肖芙榮, 曹哲群,徐 榮, 尹以龍，王先宏,2, 陳疏影,2, 劉魯峰,2,何麗蓮,李富生 *

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院,云南 昆明 650201;2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)甘蔗研究所,云南 昆明 650201;3.盈江縣甘蔗站,云南 盈江 679300)

【研究意義】甘蔗(SaccharumofficinarumL.)屬禾本科甘蔗屬，是喜溫、喜光的C4作物，也是重要的糖料作物和能源作物[1]。從甘蔗種苗萌發(fā)、幼苗、分蘗、伸長(zhǎng)到糖分的積累，整個(gè)生育過程對(duì)環(huán)境條件有一定的要求，特別是對(duì)水分要求較為嚴(yán)格[2]。而中國(guó)約2/3的蔗區(qū)是分布在沒有灌溉條件的旱坡地，致使甘蔗種植區(qū)常年遭遇干旱災(zāi)害，干旱已成為制約中國(guó)甘蔗生產(chǎn)的主要限制因素之一[3-5]。因此，研究近緣野生種伸長(zhǎng)期對(duì)水分脅迫后的生理響應(yīng)機(jī)理，篩選出抗旱性較強(qiáng)的品種，對(duì)甘蔗抗旱性改良具有重要意義。

斑茅(Erianthusarundinaceum)是甘蔗屬近緣植物，由于長(zhǎng)期在野生的狀態(tài)下，具有分蘗能力強(qiáng)、生勢(shì)旺盛，宿根性好、適應(yīng)性廣，抗旱、抗病、抗寒等優(yōu)異性狀特點(diǎn)倍受甘蔗育種者的普遍關(guān)注[6-7]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近幾年來，在選育抗旱性較強(qiáng)的甘蔗品種工作上，已取得較大的進(jìn)展。梁振華等對(duì)幾個(gè)甘蔗新品種的研究結(jié)果表明，柳城03/362、柳城06/241、柳城03/182抗旱性較強(qiáng)[8]；陸國(guó)盈等以新臺(tái)糖22號(hào)(ROC22)和新臺(tái)糖16號(hào)(ROC16)為對(duì)照，對(duì)5個(gè)甘蔗新品種(系)桂糖02-237、桂糖97-69、桂糖02-467、桂糖02-901、桂柳1號(hào)進(jìn)行了抗旱性比較試驗(yàn)[9]；謝金蘭等采用人工控水與桶栽的方法，以主栽品種新臺(tái)糖22號(hào)為對(duì)照，對(duì)12個(gè)甘蔗新品種(系)進(jìn)行抗旱能力的研究結(jié)果，抗旱性最強(qiáng)的品種是桂糖03/2287、桂輻98/296[10]。目前對(duì)甘蔗栽培品種的干旱脅迫生理特性研究較多，而在斑茅野生種及抗旱性生理指標(biāo)鑒定方面的研究鮮見報(bào)道。【本研究切入點(diǎn)】本試驗(yàn)第1次選用8個(gè)無性系斑茅野生種為供試材料，在甘蔗伸長(zhǎng)期初期需水量最大時(shí)進(jìn)行干旱脅迫，通過測(cè)定與抗逆相關(guān)的生理生化指標(biāo)，探討各指標(biāo)與抗旱性的關(guān)系?！緮M解決的關(guān)鍵問題】結(jié)合隸屬函數(shù)和平均隸屬度的方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為甘蔗的抗旱育種以及分子輔助育種提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)甘蔗研究所提供的斑茅82-53、斑茅83-180、斑茅89-8、斑茅90-14、斑茅92-37、斑茅93-77、斑茅I91-39、斑茅II91-125等8個(gè)甘蔗近緣屬植物斑茅為供試材料。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)甘蔗所溫室大棚內(nèi)進(jìn)行，采用盆栽方式。于2016年12月20日將供試材料均勻分蔸種植于塑料盆中，每個(gè)品種6盆，每盆種植3個(gè)蔗兜，其中3盆為正常供水處理(CK)，3盆為干旱脅迫處理(GT)。定期進(jìn)行水肥管理。

于伸長(zhǎng)期，對(duì)照組正常供水。脅迫組停止?jié)菜?，開始水分脅迫，利用便捷式土壤水分速測(cè)儀對(duì)塑料盆內(nèi)的土壤水分進(jìn)行測(cè)定，預(yù)試驗(yàn)表明，土壤相對(duì)含水量降至10 %～15 %(干旱脅迫8 d)時(shí)達(dá)到中度脅迫，葉片處于卷曲枯萎癥狀，清晨無“吐水”現(xiàn)象發(fā)生，即可進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)測(cè)定。采樣時(shí)間均為上午8:30-9:30，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的材料剪取+1葉(即蔗株最上面第一片完全展開的葉)。

1.3 生理指標(biāo)測(cè)定

測(cè)定對(duì)照組(CK)和處理組(GT)脯氨酸含量、細(xì)胞膜透性、丙二醛含量、葉綠素含量、超氧化物歧化酶活性、過氧化物酶、可溶性蛋白和可溶性糖。按照蒼晶等主編的《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教程》[11]測(cè)定丙二醛(MDA)含量和葉綠素含量，細(xì)胞膜透性采用電導(dǎo)率儀法測(cè)定[12]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定[13]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定[14]，游離脯氨酸(Pro)含量測(cè)定依據(jù)蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的試劑盒測(cè)定，超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)分別使用南京建成生物科技有限公司生產(chǎn)的SOD試劑盒，POD試劑盒進(jìn)行測(cè)定。試劑配制按照說明書進(jìn)行操作。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Execl進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，應(yīng)用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)做方差分析和模糊隸屬函數(shù)[15]分析，計(jì)算出模糊隸屬函數(shù)值和平均隸屬度，分析評(píng)價(jià)品種抗旱性。隸屬度計(jì)算公式如下：

隸屬函數(shù)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

反隸屬函數(shù)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中，Xi表示指標(biāo)測(cè)定值；Xmin表示所有材料指標(biāo)最小值；Xmax表示所有材料指標(biāo)最大值。如果指標(biāo)與抗旱性為負(fù)相關(guān)，則用反隸屬函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)質(zhì)膜透性、丙二醛含量的影響

2.1.1 質(zhì)膜透性 由表1可知，干旱脅迫下，所有無性系材料質(zhì)膜透性整體呈升高趨勢(shì)，斑茅93-77的增幅最大，斑茅92-37的增幅最??；說明在相同的條件下增幅最小的斑茅92-37抗旱性最強(qiáng)，增幅最大的斑茅93-77抗旱性較弱。各供試材料質(zhì)膜透性增幅依次為斑茅93-77>斑茅82-53>斑茅90-14>斑茅83-180>斑茅I91-39>斑茅II91-125>斑茅89-8>斑茅92-37。方差分析結(jié)果表明，對(duì)照材料斑茅89-8質(zhì)膜透性最高，極顯著高于斑茅92-37、斑II91-125、斑茅90-14、斑茅I91-39、斑茅82-53、斑茅93-77，顯著高于斑茅83-180；斑茅83-180、斑茅92-37、斑茅II91-125差異不顯著，但均顯著高于斑茅90-14、斑茅I91-39、斑茅82-53、斑茅93-77；斑茅90-14、斑茅I91-39、斑茅82-53、斑茅93-77差異不顯著。干旱脅迫下斑茅83-180、斑茅93-77極顯著高于斑茅89-8、斑茅90-14、斑茅II91-125、斑茅92-37、斑茅I91-39，顯著高于斑茅82-53；斑茅82-53極顯著高于斑茅92-37、斑茅I91-39，顯著高于斑茅89-8、斑茅90-14、斑茅II91-125；斑茅89-8極顯著高于斑茅I91-39，顯著高于斑茅92-37；斑茅II91-125顯著高于斑茅I91-39；其余差異水平不顯著。

表1 干旱脅迫對(duì)質(zhì)膜透性、丙二醛含量的影響

注：大小寫字母分別表示差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)。

Note:Different capital letters and small letters indicated significance at 0.01 and 0.05 level,respectively,the same as below.

2.1.2 丙二醛含量 由表1可知，干旱脅迫下，所有無性系材料丙二醛含量整體呈升高趨勢(shì)，斑茅82-53的增幅最大，斑茅II91-125的增幅最?。徽f明在相同的條件下增幅最大的斑茅82-53抗旱性較弱，增幅最小的斑茅II91-125抗旱性較強(qiáng)。各供試材料丙二醛含量的增幅依次為斑茅82-53>斑茅92-37>斑茅93-77>斑茅83-180>斑茅89-8>斑茅I91-39>斑茅90-14>斑茅II91-125。方差分析結(jié)果表明，對(duì)照材料斑茅II91-125丙二醛含量最高，極顯著高于其它所有材料。干旱脅迫下斑茅82-53最高，極顯著高于斑茅90-14，斑茅83-180、斑茅89-8、斑茅92-37、斑茅90-14差異不顯著。

2.2 干旱脅迫對(duì)葉綠素含量、POD活性的影響

2.2.1 葉綠素含量 由表2可知，干旱脅迫下，所有無性系材料葉綠素含量整體略有上升的趨勢(shì)，葉綠素含量的升降可能是由于受干旱脅迫程度影響。各供試材料葉綠素含量的增幅依次為斑茅90-14>斑茅82-53>斑茅93-77>斑茅I 91-39>斑茅89-8>斑茅83-180>斑茅92-37>斑茅II 91-125。方差分析結(jié)果表明，對(duì)照材料斑茅90-14與斑茅I91-39、斑茅82-53達(dá)到顯著水平，與其他材料差異不顯著。干旱脅迫下斑茅90-14葉綠素含量增加，顯著高于其它材料含量。

2.2.2 POD活性 由表2可知，與CK相比，干旱脅迫下的POD活性有升有降，可能是試驗(yàn)材料抗旱性的反映。各供試材料POD活性含量的增幅依次為斑茅83-180>斑茅93-77>斑茅90-14>斑茅I 91-39>斑茅89-8>斑茅II 91-125>斑茅82-53>斑茅92-37。方差分析結(jié)果表明,對(duì)照材料斑茅92-37與斑茅82-53、斑茅83-180、斑茅90-14、斑茅93-77、斑茅I 91-39的差異達(dá)到顯著水平，與斑茅93-77、斑茅I 91-39達(dá)到極顯著水平；但是與斑茅89-8、斑茅II 91-125差異不顯著。干旱脅迫下斑茅83-180與斑茅82-53、斑茅89-8、斑茅92-37、斑茅93-77、斑茅I 91-39的差異達(dá)到顯著水平，與斑茅82-53、斑茅I 91-39達(dá)到極顯著水平，與斑茅90-14、斑茅II 91-125差異不顯著。

表2 干旱脅迫對(duì)葉綠素含量、POD活性的影響

2.3 干旱脅迫對(duì)脯氨酸含量、可溶性蛋白的影響

2.3.1 脯氨酸含量 由表3可知，在干旱脅迫下，所有無性系材料的脯氨酸含量整體呈升高趨勢(shì)，斑茅90-14的增幅最大，斑茅82-53的增幅最??；說明在相同的條件下增幅最大的斑茅90-14抗旱性較強(qiáng)，增幅最小的斑茅82-53抗旱性較弱。各供試材料脯氨酸含量的增幅依次為斑茅90-14>斑茅II 91-125>斑茅92-37>斑茅I 91-39>斑茅83-180>斑茅93-77>斑茅89-8>斑茅82-53。方差分析結(jié)果表明，對(duì)照材料斑茅82-53顯著高于其它材料；斑茅II 91-125顯著高于斑茅I 91-39、斑茅92-37。干旱脅迫下斑茅90-14最高，極顯著高于其它材料；斑茅II 91-125極顯著高于斑茅89-8、斑茅93-77、斑茅92-37、斑茅I 91-39，顯著高于斑茅83-180、斑茅82-53；斑茅83-180極顯著高于斑茅93-77、斑茅92-37、斑茅I 91-39，顯著高于斑茅89-8；斑茅82-53顯著高于斑茅93-77、斑茅92-37、斑茅I 91-39。

2.3.2 可溶性蛋白含量 由表3可知，在干旱脅迫下，所有材料的可溶性蛋白含量整體呈升高趨勢(shì)，斑茅I 91-39的增幅最大，斑茅93-77的增幅最小。各供試材料可溶性蛋白含量的增幅依次為斑茅I 91-39>斑茅92-37>斑茅90-14>斑茅89-8>斑茅II 91-125>斑茅83-180>斑茅82-53>斑茅93-77。方差分析結(jié)果表明，對(duì)照材料斑茅93-77最高，極顯著高于斑茅I 91-39、斑茅90-14，顯著高于斑茅II 91-125、斑茅92-37、斑茅89-8、斑茅82-53；斑茅83-180極顯著高于斑茅90-14，其余水平差異不顯著。干旱脅迫下斑茅92-37極顯著高于斑茅90-14，斑茅89-8、斑茅I 91-39、斑茅II 91-125、斑茅82-53差異不顯著，但均顯著高于斑茅90-14。

2.4 干旱脅迫對(duì)可溶性糖、SOD活性的影響

2.4.1 可溶性糖含量 由表4可知，在干旱脅迫下，所有無性系材料的可溶性糖含量整體呈升高趨勢(shì)，斑茅90-14的增幅最大，與對(duì)照相比增幅達(dá)100.66 %；斑茅I 91-39的增幅最?。徽f明在相同的條件下增幅最大的斑茅90-14的抗旱性較強(qiáng)，增幅小的斑茅I91-39抗旱性較弱。各供試材料可溶性糖含量增幅依次為斑茅90-14>斑茅93-77>斑茅82-53>斑茅89-8>斑茅92-37>斑茅II 91-125>斑茅83-180>斑茅I 91-39。方差分析結(jié)果表明，對(duì)照材料斑茅83-180、斑茅I 91-39、斑茅II 91-125極顯著高于斑茅93-77、斑茅82-53、斑茅90-14、斑茅89-8，顯著高于斑茅92-37；斑茅92-37極顯著高于斑茅90-14、斑茅89-8，顯著高于斑茅93-77、斑茅82-53；斑茅93-77極顯著高于斑茅89-8，顯著高于斑茅90-14；斑茅82-53顯著高于斑茅89-8。干旱脅迫下斑茅II 91-125極顯著高于斑茅90-14、斑茅92-37、斑茅82-53、斑茅I 91-39、斑茅89-8，顯著高于斑茅83-180；斑茅93-77極顯著高于斑茅I 91-39、斑茅89-8，顯著高于斑茅90-14、斑茅92-37、斑茅82-53；斑茅83-180極顯著高于斑茅89-8，顯著高于斑茅I 91-39；其余差異水平不顯著。

2.4.2 SOD活性 由表4可知,在干旱脅迫下，所有無性系材料的SOD活性整體略有下降趨勢(shì)，斑茅I 91-39的降幅最小，斑茅83-180的降幅最大。供試材料可溶性糖含量增幅依次為斑茅83-180>斑茅92-37>斑茅II 91-125>斑茅82-53>斑茅89-8>斑茅93-77>斑茅90-14>斑茅I91-39。方差分析結(jié)果表明對(duì)照材料斑茅83-180、斑茅89-8極顯著高于斑茅I 91-39、斑茅II 91-125，顯著高于斑茅92-37、斑茅90-14、斑茅93-77；斑茅82-53、斑茅92-37極顯著高于斑茅II 91-125，顯著高于斑茅90-14、斑茅93-77、斑茅I91-39；其余差異水平不顯著。干旱脅迫下斑茅83-180極顯著高于斑茅I 91-39、斑茅II91-125，顯著高于斑茅90-14、斑茅93-77；斑茅89-8極顯著高于斑茅I 91-39、斑茅II 91-125，顯著高于斑茅90-14、斑茅93-77；其余差異水平不顯著。

表3 干旱脅迫對(duì)脯氨酸含量、可溶性蛋白的影響

表4 干旱脅迫對(duì)可溶性糖、SOD活性的影響

2.5 抗旱性綜合評(píng)定

甘蔗抗旱性受多因素的影響，選用單一指標(biāo)對(duì)甘蔗抗旱性評(píng)價(jià)并不全面。通過測(cè)定生理指標(biāo)，并采用模糊隸屬函數(shù)法對(duì)甘蔗抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其中丙二醛、質(zhì)膜透性與抗旱性為負(fù)相關(guān)，其余指標(biāo)與抗旱性為正相關(guān)。利用模糊隸屬函數(shù)計(jì)算得出不同斑茅材料的抗旱性綜合評(píng)價(jià)值，由表5可知：在干旱脅迫下，8個(gè)不同無性系斑茅抗旱性由強(qiáng)到弱依次為斑茅90-14>斑茅83-180>斑茅II 91-125>斑茅I 91-39>斑茅92-37>斑茅89-8>斑茅93-77> 斑茅82-53。說明斑茅90-14的抗旱性最強(qiáng)，其次為斑茅83-180，抗旱性最差的是斑茅82-53。

3 討 論

水分脅迫對(duì)植物造成的損失在所有的非生物脅迫中占首位。非生物脅迫會(huì)引起一系列的變化，如膜透性的改變、結(jié)構(gòu)的變化以及發(fā)生膜脂的過氧化作用；脅迫還打破細(xì)胞內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除之間的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，導(dǎo)致自由基積累過多，SOD和CAT活性下降，膜脂過氧化產(chǎn)物MDA含量增加，從而引起細(xì)胞傷害。因此，MDA是反應(yīng)膜脂氧化作用強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[15]。在相同條件下，MDA含量下降的甘蔗品種抗旱性較強(qiáng)，反之則上升的甘蔗抗旱性最弱[16]。一般來說，質(zhì)膜透性增減也是影響植物遭受逆境脅迫與傷害的體現(xiàn)，干旱脅迫下細(xì)胞通透性增加，其抗旱性就越弱[17]。可溶性糖和脯氨酸是主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。干旱脅迫下，可溶性糖含量升高，其表明抗性越強(qiáng)[14]；另一方面，隨干旱程度增加，植物體內(nèi)脯氨酸含量持續(xù)提高[18]。引起葉綠素含量變化的因素有很多，干旱脅迫、鹽脅迫和氣溫變化等[19]都有影響，楊曉康等[20]研究花生生理特性顯示，在輕度干旱脅迫下葉綠素含量略上升，隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，在重度脅迫時(shí)含量則下降，說明葉綠素含量的高低與干旱脅迫強(qiáng)度有關(guān)系。俞世雄等[21]在研究水分脅迫對(duì)小麥新品系葉綠素含量影響中表明，在花期干旱脅迫時(shí)的早期葉綠素含量是呈上升趨勢(shì)，但隨著干旱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，葉綠素含量則顯著下降。吳凱朝等[22]研究甘蔗伸長(zhǎng)期顯示，脅迫后的甘蔗葉片POD活性與CK的水平相當(dāng)，可能是該品種抗旱性的反映。滕崢等[23]研究幾個(gè)甘蔗品種(系)抗旱性顯出，在干旱脅迫后，POD活性持續(xù)呈上升趨勢(shì)，造成這種酶活性的波動(dòng)性變化可能是受到外部諸多外在因素的影響[24]。本研究結(jié)果表明，在水分脅迫下，各參試材料丙二醛含量都有不同程度的增加，說明這些材料在一定程度上都受到相應(yīng)的影響，其中斑茅II91-125增幅最小，說明其抗旱性最強(qiáng)。本研究中質(zhì)膜透性和丙二醛與材料抗旱呈負(fù)相關(guān)，這與張娜等[25]的結(jié)論一致。

表5 斑茅抗旱性綜合評(píng)價(jià)

本研究結(jié)果與前人所得的結(jié)論基本能保持一致。因?yàn)槭堑谝淮芜x用斑茅野生種來進(jìn)行抗旱性性的鑒定，結(jié)果可能會(huì)與甘蔗的栽培種有所出入。選擇斑茅野生種抗旱性最強(qiáng)的品種，這對(duì)適應(yīng)不同生態(tài)條件蔗區(qū)的品種選育以及分子輔助育種提供了可靠的理論依據(jù)。

4 結(jié) 論

在干旱脅迫下，質(zhì)膜透性、MDA含量、脯氨酸可作為斑茅野生種抗旱性鑒定的重要指標(biāo)。本試驗(yàn)中，細(xì)胞膜透性受損害差異較顯著，脅迫后的甘蔗要比正常生長(zhǎng)的受損程度較明顯。斑茅野生種間POD活性變化不同，有升有降。丙二醛含量全部升高，說明干旱脅迫下對(duì)甘蔗膜結(jié)構(gòu)有一定的破壞。在干旱脅迫下，脯氨酸和可溶性蛋白也有不同程度升高，脯氨酸和可溶性蛋白的增加能有效提高植物抵御逆境脅迫的傷害。斑茅野生種間可溶性糖含量有所升高，而SOD活性下降則表明在干旱條件下甘蔗受到一定程度的傷害。供試的8個(gè)不同無性系斑茅通過抗旱性鑒定及綜合各指標(biāo)變幅及模糊隸屬函數(shù)值分析，以斑茅90-14的抗旱能力最強(qiáng)，斑83-180次之，斑茅82-53的最弱。

致謝：云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院2014級(jí)農(nóng)學(xué)專業(yè)本科生李孟周、趙光明同學(xué)參與部分研究工作，特此感謝！