高粱（Sorghumbicolor(L.)Moench）因生物量大、抗逆性強和生產(chǎn)成本低等優(yōu)點已成為應(yīng)用前景較好的第二代燃料乙醇生產(chǎn)原料之一。燃料乙醇的生產(chǎn)主要通過發(fā)酵將生物質(zhì)原料中碳水化合物轉(zhuǎn)化為乙醇。能源高粱植株中碳水化合物的貯藏器官主要是莖和葉，提高莖葉產(chǎn)量及與能源相關(guān)品質(zhì)是能源高粱育種的重要目標。已有研究主要集中在粒用高粱和飼用高粱上，對能源高粱的關(guān)注不足，特別是關(guān)于生物質(zhì)高粱類型的研究。李嵩博等研究1997—2004年粒用高粱審定品種時空變化，發(fā)現(xiàn)粒用高粱呈單產(chǎn)上升和矮化趨勢。皺桂花等從遺傳多樣性、遺傳圖譜構(gòu)建及遺傳工程研究方面梳理了能源甜高粱的遺傳改良進展，但主要聚焦于含糖量相關(guān)的性狀，缺乏對木質(zhì)纖維素等成分的研究。此外，目前有關(guān)高粱能源品質(zhì)性狀評價研究主要集中在農(nóng)藝性狀、生物產(chǎn)量和糖錘度上，且這些研究性狀都是基于高粱整株或莖稈。已有研究表明，提高生物產(chǎn)量和纖維素含量可使理論乙醇產(chǎn)量提高25%。這說明通過協(xié)同提高高粱莖葉產(chǎn)量及其化學(xué)成分來提高乙醇產(chǎn)量的可能性很大，且針對不同部位間的遺傳改良更能提高能源潛力。因此，基于莖、葉產(chǎn)量和化學(xué)成分性狀評價能源高粱雜交種，對提高能源高粱育種效率具有重要意義。

目前，有關(guān)高粱葉片產(chǎn)量、化學(xué)成分及其與莖產(chǎn)量、化學(xué)成分相關(guān)關(guān)系的研究鮮有報道。本研究以96份高粱雜交種為材料，在不同環(huán)境下分析高粱莖和葉產(chǎn)量及7個莖葉中與能源相關(guān)成分間的相關(guān)關(guān)系，旨在探討實現(xiàn)理論乙醇產(chǎn)量最大化的可行性，以期為能源高粱品種改良提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地點

試驗于2017年在山西省介休市田堡村（37°08′N,112°06′E）和河北省涿州市中國農(nóng)業(yè)大學(xué)涿州實驗站（39°28′N,115°51′E）進行，兩點均屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候。2017年，介休市試點年均降水量為398mm，年均氣溫為10.4℃；而涿州市試點年均降水量和年均氣溫都較高，分別為550mm和11.6℃。按照美國農(nóng)業(yè)部土壤質(zhì)地的劃分標準，介休市試點土壤為砂壤土，而涿州市試點為砂土。介休試點0～30cm土層的土壤理化性質(zhì)為：pH7.4、有機質(zhì)16.2g/kg、全氮1.7g/kg、有效磷63.3mg/kg、速效鉀362.8mg/kg。涿州市試點土壤pH和介休相同，但肥力較低，表現(xiàn)為有機質(zhì)9.9g/kg、全氮1.1g/kg、有效磷22.7mg/kg、速效鉀80.5mg/kg。

1.2供試材料

選用96份高粱雜交種，由12份恢復(fù)系和8份不育系按照不完全雙列雜交組配產(chǎn)生。12份恢復(fù)系材料和8份不育系材料的來源和類型，見表1。12份恢復(fù)系材料包括甜高粱、生物質(zhì)高粱和籽粒高粱；特別是其中5份為生物質(zhì)高粱類型，因其莖稈高大且籽粒產(chǎn)量低為能源高粱育種的優(yōu)質(zhì)親本。4份A1不育系材料已被廣泛用于培育多用途的高粱雜交種，其中‘AMP450’為褐色中脈突變體，木質(zhì)素含量低；2份A3不育系（子代為不育雜交種）。20份親本來源廣泛，組配產(chǎn)生的96份雜交種有豐富的遺傳多樣性，具有較好的代表性。

1.3試驗設(shè)計和大田管理

96份高粱雜交種于2017年分別在介休市和涿州市試點種植，采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，雙行區(qū)，小區(qū)面積3.6m²。所有小區(qū)的田間管理同文獻。

1.4取樣及指標測定

各小區(qū)高粱成熟后，記錄成熟期，取樣后測定株高、莖粗、生物產(chǎn)量和植株中可溶性糖、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和灰分含量，測定方法同文獻。

1.5數(shù)據(jù)分析

高粱理論乙醇產(chǎn)量包括可溶性糖和非可溶性糖（纖維素和半纖維素）轉(zhuǎn)化的乙醇，分別按下列公式計算:

 
 
式（1)～(2）中：0.51，糖轉(zhuǎn)化乙醇的轉(zhuǎn)化系數(shù)；0.85，纖維素和半纖維素轉(zhuǎn)化為糖的生產(chǎn)效率；0.79為乙醇密度，g/mL;1.11，纖維素、半纖維素轉(zhuǎn)化為糖的轉(zhuǎn)化系數(shù)。

 
采用MicrosoftExcel2016計算均值和變異系數(shù)。應(yīng)用SPSS25.0軟件進行方差、相關(guān)性、主成分和多重比較分析。應(yīng)用t檢驗分析試驗點間的差異，所有顯著性均在P<0.05水平。

2結(jié)果與分析

2.1能源相關(guān)性狀的方差分析

由表2可知，除葉的木質(zhì)素含量外，基因型對供試能源高粱莖和葉所有性狀的影響均達極顯著水平（P<0.01）。環(huán)境因子對所有研究性狀的影響達顯著水平?；蛐团c環(huán)境互作顯著影響莖的產(chǎn)量、可溶性糖含量、纖維素含量、半纖維素含量、木質(zhì)素含量、灰分含量、理論乙醇產(chǎn)量和葉的半纖維素含量（P<0.05）。由均方值大小可知，除莖半纖維素含量變異主要來源于基因型差異外，其他性狀變異絕大部分來源于環(huán)境間的差異，表明莖產(chǎn)量、莖可溶性糖含量、莖纖維素含量、莖木質(zhì)素含量、莖灰分含量、莖理論乙醇產(chǎn)量、葉產(chǎn)量、葉可溶性糖含量、葉纖維素含量、葉半纖維素含量、葉木質(zhì)素含量、葉灰分含量和葉理論乙醇產(chǎn)量主要受環(huán)境影響。莖半纖維素含量的遺傳較為穩(wěn)定。

2.2能源相關(guān)性狀的變異分析

由表3可知，2個試點莖葉產(chǎn)量和化學(xué)成分的變異系數(shù)范圍為介休市3.7%～61.3%，涿州市4.8%～60.0%。2個試點莖葉產(chǎn)量和理論乙醇產(chǎn)量變異系數(shù)較大，其變異系數(shù)均>40%。2個試點高粱品質(zhì)性狀的變異幅度在莖葉表現(xiàn)均一致，即，可溶性糖含量和灰分含量變異系數(shù)較大，而纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量變異系數(shù)較低。總體而言，葉的品質(zhì)性狀變異系數(shù)表現(xiàn)小于莖，特別是葉的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量在2個試點的變異系數(shù)均<10%，說明葉的品質(zhì)性狀遺傳較穩(wěn)定。

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