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2021 , Vol. 42 >Issue 1: 92 - 101

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2021.01.014

作物栽培与生理生化

果蔗矿质养分含量及品质指标差异稳定性分析

  • 杨绍林 ,
  • 邓军 ,
  • 李如丹 ,
  • 樊仙 ,
  • 全怡吉 ,
  • 张跃彬 ,
  • 刀静梅 , *
展开
  • 云南省农业科学院甘蔗研究所/云南省甘蔗遗传改良重点实验室,云南开远 661600
*刀静梅,E-mail： 。

杨绍林（1987—）,男,硕士,研究实习员,研究方向：甘蔗持续丰产栽培生理。

Copy editor: 沈德发

收稿日期: 2019-10-12

  要求修回日期: 2020-01-07

  网络出版日期: 2021-01-25

基金资助

国家特色农产品质量安全风险评估专项(GJFP2019020)

国家重点研发计划项目(2018YFD0201100)

国家现代农业产业技术体系(糖料)建设专项(CARS-17)

版权

版权所有，未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计。
收起

Differences Stability Analysis of Mineral Nutrient Content and Quality Index of Chewing Sugarcane

  • YANG Shaolin ,
  • DENG Jun ,
  • LI Rudan ,
  • FAN Xian ,
  • QUAN Yiji ,
  • ZHANG Yuebin ,
  • DAO Jingmei , *
Expand
  • Sugarcane Research Institute of Yunnan Academy of Agricultural Science / Yunnan Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement, Kaiyuan, Yunnan 661600, China
*DAO Jingmei,E-mail： 。

Received date: 2019-10-12

  Request revised date: 2020-01-07

  Online published: 2021-01-25

Copyright

Copyright reserved © 2021.
Fold

摘要

果蔗含有丰富的糖分、纤维分、水分、矿质元素、氨基酸等,这些成分指标受环境条件与品种因素的影响。本文分析了我国主栽的2个果蔗品种的矿质养分含量及品质指标在不同蔗区之间的差异。于果蔗成熟期,分别在广东、广西、云南、海南4个甘蔗主产区,选取在我国具有代表性的2个果蔗品种（‘Badila’和‘粤糖54-474’）为材料,对其主要矿质元素含量（N、P、K、Ca、Fe、Mn、Zn、Cu）和品质（糖度、纤维分、简纯度、还原糖、水分）的差异性和相关性进行了分析。结果显示,当蔗区改变时,甘蔗对N、P、K吸收转化的稳定性为：K>P>N;对中微量元素吸收转化的稳定性为：Mg>Ca、Cu、Fe>Mn、Zn;品质指标的稳定性为：糖度>水分含量、出汁率>还原糖分、纤维分、简纯度。N与K、蔗汁糖度、简纯度之间,Mn与Cu、Zn,Fe与Zn,蔗汁糖度与简纯度之间呈极显著正相关;N、K与还原糖分,Ca与Mn,Mn与糖度,纤维分与水分含量,蔗汁糖度、简纯度与水分之间呈极显著负相关;P与出汁率,Ca与蔗汁糖度,Mg与水分含量,Zn与Cu,Mn与Cu,纤维分与出汁率之间呈显著正相关;P与Mg、Cu之间,Ca与Cu,Mg、Fe与纤维分,Zn与出汁率,Mn与简纯度之间为显著负相关关系。研究表明,同类型数量性状指标之间的稳定性存在一定的差异,K、Mg含量,蔗汁糖度指标在环境变化时表现最为稳定,品种、基因型能表现出其相应性状指标的种性优势;其次是P、Ca、Cu、Fe含量,水分含量、出汁率;而受环境影响最大的是N、Mn、Zn含量,还原糖分、纤维分、简纯度。相似数量性状指标可按环境效应和基因效应对其影响程度分为“环境效应优势型数量性状”“环境效应和基因效应对等型数量性状”和“基因效应优势型数量性状”3类。

关键词： 甘蔗; 相似数量性状; 性状差异稳定性; 环境效应; 基因效应

本文引用格式

杨绍林 , 邓军 , 李如丹 , 樊仙 , 全怡吉 , 张跃彬 , 刀静梅 . 果蔗矿质养分含量及品质指标差异稳定性分析[J]. 热带作物学报, 2021 , 42(1) : 92 -101 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.01.014

Abstract

Chewing cane is rich in sugar, fiber, water, mineral elements, amino acids etc. The components of sugarcane are effected by environmental conditions and cultivars. In this study, the differences of mineral nutrient content and quality indexes between two varieties of chewing cane planted in China were analyzed. The correlation and difference of mineral elements (N, P, K, Ca, Fe, Mn, Zn, Cu), and quality indexes (fiber content, apparent purity, reducing sugar, water content) between the samples of ‘Badila’ and ‘Yuetang54-474’ from four main sugarcane producing areas (Guangdong, Guangxi, Yunnan and Hainan ) were analyzed. The stability of absorption amount of sugarcane to N, P and K was K > P > N, that to the medium and trace elements was Mg > Ca, Cu, Fe > Mn and Zn, that to the quality indexes was sugar content > water content, juice yield > reduced sugar, fiber content, apparent purity. There was an extremely significant positive correlation between N, K, sucrose content, apparent purity; and between Mn with Cu, Zn, Fe, Zn, reduced sugar and apparent purity. There was an extremely significant negative correlation between N, K with reduced sugar, Ca and Mn, Mn and sugar content, fiber content and water content, sugar content, apparent purity with water content. There was a significant positive correlation between P and juice yield, Ca and sugar content, Mg and water content, Zn and Cu, Mn and Cu, and fiber content and juice yield. There was a significant negative correlation between P, Mg, Cu, Ca and Cu, Mg, Fe, fiber content, Zn and juice yield, Mn and apparent purity. The results suggest that there was a certain difference in stability among the same type of quantitative characters, the content of K, Mg and sucrose content was the most stable quantitative character of sugarcane when the environment changed, the variety or genotype showed the genetic superiority of the corresponding traits. The content of P, Ca, Cu, Fe content, moisture content, juice yield was less stable. The content of N, Mn, Zn, reducing sugar, fiber content, simple purity was most affected by the environment. According to the influence degree of environment and genotype, the similar quantitative traits could be divided into three types: genotype dominant quantitative traits, genotype and environment equivalent quantitative traits, environment dominant quantitative traits.

Key words： sugarcane; similar quantitative character; difference stability; environmental effect; genotype effect of variety

甘蔗具有较高的营养价值,其汁液中含有大量人体所需的矿质元素K、Fe、Ca、Mg、Zn、Mn等,其中K、Ca、Mg含量较为突出。除此之外蔗汁中还含丰富的维生素、氨基酸、酚类、不饱和脂肪酸等物质[1,2,3],“秋日甘蔗赛过参”指的就是甘蔗有较好的保健功效。甘蔗按照功能性又被分为果蔗和糖蔗两种,果蔗相比糖蔗具有口感好、柔嫩多汁、清脆可口的特点[4],由于独特的口感和风味深受广大消费者青睐。果蔗在广西、广东、四川、江西、云南等省（区）均有较大种植面积,其中2012年果蔗在广东的种植面积占甘蔗总面积的12.03%[5]。随着人们消费水平逐年上升,人们对果蔗的需求量和品质也随之提高,因此种植面积只会增加。果蔗的营养价值主要在于其矿质微量元素、以N为标志的氨基酸,及以Fe、P等为标志的各种蛋白质含量。甘蔗的矿质元素含量与其对矿质元素的吸收转化率直接相关[6],甘蔗对矿质元素的吸收量主要受栽培技术[7]及品种基因型与环境条件等的影响。因此,对果蔗在不同种植区域的矿质养分含量差异（N、P、K、Ca、Fe、Mn、Zn、Cu）、品质差异及基因型效应与环境效应之间的关系分析,可为甘蔗栽培技术水平的提高、优良甘蔗品种的选育提供一定依据。
我国果蔗资源丰富,在漫长的历史栽培过程中产生了许多的优良品种,如‘华南桂果蔗1号’[8]、‘白玉蔗’[9]、‘华南45-11’[10]等,但目前国内果蔗种植面积最大的品种是原产于印度的‘Badila’（拔地拉）[3,4],其次是广东于1995年从台湾引进的黄皮果蔗‘粤糖54-474’[11,12]。‘Badila’属于热带种黑皮果蔗,是甘蔗栽培原种,常被用做甘蔗育种的亲本材料,可与野生种杂交获得新的优良品种[13],其产量高、蔗糖分高,抗倒伏能力强,但抗病性弱[14]。‘粤糖54-474’属于黄皮果蔗的一种,是从糖蔗中选育出的糖果兼用类型甘蔗,其早熟、糖分高,但产量一般[15]。植物中的N、P元素大多以有机态存在,K以离子态存在。关于矿质元素含量的研究主要集中于蔬菜水果的元素含量测定分析,如陈玲等[16]对泉州市蔬菜水果中6种元素含量做了分析,以及马安德等[17]研究了6种水果的矿质元素含量（Cu、Zn、Fe、Ca、Mg、K）。另外植物对矿质元素的吸收主要集中在不同施肥水平或养分胁迫下,植物矿质元素的吸收利用率及形态变化[18,19,20,21,22,23,24]。关于植物矿质元素含量、品质在不同品种,不同环境条件（气温、CO2、土壤）下的差异性研究主要有小麦、苹果、辣椒等[25,26,27,28]。
目前人们对果蔗的研究主要集中于新品种果蔗选育和配套栽培方法,如‘桂果蔗1号’的选育和栽培[29]、贵州果蔗‘06-126’栽培[30]、糖蔗果蔗兼用型甘蔗新品种‘川蔗27’‘川蔗28’栽培技术[31,32]。其次,是对果蔗抗逆性、重金属胁迫和农药残留的研究。如陈明辉等[33,34]对果蔗品种在苗期进行了抗寒光合特性及酶活性研究,比较了品种间的抗寒性;王天顺等[35]研究了镉胁迫条件下硅对果蔗幼苗生理生化特性的影响;黄诚梅等[36]研究了镉胁迫下‘Badila’叶绿素含量及酶活性变化,及胁迫减轻方式;以及对堆储果蔗农药（百菌清、有机磷）、重金属（镉、铬、铅）残留的研究[37,38,39]等。而对甘蔗矿质元素含量的测定分析以及矿质元素在品种间和不同栽培区域间的变化差异还未有研究。
前人关于甘蔗栽培方法、抗逆生理、农药残留研究较多,但关于果蔗矿质元素含量研究较少,尤其是不同蔗区2种主要品种的N、P、K元素,中微量元素Fe、Mn、Zn、Ca、Cu以及果蔗品质差异缺少深入研究,蔗区环境差异和栽培技术、品种因素对果蔗矿质养分吸收量的影响变化特点尚不明确。对果蔗在不同种植区域的矿质养分含量、品质差异以及基因型效应与环境效应之间的关系分析,弄清在品种基因型和环境分别变化时,矿质元素和果蔗品质指标的响应特点,可为甘蔗栽培技术水平的提高、优良甘蔗品种的选育提供一定的依据。

1 材料与方法

1.1 材料

样品取自广西、广东、云南、海南四大蔗区,其中黄皮果蔗为‘粤糖54-474’18份（湛江、茂名、西双版纳、元江、海口、澄迈）,黑皮果蔗为‘Badila’21份（玉林、南宁、柳州、梧州、白沙、海口、澄迈）。2017年11月成熟期取样,选取正常生长,无病虫害,成熟均匀的整根蔗茎,将两头用纸袋封好后带回实验室,2017年11—12月在云南省农业科学院甘蔗研究所进行检测。

1.2 方法

1.2.1 N、P、K含量测定 蔗汁N、P、K测定前处理：用小型压榨机榨取果蔗汁。准确吸取5.00 mL蔗汁于消煮管内,用5.00 mL优级纯硫酸（H2SO4）浸泡过夜,优级纯双氧水（H2O2）做催化剂,远红外消煮炉（LWY848,中国四平）360 ℃消解2 h,至消解液清亮为止。消解液无损转移到100 mL容量瓶中定容后过滤,滤液供测定全氮、全磷、全钾。果蔗汁N、P、K的测定参考植物中N、P、K的测定（NY/T2017-2011）[40]以及土壤农业化学分析[41]的方法。
蔗汁样品中N含量测定：用凯氏定氮仪法（mg/L）,准确取滤液50 mL在硬质消煮管中,加20 mL浓度为10 mol/L的NaOH,进行蒸馏,用3 mL浓度为20 g/L的硼酸溶液吸收,最后用浓度为0.02 mol/L标准硫酸滴定蒸馏出的氮（K-314凯氏定氮仪,瑞士）。$\omega=\frac{\left(V_{2}-V_{0}\right) \times \mathbf{c} \times 0.014}{\mathrm{~m} \times\left(V_{1} / V\right)} \times 10^{6}$,其中c为硫酸标准滴定浓度（mol/L）,V2样品消耗的标准酸体积（mL）,V0为空白消耗的标准酸体积（mL）,V1为蒸馏时吸取的滤液体积（mL）,V为滤液定容体积（mL）,m为取样体积,本试验中为1 mL。
蔗汁样品中P含量测定：钼锑抗吸光光度法（mg/L）,分光光度计为UV754N（中国上海）,$\omega=\frac{\left(\rho-\rho_{0}\right) \times V_{2}}{\mathrm{~m}} \times \frac{V}{V_{1}}$,其中ρ为待测液的磷质量浓度（mg/L）,ρ0为空白消解液中磷的质量浓度（mg/L）,待测液吸光值查曲线值,(y=0.595x- 0.0048,R2=0.9983),V为待测液定容体积（mL）,V1为吸取待测液体积（mL）,V2为显色溶液定容体积（mL）,m为取样体积,本试验中为1 mL。
1.2.2 中微量元素含量测定 蔗汁样品中K、Ca、Fe、Mg、Zn、Mn含量的测定依据NY/T 2017- 2011[40]和GB 5009.268-2016[42],并参考藻类植物微量元素分光法测定[43]略作改变：采用原子吸收光谱法,原子吸收分光光度计为AA-6300（日本）,$\omega=\frac{\left(\rho-\rho_{0}\right) \times V}{\mathrm{~m}} \times \frac{V_{2}}{V_{1}}$,其中ρ为待测液中所测元素的质量浓度（mg/L）,ρ0为空白消解液中所测元素的质量浓度（mg/L）,V为待测液定容体积（mL）,V1为吸取待测液体积（mL）,V2为显色溶液定容体积（mL）,m为取样体积（本试验中K测定时体积为1 mL,其余元素测定时体积为5 mL）。
1.2.3 果蔗品质指标检测 果蔗的蔗糖分、纤维分、简纯度测定依据GB/T10499-2014[44]糖料甘蔗试验方法。还原糖分的测定参考GB 5009.7- 2016[45]的方法。
果蔗汁还原糖分（%）：$R=\frac{1000 \times f \times K}{m \times V}$,f为校正系数（查兰-艾农恒容法测定还原糖校正系数表所得）,K为费林氏溶液浓度校正系数,m为100 mL蔗汁重量,V为费林氏溶液滴定消耗液体积（mL）。
果蔗汁糖度（%）：$P=\frac{(260.73-B x) \times R}{1000}$,Bx为蔗汁观测锤度,R为蔗汁观测旋光度。
简纯度（%）：AP=P/Bx×100,P为果蔗汁糖度,Bx为锤度,如锤度用糖用折射仪测得,其计算结果称为折光视纯度。蔗汁简纯度即为蔗汁视纯度,糖品的视固溶物中所含糖度（转光度）的百分数。
果蔗纤维分（%）：$F=\frac{W_{b}\left(100-M-B_{b}\right)}{W}$,Wb为蔗渣质量（g）,M为蔗渣干燥失重（%）,Bb为蔗渣锤度（%）,W为果蔗样品质量（%）。
蔗渣锤度（%）：$B_{b}=\frac{B\left(W_{b}+M-100\right)-65.6}{(100-B)}$,Wb为蔗渣蒸煮后连同溶液的质量（g）,M为蔗渣干燥失重（%）,B为蒸煮液在20 ℃时的锤度（%）。
果蔗水分含量（%）=100-纤维分（%）-甘蔗糖度（%）-还原糖分（%）。
出汁率（%）=蔗汁重量/果蔗鲜重×100%。

1.3 数据处理

数据处理采用Excel软件,差异性分析采用DPS 17.10软件中的单因素方差分析（ANOVA- Tukey）、两样本t检验（student t-test）;用SPSS19软件进行相关性（双变量皮尔逊）分析。

2 结果与分析

2.1 蔗汁氮、磷、钾元素含量

蔗汁平均pH为5.7,地区间和品种间无差异。从表1可见,同一品种在不同蔗区之间,‘Badila’蔗汁中N含量最高为1121.6 mg/L,最低为170.8 mg/L,P含量最高为127.2 mg/L,最低为50.4 mg/L,K含量最高为1405.9 mg/L,最低为395.3 mg/L,其中K含量高于N含量,P含量最低,N、P、K含量在大部分蔗区间存在显著差异;‘粤糖74-474’蔗汁中N含量最高为660.8 mg/L,最低为222.7 mg/L,P含量最高为250.9 mg/L,最低为54.7 mg/L,K含量最高为1318.5 mg/L,最低为734.5 mg/L,与上述‘Badila’相同,蔗汁中K含量高于N含量,P含量最低,且N、P、K含量在大部分蔗区间存在显著差异。
表1 蔗汁的N、P、K含量差异分析

Tab. 1 Differences of N, P and K content

项目Items 品种/蔗区Variety/Area 元素Element/(mg·L-1)
N P K
同一品种在不同
蔗区的差异		 Badila 玉林 594.0±73.4bc 90.6±26.3ab 595.0±97.9c
南宁 1121.6±97. 8a 127.2±12.1a 1198.6±35.4b
柳州 440.5±16.5cd 50.4±4.0c 783.0±50.5c
梧州 857.6±138.3ab 102.2±11.8ab 1159.4±78.3b
白沙 779.6±128.7b 64.1±5.8bc 1405.9±47.9a
海口 353.9±37.1cd 94.6±9.2ab 395.3±13.3d
澄迈 170.8±68.6d 77.1±2.3bc 629.5±84.1c
平均 616.9 86.6 881.0
粤糖74-474 湛江 321.7±55.1bc 123.4±21.3c 1136.3±120.2ab
茂名 391.0±72.0b 250.9±27.1a 1043.0±92.5bc
元江 297.0±16.2bc 118.4±5.2c 1318.5±72.8a
西双版纳 660.8±9.8a 198.1±16.6a 859.5±89.5cd
海口 222.7±16.2c 62.2±5.7d 734.5±62.0d
澄迈 371.2±35.4b 54.7±8.6d 1101.0±61.2abc
平均 377.4 134.6 1032.1
2个品种在同一
蔗区的差异		 海口 Badila 353.9±18.7** 94.6±5.52** 395.3±35.1
粤糖74-474 222.7±29.7 62.2±4.28 734.5±1.5**
澄迈 Badila 170.8±37.1 77.1±5.06** 629.5±58.5
粤糖74-474 371.2±51.4** 54.7±1.87 1101.0±121.2**
2个品种在整体
区域内的差异		 整体区域 Badila 791.4±392.7** 88.2±28.48 774.6±325.2
粤糖74-474 377.4±146.6 134.6±73.88** 1032.1±214.7**

注：采用单因素方差分析和两样本t-检验;同一列内不同小写字母表示在0.05水平差异显著（P<0.05）;* 表示在0.05水平差异显著（P<0.05）,** 表示在0.01水平差异显著（P<0.01）。

Note: ANOVA-One way-Tukey and student t-test; In a same column different lowercase letters indicate significant difference at P<0.05; * indicates significant difference at the level of 0.05 (P<0.05), ** indicates difference is significant at the level of 0.01 (P<0.01).

2个品种在同一区域内（海口、澄迈）,‘Badila’的P含量均极显著高于‘粤糖74-474’,K含量均为‘粤糖74-474’极显著高于‘Badila’,而在海口‘Badila’N含量极显著高于‘粤糖74- 474’,在澄迈则相反（表1）;在整体区域内,‘Badila’N含量极显著高于‘粤糖74-474’,P和K含量则是‘粤糖74-474’极显著高于‘Badila’（表1）。K在整体区域内与同一蔗区内分析结果一致,均为‘Badila’极显著高于‘粤糖74-474’。而P含量在整体区域内与同一蔗区内分析结果相反。
因此,分别对2个品种在同一蔗区内和在整体区域内的稳定性比较,可以表明,在蔗区变化时,甘蔗对N、P和K的吸收转化稳定性为K>P> N,甘蔗对N的吸收环境效应大于基因效应,而对K和P的吸收,基因效应大于环境效应。

2.2 蔗汁中、微量元素含量

同一品种在不同蔗区间,‘Badila’和‘粤糖74-474’的Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu在不同蔗区间表现出一定的差异性。‘Badila’在柳州的Ca含量显著高于其他蔗区,而‘粤糖74-474’的Ca含量在3个蔗区间无显著差异;‘粤糖74-474’在澄迈蔗区的Mg含量显著高于其他蔗区,在茂名蔗区较低;‘粤糖74-474’在海口蔗区的Fe、Zn、Mn含量显著高于其他蔗区。蔗汁中、微量元素含量由高到低依次为Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu。从整体平均数来看,‘Badila’除Ca含量高于‘粤糖74-474’外,Mg、Fe、Mn、Zn、Cu均低于‘粤糖74-474’（表2）。
表2 蔗汁中、微量元素含量差异分析

Tab. 2 Differences of medium trace element content of the same sugarcane variety in different areas

项目
Items		 品种/蔗区
Variety/Area		 元素 Element/(mg·L-1)
Ca Mg Fe Zn Mn Cu
同一品种在不同蔗区的差异 Badila 柳州 235.3±15.3a 74.0±3.0a 8.44±1.3b 1.05±0.2b 1.7±0.3c 0.44±0.1b
白沙 173.0±29.7b 73.0±0.6a 12.48±1.1a 1.93±0.2 a 3.4±0.3b 0.86±0.2a
海口 166.0±10.0b 74.0±2.7a 8.85±0.4b 1.43±0.2ab 3.1±0.3b 0.46±0.1b
澄迈 158.5±10.2b 61.5±1.9b 9.22±0.5b 1.75±0.1a 4.6±0.2a 0.95±0.2a
平均 183.2 70.2 9.70 1.50 3.2 0.70
粤糖74-474 茂名 148.3±3.8a 47.0±8.9c 7.26±1.2b 1.06±0.2b 4.9±0.4b 0.45±0.0b
海口 137.0±4.7a 114.5±5.9b 14.40±1.3a 2.35±0.3a 6.3±0.5a 1.28±0.1a
澄迈 135.3±8.1a 145.7±4.3a 9.45±0.6b 1.31±0.1b 3.9±0.1b 1.36±0.1a
平均 140.2 102.4 10.40 1.60 5.0 1.00
2个品种在同一蔗区的差异 海口 Badila 166.0±14.7* 74.0±3.5 10.51±1.3 1.43±0.1 3.1±0.7 0.46±0.0
粤糖74-474 137.0±7.0 114.5±5.5** 14.60±2.2 2.35±0.3** 6.3±0.5** 1.28±0.1**
澄迈 Badila 158.5±2.5** 61.5±0.5 9.22±0.9 1.75±0.1** 4.6±0.3 0.95±03.1
粤糖74-474 135.3±8.0 145.7±9.9** 9.45±1.8 1.31±0.1 3.9±0.3 1.36±0.1*
2个品种在整体区域内的差异 整体区域 Badila 186.6±37.8** 67.8±7.2 8.84±1.1 1.41±0.3 3.1±1.3 0.62±0.3
粤糖74-474 140.2±14.7 130.1±18.5** 11.27±5.3 1.57±0.6 5.1±1.3** 1.03±0.4*

注：采用单因素方差分析和两样本t-检验;同一列内不同小写字母表示在0.05水平差异显著（P<0.05）;* 表示在0.05水平差异显著（P<0.05）,** 表示在0.01水平差异显著（P<0.01）。

Note: ANOVA-One way-Tukey and student t-test; In a same column different lowercase letters indicate significant difference at P<0.05; * indicates significant difference at the level of 0.05 (P<0.05), ** indicates difference is significant at the level of 0.01 (P<0.01).

甘蔗中、微量元素含量差异稳定性分析。从表2可见,2个品种在同一蔗区内和在整体区域内进行比较表明：（1）2个品种在海口和澄迈,‘Badila’的Ca含量高于‘粤糖74-474’,分别达到显著和极显著水平,同时在整体区域内,‘Badila’Ca含量也极显著高于‘粤糖74-474’;（2）Mg含量在海口和澄迈则均为‘粤糖74-474’极显著高于‘Badila’,在整体区域内,‘粤糖74-474’同样极显著高于‘Badila’;（3）在同一蔗区内,‘粤糖74-474’的Fe含量均高于‘Badila’,但无显著差异,在整体区域内,也是‘粤糖74-474’高于‘Badila’,无显著差异;（4）Zn和Mn在海口和澄迈及整体区域内,2个品种间没有出现稳定的差异;（5）Cu元素含量为‘粤糖74-474’高于‘Badila’,在海口、澄迈蔗区分别达到极显著和显著水平,在整体区域内,也是‘粤糖74-474’ 显著高于‘Badila’。
因此,上述中、微量元素含量差异稳定性分析可以明确,在环境变化时,甘蔗对中、微量元素的吸收转化稳定性为Mg>Ca、Cu、Fe>Mn、Zn,甘蔗对Mg、Ca、Cu和Fe的吸收基因效应大于环境效应,而对Mn和Zn的吸收,环境效应大于基因效应。

2.3 果蔗品质差异分析

从表3可见,在不同蔗区间,‘Badila’糖度白沙蔗区显著高于其他蔗区,而‘粤糖74-474’的糖度在蔗区间无显著差异;2个品种的还原糖分、纤维分、简纯度在不同蔗区间存在差异,而水分含量和出汁率则不存在差异。在同一蔗区内（海口、澄迈）,糖度均为‘Badila’显著高于‘粤糖74-474’,水分含量和出汁率均为‘粤糖74-474’高于‘Badila’,但在海口蔗区无显著性差异。在整体区域内,2品种间‘Badila’糖度极显著高于‘粤糖74-474’,与同一区域内差异分析结果一致;‘Badila’简纯度显著高于‘粤糖74-474’,水分和出汁率则均为‘粤糖74-474’显著高于‘Badila’,‘Badila’和‘粤糖74-474’的还原糖和纤维分无显著差异。
表3 果蔗品质差异

Tab. 3 Quality differences of the same sugarcane variety in different areas

项目
Items		 品种/蔗区
Variety/Area		 品质指标 Quality index
糖度
SC/%		 还原糖分
Reducing sugar/%		 纤维分
Fiber/%		 简纯度
AP/%		 水分含量
Water
content/%		 出汁率
Juice yield/%
同一品种在不同
蔗区的差异		 Badila 柳州 7.76±0.34b 2.41±0.25ab 6.7±0.8a 62.1±4.5b 84.3±2.3a 65.8±4.9a
白沙 9.6±0.3a 2.0±0.2b 5.6±0.3ab 72.9±2.0a 82.8±0.7a 61.2±4.1a
海口 7.5±0.3b 2.6±0.3ab 4.9±0.2b 64.4±0.5ab 85.0±1.4a 61.5±1.2a
澄迈 7.8±0.1b 3.0±0.2a 7.1±0.4a 63.8±2.3b 82.1±0.6a 60.9±0.7a
平均 8.2 2.5 6.1 65.8 83.6 62.4
粤糖74-474 茂名 6.0±0.7a 2.3±0.2ab 7.1±0.6a 58.4±0.3b 84.6±1.1a 71.8±2.5a
海口 5.5±0.5a 2.8±0.1a 5.5±0.4b 54.2±0.7c 86.2±0.8a 63.5±0.4a
澄迈 6.8±0.3a 2.1±0.2b 5.6±0.2ab 64.4±0.9a 85.5±0.4a 68.0±2.1a
平均 6.1 2.4 6.1 59.0 85.4 67.8
2个品种在同一
蔗区的差异		 海口 Badila 7.5±0.4* 2.6±0.5 4.9±0.5 64.4±2.7 * 85.0±0.6 61.5±2.7
粤糖74-474 5.5±0.0 2.8±0.0 5.5±0.1 54.2±0.4 86.2±0.0 63.5±0.0
澄迈 Badila 7.8±0.0 * 3.0±0.1** 7.1±0.3** 63.8±0.7 82.1±0.8 60.9±1.9
粤糖74-474 6.8±0.4 2.1±0.2 5.6±0.1 64.4±1.6 85.5±0.6 ** 68.0±1.7**
2个品种在整体区域内的差异 整体区域 Badila 7.7±0.3** 2.7±0.5 6.2±1.2 63.4±3.9* 83.79±2.0 62.7±4.6
粤糖74-474 6.1±0.8 2.4±0.4 6.1±1.0 59.0±4.6 85.46±1.2* 67.8±4.0*

注：采用单因素方差分析和两样本t-检验;同一列内不同小写字母表示在0.05水平差异显著（P<0.05）;* 表示在0.05水平差异显著（P<0.05）,** 表示在0.01水平差异显著（P<0.01）。

Note: ANOVA-One way-Tukey and student t-test; In a same column different lowerase letters indicate significant difference at P<0.05; * indicates significant difference at the level of 0.05 (P<0.05), ** indicates difference is significant at the level of 0.01 (P<0.01).

上述结果表明,蔗汁糖度、甘蔗水分含量、出汁率在环境变化时,差异性表现相对稳定,而还原糖分、纤维分、简纯度较容易受环境的影响产生较大的差异。即,在环境变化时,甘蔗品质指标稳定性为糖度>水分含量、出汁率>还原糖分、纤维分、简纯度。甘蔗的糖度、水分含量、出汁率指标为基因效应大于环境效应,而还原糖分、纤维分、简纯度则为环境效应大于基因效应。

2.4 果蔗元素含量及品质指标之间的相关性分析

果蔗汁元素含量及品质相关分析结果显示（表4）：（1）N含量与K含量、蔗汁糖度、简纯度之间呈极显著正相关,与还原糖分呈极显著负相关,因此,N和K的吸收有很强的相互促进作用,提高N的吸收转化量可以提高蔗糖分和简纯度而降低还原糖分含量;（2）P含量与出汁率呈显著正相关,与Mg、Cu含量之间呈显著负相关,这表明,P的吸收与Mg和Cu的吸收有明显的拮抗作用;（3）K含量与N含量呈极显著正相关,与还原糖分呈极显著负相关;（4）Ca含量与蔗汁糖度呈显著相关,与Cu含量呈显著负相关,与Mn呈极显著负相关,因此,甘蔗对Ca的吸收可有效促进蔗糖分的积累,而与Cu的吸收有较强的拮抗作用,与Mn的吸收拮抗强于Cu;（5）Mg含量与Cu含量呈极显著正相关,与水分含量显著正相关,而与P含量、纤维分呈显著负相关;（6）Fe含量与Zn含量呈极显著正相关,与纤维分呈显著负相关;（7）Zn含量与Fe、Mn含量呈极显著正相关,与Cu含量呈显著正相关,与出汁率呈显著负相关;（8）Mn含量与Zn含量呈极显著正相关,与Cu呈显著正相关,而与Ca含量、蔗汁糖度呈极显著负相关,与简纯度呈显著负相关;Cu含量与Mg含量呈极显著正相关,与Zn、Mn呈显著正相关,与P、Ca呈显著负相关;（9）纤维分与水分含量呈极显著负相关,与Mg、Fe呈显著正相关,而与出汁率呈显著正相关;（10）蔗汁糖度与简纯度、N含量呈极显著正相关,与Ca含量呈显著正相关,与Mn含量呈极显著负相关。
表4 果蔗元素含量及品质指标之间的相关性分析

Tab. 4 Correlation analysis of element content and quality indexes

项目
Items		 N
/(mg·kg-1)		 P
/(mg·kg-1)		 K
/(mg·kg-1)		 Ca
/(mg·kg-1)		 Mg
/(mg·kg-1)		 Fe
/(mg·kg-1)		 Zn
/(mg·kg-1)		 Mn
/(mg·kg-1)		 Cu
/(mg·kg-1)		 FC
/%		 SC
/%		 RS
/%		 AP
/%		 WC
/%		 JY
/%
N/(mg·kg-1) 1
P/(mg·kg-1) -0.036 1
K/(mg·kg-1) 0.703** 0.090 1
Ca/(mg·kg-1) 0.327 -0.237 0.005 1
Mg/(mg·kg-1) -0.132 -0.524* 0.097 -0.345 1
Fe/(mg·kg-1) 0.031 -0.406 0.008 -0.349 0.302 1
Zn/(mg·kg-1) -0.066 -0.413 -0.003 -0.391 0.216 0.717** 1
Mn/(mg·kg-1) -0.429 0.262 -0.007 -0.772** 0.174 0.398 0.609** 1
Cu/(mg·kg-1) -0.183 -0.444* 0.275 -0.482* 0.767** 0.402 0.534* 0.499* 1
FC/% -0.113 0.342 0.172 0.223 -0.496* -0.479* -0.326 -0.034 -0.181 1
SC/% 0.633** -0.408 0.341 0.453* -0.316 0.044 0.053 -0.552** -0.201 0.002 1
RS/% -0.609** -0.072 -0.622** -0.072 -0.093 0.041 0.180 0.141 0.115 0.215 -0.343 1
AP/% 0.632** -0.262 0.379 0.125 -0.133 0.083 -0.065 -0.481* -0.105 -0.096 0.819** -0.341 1
WC/% -0.238 0.076 -0.222 -0.251 0.522* 0.108 0.058 0.244 0.141 -0.612** -0.656** -0.088 -0.588** 1
JY/% -0.024 0.490* 0.226 -0.140 0.053 -0.412 -0.455* 0.094 -0.080 0.448* -0.466* -0.178 -0.395 0.180 1

注：* 表示在0.05水平（双尾）相关性显著,** 表示在0.01水平（双尾）相关性显著,n = 39;元素含量、糖度、还原糖分、简纯度取自蔗汁;纤维分含量（FC）、糖度（SC）、还原糖分（RS）、简纯度（AP）、水分含量（WC）、出汁率（JY）。

Note: * indicates correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed), ** indicates correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed), n =39; Element content, sucrose content, reduced sugar and apparent purity comes from cane juice; Fiber content (FC), sucrose content (SC), reduced sugar (RS), apparent purity (AP), water content (WC), juice yield (JY).

3 讨论

3.1 品种的数量性状存在相对于环境的稳定性

作物的生理和形态特征受环境和基因型的共同影响,容易受环境影响的指标称数量性状,不易受环境变化影响的指标称为质量性状,作物的大多数性状为数量性状。数量性状相对于环境有一定的稳定性差异,即数量性状的稳定性在相同或不同的环境中存在一定差异,如同一环境下品种之间的数量性状差异,以及同一品种在不同环境下的性状差异。不同的数量性状其差异稳定性有所不同。甘蔗大部分性状属于数量性状,而同类型的数量性状稳定性之间存在一定的差异,如对矿质元素的吸收转化、糖分的储存、纤维分含量等。本试验中蔗汁矿质元素N、P、K、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu含量,以及品质指标糖度、水分含量、出汁率、还原糖分、纤维分、简纯度,均属于数量性状。
分析结果发现,同一品种在不同蔗区之间对比,上述性状指标存在一定的变化;2个品种分别在同一蔗区和整体蔗区中进行比较,上述性状指标的稳定性呈现出一定差异：如K元素含量在同一蔗区内比较（分别在元江和澄迈）均为‘粤糖74-474’极显著高于‘Badila’,同时,2个品种在整体区域内比较K含量时,依然为‘粤糖74-474’极显著高于‘Badila’;而P元素含量在同一蔗区内比较（分别在元江和澄迈）,均为‘Badila’极显著高于‘粤糖74-474’,同时,2个品种在整体区域内比较P含量时,反而是‘粤糖74-474’极显著高于‘Badila’;N元素含量则是在同一地区比较时就出现了差异,在元江为‘Badila’的N含量极显著高于‘粤糖74-474’,而在澄迈则刚好相反。由此可以得出,在环境变化（蔗区改变）时,甘蔗对N、P、K的吸收转化稳定性为K>P>N,环境（蔗区或施肥量）对甘蔗吸收N的影响较大,品种对其影响较小,而甘蔗对K的吸收则是,品种的影响较大,环境的影响较小。
值得注意的是,上述“品种的影响较大,环境的影响较小”并非指当环境（蔗区或施肥量）变化时,其吸收量不会有显著变化,而是指在环境变化时,吸收量会有变化,但吸收转化量大的品种相对于吸收转化量小的品种保持稳定的差异性,不会出现吸收转化量相近或相反的情况,品种基因型效应体现出较为稳定的优势。对于品种数量性状相对稳定的情况,即“品种的影响较大,环境的影响较小”的现象可称之为,在一定范围内,基因效应大于环境效应的“基因优势型数量性状”,如甘蔗K含量性状;而对于品种数量性状不稳定的情况,即“环境的影响较大,基因型的影响较小”的现象可称之为,在一定范围内,环境效应大于基因效应的“环境效应优势型数量性状”,如甘蔗N含量性状;而间于二者之间的性状,即环境效应和基因效应都不明显的性状,称之为“基因效应与环境效应对等型数量性状”,如甘蔗的P含量性状。
数量性状是由数量性状基因控制的,有研究表明,在环境胁迫下生物的基因表达会发生改变或特异性表达[46,47,48]。所以,甘蔗矿质元素吸收量和品质指标的差异与蔗区的土壤元素含量差异[49],与土壤养分、气候条件、地质因素以及栽培管理技术等密切相关[50,51]。按照上述方法分类,甘蔗营养元素含量性状及品质性状指标属于“基因优势型数量性状”的除了K含量,还有Mg含量、蔗汁糖度;属于“环境优势型数量性状”的指标有N、Mn、Zn含量,还原糖分、纤维分、简纯度;“基因效应与环境效应对等型数量性状”指标有P、Ca、Cu、Fe含量,水分含量、出汁率。这对今后进行优良品种选育具有一定指导意义,如针对某一性状进行分区育种,选育适应不同环境的品种。

3.2 品种的矿质元素含量、品质指标相关性

有相关性分析表明,果实内P与K、Mg之间,Ca与Cu、Mn之间呈极显著正相关,苹果叶片N、P、K之间,Cu与Mn之间呈极显著正相关,Cu与Ca、Mg之间呈极显著负相关[27, 52]。而本研究中,N与K、蔗汁糖度、简纯度之间,Mn与Cu、Zn,Fe与Zn,蔗汁糖度与简纯度之间呈极显著正相关;N、K与还原糖分,Ca与Mn,Mn与糖度,纤维分与水分含量,蔗汁糖度、简纯度与水分含量之间呈极显著负相关;P与出汁率,Ca与蔗汁糖度,Mg与水分含量,Zn与Cu,Mn与Cu,纤维分与出汁率之间呈显著正相关;P与Mg、Cu之间,Ca与Cu,Mg、Fe与纤维分,Zn与出汁率,Mn与简纯度之间呈显著负相关。因此可以确定的是,甘蔗对N和K的吸收转化具有极显著的相互促进作用,且二者的吸收转化可以促进蔗汁糖度和简纯度的提高而降低还原糖分;Mn与Cu、Zn,Fe与Zn,Ca与Mn之间具有极显著的相互促进吸收转化的作用,而Ca与Mn的吸收转化存在极显著的拮抗作用。Fe、Zn、K、Ca、Mg都是对人体较为有益的元素,因此在栽培高品质果蔗时,可适当注意选择有益元素含量多、有害元素含量少的地块。另外在生产甘蔗细胞水时,还应注重细胞水溶液里的矿质营养元素的去留问题,生产高品质饮品。

4 结论

本研究将相似数量性状指标按环境和基因型对其影响程度分为“基因效应优势型数量性状”“基因效应和环境效应对等型数量性状”和“环境效应优势型数量性状”3种类型,甘蔗矿质元素含量性状及品质性状指标属于“基因效应优势型数量性状”的有K、Mg含量,蔗汁糖度;属于“环境效应优势型数量性状”的指标有N、Mn、Zn含量,还原糖分、纤维分、简纯度;属于“基因效应和环境效应对等型数量性状”指标的有P、Ca、Cu、Fe含量,水分含量、出汁率。同时研究发现果蔗N与K、蔗汁糖度、简纯度之间,Mn与Cu、Zn,Fe与Zn,糖分与简纯度之间存在极显著正相关关系;N、K与还原糖分,Ca与Mn,Mn与糖度,纤维分与水分含量,蔗汁糖度、简纯度与水分之间呈极显著负相关关系。综上所述,甘蔗的矿质元素含量、品质指标与品种基因型有潜在的关系,但蔗区环境条件是影响甘蔗基因表达的根本因素。相同环境会减少品种特性在遗传上存在的差异性,而环境的差异会诱发或扩大品种特性在遗传上的差异。另外,由于试验条件限制,存在样品量较少的问题。今后有待增加样品量及区域范围,进一步将基因变化与气候、土壤环境结合进行验证,并进行更深入的研究。

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