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___________甘蔗叶表蜡质检测及其与农艺性状和抗逆性的相关性分析<p><br/></p>

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南方农业学报JournalofSouthernAgriculture20184991712-1721·1712·ISSN2095-1191CODENNNXAABhttp://www.nfnyxb.com49DOI10.3969/j.issn.2095-1191.2018.09.05甘蔗叶表蜡质检测及其与农艺性状和抗逆性的相关性分析武,王伦旺,邓宇弛,廖江雄,谭芳,经广西农业科学院甘蔗研究所/广西甘蔗遗传改良重点实验室/农业农村部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室,南宁530007摘要:目的初步筛选适宜的甘蔗叶表蜡质检测方法,并探讨甘蔗野生资源与栽培品系叶表蜡质含量的差异及叶表蜡质与农艺性状、抗逆表现的关系,以期为辅助甘蔗新品种选育提供参考。方法39份甘蔗野生材料和12份甘蔗栽培品系为试验材料,测定不同浸提时间和采样部位的甘蔗叶表蜡质含量,并结合农艺性状指标、产量、蔗糖分及抗性指标进行相关分析和聚类分析。结果氯仿浸提30s处理的蜡质含量与其他处理差异不显著P>0.05下同。同一甘蔗品系3个叶位间叶表蜡质含量差异不显著,不同甘蔗品系+1叶叶表蜡质含量差异显著P<0.05下同39份甘蔗野生材料间叶表蜡质含量差异显著,割手密92_3叶表蜡质含量18.8mg/g最高,割手密87_6叶表蜡质含量8.3mg/g最低。参试品系GT08-223GT08-68叶表蜡质含量均为8.1mg/g最高,GT08-13叶表蜡质含量3.9mg/g最低。不同甘蔗材料群体间株高等性状均差异明显。各参试品系中,GT08-120宿根蔗产量最高,ROC22GT08-13GT08-223GT08-68较抗梢腐病,GT08-56GT08-120GT08-68受霜冻影响较小。相关性分析结果表明,不同材料甘蔗的叶表蜡质含量均与叶长呈显著或极显著P<0.01负相关。聚类分析可将不同甘蔗材料均分成两大类,聚类结果与多年试验结果高度一致。结论甘蔗叶表蜡质含量的检测以采用氯仿浸提甘蔗+130s较适宜。野生材料叶表蜡质含量明显高于栽培品系叶片较短的甘蔗叶表蜡质含量较高。关键词:甘蔗;叶表蜡质;农艺性状;耐寒性;相关性分析中图分类号:S566.1文献标志码:A文章编号:2095-1191201809-1712-10DetectionofepicuticularwaxonsugarcaneleavesanditscorrelationwithagronomiccharactersandstressresistanceXIANWuWANGLun-wangDENGYu-chiLIAOJiang-xiongTANFangJINGYanSugarcaneResearchInstituteGuangxiAcademyofAgriculturalSciences/GuangxiKeyLaboratoryofSugarcaneGeneticImprovement/KeyLaboratoryofGuangxiSugarcaneBiotechnologyandGeneticImprovementMinistryofAgricultureandRuralAffairsNanning530007ChinaAbstractObjectiveInordertoprovidereferenceforsugarcanevarietybreedingthesuitabledetectionmethodsforthedeterminationofepicuticularwaxonsugarcaneleaveswerescreendifferenceofleafepicuticularwaxbetweenwildresourcesandsugarcanecultivatedlinesvarietieswasresearchedandrelationshipbetweenleafepicuticularwaxandagronomiccharactersaswellasstressresistancewasalsoanalyzed.MethodTheepicuticularwaxonsugarcaneleavesatdifferentextractiontimesandsamplingsiteswasdeterminedbyusing39wildresourcesand12sugarcanecultivatedlinesvarietiesastestmaterials.Thecorrelationanalysisandclusteranalysiswerecarriedoutincombinationwithagronomiccharactersyieldsucrosecontentandresistanceindexes.ResultTheextractedwaxby30swithchloroformwasnotsignificantlydifferentfromothertreatmentsP>0.05thesamebelow.Therewasnosignificantdifferenceinthecontentofleafepicuticularwaxamongthreedifferentleavepositionsofthesamesugarcanelinesvarieties.Therewassignificantdifferencesinthecontentofleafepicuticularwaxon+1leavesbetweendifferentsugarcanelinesvarietiesP<0.05thesamebelow.Thereweresignificantdifferencesinleafepicuticularwaxcontentamongthe39wildsugarcaneresources.Saccharumspontaneum92_3exhibitedthemaximumleafepicuticularwaxcontent18.8mg/gwhileS.spontaneum87_6showedtheminimumleafepicuticularwaxcontent8.3mg/g.ThetestedlinesvarietiesGT08-223andGT08-68hadthemaximumleafepicuticularwaxcontentswhichwereboth8.1mg/gandGT08-13hadtheminimumleafepicuticular收稿日期:2018-04-08基金项目:国家甘蔗产业技术体系建设专项项目CARS-170105广西科学研究与技术开发计划项目桂科攻1598006-1-1A广西创新驱动发展专项资金项目桂科AA17202025-5广西科技计划项目桂科AB16380177作者简介:贤武1971-副研究员,主要从事甘蔗育种研究工作,E-mailxw0615@163.com
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贤武等:甘蔗叶表蜡质检测及其与农艺性状和抗逆性的相关性分析·1713·waxcontentwhichwas3.9mg/g.Theplantheightandothertraitsweresignificantlydifferentamongdifferentsugarcanepopulations.AmongthetestedlinesvarietiesGT08-120hadthehighestcaneyieldofratoonROC22GT08-13GT08-223andGT08-68wereresistanttopokkahboengandGT08-56GT08-120andGT08-68werecoldresistant.TheresultsofcorrelationanalysisshowedthattheleaflengthofsugarcanehadsignificantorextremeP<0.01negativecorrelationwiththecontentofleafepicuticularwaxindifferentsugarcanematerials.Clusteranalysisdivideddifferentsugarcanematerialsintotwocategoriesandtheclusteringresultswerehighlyconsistentwiththemulti-yeartestresults.ConclusionTheproperdetectionofleafepicuticularwaxonsugarcaneisusing+1leavesbychloroformextractionfor30s.Thecontentofleafepicuticularwaxofwildsugarcanematerialsishigherthanthatofcultivatedlinesvarietiesandthecontentofleafepicuticularwaxofsugarcanewithshortleavesishigh.Keywordssugarcaneleafepicuticularwaxagronomiccharactercoldresistancecorrelationanalysis0引言研究意义植物表皮蜡质是覆盖在植物最外层的不溶于水而溶于有机溶剂的一类有机混合物的总称。角质层是覆盖在陆生植物地上部分最表层的保护层,由角质和蜡质组成。角质层实质为网状结构,填充在角质层网状结构内的蜡层被称为内蜡质层;在角质层外又形成只有蜡质成分的结构,为外蜡质层。外角质层蜡质组成了植物与外部环境之间的屏障,在植物生长发育、适应外界环境方面起重要作用。植物表皮蜡质不仅能防止植物体内水分散失,提高叶片水分利用率(黄玲等,2003张海禄等,2012还能抵抗多种生物和非生物侵害,如真菌、菌、昆虫、光线及低温伤害等李魏强等,2006顾俊等,2007王美芳等,2009宋超等,2011魏晓雪等,2015。叶表蜡质检测相对于其他生理生化指标检测稳定且易于大批量检测,具有简单、易行的优点。研究甘蔗叶表蜡质与蔗叶性状、蔗糖分、产量及抗逆性的关系,可为辅助甘蔗新品种选育提供参考。人研究进展植物蜡质研究始于20世纪50年代,半个多世纪以来各国科学家借助各种先进的科学手段和研究理念对植物蜡质的结构、成分和功能进行深入研究,并取得了丰硕成果。黄玲等2003研究认为,在干旱条件下,灌浆后期小麦叶片蜡质含量与产量呈显著正相关。韦存虚等2004研究发现,星星草的叶表蜡质包含盐离子,且有泌盐功能。周玲艳等2012研究表明,8低温处理下水稻幼苗叶角质层蜡质的积累明显增加,40高温处理下叶角质层蜡质覆盖量略有下降;逆境处理下水稻蜡质合成相关基因OsGL1的表达量与水稻幼苗叶角质层蜡质的积累存在相关性。左示敏等2014研究发现,5份不同抗感纹枯病的小麦品种叶片蜡质含量差异不显著,与病级均呈负相关。宋玉伟和杨伟林2016究认为,在干旱处理条件下,抗旱性不同的两个玉米品种叶表的蜡质含量均明显高于正常条件下的蜡质含量,且在正常和干旱条件下抗旱较强的品种蜡质含量较高。徐文等2016研究认为,蜡质能提高小麦的抗旱性,旗叶蜡质含量可作为抗旱小麦品种的筛选指标。罗文巧等2017利用气相色谱技术对小麦各器官蜡质组分进行鉴定,并通过扫描电镜观察其蜡质晶体结构,发现小麦不同器官表皮的蜡质成分和比例及蜡质晶体的片状结构不同。本研究切入利用有机溶剂检测叶表蜡质经济、快捷,但不同植物叶表蜡质的提取时间、取样部位要求不同。甘蔗栽培种抗逆基因来源于野生资源,目前尚无针对甘蔗野生材料和栽培品种的叶表蜡质与其农艺性状、抗逆性及产量关系的研究。拟解决的关键问题39份甘蔗野生材料和12份甘蔗栽培品系为试验材料,通过比较采样部位、提取时间,筛选适宜的甘蔗叶表蜡质检测方法;结合栽培品系多年试验结果进行相关分析和聚类分析,探讨甘蔗叶表蜡质与农艺性状和抗逆性的关系,以期为辅助甘蔗新品种选育提供参考。1材料与方法1.1试验材料参试材料为广西农业科学院甘蔗研究所野生资源圃中保存的部分野生资源、11份甘蔗优良品系及对照新台糖22ROC22。野生资源包括38份割手密和1份芒百色。参试品系是从2008年家系试300多个组合2万多实生苗中历经7年时间选育的常规育种优良品系,种植于广西农业科学院甘蔗研究所隆安丁当基地。1.2试验方法2014318日在丁当基地开展品种比较试验。6行区,行长7.0m行距1.2m随机区组排列,3次重复,20153月砍收后保留宿根。20155822日分8批次采集39份甘蔗野生材料,每份野生材料采集10株,测量株高、茎径、单茎重、叶长和叶宽,汁机榨取10株茎杆汁液,用手持锤度仪测量锤度,+1叶检测叶表蜡质。2016622日调查宿根品比试验苗茎数,分别于7月和9月调查梢腐病,89
·1714·49进行甘蔗栽培品系的叶表蜡质提取试验。20161015日调查宿根品比试验的有效茎数,1028日每个小区分别连续调查15株甘蔗的株高、茎径;1216日每小区采5株甘蔗共15株,采用LI3000A叶面积仪测量+1叶叶面积、叶长和叶宽,1217日测定叶表蜡质及叶片干、鲜重;201722526日砍收、产。201831日进行寒害调查。1.3测定项目及方法1.3.1甘蔗叶表蜡质含量测定参照黄玲等2003的方法,用氯仿提取甘蔗叶表蜡质,浸提时间分别为30s2min5min10min20min每处理3次重复。浸提后把溶液过滤到已知重量的烧杯中,在通风橱中待氯仿完全挥发,再次称重,减去烧杯重量,即为蜡质总含量。样叶放入105烘箱中杀青15min然后80烘至恒重测得干物质含量,计算单位干重叶片的蜡质含量。不同叶位蜡质含量测定:2016916日于丁当基地分别采集ROC22GT08-120GT08-563品系+1+2+3叶各3片,湿毛巾包裹带回实验室进行不同叶位叶表蜡质含量的测定,浸提时间30s1.3.2梢腐病定级及病情指数计算分别于201677日和910日调查梢腐病发病情况,5级记录。1级轻度,发病株仅1片新叶基部褪绿、黄化或变白;2级中度,发病株2~3张叶基部褪绿、变白,叶基部变窄;3级重度,发病株3~4片叶基部褪绿、变白或有褐色条纹,叶基部变窄、撕裂;4级严重,病叶基部明显变窄、撕裂或残缺,心叶短小或扭曲,但未死亡;5级最严重,病株梢部无青叶,呈秃顶状或梢头腐烂。根据发病株数分别乘以相应发病级别,以总和表示病害程度,再除以调查株数计算病情指数,即病情指=病害程度/株数。1.3.3耐寒调查分级201831日进行寒害分级调查,每小区随机采10株甘蔗,调查平均绿叶数,并剖开蔗梢和蔗茎调查生长点和蔗茎受害程度。根据甘蔗受冻害情况分为5级,0级:绿叶4~6张,生长点未受影响,茎芽好;1级:绿叶4~5张,生长点受损后大部分恢复生长,茎芽尚好;2级:绿叶2~4张,生长点受损后部分恢复生长,茎芽尚好;3级:绿叶2~4张,长点受损后部分恢复生长,茎芽尚好,茎节出现变色;4级:生长点坏死,茎芽尚好。1.4统计分析采用Excel2007处理数据,应用DPS16.05进行Duncan多重比较,锤度、蔗糖分、梢腐病病情指数、害采用Spearman相关分析,其他性状采用Person关分析,数据标准化转换后进行系统聚类。2结果与分析2.1叶表蜡质提取试验结果2.1.1不同浸提时间对叶表蜡质测定的影响1可看出,氯仿浸提30s处理的蜡质含量与其他处理差异不显著P>0.05下同。从30s延长至5min叶表蜡质检出量随时间增加略微提高,浸提时间延长至10min叶表蜡质检出量反而降低,且显著低于25minP<0.05同)20min叶表蜡质检出量比浸提10min微增,但后两个处理浸出液明显变浑浊,有其他物质渗出,检测结果不可靠2tnetnocxagW/gm30s2min分钟5分钟min10min分钟20分钟min浸提时间Timeofextraction1不同浸提时间检测的叶表蜡质含量Fig.1Leafepicuticularwaxcontentatdifferentextractiontimes图柱上不同小写字母表示差异显著P<0.05。图3DifferentlowercaselettersonthebarrepresentedsignificantdifferenceP<0.05.ThesamewasappliedinFig.330s2min5min10min20min2不同浸提时间处理的叶表蜡质浸出液Fig.2Extractsofleafepicuticularwaxunderdifferentextrac-tiontimes2.1.2不同叶位对叶表蜡质测定的影响由图3可看出,同一甘蔗品系3个叶位间叶表蜡质含量差异不显著,ROC22GT08-120的叶表蜡质含量随叶位增加而减少;GT08-56的叶表蜡质含量随叶位增加呈略增趋势。不同甘蔗品系+1叶叶表蜡质含量差异显著,GT08-56+1叶叶表蜡质含量显著低于ROC22GT08-1203。说明甘蔗叶表蜡质检测取样以+1叶为宜。
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贤武等:甘蔗叶表蜡质检测及其与农艺性状和抗逆性的相关性分析·1715·        +1+2+3+1+2+3+1+2ROC22GT08-120GT08-56叶位Leafposition3不同叶位的叶表蜡质含量Fig.3Contentofleafepicuticularwaxatdifferentpositions1参试甘蔗野生材料的叶表蜡质含量及农艺性状表现Table1Leafepicuticularwaxcontentandagronomiccharacteroftestedwildsugarcaneresources甘蔗野生材料叶表蜡质含量mg/g株高cm茎径cm单茎重g叶长cm叶宽cm锤度WildsugarcaneLeafepicuticularPlantStalkSinglestalkLeafLeaf%resourcewaxcontentheightdiameterweightlengthwidthBrix92_318.8±0.5a108.2±19.0defghijkl4.4±0.9fghijklmn16.6±8.1efghij59.9±12.9jklm1.1±0.2bcd10.0百色MangBaise16.6±0.3b162.4±37.1a4.6±0.6bcdefghijk27.4±9.6b54.0±14.0lm0.9±0.2efghijk12.52_515.7±0.5bc90.3±30.9jklmnop3.7±0.5klmnop9.5±6.8hijklm64.1±13.7jklm0.7±0.1lmno12.083_2514.7±0.2c91.2±12.4jklmnop3.9±0.6ijklmnop11.1±4.8ghijklm72.3±12.5hijk0.9±0.2efghijkl14.083_2113.4±0.9d136.8±32.0bc5.4±1.5bcd25.7±14.1bc77.5±12.6defghij1.1±0.2de11.085_4713.1±0.8de92.6±19.0jklmnop4.5±0.5defghijkl10.3±3.5hijklm83.5±16.1cdefgh1.0±0.2de12.087_113.0±0.3de51.5±11.5q4.3±1.7fghijklmno4.5±3.8m75.2±8.8efghijk0.7±0.1mno13.085_3013.0±1.1de83.6±10.9lmnop4.3±0.5fghijklmno10.2±3.7hijklm99.2±7.8bc0.8±0.1ghijklm12.585_3313.0±0.0de104.4±19.6efghijklmn4.9±0.4bcdefghi16.0±6.9fghijk74.5±11.9fghijk0.8±0.1jklmn15.092_412.9±0.7de104.0±17.7efghijklmn4.1±1.1hijklmnop12.5±4.6ghijklm47.7±14.3m0.5±0.1op12.085_2312.9±0.9def102.5±21.9fghijklmn4.5±1.0cdefghijkl15.4±8.0fghijk68.2±13.7ghijkl1.0±0.3defghi10.087_2312.7±0.3defg109.6±30.2defghijk3.4±0.5op10.6±4.9hijklm53.7±5.8lm0.9±0.2defghij15.038_312.4±1.4defgh142.5±15.1ab5.2±0.5bcdef27.1±4.8b92.9±18.1bcd1.0±0.2def12.092_912.4±0.7defghi142.6±24.2ab5.1±0.8bcdefg21.9±7.0bcdef64.1±17.1ijklm0.7±0.1klmn12.087_712.4±0.1defghi82.7±21.0mnop3.9±0.9jklmnop8.8±4.0ijklm66.4±14.8hijkl1.0±0.1defghi13.587_412.4±1.0defghi72.6±25.5opq3.3±0.5p6.2±3.6lm58.8±16.4klm0.6±0.2nop14.087_212.3±1.0defghi85.4±15.8klmnop4.1±0.4hijklmnop9.8±3.1hijklm76.7±11.5defghij0.7±0.1jklmn16.087_1012.3±1.1defghi105.4±17.3efghijklmn3.5±0.7lmnop9.5±4.0hijklm60.0±15.4jklm0.9±0.2efghijklm13.085_5312.3±0.4defghi95.0±21.1ijklmno4.1±0.8hijklmnop11.7±5.2ghijklm67.5±14.6ghijkl0.8±0.1jklmn7.083_2312.1±0.3defghij110.3±20.9defghij5.0±0.7bcdefgh18.8±5.0cdefg106.2±10.7ab1.1±0.2bcd12.087_3312.1±0.7defghij84.8±26.2lmnop3.9±0.8jklmnop9.7±7.7hijklm71.8±11.8ghijk0.9±0.1efghijkl11.583_1712.1±0.4defghij100.9±35.7ghijklmn5.3±0.9bcde19.0±11.4cdefg98.8±17.4bc0.9±0.2efghijklm12.0海南羊栏HainanYanglan11.9±1.0efghijk103.2±20.4fghijklmn3.9±0.4ijklmnop15.0±7.5fghijk98.4±5.9bc0.8±0.1ijklmn14.085_3111.6±0.8fghijk98.0±14.9hijklmn5.0±0.6bcdefgh15.2±4.9fghijk96.2±15.3bc1.1±0.2cde13.087_5111.5±1.1ghijk103.0±27.7fghijklmn4.4±0.6fghijklmn14.0±4.9fghijkl70.0±25.8ghijkl0.4±0.1p14.087_5411.5±0.7ghijk105.7±18.7efghijklm3.5±1.1mnop12.5±5.7ghijklm63.8±9.2ijklm0.7±0.2jklmn13.087_911.5±0.1ghijk122.6±35.3bcdefgh6.5±1.4a39.8±16.9a97.1±23.2bc1.3±0.5ab14.092_711.2±0.3hijkl69.4±24.9pq3.8±1.6klmnop8.4±4.7jklm82.9±30.3cdefgh1.0±0.4defgh14.087_3111.2±0.1hijkl127.8±26.6bcde4.2±1.0ghijklmno16.9±8.4defghi67.3±15.9ghijkl1.0±0.2defg14.087_2011.2±0.5hijkl80.7±12.9nop3.4±0.3nop7.7±2.3klm67.6±13.3ghijkl1.1±0.2bcd12.087_5111.1±0.4ijkl131.1±35.1bcd4.5±1.2bcdefghijk25.8±15.4bc96.7±19.3bc1.3±0.3abc12.083_2610.9±0.4jkl94.9±21.7ijklmno4.1±0.8ghijklmnop11.4±5.2ghijklm92.1±22.8bcd0.9±0.1efghijk10.085_3810.8±0.3jkl106.4±15.7efghijklm4.4±0.4efghijklm14.9±4.1fghijk84.0±16.8cdefg0.8±0.2hijklm12.585_1910.7±0.8kl113.3±9.7defghij4.8±1.0bcdefghij17.8±4.4defgh77.8±20.3defghi0.7±0.1klmn14.085_210.1±0.8lm126.6±21.7bcdef5.4±1.1bc26.7±11.9bc105.6±31.9ab1.0±0.3defgh11.08_109.2±0.6mn119.3±13.1bcdefghi5.5±0.8b24.6±6.2bcd89.6±3.0bcdef1.4±0.1a12.087_388.6±0.3n114.0±30.7cdefghij5.5±1.4b23.9±15.2bcde71.8±9.8ghijk0.7±0.2lmno14.085_18.4±0.4n124.3±18.0bcdefg5.0±0.6bcdefgh20.9±5.9bcdef114.8±19.3a0.8±0.1fghijklm10.087_68.3±0.9n71.7±14.2opq3.8±0.7jklmnop6.0±2.4lm91.4±13.4bcde0.9±0.1defghij11.0同列数据后不同小写字母表示差异显著P<0.05。表2和表3DifferentlowercaselettersinthesamecolumnrepresentedsignificantdifferenceP<0.05.ThesamewasappliedinTable2andTable3 mg/gWaxcontent+32.2参试野生材料的叶表蜡质含量、农艺性状及压榨汁锤度特点2.2.1叶表蜡质含量由表1可知,39份甘蔗野生材料间叶表蜡质含量差异显著,其中割手密92_3表蜡质含量最高,18.8mg/g其次为芒百色手密2_583_25其叶表蜡质含量分别为16.615.714.7mg/g叶表蜡质含量较低的是割手密87_685_187_38分别为8.38.48.6mg/g2.2.2农艺性状及压榨汁锤度甘蔗野生材料种植在水泥圈中,宿根多年,群体间株高等性状差异明显。由表1可知,参试野生材料中芒百色的株高最高,162.4cm其次是割手密92_938_3株高分
·1716·49别为142.6142.5cm割手密87_1株高最矮,51.5cm。割手密87_9的茎径最粗,6.5cm割手密87_4的茎径最细,3.3cm。割手密87_9的单茎最重,39.8g其次是芒(百色)单茎重为27.4g割手密87_1的单茎最轻,4.5g。割手密85_1的叶片最长,114.8cm其次是割手密83_2385_2叶长分别106.2105.6cm割手密92_4的叶片最短,47.7cm。割手密8_10的叶片最宽,1.4cm割手密87_51的叶片最窄,0.4cm。割手密87_285_3387_23的蔗汁锤度较高,均达15.0%以上;割手密85_53的蔗汁锤度最低,7.0%2.3参试甘蔗栽培品系的叶表蜡质含量、农艺性状及平均蔗糖分2.3.1叶表蜡质含量由表2可看出,12个参试品(种)中,GT08-223GT08-68的叶表蜡质含量最高,均为8.1mg/g显著高于其他参试材料,GT08-13的叶表蜡质含量最低,3.9mg/g2.3.2农艺性状及平均蔗糖分由表2可知,参试品系ROC22GT08-236GT08-120GT08-158的株高较高,显著高于除GT08-49外的其他品系;GT08-68ROC22GT08-158GT08-223茎径较粗,显著大GT08-13GT08-112GT08-272GT08-121的叶片最长,168.5cmGT08-223的叶长最短,129.3cmGT08-56GT08-236GT08-120GT08-223的叶片较宽,叶宽为5.7~6.0cmGT08-272的叶片最窄,叶宽仅3.9cmGT08-56的叶面积最大,382.0cm2GT08-272的叶面积最小,250.7cm2GT08-223GT08-68的叶片水含率较高,分别为69.6%68.9%GT08-272的叶片水含率最低,62.4%。参试材料历年平均蔗糖分超过15.0%的品系只有GT08-272GT08-121GT08-158GT08-120GT08-56GT08-223GT08-112的蔗糖分均超过14.0%GT08-49的蔗糖分与对照ROC22相当,GT08-68的蔗糖分低于对照ROC222参试甘蔗栽培品系的叶表蜡质含量、农艺性状及平均蔗糖分Table2Leafepicaticularwaxcontentagronomiccharacterandaveragesucrosecontentoftestedsugarcanelinesvarieties参试品系叶表蜡质含量mg/gTestedlineLeafepicuticularvarietywaxcontentGT08-2238.1±0.4aGT08-688.1±0.1aGT08-566.1±0.2bGT08-1205.9±0.4bGT08-1585.2±0.2cGT08-2365.1±0.2cROC225.0±0.2cGT08-1214.8±0.3cGT08-494.8±0.3cGT08-2724.7±0.5cGT08-1124.2±0.2dGT08-133.9±0.1d株高cmPlantheight284.5±4.9c276.7±8.3cd286.3±18.1c321.4±13.3a314.8±3.5a326.5±10.1a333.5±4.4a261.1±3.8d312.2±7.4ab293.6±1.6bc291.5±24.1bc279.4±11.9cd茎径cmStalkdiameter27.4±0.1ab29.1±1.0a26.8±0.7bc26.5±1.1bc27.5±1.5ab26.6±1.6bc27.7±1.5ab26.3±0.9bc26.7±0.7bc24.2±1.2d24.8±1.0cd24.9±0.3cd叶长cmLeaflength129.3±12.6d148.7±11.0bc155.6±4.7abc146.5±13.6c167.7±12.2ab167.5±30.2ab156.6±9.7abc168.5±26.5a156.2±9.6abc151.8±5.4abc161.8±7.9abc154.0±8.9abc叶宽cm叶面积叶片水含率%平均蔗糖分%2LeafcmLeafwaterAveragesucrosewidthLeafareacontentcontent5.7±0.2ab280.0±33.3ef69.614.45.5±0.4b345.9±36.3ab68.913.36.0±0.2a382.0±24.5a67.614.35.7±0.4ab324.8±43.6bcd66.214.44.6±0.2e321.2±17.9bcd66.014.65.8±0.2ab344.1±22.8ab65.713.74.9±0.3cd334.2±27.0bc66.813.55.1±0.4c292.7±41.6de66.214.84.7±0.2de315.6±21.7bcde66.413.53.9±0.3f250.7±26.8f62.415.25.1±0.2c347.7±30.0ab66.914.34.4±0.3e297.0±26.7cde68.313.62.4参试品系的宿根蔗产量和抗逆表现由表3可看出,宿根蔗产量超过对照ROC22品系有GT08-120GT08-236GT08-56其中GT08-120的宿根蔗产量最高,显著高于其他品系3参试品系宿根蔗产量单茎重及抗逆表现Table3Caneyieldofratoonsinglestalkweightandresistanceoftestedlinesvarieties参试品系TestedlinevarietyGT08-223GT08-68GT08-56GT08-120GT08-158GT08-236ROC22GT08-121GT08-49GT08-272GT08-112GT08-13宿根蔗产量t/haCaneyieldofratoon85.9±0.0cde84.6±1.2de97.3±12.1bc109.9±4.2a78.8±6.5e99.0±6.3b92.1±9.7bcd91.6±6.0bcd86.3±0.2cde91.2±6.0bcd91.6±6.0bcd92.1±8.7bcd单茎重kgSinglestalkweight1.35±0.02b1.41±0.10b1.27±0.11bc1.30±0.14bc1.09±0.23cd1.37±0.16b1.65±0.15a1.27±0.09bc1.34±0.03b1.22±0.09bc0.97±0.12d1.08±0.13cd7月梢腐病病指PokkahboengdiseaseindexofJuly0.040.040.170.070.170.070.020.090.180.090.070.039月梢腐病病指PokkahboengdiseaseindexofSeptember000.050.010.1900.010.020.130.010.020寒害分级Coldinjurydegree2.01.00.01.03.72.72.73.03.53.32.73.2
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贤武等:甘蔗叶表蜡质检测及其与农艺性状和抗逆性的相关性分析·1717·7月是梢腐病发病高峰期,9月的病情指数可反映品系后期恢复能力。ROC22GT08-13GT08-223GT08-68的病情指数较低,较抗梢腐病。参试品系GT08-56受霜冻影响最小,甘蔗保持有4~6绿叶,生长点未受影响,茎芽好,寒害级别为0级;GT08-120GT08-68次之,甘蔗保持平均5片绿叶,分生长点坏死,部分生长点受损后恢复生长,茎芽尚好,寒害级别为1级。GT08-158受霜冻影响最大,3.5片绿叶,生长点坏死,茎芽尚好,部分蔗茎下部出现变色,寒害级别最高342.5叶表蜡质含量与农艺性状的相关性及其与抗逆表现的关系由表4和表5可知,甘蔗野生材料叶表蜡质含量与叶长呈极显著负相关P<0.01下同与其他农艺性状指标间的相关性不显著。参试甘蔗品系叶表蜡质含量与叶长呈显著负相关,与叶宽呈显著正相关,与茎径呈极显著正相关,与寒害级别呈显著负相关,与其他性状间的相关性未达显著水平。叶部Leaf生长点Growingpoint茎部StalkGT08-56GT08-120GT08-68GT08-1584参试品系GT08-56GT08-120GT08-68GT08-158的耐寒表现Fig.4ColdresistanceperformancesofGT08-56GT08-120GT08-68andGT08-1582.6不同类型甘蔗材料的聚类分析结果分别对39份参试甘蔗野生材料的9个性状和12个参试品系13个性状进行标准化转换后,据欧氏距离、离差平方和法进行系统聚类,绘制聚类树状图(图5和图6。由图5可看出,在遗传距离为9.90~22.50处可将参试甘蔗野生材料分成两大类,一类包含10份割手密,其叶表蜡质含量较低,叶片较长,茎径较粗,锤度较低;第二类包含芒百色及海南羊栏等28份割手密,其叶表蜡质含量较高,叶片较短,锤度较高。由图6可看出,在遗传距离为7.40~10.50处可将12个参试材料分成两大类,第一类为综合表现较好
·1718·494甘蔗野生材料叶表蜡质含量与农艺性状的相关系数Table4Correlationcoefficientamongleafepicuticularwaxcontentandagronomiccharactersofwildsugarcaneresources因子Factor单茎重Singlestalkweight叶宽Leafwidth叶长Leaflength茎径Stalkdiameter株高Plantheight锤度Brix相关系数Correlationcoefficient-0.09-0.04-0.49**-0.200.060.03272GT08-112GT08-13主要表现为产量较低、表蜡质含量低、抗逆性较差。5参试品系叶表蜡质含量与各性状间的相关系数Table5Correlationcoefficientbetweenleafepicuticularwaxcontentandalltraitsoftestedlinesvarieties因子Factor单茎重Singlestalkweight叶长Leaflength叶宽Leafwidth叶面积Leafarea株高Plantheight茎径Stalkdiameter宿根产量Caneyieldofratoon叶片水含率Leafwatercontent寒害级别Coldinjurydegree蔗糖分Sucrosecontent7月梢腐病病指PokkahboengdiseaseindexofJuly9月梢腐病病指PokkahboengdiseaseindexofSeptember相关系数Correlationcoefficient0.41-0.68*0.59*0.12-0.200.72**-0.150.32-0.63*0.01-0.03-0.15*表示显著相关P<0.05**表示极显著相关P<0.01。表5*representedsignificantcorrelationP<0.05**representedextreme-lysignificantcorrelationP<0.01.ThesamewasappliedinTable56个品系(种)分别是ROC22GT08-223GT08-68GT08-56GT08-120GT08-236主要表现为高产、宿根性较好,叶表蜡质含量高,寒害级别较低、逆表现佳,叶片较宽短、叶片中部叶绿素含量较高;第二类包含GT08-158GT08-49GT08-121GT08-Maximumdistancebetweenclusters5甘蔗野生材料的聚类分析结果Fig.5Clusteringanalysisofwildsugarcaneresources3讨论提取植物表皮蜡质的关键是在有效提取植物表皮蜡质的同时避免细胞内其他成分的干扰,表皮蜡质提取的时间一般控制在几秒到几分钟。周小云2007用氯仿浸提30s10min的方法常温提取水稻叶片表皮蜡质后,从扫描电镜观察到叶片表面仍有蜡质晶体残留。本研究中,氯仿浸提时间从30s5min甘蔗叶表蜡质检出量随浸提时间延长而略微增加,但与浸提30s的结果差异并不显著,且浸提10min时,浸出液已明显变浑浊,说明10min或更长时间的浸提不适合甘蔗叶表蜡质的检测。在现有条件下,为避免细胞内其他可能含有的内酯类成分被提取出来,本研究中检测甘蔗叶表蜡质的浸提时间30s为宜。参考其他禾本科作物氯仿检测叶表蜡
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贤武等:甘蔗叶表蜡质检测及其与农艺性状和抗逆性的相关性分析·1719·MaximumdistancebetweenclustersFig.66甘蔗栽培品系的聚类分析结果Clusteringanalysisoftestedsugarcanelinesvarieties质时间,如小麦15s王美芳等,200830s黄玲等,2003水稻6030s周小云等,2007大麦15s张海禄等,2012采用氯仿常温浸提30s提取甘蔗叶表蜡质的研究结果基本适用。本研究中,同一甘蔗品系3个叶位间叶表蜡质含量差异不显著,不同甘蔗品系+1叶叶表蜡质含量差异显著,此叶表蜡质检测取样以+1叶为宜。参试39份甘蔗野生材料中只有1个芒属植物芒百色其他均为割手密。割手密种是世界上重要的杂交材料,其生长势强,宿根性好,抗逆性强,-25严寒,抗病力强,是抗病基因的种源(彭绍光,1990。当前世界范围内种植的甘蔗栽培品种几乎均含有割手密的遗传成分,甘蔗栽培种中约10%的染色体来自于割手密齐永文等,2012。本研究采用同样的方法检测甘蔗栽培品系与甘蔗野生材料的叶表蜡质含量,发现甘蔗野生材料叶表蜡质含量最高为18.8mg/g最低为8.3mg/g90%的野生材料叶表蜡质含量超过10.0mg/g一半以上超过12.0mg/g12个栽培品系叶表蜡质含量最高为8.1mg/g最低仅3.9mg/g。由此看出甘蔗抗病基因种源的野生材料叶表蜡质含量明显高于甘蔗栽培品。相关性分析结果表明,甘蔗野生材料叶表蜡质含量与叶长呈极显著负相关,栽培品系表蜡质含量与叶长呈显著负相关。说明叶片较短的甘蔗材料叶表蜡质含量较高。甘蔗梢腐病是甘蔗生长中期常见的真菌性病害,蔗田高温高湿、久旱遇雨或灌水过多时易发病,近年来梢腐病在华南蔗区的发生逐年加重,对甘蔗产量和品质影响明显。201614月隆安丁当基地降雨极少,春旱严重,后期则高温多雨,试验区梢腐病发病较往年严重。参试品系GT08-223GT08-68抗梢腐病表现较好,病情指数较低,二者叶表蜡质含量最高;GT08-49GT08-158感梢腐病较重,病情指数较高,叶表蜡质含量属中等水平。相关性分析结果表明,参试品系梢腐病病情指数与叶表蜡质呈负相关,但相关性不显著。本研究结果与左示敏2014小麦叶片蜡质与病级均呈负相关的结果相似。原因可能是叶表蜡质为疏水层,不利于病菌停滞,从而可有效减少病菌侵染,植物表面蜡质影响附着胞和孢子的形成,蜡质的某些组分对病原菌还会有抑制作用,蜡质含量较多的植物对病原菌的抵抗作用较强。甘蔗梢腐病菌的分生孢子随气流传播,落到梢头心叶上,萌发侵入幼嫩叶基部,侵入生长点附近的蔗茎,随后病部产生分生孢子,重复侵染。甘蔗梢腐病菌分生孢子入侵部位是幼嫩组织器官,叶片出现症状以前,病菌分生孢子已入侵幼嫩的组织。本研究中采集的是甘蔗+1叶,并未涉及更幼嫩-1叶和-2叶。因此甘蔗叶表皮蜡质含量与梢腐病的关系还需进一步研究探讨。叶表蜡质能防止叶表水分散失,有利于植物组
·1720·49织细胞抵御低温伤害。周玲艳等2012研究表明,低温处理下水稻幼苗叶角质层蜡质的积累明显增加。高建花等2016研究表明,多数野生草本植物的叶表皮蜡质含量到冬季时有所增加。本研究中叶表蜡质检测与寒害级别调查分别在第23年宿根试验时进行,受霜冻影响之前甘蔗均处于宿根蔗成熟期,甘蔗生长发育时间相对一致,叶表蜡质含量具有一定可参比性。201712月中旬、20181月下旬至2月下旬,广西遭受两次长时间的低温霜冻袭击,二轮寒流袭击严重影响了丁当基地的甘蔗生长,多甘蔗叶片发白枯萎,部分甘蔗生长点冻死、侧芽萌发,GT08-56的耐寒性表现优异,生长点未受影响,寒害级别为0级,品系GT08-120表现次之。在2018131日的广西区试检查中,河池点受低温霜冻影响最严重,2017年度预备试验田地势较低洼,GT08-56GT08-370两个预试品系仍有7~8张绿叶外,其他23个甘蔗品系叶片大部分枯白。GT08-120在河池点耐寒表现也较优异,并且在第二次寒潮1个月后调查发现,GT08-120仍保持4~5张绿叶,片出现少量枯白和白斑,生长点受损后大部分恢复生长。GT08-56GT08-120在本试验点和广西河池区试点的耐寒表现一致。参试品系GT08-56GT08-120GT08-68叶表蜡质含量较高,三者受霜冻影响最小,相关性分析结果也表明寒害级别与叶表蜡质含量呈显著负相关。该结果与周玲艳等2012建花等2016的研究结果相似。综合品种多点表现,均表明甘蔗叶表蜡质含量高的材料耐寒性较强。参试材料从杂交至今历经10年时间选育,其中GT08-120GT08-56GT08-272已先后进入广西区域试验。GT08-120GT08-56是参试材料中综合性状最好的两个品系,高产、高糖、宿根性好,黑穗病发病率低,新、老蔗叶极少病斑。GT08-272早熟高糖,平均蔗糖分15.37%但产量性状略次。产量、蔗糖分综合性状较优的GT08-236因较高的黑穗病发病率GT08-56GT08-120先自成一类,再与ROC22GT08-236GT08-223GT08-684个叶表蜡质含量较高的品系聚成一大类,总体表现为产量较高、叶片较短、耐寒性表现较好。聚类分析结果与多年试验结果高度一致。本研究仅对宿根蔗成熟期的叶表蜡质含量进行了研究,而未对甘蔗叶表蜡质不同生长期变化及受霜冻影响前、后叶表蜡质含量的变化做进一步检测,研究不够系统和全面,同时,甘蔗蜡质组分、蜡质晶体结构及蜡质在角质层上的分布规律、化学组成等也有待更深入的研究分析。4结论甘蔗叶表蜡质的检测以采用氯仿浸提甘蔗+130s较适宜。甘蔗叶表蜡质含量在不同材料和品间存在显著差异,野生材料叶表蜡质含量明显高于栽培品系叶片较短的甘蔗叶表蜡质含量较高。叶表蜡质含量与抗逆性存在一定关系,表蜡质含量高的材料可能受霜冻影响较小。参考文献:高建花,和玉吉,郭娜,郭彦军.2016.重庆地区野生草本植物叶表皮蜡质的季节性变化J.草业学报,251134-143.GaoJHHeYJGuoNGuoYJ.2016.SeasonalvariationsofleafcuticularwarinherbswidelydistributedinChongqingJ.ActaPrataculturaeSinica251134-143.顾俊,王飞,张鹏,胡梁斌,徐朗莱.2007.植物叶表皮蜡质的生物学功能J.江苏农业学报,232144-148.GuJWangFZhangPHuLBXuLL.2007.BiologicalfunctionofepicuticularwaxJ.JiangsuJournalofAgri-culturalSciences232144-148.黄玲,张正斌,崔玉婷,刘孟雨,柴守玺,陈兆波.2003.小麦叶片蜡质含量与水分利用效率和产量的关系J.麦类作物学报,23341-44.HuangLZhangZBCuiYTLiuMYChaiSXChenZB.2003.Relationshipbe-tweenwaxcontentandwateruseefficiencyofleafandyieldinwheatJ.JournalofTriticeaeCrope23341-44.李魏强,张正斌,李景娟.2006.植物表皮蜡质与抗旱及其分子生物学J.植物生理与分子生物学学报,325505-512.LiWQZhangZBLiJJ.2006.Plantepicuticu-larwaxanddroughtresistanceaswellasitsmolecularbiologyJ.JournalofPlantPhysiologyandMolecularBio-logy325505-512.罗文巧,吴洪启,赵帅,汪勇,赵璟琛,王中华.2017.小麦品系CP9811不同器官表皮蜡质组分和蜡质晶体结构的差异分析J.西北植物学报,373495-500.LuoWQWuHQZhaoSWangYZhaoJCWangZH.2017.Analysisofctticularwarcomponentsandcrystalstruc-turesindifferentorgansofwheatlineCP9811J.ActaBotanicaBoreali-OccidentaliaSinica373495-500.彭绍光.1990.甘蔗育种学M.北京:农业出版社.PengSG.1990.SugarcaneBreedingM.BeijingAgriculturePress.齐永文,邓海华,李奇伟.2012.我国大陆甘蔗种质资源利用进展J.作物研究,265443-446.QiYWDengHHLiQW.2012.Advanceinutilizationofsugarcane
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