云瑞系列甘蔗品种(系)主要品质性状相关和通径分析

2024-07-04 10:02| 来源: 网络整理| 查看: 265

品质指标是重要的经济性状，也是衡量甘蔗品种优劣的重要标准，直接影响产糖量[1]。甘蔗品质指标主要包括蔗汁蔗糖分、蔗汁锤度、重力纯度、简纯度和还原糖等，其检测步骤多、计算繁琐，且受遗传特性、生理代谢基础、环境以及所选样本等多种因素的影响。因此，探讨品质指标间的相互关系，对指导甘蔗品质检测和品质改良意义重大。

甘蔗产量和糖分属于数量性状，其遗传变异由多基因控制，且受环境因素的高度影响，因此对表现型进行直接选择存在较大误差，选择效率低[2-3]。而借助数学分析手段，找出影响甘蔗品质的主要指标，是提高选择效率的有效手段。目前，有关甘蔗品质指标间的相互关系及其对目标品质指标的相对重要性已见报道[4-12]。本文以20份云瑞14系列品种(系)为材料，采用简单相关、通径分析及因子分析等方法，探讨蔗汁锤度、还原糖、重力纯度和甘蔗纤维分等品质指标间的相互关系，并利用因子分析法筛选出影响甘蔗品质指标的主因子, 以期指导甘蔗品质检测和品种糖分改良。

1 材料与方法 1.1 试验材料

供试材料为种植在云南省农业科学研究院甘蔗研究所瑞丽育种站陇川县弄门试验基地的20份云瑞14系列新品种(系)：云瑞14-664、云瑞14-526、云瑞14-599、云瑞14-636、云瑞14-645、云瑞14-658、云瑞14-662、云瑞14-670、云瑞14-692、云瑞14-691、云瑞14-569、云瑞14-539、云瑞14-581、云瑞14-626、云瑞14-565、云瑞14-657、云瑞14-570、云瑞14-663、云瑞14-528、云瑞14-563。

1.2 试验方法

2016年11月中旬至2017年1月中旬(即2016年11月23日、24日，2016年12月21日、22日，2017年1月24日、25日，共分3期处理)，选取无病害且具有代表性的供试蔗茎样本3份。每个品种(系)取5条甘蔗(主茎3条、分蘖2条)，用X9Z148×160甘蔗压榨机压榨取蔗汁进行检测。

甘蔗样品按照甘蔗制糖化学管理分析方法进行预处理[13]，蔗汁纯度、蔗汁蔗糖分等指标利用自动旋光仪(ADS220)测定，蔗汁锤度和蒸煮液锤度采用WYA-2S数字阿贝折射仪测定，蔗汁重力纯度、甘蔗纤维分和甘蔗蔗糖分等指标采用云南省农业科学研究院甘蔗研究所开发的甘蔗品质分析系统软件计算。测定指标分别为：出汁率(X1)、蔗汁锤度(X2)、简纯度(X3)、蔗汁蔗糖分(X4)、重力纯度(X5)、还原糖(X6)、甘蔗产糖量(X7)及甘蔗纤维分(X8)、甘蔗蔗糖分(X9)。以3期甘蔗品质性状分析数据的平均值为各甘蔗品质性状数据。

蔗汁蔗糖重=蔗汁重×蔗汁蔗糖分；蔗渣蔗糖重=蔗渣重×蔗渣糖度(转光度)；甘蔗产糖量=蔗汁蔗糖重+蔗渣蔗糖重。

1.3 统计与分析

采用Microsoft Excel 2007和DPS 9.50软件[14]进行数据分析。

2 结果与分析 2.1 参试品种(系)主要品质性状指标分析

云瑞系列品种(系)主要品质性状指标见表 1。各参试品种(系)甘蔗蔗糖分平均值为12.77%~15.45%，平均甘蔗蔗糖分为14.07%，变异系数为0.13%；蔗汁锤度平均值为15.66%~20.77%，平均蔗汁锤度为17.96%，变异系数为9.30%；蔗汁蔗糖分平均值为14.50%~17.70%，平均蔗汁蔗糖分为16.32%，变异系数为5.98%；11月份蔗糖分平均值为9.98%~14.41%，平均11月份蔗糖分为12.07%，变异系数为5.73%；11月份重力纯度平均值为71.81%~84.69%，平均11月份重力纯度为78.64%，变异系数为0.05%。还原糖、甘蔗产糖量、甘蔗纤维分变异系数分别为41.41%、23.75%和16.75%。

表 1 供试品种主要品质性状 Table 1 Major quality indexes of sugarcane varieties (lines) tested 品种出汁率蔗汁锤度简纯度蔗汁蔗糖分重力纯度还原糖甘蔗产糖量甘蔗纤维分甘蔗蔗糖分 11月份蔗糖分 11月份重力纯度 % % % % % % kg % % % % 云瑞14-664 72.93 19.52 86.77 17.32 86.79 0.41 1.45 8.11 15.05 13.45 82.04 云瑞14-526 71.23 18.09 81.05 14.73 80.95 0.49 0.94 8.20 12.77 10.97 76.08 云瑞14-599 71.43 19.87 84.94 16.78 84.43 0.45 1.27 9.37 14.39 13.89 80.25 云瑞14-636 72.39 18.07 80.28 14.63 80.61 0.79 1.47 7.59 12.81 11.16 76.09 云瑞14-645 74.19 19.31 84.06 16.23 84.04 0.55 1.17 5.88 14.51 13.81 82.16 云瑞14-658 70.71 18.54 83.91 16.24 84.51 0.60 1.50 9.24 13.85 12.28 79.01 云瑞14-662 70.07 20.37 85.42 17.41 85.40 0.50 1.67 9.88 14.68 13.82 83.69 云瑞14-670 67.65 20.77 85.25 17.70 85.19 0.47 1.28 8.87 14.91 14.29 81.03 云瑞14-692 65.04 18.97 82.28 16.38 82.25 0.39 0.98 8.19 14.34 11.66 74.24 云瑞14-691 68.49 20.42 86.17 17.61 86.25 0.93 1.37 7.39 15.45 13.10 80.73 云瑞14-569 70.07 15.66 97.63 16.66 98.10 0.23 0.82 8.54 14.26 12.94 81.17 云瑞14-539 69.83 17.20 89.78 17.07 89.08 0.24 0.87 10.72 14.35 10.08 71.81 云瑞14-581 71.02 16.97 86.57 15.81 86.49 0.33 0.87 8.48 13.75 13.68 81.37 云瑞14-626 73.31 17.54 85.54 15.77 84.97 0.34 1.14 7.62 13.72 10.16 75.63 云瑞14-565 71.78 16.61 92.25 16.96 91.57 0.43 0.81 9.52 14.86 14.41 84.69 云瑞14-657 73.90 16.40 92.13 17.05 91.69 0.47 1.12 9.48 14.74 11.24 74.99 云瑞14-570 70.07 16.57 90.55 16.14 89.71 0.46 1.48 8.87 13.90 11.12 77.68 云瑞14-663 67.15 16.03 87.66 16.05 86.84 0.34 0.93 12.32 13.27 10.57 80.12 云瑞14-528 73.98 16.51 81.37 14.50 82.50 0.15 0.96 6.30 12.96 9.98 74.52 云瑞14-563 70.32 15.75 91.74 15.26 90.00 0.28 0.84 9.74 12.89 10.43 77.15 平均值 70.78 17.96 86.77 16.32 86.57 0.44 1.15 8.72 14.07 12.07 78.64 最大值 74.19 20.77 97.63 17.70 98.10 0.93 1.67 12.32 15.45 14.41 84.69 最小值 65.04 15.66 80.28 14.50 80.61 0.15 0.81 5.88 12.77 9.98 71.81 变异系数/% 3.41 9.30 5.12 5.98 4.86 41.41 23.75 16.75 5.73 0.13 0.05 表选项

参照桃联安等[8]、王贵华[9]、俞华先等[10]、梁子久[11]的研究结果，根据蔗糖分含量和重力纯度评价甘蔗成熟度：11月份蔗糖分13.0%~14.0%，重力纯度78%~86%为4级早熟高糖材料；11月份蔗糖分11.00%~12.99%，重力纯度72%~77.99%为3级成熟材料；其他为一般材料。由表 1可知，云瑞14-664、云瑞14-599、云瑞14-645、云瑞14-662、云瑞14-670、云瑞14-691、云瑞14-581、云瑞14-565等8个品种(系)11月份蔗糖分均>13%，且重力纯度均>80%，在陇川弄门基地表现为4级成熟的早熟高糖种，其中云瑞14-565、云瑞14-670 11月蔗糖分分别为14.41%、14.29%，为该蔗区特早熟高糖种；云瑞14-636、云瑞14-658、云瑞14-692、云瑞14-569、云瑞14-657、云瑞14-570等6个品种(系)11月份蔗糖分为11.00%~12.99%，属于3级成熟且糖分适中的品种(系)；云瑞14-526、云瑞14-539、云瑞14-626、云瑞14-663、云瑞14-528、云瑞14-563为晚熟且糖分一般的品种(系)。

从变异系数上看，还原糖、甘蔗产糖量和纤维分的变异系数较高(均>10%)，说明这3个性状具有较丰富的遗传变异，选择范围广；出汁率、蔗汁锤度、简纯度、蔗汁蔗糖分、重力纯度和甘蔗蔗糖分的变异系数较低，说明蔗糖分、成熟度差异不大。

2.2 参试品种(系)品质性状间的相关分析

从表 2可以看出，出汁率(X1)与甘蔗纤维分(X8)呈显著负相关，与其他指标之间未见显著相关性；蔗汁锤度(X2)与简纯度(X3)、重力纯度(X5)呈显著负相关，与蔗汁蔗糖分(X4)和甘蔗蔗糖分(X9)呈显著正相关，与还原糖(X6)、甘蔗产糖量(X7)呈极显著正相关；简纯度(X3)与重力纯度(X5)呈极显著正相关；蔗汁蔗糖分(X4)与甘蔗蔗糖分(X9)呈极显著正相关；还原糖(X6)与甘蔗产糖量(X7)呈极显著正相关。

表 2 供试品种主要品质性状指标相关分析1) Table 2 Correlation analysis of major quality indexes of sugarcane tested 性状指标 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X1 1.000 X2 -0.174 1.000 X3 -0.036 -0.541* 1.000 X4 -0.301 0.476* 0.399 1.000 X5 -0.012 -0.529* 0.991** 0.405 1.000 X6 -0.053 0.574** -0.349 0.189 -0.344 1.000 X7 0.077 0.649** -0.360 0.277 -0.342 0.629** 1.000 X8 -0.459* -0.272 0.427 0.293 0.367 -0.237 -0.149 1.000 X9 -0.136 0.528* 0.300 0.941** 0.323 0.278 0.282 -0.004 1.000 1)*、**分别表示差异达0.05、0.01显著水平；X1~X9分别为：出汁率、蔗汁锤度、简纯度、蔗汁蔗糖分、重力纯度、还原糖、甘蔗产糖量、甘蔗纤维分、甘蔗蔗糖分。表选项

综上所述，甘蔗蔗糖分受蔗汁锤度和蔗汁蔗糖分2个指标影响显著，受甘蔗纤维分、重力纯度和还原糖的影响不大，且甘蔗纤维分含量直接影响甘蔗压榨的难易程度。

2.3 参试品种(系)品质性状间的通径分析

甘蔗蔗糖分与其他品质性状指标间的相关和通径分析结果见表 3。甘蔗蔗糖分与蔗汁锤度(X2)呈显著正相关，与蔗汁蔗糖分(X4)呈极显著正相关，与其他品质性状指标关系不显著。出汁率(X1)、简纯度(X3)、蔗汁蔗糖分(X4)、还原糖(X6)对甘蔗蔗糖分具有正效应，其直接效应值大小依次为：蔗汁蔗糖分(X4)>还原糖(X6)>简纯度(X3)>出汁率(X1)，其中蔗汁蔗糖分(X4)对甘蔗蔗糖分的直接效应值(1.296 6)最大；蔗汁锤度(X2)、重力纯度(X5)、甘蔗产糖量(X7)、甘蔗纤维分(X8)对甘蔗蔗糖分具有负效应。效应净值大小依次为：蔗汁蔗糖分(X4)>蔗汁锤度(X2)>重力纯度(X5)>简纯度(X3)>甘蔗产糖量(X7)>还原糖(X6)，其中蔗汁蔗糖分(X4)的效应净值最大(0.941 0)。

表 3 甘蔗蔗糖分与其他品质性状指标间的通径分析1) Table 3 Path analysis between sugarcane sugar content and other quality indexes 品质指标相关系数直接效应值间接效应值效应净值 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 总和 X1 -0.136 0.048 1 0.052 7 -0.001 9 -0.389 9 0.003 3 -0.004 8 -0.005 4 0.162 0 -0.184 0 -0.135 9 X2 0.528* -0.302 9 -0.008 4 -0.028 6 0.617 8 0.146 8 0.052 7 -0.045 6 0.096 1 0.830 8 0.527 9 X3 0.300 0.052 9 -0.001 7 0.163 9 0.517 6 -0.274 9 -0.032 1 0.025 3 -0.150 7 0.247 4 0.300 3 X4 0.941** 1.296 6 -0.014 5 -0.144 3 0.021 1 -0.112 4 0.017 4 -0.019 5 -0.103 4 -0.355 6 0.941 0 X5 0.323 -0.277 3 -0.000 6 0.160 3 0.052 4 0.525 4 -0.031 6 0.024 1 -0.129 7 0.600 3 0.323 0 X6 0.278 0.091 8 -0.002 5 -0.173 7 -0.018 5 0.245 4 0.095 5 -0.044 2 0.083 8 0.185 8 0.277 6 X7 0.282 -0.070 3 0.003 7 -0.196 6 -0.019 0 0.359 1 0.095 0 0.057 7 0.052 8 0.352 7 0.282 4 X8 -0.004 -0.353 3 -0.022 1 0.082 4 0.022 6 0.379 4 -0.101 8 -0.021 8 0.010 5 0.349 2 -0.004 1 1)*、**分别表示差异达0.05、0.01显著水平；X1~X8分别为：出汁率、蔗汁锤度、简纯度、蔗汁蔗糖分、重力纯度、还原糖、甘蔗产糖量、甘蔗纤维分。表选项

蔗汁蔗糖分(X4)对甘蔗蔗糖分的直接通径系数(直接效应值)最大，说明蔗汁蔗糖分对甘蔗高糖起决定性作用。蔗汁蔗糖分(X4)通过出汁率(X1)、蔗汁锤度(X2)、重力纯度(X5)、甘蔗产糖量(X7)和甘蔗纤维分(X8)对甘蔗蔗糖分起间接的负向效应，通过简纯度(X3)和还原糖(X6)对甘蔗蔗糖分起正向效应，且负向效应>正向效应。总体来看，蔗汁蔗糖分(X4)对甘蔗蔗糖分的总体相关系数为0.941，效应净值最大(0.941 0)。因此，通过品种选育和改进栽培措施提高蔗汁蔗糖分(X4)是获得较高甘蔗蔗糖分的关键。

蔗汁锤度(X2)对甘蔗蔗糖分的直接通径系数(直接效应值)为-0.302 9，蔗汁锤度(X2)通过蔗汁蔗糖分(X4)、重力纯度(X5)、还原糖(X6)、甘蔗纤维分(X8)对甘蔗蔗糖分起极大的间接正向效应，通过出汁率(X1)、简纯度(X3)、甘蔗产糖量(X7)对甘蔗蔗糖分起间接负向效应，且正向效应>负向效应。总体来看，蔗汁锤度(X2)对甘蔗蔗糖分的总体相关系数为0.528，可作为选择优良甘蔗品种(系)的重要指标。蔗汁锤度(X2)对甘蔗蔗糖分(X9)的直接效应值比效应净值小得多，其原因是蔗汁锤度(X2)与蔗汁蔗糖分(X4)存在显著正相关关系(r=0.476)，致使其通过蔗汁蔗糖分(X4)体现的对甘蔗蔗糖分(X9)的间接效应为较大的正值(0.830 8)，且大大超过了蔗汁锤度(X2)本身对甘蔗蔗糖分(X9)的直接效应值。可见，由于蔗汁锤度(X2)与蔗汁蔗糖分(X4)存在着显著的正相关关系，大大削弱或掩盖了蔗汁锤度(X2)对甘蔗蔗糖分(X9)的真实因果关系。

2.4 参试品种(系)品质性状间的因子分析

甘蔗蔗糖分、出汁率、蔗汁锤度、简纯度、重力纯度、蔗汁蔗糖分、还原糖、甘蔗产糖量及甘蔗纤维分等9个甘蔗品质性状指标前3个主因子的方差极大正交旋转因子载荷矩阵见表 4。从表 4可以看出，前3个因子特征值的累计贡献率为82.775 6%，表明这3个主因子可代表甘蔗品质性状。其中，在第一主因子(因子1)中起主要作用的是蔗汁糖分品质指标，即蔗汁锤度、还原糖、甘蔗产糖量，称为蔗汁糖分指标因子，3个指标的载荷都为正值；第二主因子(因子2)起主要作用的是蔗汁蔗糖分、甘蔗蔗糖分、重力纯度和简纯度，4个指标的载荷均>0.751 0，其主要与甘蔗种性有关，也是甘蔗成熟的标志，为甘蔗成熟度指标因子；第三主因子(因子3)起主要作用的是出汁率和甘蔗纤维分，出汁率、甘蔗纤维分的载荷值分别为-0.927 9和0.735 5，主要与甘蔗榨取蔗汁操作的难易有关，为甘蔗压榨指标因子。

表 4 方差极大正交旋转因子载荷矩阵1) Table 4 Load matrix of variance maximal orthogonal rotation factor % 品质指标因子1 因子2 因子3 X1 -0.175 4 0.065 4 -0.927 9 X2 0.950 0 0.094 2 0.087 2 X3 -0.595 0 0.751 7 -0.050 5 X4 0.406 6 0.859 8 0.181 1 X5 -0.581 4 0.772 8 -0.101 4 X6 0.758 3 0.053 1 -0.055 8 X7 0.780 4 0.111 4 -0.103 3 X8 -0.274 7 0.142 1 0.735 5 X9 0.474 6 0.866 4 -0.070 2 方差贡献 3.275 2 2.700 7 1.473 9 累计贡献 36.391 4 66.398 8 82.775 6 1)X1~X9分别为：出汁率、蔗汁锤度、简纯度、蔗汁蔗糖分、重力纯度、还原糖、甘蔗产糖量、甘蔗纤维分、甘蔗蔗糖分。表选项

根据陈月桂等[12]、高三基等[17]的研究结果，主因子间相关系数大小可能反映一个因子所直接作用的性状与另一个因子所直接作用的性状间的间接作用大小。从表 5可以看出，因子1与因3的相关系数为-0.093 0，其相互间呈极显著负相关，表明因子1(蔗汁糖分指标因子)与因子3(甘蔗压榨指标因子)的间接作用存在负面影响较大；而因子1(蔗汁糖分指标因子)与因子2(甘蔗成熟度指标因子)间的相关关系也达极显著负相关。

表 5 斜交参考因子相关矩阵 Table 5 Skew reference factor correlation matrix 因子因子1 因子2 因子3 因子1 1 -0.055 5** -0.093 0** 因子2 1 0.242 9 因子3 1 表选项 3 讨论与结论

本研究表明，甘蔗蔗糖分与蔗汁蔗糖分呈极显著正相关，与蔗汁锤度呈显著正相关，与其他品质指标关系不显著，该结论与何启钓等[3]、陈月桂等[12]、龚得明等[15]在甘蔗蔗糖分与其他品质指标相关关系方面的结论基本一致。通径分析表明，甘蔗蔗糖分取决于蔗汁锤度和蔗汁蔗糖分，出汁率、简纯度、蔗汁蔗糖分和还原糖对甘蔗蔗糖分具有正效应；蔗汁锤度、重力纯度、甘蔗产糖量和甘蔗纤维分对甘蔗蔗糖分具有负效应，其中蔗汁锤度对甘蔗蔗糖分有负效应的结论与陈月桂等[12]和龚得明等[15]的研究结论相反，这可能有以下3个方面的原因：(1)3次取样时间(11月23日、24日，12月21日、22日，1月24日、25日)分别在小雪﹑冬至和大寒后，与甘蔗蔗糖分相关的品质性状指标可能受到低温冻害的影响。(2)供试的20个云瑞系列品种(系)种植在南亚热带季风气候的陇川弄门基地，其糖分和熟期构成不同，其中4级成熟的早熟高糖种有8个，3级成熟的中糖种有6个，其余6个品种(系)为晚熟品种(系)。(3)甘蔗品质检测的时间仅选取陇川弄门基地11月至翌年1月，而云瑞系列甘蔗品种(系)蔗糖分和重力纯度峰值通常出现在3月份[10]，没有其他不同气候类型蔗区11月至翌年1月的品质检测数据。总之，出现该结论的更深层次原因还有待进一步研究。蔗汁蔗糖分对甘蔗蔗糖分的直接正效应大于其他品质性状，纤维分对甘蔗蔗糖分具有较大的直接负效应。

本研究表明，甘蔗蔗糖分、蔗汁锤度、蔗汁蔗糖分3个指标的变异系数均 < 10%，说明各参试甘蔗品种(系)异质性不大，这可能是由于在杂交亲本选配过程中，仅有的几个高糖高产亲本反复利用导致甘蔗杂交后代群体的遗传相似性增加，不利于今后育成突破性品种。建议扩大甘蔗优良亲本的选材范围，聚合国内外甘蔗优良亲本的品质性状来改良我国的甘蔗品种。

蔗汁锤度对甘蔗蔗糖分的直接效应值比效应净值小得多，其原因是蔗汁锤度与蔗汁蔗糖分存在显著正相关关系(r=0.476)，致使其通过蔗汁蔗糖分体现的对甘蔗蔗糖分的间接效应为较大的正值(0.830 8)，且大大超过了蔗汁锤度本身对甘蔗蔗糖分的直接效应值。可见，由于蔗汁锤度与蔗汁蔗糖分存在显著的正相关关系，大大削弱或掩盖了蔗汁锤度本身对甘蔗蔗糖分的真实因果关系。蔗汁锤度不能完全反应甘蔗蔗糖分，因此在品质分析测试时，采用蔗汁蔗糖分和蔗渣蔗糖分的总和反映甘蔗蔗糖分，而蔗汁锤度还受到温度和取样的影响，在分析甘蔗蔗糖分时仅作参考，该研究结论与实际检糖情况相符。

相关分析、通径分析和因子分析结果都表明，甘蔗蔗糖分、蔗汁锤度、蔗汁蔗糖分、重力纯度以及简纯度等性状是甘蔗重要的品质指标，其中甘蔗蔗糖分是影响甘蔗品质的主要因素。前人研究表明，甘蔗蔗糖分与甘蔗品质相关程度最高，对品质的影响最大[1, 3, 16-19]。本研究表明，甘蔗蔗糖分与蔗汁锤度呈显著正相关(r=0.528)。锤度表示溶液中固形物的质量百分数, 锤度高低可粗略评价蔗汁蔗糖分高低[16]。在选育种的早期阶段, 对锤度的选择是有效的[19]，因此育种工作者普遍采用锤度来衡量蔗糖分的高低。

因子分析表明, 9个一级原始指标可由3个主因子表示, 即蔗汁糖分指标因子、成熟度指标因子和甘蔗压榨指标因子，其特征值的累计贡献率达82.775 6%, 具有较好的代表性。该结果与谢静等[1]、陈月桂等[12]、高三基等[17]的研究结论相似。从3个主因子相关系数发现甘蔗品质指标间存在负面间接作用，即蔗汁糖分指标因子与成熟度指标因子及甘蔗压榨指标因子均呈显著负相关，这与实践结果相一致。因此，可根据这3个主因子进行品种的选择和改良, 以期提高甘蔗选育种效率, 加快甘蔗品种改良速度。

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