甜菜生育期根重與含糖率增長關(guān)系及其變化規(guī)律的研究

邵 科，李滿紅，李國龍，銀 賽，張少英

1.內(nèi)蒙古自治區(qū)特色植物分子生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古自治區(qū)生物技術(shù)研究院，呼和浩特 010020；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)甜菜生理研究所，呼和浩特 010018)

0 前言

關(guān)于甜菜的塊根重量與含糖的關(guān)系，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行廣泛的研究，但得出的結(jié)論不盡一致。日本學(xué)者細(xì)川定治等提出，根重和糖分呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系是甜菜的普遍規(guī)律[1]。從遺傳機(jī)制的研究上能夠說明這種關(guān)系的報道尚未見到。高妙真研究認(rèn)為，甜菜根重與含糖率呈極顯著負(fù)相關(guān)，但根重在500 克以下時二者呈極顯著正相關(guān)[2]；而王瑞剛經(jīng)過研究認(rèn)為甜菜根重與含糖率在根重650克以下根重與含糖率為正相關(guān)，在此之后表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)[3]；楊瑞紅根據(jù)對24個品系的相關(guān)分析，單株根重與含糖率無顯著相關(guān)[4]。楊在中利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中驗(yàn)證和正太概率檢測法證明品種的含糖率平值為18.4 %標(biāo)準(zhǔn)差為1.578 %的正態(tài)分布，且與根重?zé)o關(guān)[5]。張春來等用灰色關(guān)聯(lián)度分析證明甜菜四倍體品系的含糖率與根產(chǎn)量呈正相關(guān)[6]。上述研究是在甜菜收獲后取樣測定的結(jié)論。然而，甜菜生長過程中根重和含糖率增長相關(guān)性以及同一生育期內(nèi)不同根重的含糖率變化規(guī)律未能涉及和報道，尚待進(jìn)一步研究明確，以期為合理調(diào)控高產(chǎn)高糖栽培措施從而增加工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試品種

國內(nèi)品種：農(nóng)大甜研4號(由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)甜菜生理研究所提供)，內(nèi)甜抗201(由內(nèi)蒙古農(nóng)牧科學(xué)院甜菜研究所提供)

國外品種：KWS9412(德國)(由包頭華資實(shí)業(yè)股份有限公司甜菜研究所提供)

1.2 試驗(yàn)設(shè)置

本試驗(yàn)設(shè)置在內(nèi)蒙古甜菜生產(chǎn)基地，栽培土層0-30 cm，有機(jī)質(zhì)含量1.80%，全氮量1.03 g/kg，有效磷23.09 mg/kg,速效鉀145.00 mg/kg，有效銅1.703 mg/kg，有效鐵5.997 mg/kg，有效鋅1.962 mg/kg，有效硼1.355 mg/kg，有效錳2.303 mg/kg，水溶性鎂38.75 mg/kg。試驗(yàn)地劃分為18個小區(qū)，每個品種的小區(qū)面積皆為10×6.0 m2,3個品種隨機(jī)排列，6次重復(fù)。4月13日機(jī)械覆膜打孔人工點(diǎn)播，行距采取大行60 cm,小行40 cm,膜上兩行，株距27 cm，各品種保苗株數(shù)70350-70575株/hm2，10月3日收獲。

1.3 生育期取樣及測定方法

生育期(生育期劃分據(jù)[7])共取樣6次，苗期(5月22日，6月6日)，葉叢快速生長期(7月5日)，塊根及糖分增長期(8月4日)，糖分積累期(9月3日)和收獲(10月3日)。

取樣株數(shù)：①單株平均根重和含糖率——第一次(苗期)每個品種150株，以后生育期每個品種50株，用以分析根重、含糖率增長相關(guān)性和理論含糖率；②選取KWS9412品種，除收獲期取樣360株外，其余生育期為300株，以研究和分析同一生育期不同根重和含糖率變化規(guī)律。

測定方法：栽培土層養(yǎng)分[8],根重—重量法，含糖率—旋光儀法(取樣株數(shù)進(jìn)行單株測定，其單株根重和含糖率是取樣株數(shù)測定的平均值)。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜菜生長過程中根重與含糖率增長的關(guān)系

2.1.1 甜菜生育期測定的根重與含糖率

現(xiàn)將甜菜不同生育期測定的根重和含糖率列入表1。

表1 甜菜不同品種生育期根重和含糖率

2.1.2 甜菜生育期根重與含糖率的相關(guān)性

表2 農(nóng)大甜研4號根重與含糖率相關(guān)性

根據(jù)根重(x)與y′值相關(guān)分析的結(jié)果，根重與含糖率為線性相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)極為顯著(-0.985 7**)。計(jì)算如下：

SPxy′(x變量離均差與y′變量離均差的乘積之和，簡稱乘積之和)

其余兩個品種內(nèi)甜抗201和KWS9412生育期根重和含糖率線性相關(guān)也極為顯著，根據(jù)上面計(jì)算其相關(guān)系數(shù)為r=-0.980 4**和r=0.966 4**。上述結(jié)果表明，甜菜生育期所測的根重與含糖率具有線性相關(guān)顯著性。

2.1.3 甜菜生育期理論含糖率

a(回歸截距)=antin(lna)-10.327 4

2.1.4 甜菜生育期根重與含糖率增長相關(guān)性

根據(jù)2.12和2.13結(jié)果，將農(nóng)大甜研4號品種生育期的根重與其含糖率、理論含糖率繪圖看出：其含糖率、根重與時間呈S型增長曲線，其變化特點(diǎn)符合Logistic曲線方程的變化規(guī)律，基本特點(diǎn)是隨著塊根的增長而含糖率也在提高，但開始增長較慢，而在某一范圍內(nèi)(塊根和糖分增長期)迅速增長，達(dá)到一定限度后增長又緩慢下來。而含糖率、理論含糖率與根重用曲線擬合以及線性擬合后發(fā)現(xiàn)，農(nóng)大甜研4號的含糖率與根重在整個生育期范圍內(nèi)呈正相關(guān)，線性方程為Y=0.007 153*X+8.570。相關(guān)系數(shù)為0.007 153，R2為0.978 2(見圖1)。

圖1 農(nóng)大甜研4號根重與含糖率的關(guān)系Fig.1 The relationship of the Root Weight and Sugar Content Rate for Nongdatianyan 4

其余2個品種的線性方程分別為：內(nèi)甜抗201：Y=0.006 448*X+9.016，R2=0.955 7，KWS9412：Y=0.006 150*X+9.177，R2=0.960 0。其根據(jù)增長相關(guān)分析列(繪)入表3、圖2，表4、圖3。

表3 內(nèi)甜抗201根重與含糖率關(guān)系

圖2 內(nèi)甜抗201根重與含糖率的關(guān)系Fig.2 The relationship of the Root Weight and Sugar Content Rate for Neitiankang201

表4 KWS9412根重與含糖率關(guān)系

圖3 KWS9412根重與含糖率關(guān)系Fig.3 The relationship of the Root Weight and Sugar Content Rate for KWS9412

2.2 甜菜不同生育期內(nèi)同一時期不同根重的含糖率變化規(guī)律

本研究以KWS9412品種為例，除收獲期取樣360株外，其它生育期皆取樣300株，每個生育期用三種不同分類方法進(jìn)行研究分析。第一種分類方法是等量樣本的原則，每個生育期按塊根輕重(由小到大)排序，并以30株為一個組合(計(jì)10個組合)，進(jìn)行分析；第二種分類方法是以不同根重范圍為區(qū)間，觀察不同根重區(qū)間含糖率變化差異，其原則是盡量保持各區(qū)間的樣本一致，區(qū)間范圍一致；第三種分類方式是以不同含糖率為區(qū)間，觀察不同含糖率區(qū)間根重變化差異。

2.2.1 苗期根重含糖率變化

從苗期等量樣本圖中(見圖4)，發(fā)現(xiàn)從組合1到組合4，樣本的平均含糖量是逐漸增加的，但增加幅度不大，且從總體10個組合來看，各個組合之間含糖率呈輕微浮動的狀態(tài)；從苗期不同根重區(qū)間圖中，發(fā)現(xiàn)在根重小于20 g/株的時候，平均含糖率是逐漸增加的，而當(dāng)根重大于70 g/株的時候，含糖率出現(xiàn)了下降，而其他區(qū)間根重含糖率相差不大，所以，在苗期塊根重量極大或者極小，含糖率可能會出現(xiàn)較低的情況；而從苗期不同含糖率區(qū)間圖中，發(fā)現(xiàn)在含糖率低于7 %和含糖率高于11%時，其區(qū)間的平均根重要低于其他區(qū)間的平均根重。綜上所述，該生育期甜菜含糖率的高低與根重關(guān)系不大，但在苗期過大或者過小的根重可能會降低含糖率，而且過低或者過于高的含糖率也不利于根重的增加。

2.2.2 葉叢快速生長期根重含糖率變化

從葉叢快速生長期等量樣本圖中(見圖5)，發(fā)現(xiàn)從組合1到組合5，隨著根重的增加，含糖率沒有發(fā)生明顯的變化；但從組合6開始直到組合10，其含糖率開始逐步的下降，平均含糖率要低于前5個組合，說明該生育期出現(xiàn)了根重不同而含糖率有所差別的現(xiàn)象；從葉叢快速生長期不同根重區(qū)間圖中，發(fā)現(xiàn)在根重300 g/株之前，含糖率隨著根重的增加逐漸的小幅增加，在250-500 g/株之間，出現(xiàn)了小幅的較平穩(wěn)的下降，之后當(dāng)根重大于500 g/株的時候，含糖率出現(xiàn)了明顯的下降；葉叢快速生長期不同含糖率區(qū)間，當(dāng)含糖率低于10%的時候，平均根重明顯要高于其他區(qū)間，而當(dāng)含糖率大于14%的時候，平均根重要明顯低于其他區(qū)間。綜上所述，該生育期出現(xiàn)了根重不同而含糖率有所差異的現(xiàn)象，根據(jù)不同根重區(qū)間及含糖率區(qū)間進(jìn)行曲線擬合，發(fā)現(xiàn)當(dāng)根重達(dá)到390.63 g/株，含糖率為11.80%的時候，是葉叢快速生長期的理論拐點(diǎn)(見圖9)。

圖4 甜菜苗期根重和含糖率關(guān)系Fig.4 The relationship of the Root Weight and Sugar Content Rate at the seedling stage

圖5 甜菜葉叢快速生長期根重和含糖率關(guān)系Fig.5 The relationship of the Root Weight and Sugar Content Rate at the foliage rapid growth stage

2.2.3 塊根及糖分增長期根重含糖率變化

從塊根及糖分增長期等量樣本圖中(見圖6)發(fā)現(xiàn)從組合1到組合10，隨著根重的增加，含糖率逐步下降，但是在組合5以后，下降幅度明顯加快；從塊根及糖分增長期不同根重區(qū)間圖中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)根重小于600 g/株的時候，含糖率較平穩(wěn)，而當(dāng)根重大于600 g/株的時候，含糖率開始下降，但600-1 000 g/株之間，下降幅度較平緩約下降0.3度糖，當(dāng)大于1 000 g/株時，含糖率下降幅度明顯增大；從8月份塊根及糖分增長期不同含糖率區(qū)間圖中，發(fā)現(xiàn)隨著含糖率的增加，平均根重逐漸下降。綜上所述，該生育期總體趨勢是隨著根重的增加，含糖率逐漸下降，但當(dāng)根重大于1 000 g/株時，下降幅度明顯增加。綜上所述，根據(jù)不同根重區(qū)間及含糖率區(qū)間進(jìn)行曲線擬合，發(fā)現(xiàn)當(dāng)根重達(dá)到939.95 g/株，含糖率為13.61%的時候，是塊根及糖分增長期的理論拐點(diǎn)(見圖10)。

2.2.4 糖分積累期根重含糖率變化

從糖分積累期等量樣本圖中(見圖7)發(fā)現(xiàn)從組合3開始，含糖率隨著根重的增加逐漸平穩(wěn)下降，并在組合8以后下降明顯；從糖分積累期不同根重區(qū)間圖上，當(dāng)根重小于800 g/株的時候，平均含糖率變化幅度不大，但當(dāng)根重大于800 g/株的時候，含糖率出現(xiàn)了下降的趨勢，且幅度較大；從糖分積累期不同含糖率區(qū)間圖中，在含糖率小于17%時，平均根重變化不大，但當(dāng)含糖率大于17%時，平均根重明顯呈下降趨勢。綜上所述，根據(jù)不同根重區(qū)間及含糖率區(qū)間進(jìn)行曲線擬合，發(fā)現(xiàn)當(dāng)根重達(dá)到1 056.76 g/株，含糖率為16.68%的時候，是糖分積累期的理論拐點(diǎn)(見圖11)。

圖6 甜菜塊根及糖分增長期根重和含糖率關(guān)系Fig.6 The relationship of the Root Weight and Sugar Content Rate at the root and sugar growth stage

圖7 甜菜糖分積累期根重和含糖率關(guān)系Fig.7 The relationship of the Root Weight and Sugar Content Rate at the harvest stage

2.2.5 收獲時根重含糖率變化

從收獲等量樣本圖中(見圖8)，發(fā)現(xiàn)組合6之前，平均含糖率變動不大，組合6之后平均含糖率出現(xiàn)了下降的趨勢；從不同根重區(qū)間圖中，當(dāng)根重小于1 000 g/株時，含糖率變動幅度不大，當(dāng)根重大于1 000 g/株時，含糖率開始呈下降趨勢，并在1 400 g/株之后，下降幅度明顯增大；從不同含糖率區(qū)間圖中，隨著含糖率的增加，平均根重逐漸降低，但當(dāng)含糖率高于17.5 %的時候，平均根重下降幅度明顯增加。綜上所述，根據(jù)不同根重區(qū)間及含糖率區(qū)間進(jìn)行曲線擬合，發(fā)現(xiàn)當(dāng)根重達(dá)到1 181.74 g/株，含糖率為17.52%的時候，是收獲時的理論拐點(diǎn)(見圖12)。

圖8 最終收獲時根重和含糖率關(guān)系Fig.8 The relationship of the Root Weight and Sugar Content Rate at the Final Harvest

圖9 葉叢快速生長期根重和含糖率理論拐點(diǎn)Fig.9 The inflexion point theory of the Root Weight and Sugar Content Rate at the foliage rapid growth stage注：深色為不同含糖率區(qū)間曲線擬合，方程為Y=8.62*10-6X2-0.02632X+20.77淺色為不同根重區(qū)間曲線擬合，方程為Y=-9.256*10-9X3+1.113*10-5X2-0.006816X+13.32

圖10 塊根及糖分增長期根重和含糖率理論拐點(diǎn)Fig.10 The inflexion point theory of the Root Weight and Sugar Content Rate at the root and sugar growth stage注：深色為不同含糖率區(qū)間曲線擬合，方程為Y=2.419*10-6X2-0.01016X+21.02淺色為不同根重區(qū)間曲線擬合，方程為Y=-3.464*10-11X3+1.018*10-7X2-0.001249X+14.72

圖11 糖分積累期根重和含糖率理論拐點(diǎn)Fig.11 The inflexion point theory of the Root Weight and Sugar Content Rate at the harvest stage注：深色為不同含糖率區(qū)間曲線擬合，方程為Y=-3.503*10-6X2-0.001253X+21.92淺色為不同根重區(qū)間曲線擬合，方程為Y=-9.059*10-11X3+1.122*10-7X2-0.000695X+17.4

圖12 最終收獲時根重和含糖率理論拐點(diǎn)Fig.12 The inflexion point theory of the Root Weight and Sugar Content Rate at the Final Harvest注：深色為不同含糖率區(qū)間曲線擬合，方程為Y=8.415*10-7X2-0.007965X+25.76淺色為不同根重區(qū)間曲線擬合，方程為Y=6.614*10-10X3-2.978*10-6X2+0.002767X+17.32

3 結(jié)論與討論

甜菜是以收獲塊根并從中榨取糖分的糖料作物，其生育期根重與含糖率具有線性相關(guān)顯著性，根重、含糖率與時間呈S型增長曲線，變化特點(diǎn)符合Logistic曲線方程的變化規(guī)律；而含糖率、理論含糖率與根重用曲線擬合以及線性擬合發(fā)現(xiàn)，其含糖率在整個生育期范圍內(nèi)呈正相關(guān)關(guān)系。其次，甜菜不同生育期內(nèi)同一時期不同根重和含糖率有所變化，即根重達(dá)到一定量時，其含糖率開始有所下降，其相關(guān)性為，苗期含糖率的高低與根重關(guān)系不大；到葉叢快速生長期，出現(xiàn)了根重不同而含糖率有所差異的現(xiàn)象，根據(jù)不同根重區(qū)間及含糖率區(qū)間進(jìn)行曲線擬合，發(fā)現(xiàn)當(dāng)根重達(dá)到390.63 g/株、含糖率為11.80%時，是其該時期根糖的理論拐點(diǎn)；根重達(dá)到939.95 g/株、含糖率為13.61%時，是跨跟及糖分增長期的理論拐點(diǎn)；根重達(dá)到1 056.76 g/株、含糖率為16.68%時，是糖分積累期的理論拐點(diǎn)；根重達(dá)到1 181.74 g/株、含糖率為17.52%時，是收獲時的理論拐點(diǎn)。

甜菜生產(chǎn)中，科學(xué)的栽培調(diào)控措施是增加根重和提高含糖率的有效途徑。然而，與國外歐美等國家比，我國甜菜從栽種到收獲整個生育期較短，加之，春季的氣候、雨量等因素，要獲得較高的產(chǎn)量和含糖率、在調(diào)控措施中，良好的耕作和土壤性能、合理的營養(yǎng)需求與比例、促進(jìn)苗期長勢、控制其生長中心適期轉(zhuǎn)移(7月下旬-8月上旬)、進(jìn)行葉面營養(yǎng)調(diào)控、維持后期葉面功能等途徑，是增產(chǎn)增糖的保證。