Screening of Sugarcane with High Nitrogen Efficiency at Seedling Stage

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2020.11.009

Abstract

Abstract:

The purpose of the experiment is to screen high nitrogen use efficiency (NUE) genotypes under a low nitrogen pressure selection system. Furthermore, the important indexes which affecting the NUE of sugarcane were analyzed. The results could provided a theoretical basis for the high NUE breeding and cultivation of sugarcane. In the study, seedlings of 58 sugarcane genotypes were evaluated in a hydroponic experiment with low-N (0.2 mmol/L N) and normal-N (2 mmol/L N) treatment. The growth, dry biomass and N cumulative and distribution characteristic in various organs were evaluated according to descriptive statistic, principal component analysis and cluster analysis. The results indicated that morphology, biomass, nitrogen efficiency traits showed high genotypic variation for N treatments. Under low-N treatment, the dry biomass of 58 genotypes varied from 0.64 to 14.75 g/plant, nitrogen accumulation was from 5.53 to 63.00 mg/plant and NUE was from 115.40 to 279.30 g/g. Four factors were extracted with variance contribution approximated to 92.35%, according to 25 parameters such as dry biomass and N uptake with N deficiency. And another five factors were extracted with variance contribution approximated to 82.21%, according to 19 parameters under both normal and low N treatment such as nitrogen transfer coefficient, genetic potential. The data revealed that dry biomass (whole plant, leaf, root), N uptake (whole plant, leaf, shoot), NUE (whole plant, leaf), leaf relative NUE, shoot relative dry weight, shoot relative N uptake, shoot genetic potential were the key factors that involved in sugarcane high NUE. 58 sugarcane genotypes were clustered into four group: high NUE group, slightly higher NUE group, slightly lower NUE group and low group.

Key words: sugarcane, genotype, seedling stage, high nitrogen use efficiency, screen index

CLC Number:

S566.1

YANG Liu,LIAO Fen,Muhammad ANAS,LI Qiang,PENG Lishun,HUANG Dongliang,LI Yangrui. Screening of Sugarcane with High Nitrogen Efficiency at Seedling Stage[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2020, 41(11): 2205-2218.

Figures/Tables 7

References 28

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序号No.	种质名称 Germplasm	种质来源Origin	序号No.	种质名称 Germplasm	种质来源Origin	序号No.	种质名称 Germplasm	种质来源 Origin	序号 No.	种质名称 Germplasm	种质来源 Origin
1	Q27	澳大利亚	16	FR00-97	法国	31	粤糖YT 94-128	中国广东	46	云蔗YZ 06-28	中国云南
2	Q165	澳大利亚	17	FR01-03	法国	32	崖城YC 96-40	中国广西	47	云蔗YZ 06-103	中国云南
3	Q170	澳大利亚	18	FR97-80	法国	33	柳城LC 05-136	中国广西	48	云蔗YZ 07-70	中国云南
4	Q177	澳大利亚	19	FR97-370	法国	34	桂糖GT 06-1827	中国广西	49	GXASF108-1-11	割手密属 (S. spontanuem L.)
5	Q183	澳大利亚	20	Co1149	印度	35	桂糖GT 07-994	中国广西	50	GXS79-9	割手密属 (S. spontanuem L.)
6	Q202	澳大利亚	21	Mex84-117	墨西哥	36	桂糖GT 99-92	中国广西	51	GXS85-30	割手密属 (S. spontanuem L.)
7	B8	巴西	22	CP00-1748	美国	37	桂糖GT11	中国广西	52	GXS87-10	割手密属 (S. spontanuem L.)
8	RB83-5089	巴西	23	CP01-1178	美国	38	桂糖GT29	中国广西	53	GXS87-16	割手密属 (S. spontanuem L.)
9	RB85-5156	巴西	24	CP02-1143	美国	39	桂糖GT21	中国广西	54	GXN1	河八王属(Narenga Bor)
10	RB88-5054	巴西	25	CP84-1198	美国	40	桂糖GT31	中国广西	55	GXN2	河八王属(Narenga Bor)
11	RB92-2579	巴西	26	CP99-1893	美国	41	桂糖GT37	中国广西	56	斑234-1 Ban234-1	斑茅属 (Saccharum arundinaceum)
12	CC92-85	哥伦比亚	27	Roc16	中国台湾	42	桂糖GT40	中国广西	57	斑237 Ban237	斑茅属 (Saccharumarundinaceum)
13	C2-2003	古巴	28	福农28 FN 28	中国福建	43	桂糖GT42	中国广西	58	斑238-2 Ban238-2	斑茅属 (Saccharum arundinaceum)
14	FJ1	斐济	29	福农98-10 FN 98-10	中国福建	44	桂糖GT43	中国广西
15	FJ2	斐济	30	粤糖YT 93-159	中国广东	45	桂糖GT44	中国广西

序号No.	种质名称 Germplasm	种质来源Origin	序号No.	种质名称 Germplasm	种质来源Origin	序号No.	种质名称 Germplasm	种质来源 Origin	序号 No.	种质名称 Germplasm	种质来源 Origin
1	Q27	澳大利亚	16	FR00-97	法国	31	粤糖YT 94-128	中国广东	46	云蔗YZ 06-28	中国云南
2	Q165	澳大利亚	17	FR01-03	法国	32	崖城YC 96-40	中国广西	47	云蔗YZ 06-103	中国云南
3	Q170	澳大利亚	18	FR97-80	法国	33	柳城LC 05-136	中国广西	48	云蔗YZ 07-70	中国云南
4	Q177	澳大利亚	19	FR97-370	法国	34	桂糖GT 06-1827	中国广西	49	GXASF108-1-11	割手密属 (S. spontanuem L.)
5	Q183	澳大利亚	20	Co1149	印度	35	桂糖GT 07-994	中国广西	50	GXS79-9	割手密属 (S. spontanuem L.)
6	Q202	澳大利亚	21	Mex84-117	墨西哥	36	桂糖GT 99-92	中国广西	51	GXS85-30	割手密属 (S. spontanuem L.)
7	B8	巴西	22	CP00-1748	美国	37	桂糖GT11	中国广西	52	GXS87-10	割手密属 (S. spontanuem L.)
8	RB83-5089	巴西	23	CP01-1178	美国	38	桂糖GT29	中国广西	53	GXS87-16	割手密属 (S. spontanuem L.)
9	RB85-5156	巴西	24	CP02-1143	美国	39	桂糖GT21	中国广西	54	GXN1	河八王属(Narenga Bor)
10	RB88-5054	巴西	25	CP84-1198	美国	40	桂糖GT31	中国广西	55	GXN2	河八王属(Narenga Bor)
11	RB92-2579	巴西	26	CP99-1893	美国	41	桂糖GT37	中国广西	56	斑234-1 Ban234-1	斑茅属 (Saccharum arundinaceum)
12	CC92-85	哥伦比亚	27	Roc16	中国台湾	42	桂糖GT40	中国广西	57	斑237 Ban237	斑茅属 (Saccharumarundinaceum)
13	C2-2003	古巴	28	福农28 FN 28	中国福建	43	桂糖GT42	中国广西	58	斑238-2 Ban238-2	斑茅属 (Saccharum arundinaceum)
14	FJ1	斐济	29	福农98-10 FN 98-10	中国福建	44	桂糖GT43	中国广西
15	FJ2	斐济	30	粤糖YT 93-159	中国广东	45	桂糖GT44	中国广西

特征向量 Characteristic		低氮压力下25个指标提取的主成分旋转矩阵 Principal component extract from 25 indexs in low nitrogen treatment				特征向量 Characteristic		与氮效率相关的19个指标提取的主成分旋转矩阵 2Principal component extract from 19 indexs involved in N use efficiency under both low and normal N treatment
特征向量 Characteristic		成分1 Factor 1	成分2 Factor 2	成分3 Factor 3	成分4 Factor 4	特征向量 Characteristic		成分1 Factor 1	成分2 Factor 2	成分3 Factor 3	成分4 Factor 4	成分5 Factor 5
Y1	总干重	0.919	0.251	0.263	-0.029	Z1	低氮条件下总氮转运系数	0.626	0.005	0.023	0.297	-0.425
Y2	总氮累积量	0.934	-0.142	0.258	-0.073	Z2	正常氮条件下总氮转运系数	0.088	0.280	-0.368	0.352	0.423
Y3	总氮利用率	0.208	0.953	0.087	-0.037	Z3	总基因潜力	0.304	0.752	0.183	0.167	-0.242
Y4	总氮利用指数	0.769	0.574	0.236	0.013	Z4	总相对干物质重	-0.422	-0.469	-0.387	-0.358	0.356
Y5	总氮吸收效率	0.825	-0.353	0.331	0.240	Z5	总相对氮累积量	0.483	-0.240	-0.100	-0.159	0.376
Y6	总氮偏肥生产力	0.870	0.230	0.338	0.227	Z6	总相对氮利用率	-0.918	-0.098	-0.134	0.136	-0.046
Y7	叶干重	0.922	0.182	-0.017	0.172	Z7	总相对地上部地下部干重比	-0.016	-0.273	0.801	-0.206	0.342
Y8	茎干重	0.596	0.254	0.729	-0.138	Z8	叶基因潜力	-0.069	-0.108	-0.031	0.830	0.146
Y9	根干重	0.942	0.233	-0.041	-0.122	Z9	叶相对干物质重	0.225	0.284	0.063	0.831	-0.101
Y10	叶氮累积量	0.913	-0.201	-0.013	0.096	Z10	叶相对氮累积量	-0.468	0.168	-0.029	0.828	-0.103
Y11	茎氮累积量	0.953	-0.078	-0.039	-0.167	Z11	叶相对氮利用率	0.931	0.048	0.046	-0.027	0.064
Y12	根氮累积量	0.623	-0.071	0.720	-0.181	Z12	茎基因潜力	0.039	0.959	-0.064	0.076	0.166
Y13	叶偏肥生产力	0.776	0.093	-0.056	0.610	Z13	茎相对干物质重	-0.040	0.971	-0.025	-0.021	0.088
Y14	茎偏肥生产力	0.928	0.234	-0.087	-0.118	Z14	茎相对氮累积量	-0.158	0.945	-0.040	0.016	0.051
Y15	根偏肥生产力	0.350	0.205	0.898	0.075	Z15	茎相对氮利用率	0.318	0.131	-0.037	0.050	0.807
Y16	叶氮利用率	0.240	0.900	0.042	0.034	Z16	根基因潜力	0.352	0.085	0.907	0.058	-0.105
Y17	茎氮利用率	0.501	0.633	-0.053	-0.356	Z17	根相对干物质重	0.352	0.085	0.907	0.058	-0.105
Y18	根氮利用率	0.077	0.796	0.132	0.071	Z18	根相对氮累积量	-0.414	0.100	0.828	0.055	-0.148
Y19	叶氮利用指数	0.658	0.526	-0.035	0.485	Z19	根相对氮利用率	0.863	0.005	0.073	-0.009	0.211
Y20	茎氮利用指数	0.803	0.515	-0.067	-0.058
Y21	根氮利用指数	0.272	0.525	0.741	0.092
Y22	叶氮吸收效率	0.646	-0.458	-0.050	0.576
Y23	茎氮吸收效率	0.930	-0.108	-0.088	-0.168
Y24	根氮吸收效率	0.360	-0.201	0.869	0.039
Y25	地上部/地下部	0.449	-0.107	-0.802	0.053
特征值		13.875	4.366	3.565	1.282	特征值		4.847	4.086	3.150	2.157	1.379
贡献率/%		55.500	17.465	14.260	5.129	贡献率/%		25.511	21.508	16.580	11.354	7.260
累积贡献率/%		55.500	72.965	87.225	92.354	累积贡献率/%		25.511	47.019	63.599	74.954	82.213

特征向量 Characteristic		低氮压力下25个指标提取的主成分旋转矩阵 Principal component extract from 25 indexs in low nitrogen treatment				特征向量 Characteristic		与氮效率相关的19个指标提取的主成分旋转矩阵 2Principal component extract from 19 indexs involved in N use efficiency under both low and normal N treatment
特征向量 Characteristic		成分1 Factor 1	成分2 Factor 2	成分3 Factor 3	成分4 Factor 4	特征向量 Characteristic		成分1 Factor 1	成分2 Factor 2	成分3 Factor 3	成分4 Factor 4	成分5 Factor 5
Y1	总干重	0.919	0.251	0.263	-0.029	Z1	低氮条件下总氮转运系数	0.626	0.005	0.023	0.297	-0.425
Y2	总氮累积量	0.934	-0.142	0.258	-0.073	Z2	正常氮条件下总氮转运系数	0.088	0.280	-0.368	0.352	0.423
Y3	总氮利用率	0.208	0.953	0.087	-0.037	Z3	总基因潜力	0.304	0.752	0.183	0.167	-0.242
Y4	总氮利用指数	0.769	0.574	0.236	0.013	Z4	总相对干物质重	-0.422	-0.469	-0.387	-0.358	0.356
Y5	总氮吸收效率	0.825	-0.353	0.331	0.240	Z5	总相对氮累积量	0.483	-0.240	-0.100	-0.159	0.376
Y6	总氮偏肥生产力	0.870	0.230	0.338	0.227	Z6	总相对氮利用率	-0.918	-0.098	-0.134	0.136	-0.046
Y7	叶干重	0.922	0.182	-0.017	0.172	Z7	总相对地上部地下部干重比	-0.016	-0.273	0.801	-0.206	0.342
Y8	茎干重	0.596	0.254	0.729	-0.138	Z8	叶基因潜力	-0.069	-0.108	-0.031	0.830	0.146
Y9	根干重	0.942	0.233	-0.041	-0.122	Z9	叶相对干物质重	0.225	0.284	0.063	0.831	-0.101
Y10	叶氮累积量	0.913	-0.201	-0.013	0.096	Z10	叶相对氮累积量	-0.468	0.168	-0.029	0.828	-0.103
Y11	茎氮累积量	0.953	-0.078	-0.039	-0.167	Z11	叶相对氮利用率	0.931	0.048	0.046	-0.027	0.064
Y12	根氮累积量	0.623	-0.071	0.720	-0.181	Z12	茎基因潜力	0.039	0.959	-0.064	0.076	0.166
Y13	叶偏肥生产力	0.776	0.093	-0.056	0.610	Z13	茎相对干物质重	-0.040	0.971	-0.025	-0.021	0.088
Y14	茎偏肥生产力	0.928	0.234	-0.087	-0.118	Z14	茎相对氮累积量	-0.158	0.945	-0.040	0.016	0.051
Y15	根偏肥生产力	0.350	0.205	0.898	0.075	Z15	茎相对氮利用率	0.318	0.131	-0.037	0.050	0.807
Y16	叶氮利用率	0.240	0.900	0.042	0.034	Z16	根基因潜力	0.352	0.085	0.907	0.058	-0.105
Y17	茎氮利用率	0.501	0.633	-0.053	-0.356	Z17	根相对干物质重	0.352	0.085	0.907	0.058	-0.105
Y18	根氮利用率	0.077	0.796	0.132	0.071	Z18	根相对氮累积量	-0.414	0.100	0.828	0.055	-0.148
Y19	叶氮利用指数	0.658	0.526	-0.035	0.485	Z19	根相对氮利用率	0.863	0.005	0.073	-0.009	0.211
Y20	茎氮利用指数	0.803	0.515	-0.067	-0.058
Y21	根氮利用指数	0.272	0.525	0.741	0.092
Y22	叶氮吸收效率	0.646	-0.458	-0.050	0.576
Y23	茎氮吸收效率	0.930	-0.108	-0.088	-0.168
Y24	根氮吸收效率	0.360	-0.201	0.869	0.039
Y25	地上部/地下部	0.449	-0.107	-0.802	0.053
特征值		13.875	4.366	3.565	1.282	特征值		4.847	4.086	3.150	2.157	1.379
贡献率/%		55.500	17.465	14.260	5.129	贡献率/%		25.511	21.508	16.580	11.354	7.260
累积贡献率/%		55.500	72.965	87.225	92.354	累积贡献率/%		25.511	47.019	63.599	74.954	82.213

分类 Classification	包括的种质 Genotypes	总干重范围值Range value of TDW	总干重平均值Mean value of TDW	总氮累积量范围值Range value of TNuptake	总氮累积量平均值Mean value of TNuptake	总氮利用率范围值Range value of TNiNUE	总氮利用率平均值Mean value of TNiNUE
氮高效类型（Ⅰ型）	2,3,5,8,12,13,17,18, 19,20,22,24,25,29, 36,41,42,44,45	6.25~12.53	10.44^a	25.12~63.00	47.96^ab	192~279	221.00^a
偏氮高效类型（Ⅱ型）	4,6,9,10,15,21,27,35, 41,49	7.64~11.56	8.86^b	38.00~53.41	46.83^ab	148~225	189.00^b
偏氮低效类型（Ⅲ型）	7,11,14,15,28,30,31,34, 38,39,40,48	7.41~11.61	9.07^b	46.79~79.71	57.22^a	140~176	159.00^c
氮低效类型（Ⅳ型）	1,23,26,32,33,37,46,47, 50,51,52,53,55, 56,57,58	0.64~14.75	4.16^c	5.56~93.51	27.10^b	115~196	153.00^c
分类 Classification	包括的种质 Genotypes	叶的相对氮利用率范围值Range value of LRiNUE	叶的相对氮利用率平均值Mean value of LRiNUE	茎的PFP范围值 Range value of SPFP	茎的PFP平均值 Mean value of SPFP	叶的氮利用率范围值 Range value of LiNUE	叶的氮利用率平均值Mean value of LiNUE
氮高效类型（Ⅰ型）	2,3,5,8,12,13,17,18, 19,20,22,24,25,29, 36,41,42,44,45	0.20~0.41	0.32^c	58.88~172	117.00^a	137~259	191.05^a
偏氮高效类型（Ⅱ型）	4,6,9,10,15,21,27,35, 41,49	0.31~0.65	0.45^b	72.78~122	98.00^b	126~207	162.00^b
偏氮低效类型（Ⅲ型）	7,11,14,15,28,30,31,34, 38,39,40,48	0.41~0.60	0.49^b	84.00~118	103.00^b	117~146	134.00^c
氮低效类型（Ⅳ型）	1,23,26,32,33,37,46,47, 50,51,52,53,55, 56,57,58	0.38~1.01	0.63^a	16.51~156	49.77^c	98.48~143	127.00^d