the most important were experimental fieldtime，parentexperimental field，and the effect of parents rankedthe 5th.The period of maximum difference of ratoon c