李 翔，黃曲燕，黃海榮，李毅杰，段維興，林善海，梁 強(qiáng)，李楊瑞

（1. 廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究中心/農(nóng)業(yè)部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007;2.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所，廣西 南寧 530007）

0 引言

巴西甘蔗生產(chǎn)成本是產(chǎn)蔗國中最低的。而我國甘蔗生產(chǎn)的各項(xiàng)農(nóng)資投入中，化肥尤其是氮肥所占比重最大，對甘蔗產(chǎn)量的影響也最為顯著。如何通過合理施肥，提高氮肥利用率，降低甘蔗種植成本是當(dāng)前我國種蔗產(chǎn)業(yè)的重要任務(wù)。另一方面，我國蔗區(qū)種植品種單一，新臺(tái)糖品種的優(yōu)良特性已開始退化。如廣西目前當(dāng)家品種新臺(tái)糖22號(hào)在很多產(chǎn)地嚴(yán)重退化，黑穗病等病蟲害發(fā)生加劇，且抗逆性差，近幾年遭遇寒旱災(zāi)害時(shí)損失慘重。因此，廣泛培育、篩選適合我國產(chǎn)區(qū)種植的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)固氮甘蔗新品種取代已退化品種是解決目前我國甘蔗生產(chǎn)成本過高，提高甘蔗糖業(yè)競爭力的有效途徑之一。

1 國內(nèi)外甘蔗固氮特性研究進(jìn)展

氮作為植物生長、發(fā)育必不可少的元素之一，是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸、磷脂、生物堿和某些維生素及生長激素的重要組分之一。生物固氮是地球上固氮作用的重要途徑之一，每年的總固氮量之中，約有60%來自生物固氮。生物固氮是自然界重要的生物學(xué)過程，它主要有三大類：自生固氮、共生固氮和聯(lián)合固氮。聯(lián)合共生固氮的概念是1976年由巴西Dobereiner實(shí)驗(yàn)室提出的。20年來聯(lián)合固氮的研究受到世界各國科學(xué)家的重視。聯(lián)合固氮菌中大多數(shù)是與禾本科牧草的根相聯(lián)合，也有一些是從豆科植物的根瘤和根表或從各種其他植物包括單子葉和雙子葉植物的根表分離得到。通常有一種以上的固氮菌與同一植物聯(lián)合，而且隨著地域的不同固氮菌的分布和頻率有相當(dāng)大的差別［1］。

甘蔗的固氮特性與甘蔗內(nèi)生固氮菌有很大的聯(lián)系。1961年Dobereiner開始從甘蔗的根部大量分離到拜葉林克氏菌屬（Berjer-rinekia）以后，甘蔗固氮研究和應(yīng)用得到了不斷的發(fā)展。巴西在這方面做出了顯著的成績，已從甘蔗中分離得到數(shù)種甘蔗內(nèi)生固氮菌，例如葡糖醋桿菌（Gluconacetobacter diazotrophicu）、草螺菌（Herbaspirillum seropedicae）等。巴西的研究表明，對于原來具有較強(qiáng)固氮活性的甘蔗品種，接種甘蔗內(nèi)生固氮菌是比較容易的，經(jīng)過組培脫毒處理后獲得的健康種苗很容易回接內(nèi)生固氮菌［2］，接種內(nèi)生菌后對甘蔗的生長都有不同程度的促進(jìn)效果。同時(shí)有研究表明接種葡糖醋桿菌，可以促進(jìn)甘蔗的生長，但接種效果又與甘蔗品種有關(guān)［3］。接種醋桿菌（Acetobacter diazotrophicu）促進(jìn)了甘蔗根毛的發(fā)育，有利于甘蔗吸收更多礦質(zhì)營養(yǎng)，從而促進(jìn)甘蔗的生長［4］。甘蔗內(nèi)生固氮菌還具有促進(jìn)生長和生物防治等作用［5］。

在我國，已有從桂糖11號(hào)、新臺(tái)糖10號(hào)、新臺(tái)糖16號(hào)和桂糖16號(hào)篩選到了活性較高的菌株［6］。研究人員通過比較廣西的幾個(gè)主栽品種和巴西的固氮品種的固氮特性和生產(chǎn)特性［7-9］，對不同的栽培品種資源的固氮性能進(jìn)行研究，并從中分離到前人從來沒有報(bào)道過的新的固氮微生物種類［10-12］。研究結(jié)果表明，我國的甘蔗內(nèi)生固氮菌與國外報(bào)道的甘蔗內(nèi)生固氮菌存在差異，不同的品種，不同的基因型之間生物固氮能力存在較大的差異，研究人員在歷經(jīng)數(shù)年研究后發(fā)現(xiàn)從巴西引進(jìn)的品種B8、B9是目前為止固氮能力最強(qiáng)的品種，其固氮酶活性是本地品種新臺(tái)糖16號(hào)和桂糖11號(hào)的十幾倍至幾十倍。桂意云等［13］研究巴西兩個(gè)固氮甘蔗品種B1、B8不同部位的固氮酶活性，對葉片、主脈、葉鞘、莖、根和根際周圍固氮酶活性比較，發(fā)現(xiàn)莖→根→葉鞘→葉脈→葉片的固氮酶活性呈趨勢性變小，認(rèn)為莖、根和根際周圍具有較高的固氮酶活性。梁?。?4］對巴西固氮品種和廣西品種進(jìn)行了固氮生理特性方面的研究，證實(shí)了巴西固氮品種在廣西種植可以表現(xiàn)出較高的固氮酶活性，但硝酸還原酶活性和硝態(tài)氮狀況與甘蔗固氮沒有密切的相關(guān)性。黃杏等［15］用甘蔗內(nèi)生固氮菌混合菌液對巴西固氮甘蔗品種B8（RB86-7515）和廣西當(dāng)家甘蔗品種新臺(tái)糖22號(hào)進(jìn)行固氮菌接種和小接種處理，結(jié)果表明固氮菌接種有助于甘蔗根系的生長代謝。吳凱朝等［16］把內(nèi)生固氮菌株分別接種到6個(gè)不同甘蔗材料桂糖24號(hào)、桂糖9號(hào)、崖城84-153、桂糖18號(hào)等，試驗(yàn)結(jié)果表明，與對照相比，接種內(nèi)生固氮菌在一定程度上促進(jìn)不同基因型甘蔗植株的生長，增加株高、莖徑、平均節(jié)間長度和單莖重。

2 國內(nèi)外固氮甘蔗品種選育研究進(jìn)展

在巴西的圣保羅州，氮肥的推薦用量新植蔗是80kg/ha左右，宿根蔗是120kg/ha。印度的甘蔗種植氮肥推薦施用量是275kg/ha。但是田間實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)?shù)视昧繙p少到140kg/ha，同時(shí)使用生物肥料的情況下甘蔗產(chǎn)量是相當(dāng)?shù)?，這就說明使用生物肥料，至少可以節(jié)省氮肥用量的一半［17］。在國內(nèi)，氮肥使用量普遍比國外偏高，廣西蔗區(qū)施尿素水平一般在500～700kg/ha，施氮量是巴西蔗區(qū)的8～10倍，蔗莖產(chǎn)量只有60 t/ha左右；廣東、云南、福建等蔗區(qū)的氮肥使用量大都也在600～750kg/ha左右［18-19］。甘蔗生長期適量施用氮肥能夠提高蔗株的光合作用，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增糖的效果。但在施氮量達(dá)到270kg/ha時(shí)增產(chǎn)效果并沒有比施氮135kg/ha的明顯，相反會(huì)降低蔗糖分［20］。同時(shí)因?yàn)殡S著氮肥量的增加，甘蔗發(fā)生倒伏的幾率加大，從而使甘蔗的產(chǎn)量和糖分受到不利的影響［21］。

在巴西，甘蔗品種的選育都是在低氮或無氮的條件下進(jìn)行的。由于固氮甘蔗品種和固氮技術(shù)的大面積推廣，其甘蔗生產(chǎn)的氮肥（尿素）施用量明顯減少，極大地降低了甘蔗的生產(chǎn)成本。國內(nèi)已有開展對固氮甘蔗品種選育的研究，李翔等［22］研究發(fā)現(xiàn)，在降低氮肥施用量的條件下，部分品系表現(xiàn)出了較強(qiáng)的固氮能力，其出苗率、莖徑、有效莖數(shù)、產(chǎn)蔗量及含糖量方面均明顯超過對照，不同甘蔗育種材料的分蘗、宿根發(fā)株、伸長和成莖均有不同影響，并不是所有育種材料的生長都受到抑制，試驗(yàn)結(jié)果可為進(jìn)一步篩選固氮甘蔗優(yōu)良品種提供參考。韋劍鋒［23］應(yīng)用15N標(biāo)記尿素研究盆栽條件下甘蔗新臺(tái)糖22號(hào)苗期氮肥利用率，結(jié)果表明為氮肥利用率隨施氮水平的提高而顯著下降。曾維賓［24］研究4個(gè)氮水平處理對新臺(tái)糖22號(hào)生長與產(chǎn)量的研究，結(jié)果表明與不施氮肥處理相比，施氮處理的有效莖數(shù)、單莖重和產(chǎn)量分別提高了2.93%、6.30%和10.28%。近年來，通過在低氮條件下對甘蔗雜交組合的篩選，已獲得了一批表現(xiàn)固氮特性的優(yōu)良甘蔗品系，其中桂糖08-6在南寧、柳州等地均表現(xiàn)較好，產(chǎn)量比新臺(tái)糖22號(hào)增產(chǎn)14%以上。

3 小結(jié)

因此，借鑒巴西固氮甘蔗品種的選育經(jīng)驗(yàn)，在國內(nèi)通過種植條件設(shè)定，組合配置、新品系篩選等育種手段，開展具有較強(qiáng)固氮能力的優(yōu)良甘蔗新品種的選育工作，最終通過固氮品種的推廣種植，以此來大幅度降低我國甘蔗種植氮肥施用量，減少生產(chǎn)成本，提高蔗糖產(chǎn)業(yè)的競爭力，將對我國甘蔗種植業(yè)的健康發(fā)展有積極意義。