PDF(1270 KB)
Variations Analysis of Sugarcane Stalk Fiber Components and Mechanical Properties in Progeny of Saccharum robustum Reciprocal Crosses
YU Huaxian, ZHAO Peifang, AN Rudong, DONG Lihua, TAO Lianan, JING Yanfen, LANG Rongbin, BIAN Xin, ZHANG Yu, ZHANG Gemin, ZHANG Baoqing, YANG Cuifang
Chin Agric Sci Bull ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (17) : 31-37.
PDF(1270 KB)
Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
PDF(1270 KB)
Variations Analysis of Sugarcane Stalk Fiber Components and Mechanical Properties in Progeny of Saccharum robustum Reciprocal Crosses
In order to explore the relationship between sugarcane fiber components and sugarcane stem mechanics, 24 sugarcane germplasms derived from reciprocal crosses of Saccharum robustum were used as materials. The contents of cellulose, hemicellulose and lignin were determined using high-performance liquid chromatography (HPLC) and ultraviolet spectrophotometry, respectively. Meanwhile, the stalk-breaking force near the ground end was measured using a stalk strength tester, followed by variance analysis and correlation analysis. The results of variance analysis revealed significant differences in cellulose, hemicellulose, and lignin contents among the 24 sugarcane germplasms, as well as significant variations in the stalk-breaking force near the ground end. The contents of cellulose, hemicellulose and lignin ranged from 27.50%-43.51%, 13.14%-23.62% and 12.38%-25.02%, respectively. Correlation analysis revealed that the stalk-breaking force exhibited a highly significant positive correlation with cellulose and hemicellulose contents, while showing a positive correlation with both acid-soluble lignin and acid-insoluble lignin contents. The mechanical properties of the tested germplasms stalks near the ground end were primarily determined by the cellulose and hemicellulose contents. Screening S. robustum germplasms with high fiber components could provide an excellent germplasm foundation for developing breakthrough sugarcane varieties with enhanced lodging resistance and pest resistance.
sugarcane / Saccharum robustum / Nanjian chewing cane / fiber component / breaking-resistance
| [1] |
李杨瑞. 现代甘蔗学[M]. 北京: 中国农业出版社, 2010:1.
|
| [2] |
赵俊, 吴才文, 赵培方, 等. 抗旱甘蔗新品种云蔗072800的选育[J]. 中国糖料, 2017, 39(6):5-7.
|
| [3] |
刘晓雪, 邬志军, 周靖昀. 2021/22年榨季国内外食糖市场回顾与2022/23年榨季展望[J]. 甘蔗糖业, 2022, 51(4):54-65.
|
| [4] |
陈立创. 中国甘蔗机械化收获技术发展综述[J]. 南方农机, 2022, 53(16):34-38.
|
| [5] |
覃宁, 宋前明, 卢羿安, 等. 当前甘蔗机械化的主要矛盾及解决对策[J]. 甘蔗糖业, 2020, 49(5):1-6.
|
| [6] |
郭玉明, 袁红梅, 阴妍, 等. 茎秆作物抗倒伏生物力学评价研究及关联分析[J]. 农业工程学报, 2007(7):14-18.
|
| [7] |
程曦, 郝怀庆, 彭励. 植物细胞壁中纤维素合成的研究进展[J]. 热带亚热带植物学报, 2011, 19(3):283-290.
|
| [8] |
|
| [9] |
陈月桂, 黄振瑞, 安玉兴, 等, 甘蔗主要品质性状指标分[J]. 广东农业科学, 2007(9):13-16.
|
| [10] |
黎焕光, 谭裕模, 谭芳, 等. 甘蔗纤维分与农艺工艺性状的相关分析[J]. 安徽农业科学, 2010, 38(28):15528-15530.
|
| [11] |
赵培方, 代俊杰, 刘高源, 等. 机收时近地端蔗茎纤维组分与破蔸率的相关性研究初报[J]. 热带农业科学, 2017, 37(11):104-108,116.
|
| [12] |
刘高源, 高欣欣, 郭家文. 不同甘蔗品种蔗茎纤维组分差异分析[J]. 中国糖料, 2022, 44(1):43-47.
|
| [13] |
李直, 林兆里, 罗俊, 等. 不同甘蔗品种蔗茎纤维组分和力学性能差异分析[J]. 西南农业学报, 2022, 35(10):2405-2412.
|
| [14] |
俞华先, 田春艳, 经艳芬, 等. 水分胁迫对4份含大茎野生种57NG208血缘F2代甘蔗材料叶绿素荧光动力参数的影响[J]. 中国农学通报, 2019, 35(28):17-24.
为研究不同水分胁迫对大茎野生种57NG208血缘F2代材料叶绿素荧光动力参数的影响，以4份大茎野生种57NG208与南涧果蔗正反交后代为材料，在抗旱温室设计桶栽抗旱试验，测定其叶绿素含量及叶绿素荧光动力参数，运用隶属函数法对其抗旱性进行综合分析。结果表明：水分胁迫下，甘蔗叶片SPAD值、最大荧光（Fm）、潜在光化学效率（Fv/F0）和最大光化学效率（Fv/Fm）均降低，初始荧光（F0）除云瑞15-58外则升高，说明水分胁迫伤害了光系统Ⅱ(PSⅡ)，使得潜在光化学效率（Fv/F0）和最大光化学效率（Fv/Fm）降低 ，光合电子传递受阻；灰色关联度分析表明，中度、重度水分胁迫下，5个光合生理指标与甘蔗抗旱性的关联度大小不一致。中度水分胁迫下，各指标与甘蔗耐旱性间的关联密切程度依次为：F0＞Fv/Fm＞SPAD值＞Fv/F0＞Fm，关联系数分别为0.8649、0.6664、0.6582、0.6006、0.5952；重度水分胁迫下，其关联度依次为 SPAD值＞Fv/F0＞Fm＞Fv/Fm＞F0，关联系数分别为 0.9290、0.8829、0.8473、0.7636、0.6326；相关分析表明，SPAD值与潜在光化学效率（Fv/F0）呈正相关，与其余3指标呈负相关，初始荧光（F0）与最大荧光（Fm）和最大光化学效率（Fv/Fm）呈正相关，潜在光化学效率（Fv/F0）与最大光化学效率（Fv/Fm）呈负相关；4份参试材料的叶绿素荧光参数和叶绿素含量的变化存在材料间差异，整个处理过中对水分胁迫的适应性依次是云瑞15-80>云瑞15-84>云瑞15-85>云瑞15-79。
|
| [15] |
俞华先, 桃联安, 田春艳, 等. 大茎野生种血缘F_1和F_2的主要农艺性状分析与综合评价[J]. 南方农业学报, 2020, 51(4):767-774.
|
| [16] |
俞华先, 经艳芬, 安汝东, 等. 大茎野生种57NG208血缘F_2代的综合评价与聚类分析[J]. 西南农业学报, 2020, 33(5):913-919.
|
| [17] |
俞华先, 桃联安, 田春艳, 等. 大茎野生种血缘F1和F2的主要农艺性状分析与综合评价[J]. 南方农业学报, 2020, 51(4):767-774.
|
| [18] |
俞华先, 桃联安, 田春艳, 等. 大茎野生种57NG208与南涧果蔗正反交F1代材料的耐旱性评价[J]. 热带作物学报, 2019, 40(3):445-454.
选用大茎野生种57NG208与南涧果蔗正反交所得的12个后代为试验材料,采用桶栽试验的方法,在甘蔗拔节初期设正常供水（CK）、轻度胁迫和重度胁迫3处理进行人工水分胁迫,分别测定3处理的形态指标及生理生化指标,利用隶属函数分析﹑灰色关联度分析和聚类分析,综合评价12份参试材料在不同水分胁迫下耐旱性的强弱。结果表明：不同水分胁迫处理对供试甘蔗主要测定指标均有显著影响;在不同水分胁迫下甘蔗叶片中的PMP、MDA含量、Pro含量、SOD和POD酶活性数值升高,CHL含量和Hight数值降低,变化幅度因水分胁迫程度及参试材料的差异而不同;隶属函数分析结果表明,在不同水分胁迫下,大茎野生种57NG208与南涧果蔗正交材料排在前5位的数量比其反交多;聚类分析表明,所有参试材料在轻度、重度水分胁迫下,均可分为4大类别,云瑞2012-9-11和云瑞2012-38-81的耐旱性较好,无论轻度、重度水分胁迫处理均聚为一类;灰色关联度分析表明,在不同程度的水分胁迫下,各项测定指标与耐旱性间的关联度不同,CHL、Pro和POD等3项生理生化指标与甘蔗耐旱性关联度较高,是甘蔗耐旱性评价的优良指标。
|
| [19] |
朱建荣, 边芯, 郎荣斌, 等. 57NG208与南涧果蔗正反交后代的遗传变异分析[J]. 湖南农业大学学报(自然科学版), 2015, 41(2):119-124.
|
| [20] |
俞华先, 田春艳, 经艳芬, 等. 大茎野生种57NG208血缘甘蔗群体F1种质叶片的叶绿素荧光特征[J]. 西南农业学报, 2023, 36(3):515-521.
|
| [21] |
中华人民共和国农业部. 农业生物质原料纤维素、半纤维素、木质素测定:NY/T3949-2019[S]. 北京: 中国国家标准化管理委员会, 2019.
|
| [22] |
|
| [23] |
|
| [24] |
沈银娟, 马富民, 王茂瑶, 等. 蔗茎机械强度精准评价及机制解析[J]. 热带作物学报, 2022, 43(1):207-215.
倒伏是限制我国糖料蔗生产的核心问题之一。茎秆机械强度是决定蔗茎抗倒伏性能的重要性状,由于缺乏精准评价甘蔗机械强度的有效方法,甘蔗抗倒伏研究进展严重受阻。本研究针对甘蔗倒伏、折断的问题,分别建立一套基于穿刺力和折断力的蔗茎力学表型测定方法,对117份甘蔗品系蔗茎机械强度精准评价,并对茎秆抗倒伏差异品种（‘桂糖42号’和‘柳城05-136号’）的茎秆生物学特性和细胞壁成分进行分析,探究蔗茎机械强度形成的生物学机制。结果显示：（1）各力学参数在不同试验小区间呈极显著正相关关系（P<0.001）,茎秆力学性状测定对甘蔗自然群体茎秆的评价具有可靠性与准确性;（2）甘蔗成熟节间的穿刺力与未成熟节间的折断力呈极显著正相关（P<0.001）,暗示成熟节间与柔嫩节间力学性状存在内在联系;（3）‘桂糖42号’蔗茎穿刺力显著高于‘柳城05-136号’,尤其中部节间差异达最大化,但二者茎髓穿刺力无显著差异,表明蔗茎穿刺力大小取决于茎皮组织,与髓无关;（4）分析茎皮组织细胞壁成分,发现‘桂糖42号’的纤维素、半纤维素和木质素含量均显著高于‘柳城05-136号’,其中纤维素含量与穿刺力呈极显著正相关（r=0.925,P<0.001）,半纤维素和木质素与穿刺力无显著相关性,表明茎皮纤维素含量是决定茎秆机械强度的内在因素。因此,本研究针对甘蔗生产中“茎倒”和“茎折”的生物学问题,在建立蔗茎机械强度精准评价体系的基础上,初步探究了甘蔗不同品种、节间茎秆机械强度的变化规律,并揭示了其内在决定机制。该研究方法及结果可为甘蔗抗倒伏优良品种选育提供参考。
|
| [25] |
李翔. 甘蔗抗倒伏性评价及抗性机制研究[D]. 南宁: 广西大学, 2019.
|
| [26] |
南铭, 李晶, 赵桂琴, 等. 茎秆基部节间特性和木质素合成与燕麦抗倒伏的关系[J]. 草业学报, 2022, 31(11):172-180.
倒伏是影响燕麦产量和品质的重要因子之一，开展燕麦抗倒伏生理机制研究对指导燕麦抗倒伏育种具有重要意义。本研究以燕麦品种蒙燕1号、坝燕6号为抗倒伏材料，以定燕2号和青引2号为易倒伏材料，分析不同倒伏类型燕麦品种茎秆基部伸长节间形态特征，酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维，纤维素和木质素及其合成关键酶活性的差异，探讨茎秆基部第2伸长节间形态特征与木质素含量及其合成酶活性同燕麦抗倒伏能力之间的相互关系。结果表明，相比于易倒伏品种，抗倒伏品种倒伏程度轻，田间实际倒伏率低。易倒伏品种茎秆基部第2伸长节间长度较抗倒伏品种高34.17%、抗倒伏品种茎秆基部第2伸长节间粗度、秆壁厚、茎重、密度、充实度、抗折力、穿刺强度分别较易倒伏品种高29.11%、26.18%、25.80%、27.97%、34.61%、36.23%、36.60%，抗倒伏品种茎秆中木质素和纤维素含量显著（P<0.05）高于易倒伏品种。木质素含量与茎秆基部第2伸长节间抗折力和穿刺强度极显著（P<0.01）正相关，相关系数（r=0.9862，r=0.9638），与田间实际倒伏率显著（P<0.05）负相关，相关系数（r=-0.9407）。抗倒伏品种茎秆木质素合成酶酪氨酸解氨酶（TAL）、苯丙氨酸转氨酶（PAL）、肉桂醇脱氢酶（CAD）和4-香豆酸：CoA连接酶（4CL）活性高，促使茎秆基部第2伸长节间积累了大量的木质素，提高了细胞壁木质化强度，增大了茎秆机械强度，进而增强燕麦抗倒伏能力。
|
| [27] |
杨洪伟, 张丽颖, 唐志强, 等. 杂交粳稻茎秆力学性状与理化特征对抗倒伏能力的影响[J]. 农业工程学报, 2024, 40(14):33,45-52.
|
| [28] |
张晓阳, 杜风光, 常春, 等. 纤维素生物质水解与应用[M]. 郑州: 郑州大学出版社, 2012:3-17.
|
| [29] |
陈晓光, 史春余, 尹燕枰, 等. 小麦茎秆木质素代谢及其与抗倒性的关系[J]. 作物学报, 2011, 37(9):1616-1622.
|
| [30] |
汪灿, 阮仁武, 袁晓辉, 等. 荞麦茎秆解剖结构和木质素代谢及其与抗倒性的关系[J]. 作物学报, 2014, 40(10):1846-1856.
以抗倒伏能力不同的4个荞麦品种研究表明，荞麦茎秆抗倒伏能力与茎秆解剖结构和木质素代谢密切相关。倒伏率与茎秆抗折力参数(r = –0.907, P < 0.01)、木质素含量(r = –0.844, P < 0.01)、机械组织厚度(r = –0.881, P < 0.01)、茎壁厚度(r = –0.947, P < 0.01)、维管束面积(r = –0.846, P < 0.01)、机械组织层数(r = –0.806, P < 0.05)和大维管束数目(r = –0.709, P < 0.05)呈显著负相关，而与倒伏指数(r = 0.842, P < 0.01)呈显著正相关。木质素含量与苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性(r = 0.984, P < 0.01)、4-香豆酸:CoA连接酶(4CL)活性(r = 0.927, P < 0.01)和肉桂醇脱氢酶(CAD)活性(r = 0.862, P < 0.01)呈显著正相关。茎秆木质素含量、机械组织层数、机械组织厚度、茎壁厚度、大维管束数目和维管束面积可以作为荞麦茎秆抗倒伏能力的重要评价指标。茎秆木质素含量高、机械组织层数多、机械组织和茎壁厚、大维管束数目多且维管束面积大的荞麦品种，其茎秆抗折力参数大、倒伏指数小、抗倒伏能力强。
|
| [31] |
邵庆勤, 周琴, 王笑, 等. 种植密度对不同小麦品种茎秆形态特征、化学成分及抗倒性能的影响[J]. 南京农业大学学报, 2018, 41(5):808-816.
|
/
| 〈 |
|
〉 |
