由表4可知,2個試點莖和葉的杂交种茎质性状相產量與理論乙醇產量均表現為極顯著正相關(P<0.01),R2均為0.99,表明生物產量是叶产源品影響理論乙醇產量的最重要因素。2個試點的分析莖和葉的產量也極顯著正相關(P<0.01),介休市和涿州市的高粱关性試點相關係數分別為0.83和0.85。莖的杂交种茎质性状相理論乙醇產量與葉的理論乙醇產量也極顯著正相關(P<0.01),介休市和涿州市的叶产源品試點相關係數分別為0.82和0.84。產量和品質性狀之間,分析2個試點均表現為莖產量和莖可溶性糖含量顯著正相關,高粱关性而與莖灰分含量顯著負相關;葉產量和葉纖維素含量顯著正相關。杂交种茎质性状相
同一品質性狀,叶产源品2個試點均表現為莖可溶性糖含量與葉可溶性糖含量、分析莖木質素含量與葉木質素含量均呈極顯著正相關。高粱关性介休市試點莖纖維素含量和葉纖維素含量表現為不相關,杂交种茎质性状相涿州市試點莖纖維素含量和葉纖維素含量呈顯著正相關。叶产源品品質性狀間,莖可溶性糖含量和莖木質纖維素含量呈顯著負相關;莖可溶性糖含量與莖灰分含量呈顯著負相關,而葉可溶性糖含量與葉灰分含量在2試點表現不一致。2個試點莖和葉均表現為:纖維素含量與半纖維素含量、木質素含量均呈顯著正相關;半纖維素含量和木質素含量呈顯著正相關。
由表5可知,2個試點特征值>1的主成分均為4個,其累計貢獻率為介休市84.22%,涿州市78.95%,涵蓋了高粱雜交種性狀研究的絕大部分信息。
在介休市試點,第1主成分特征值為4.14,貢獻率為29.57%;其中第1主成分中葉產量和葉的理論乙醇產量特征向量絕對值最大均為0.95,其次為莖產量(0.94)和莖的理論乙醇產量(0.91),因此將第1主成分稱為秸稈產量因子。第2主成分的貢獻率為27.85%;其特征向量絕對值最大的性狀為莖可溶性糖含量(-0.93),其次是為莖半纖維素含量(0.91)、莖纖維素含量(0.91)、莖木質素含量(0.90),且莖木質纖維素含量的特征向量絕對值均>0.90,因此將第2主成分稱為莖的碳水化合物因子。第3主成分特征向量絕對值最大的性狀為葉半纖維素含量(0.90),其次是葉纖維素含量(0.76)、葉木質素含量(0.44)、葉可溶性糖含量(-0.38),因此將其稱為葉的碳水化合物因子。第4主成分特征向量絕對值最大的性狀為葉的灰分含量(0.81),其次是葉可溶性糖含量(-0.73),且葉產量、葉可溶性糖含量、葉半纖維素含量和葉理論乙醇產量特征值均為負值,因此將其稱為葉乙醇產量潛力的抑製因子。
在涿州市試點,第1主成分特征值為4.07,貢獻率為29.04%;第1主成分中莖的理論乙醇產量和莖的產量特征向量絕對值最大均為0.95,其次葉的理論乙醇產量(0.92)和葉的產量(0.92),因此將第1主成分稱為秸稈產量因子。第2主成分特征向量絕對值前四位分別為莖半纖維素含量(0.97)、莖木質素含量(0.96)、莖可溶性糖含量(-0.95)和莖纖維素含量(0.93),因此稱為莖的碳水化合物因子。第3主成分特征向量絕對值前四位分別為葉灰分含量(-0.87)、葉半纖維素含量(0.77)、葉纖維素含量(0.39)和葉可溶性糖含量(-0.36)主要反映高粱葉的能源品質性狀潛力,因此稱為葉的碳水化合物因子。第4主成分特征向量絕對值最大的性狀為葉木質素含量(0.88),其次是葉纖維素含量(0.57),且其葉的產量、葉纖維素含量、葉半纖維素含量和葉的理論乙醇產量特征值均為正值,因此將其稱為葉乙醇產量的促進因子。
本研究96份高粱的絕大多數能源相關性狀的基因型、環境及兩者互作效應均達顯著水平,且性狀變異主要來源於環境因素。已有研究也表明能源高粱生物產量和化學成分受環境影響較大。Zhao等和Tang等對高粱的乙醇生產潛力及其產量構成性狀研究發現,能源高粱生物產量、可溶性糖和木質纖維素受環境影響顯著。此外,陳展宇等在半幹旱和半濕潤地區對8個甜高粱農藝性狀、糖錘度和生物產量性狀研究發現,7個甜高粱糖錘度在2個不同環境下差異顯著。因此,在不同環境條件下分析高粱莖葉各性狀間的相關關係是必要的。
明確莖、葉的產量以及其化學成分含量間的關係,有助於提高莖葉產量和改善其能源品質,這一定程度上決定了非糧生物質原料的能源潛力。Murray等基於甜高粱和籽粒高粱的雙親重組近交群體對結構性和非結構化碳水化合物的遺傳研究表明,高粱在適宜條件下,不同碳水化合物含量可協同提高,同時QTL(quantitativetraitlocus)定位發現莖和葉的碳水化合物遺傳是獨立的,因此分別對莖和葉遺傳改良可有效地改良其能源品質。本研究發現,莖的理論乙醇產量和葉的理論乙醇產量極顯著正相關,且在2個試點的相關係數均較大。同一能源品質性狀不同部位間,絕大部分品質性狀在2個試點均表現為正相關。莖的可溶性糖含量與葉可溶性糖含量、莖半纖維素含量與葉半纖維素含量、莖木質素含量與葉木質素含量均呈極顯著正相關。因此,從表型相關而言,同時提高莖和葉的產量並改善其能源品質可極大地提升能源高粱乙醇理論生產潛力。另外,介休市和涿州市試點第1和第2主成分均為秸稈產量和莖碳水化合物因子,表明能源高粱育種應重視提高莖、葉產量及莖的碳水化合物因子的改良。然而,第4主成分中葉產量、葉半纖維素含量和葉的理論乙醇產量特征值在2個試點表現不一致,在介休市為負值,涿州市為正值。這可能與能源高粱葉的能源品質性狀受環境影響較大有關。在華北平原不同試點對能源高粱木質纖維素等成分的配合力分析也表明葉中化學成分的遺傳效應在不同環境下表現不一致。
作物性狀在不同生態環境下基因和環境互作效應顯著。本研究莖和葉產量及其能源相關化學成分的7個性狀的方差分析也表明,能源高粱品種的產量和化學成分受環境影響較大,性狀間的相關關係可能在不同環境下會變化。因此,應該在多個生態環境下,結合QTL定位分析莖葉能源性狀間遺傳關係以獲得更加可靠結果。
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