譚秦亮 程 琴 潘成列 朱鵬錦 李佳慧 宋奇琦農(nóng)澤梅 周全光 龐新華 呂 平

（1廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所，530001，廣西南寧；2廣西田園生化股份有限公司，530001，廣西南寧）

中國(guó)是世界上主要的甘蔗種植國(guó)，種植面積僅次于巴西和印度，目前甘蔗主要種植在廣西、云南、廣東和海南等熱帶或亞熱帶地區(qū)，其中廣西和云南種植面積最大，占據(jù)全國(guó)總面積的90%以上[1]。此外，甘蔗作為生產(chǎn)乙醇等生物能源的理想原料，是今后研究的熱門對(duì)象。確保甘蔗產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，不僅可以滿足我國(guó)食糖安全，更是未來生物能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然選擇。在作物面臨的所有非生物脅迫中，干旱是發(fā)生頻率最高、危害面積最廣、造成損失最大的一個(gè)自然因素。甘蔗是一種高產(chǎn)的C4作物，具有較高的水分利用效率和較強(qiáng)的耐旱性能，但是廣西蔗區(qū)90%以上的甘蔗種植于旱坡地[2]，灌溉設(shè)施和土壤持水性能較差，季節(jié)性干旱發(fā)生較為嚴(yán)重，因此，選育抗旱性強(qiáng)的品種、改良其抗旱性等是今后廣西甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向的關(guān)鍵。

脫落酸（abscisic acid，ABA）作為一種植物激素，通常被稱為信號(hào)激素或逆境激素，是啟動(dòng)植物體內(nèi)抗逆基因表達(dá)的“第一信使”[3-4]，不僅能促進(jìn)植物葉片的衰老和脫落，而且能感知和傳遞逆境信號(hào)，參與調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育和逆境響應(yīng)。李長(zhǎng)寧[5]研究發(fā)現(xiàn)，水分脅迫下外施ABA可提高甘蔗內(nèi)源ABA含量，增強(qiáng)抗氧化酶活性，促進(jìn)可溶性糖（soluble sugar，SS）的積累。當(dāng)水分脅迫作用玉米時(shí)，外源ABA可促進(jìn)幼苗根系脯氨酸和SS積累[6]。小麥外施ABA可顯著提高植株旗葉光合速率、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量以及抗氧化酶活性，降低丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量[7]。噴施ABA能明顯提高大豆葉綠素含量和光合速率，有效緩解干旱脅迫對(duì)其的影響，維持大豆的正常生理代謝活動(dòng)[8]。植物正常生長(zhǎng)時(shí)會(huì)形成一套有效清除自由基的抗氧化防護(hù)系統(tǒng)，以避免或減輕活性氧對(duì)細(xì)胞造成的傷害，組成酶促防護(hù)系統(tǒng)的酶主要有超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）、抗壞血酸過氧化物酶（aseorbate peroxidase，APX）、過氧化氫酶（catalase，CAT）和多胺氧化酶（polyamine oxidase，PAO）等[9-10]。SOD可以催化O2-.發(fā)生歧化反應(yīng)生成O2和H2O2，其活性被認(rèn)為是植物抗逆境的重要指標(biāo)；POD和APX是葉綠體中清除H2O2的關(guān)鍵酶，APX被認(rèn)為是抗氧化系統(tǒng)中與H2O2親和力最強(qiáng)的氧化酶；CAT主要負(fù)責(zé)清除過氧化物體的H2O2[11]。當(dāng)受到干旱脅迫時(shí)，植物葉片中的SOD、POD和APX等活性快速升高，可有效緩解干旱脅迫對(duì)植物膜系統(tǒng)的損傷[12-13]。在干旱脅迫時(shí)甘蔗會(huì)產(chǎn)生一系列生理變化來減輕干旱傷害，研究[14-15]表明，甘蔗葉片可溶性蛋白（soluble protein，SP）、SS、MDA及脯氨酸（proline，Pro）含量等可作為甘蔗抗旱性鑒定和評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。當(dāng)甘蔗受到干旱脅迫時(shí)會(huì)出現(xiàn)膜脂過氧化反應(yīng)，從而對(duì)膜系統(tǒng)造成傷害，研究[16-19]發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜透性變化與MDA含量呈正相關(guān)，因此，質(zhì)膜透性和MDA含量變化是甘蔗抗旱評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)。

目前，已有不少關(guān)于甘蔗抗旱性的研究報(bào)道，主要包括形態(tài)結(jié)構(gòu)特征、生理特性、抗旱性指標(biāo)評(píng)價(jià)和抗旱性品種選育等，有關(guān)甘蔗抗旱生理生化的研究主要集中在質(zhì)膜透性、滲透調(diào)節(jié)和抗氧化物保護(hù)酶系統(tǒng)清除自由基能力等方面，但目前關(guān)于干旱脅迫下噴施外源ABA提高甘蔗幼苗抗旱性方面鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)通過與甘蔗品種ROC22對(duì)比，對(duì)廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所新育成的甘蔗品種桂熱2號(hào)（GR2）進(jìn)行干旱脅迫及外源ABA脅迫試驗(yàn)處理，測(cè)定甘蔗苗期葉片內(nèi)源激素（ABA、GA和IAA）含量、抗氧化物酶（SOD、POD和APX）活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（MDA、SP和SS）含量。旨在探討干旱脅迫對(duì)GR2幼苗的傷害與影響，比較該品種與ROC22的差異，對(duì)其進(jìn)行抗旱性鑒定，以便為今后的大面積推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

參試材料為廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所新育成甘蔗品種桂熱2號(hào)（GR2）與抗旱品種ROC22（CK）。GR2由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部于2020年7月24日審定，審定編號(hào)為GPD甘蔗（2020）450040。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年在廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所甘蔗種質(zhì)資源圃智能溫室大棚內(nèi)進(jìn)行。采用桶栽土培方式，桶的規(guī)格為22cm×35cm（直徑×高），每桶裝土壤13kg（大田土:河沙:有機(jī)肥=5:4:1）。2020年1月15日將甘蔗以單芽蔗莖的方式種植于泥沙混合基質(zhì)中催芽育種。45d后選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的甘蔗幼苗移栽至桶中，每個(gè)桶種2株苗后移入智能溫室大棚，按照常規(guī)生長(zhǎng)進(jìn)行管理，2個(gè)月后開始對(duì)2個(gè)甘蔗品種進(jìn)行試驗(yàn)處理。把材料分成2組，第1組進(jìn)行干旱處理，第2組在干旱處理的基礎(chǔ)上葉面噴施ABA（50mmol/L），分別為干旱及ABA處理，分別于斷水后的0、3、5、7、9、12d進(jìn)行采樣測(cè)定。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

采用酶聯(lián)免疫試劑盒測(cè)定[20]內(nèi)源激素ABA、赤霉素（GA）及植物生長(zhǎng)素（IAA）含量。采用氮藍(lán)四唑光化還原法測(cè)定SOD活性，采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定POD活性，采用過氧化氫還原法測(cè)定APX活性[21-22]。采用試劑盒法測(cè)定滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)MDA含量，采用考馬斯亮藍(lán)G-250比色法測(cè)定SP含量，采用蒽酮法測(cè)定SS含量[22-23]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用單因素（one-way ANOVA）和Duncan法進(jìn)行方差分析和多重比較（P=0.05），使用Origin 2019軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)甘蔗內(nèi)源激素的影響

2.1.1 對(duì)ABA含量的影響 由圖1可知，各處理的ABA含量隨著干旱脅迫時(shí)間而變化，CK和GR2均呈先上升后下降再上升的變化趨勢(shì)，CK在5d時(shí)達(dá)到第1次峰值，在12d時(shí)達(dá)到第2次峰值，GR2在3d時(shí)達(dá)到第1次峰值，在9d時(shí)達(dá)到第2次峰值。干旱加ABA脅迫處理后，CK+ABA處理在5d時(shí)達(dá)到第1次高峰值且高于CK，9d時(shí)達(dá)到第2次高峰值且與CK存在顯著差異；GR2+ABA處理在5d時(shí)高于GR2，但差異不顯著，7d時(shí)達(dá)到最高值。說明干旱脅迫時(shí)，GR2中內(nèi)源ABA含量增加更快，外源ABA處理能更明顯地提高GR2內(nèi)源ABA的含量。

圖1 不同處理甘蔗內(nèi)源ABA的含量Fig.1 The contents of the sugarcane endogenous ABA under different treatments

2.1.2 對(duì)GA含量的影響 由圖2可知，CK在7d時(shí)降到最低值，9d時(shí)達(dá)到最高值；GR2在5d時(shí)出現(xiàn)第1次高峰值，在9d時(shí)降到最低值，12d時(shí)達(dá)到最高峰值，7、9和12d時(shí)均與CK存在顯著差異，說明GR2響應(yīng)干旱脅迫的速度比CK快。干旱加ABA處理后，CK+ABA處理5d時(shí)出現(xiàn)第1次高峰值，3和7d時(shí)均出現(xiàn)較低值，且3d時(shí)與CK存在顯著差異，12d時(shí)出現(xiàn)最高峰值；GR2+ABA處理在7d時(shí)達(dá)到最高值，隨后緩慢下降，9和12d時(shí)均與GR2存在顯著差異。說明干旱脅迫時(shí)GR2的GA含量在0～7d一直保持較高水平，外源ABA處理能在后期加快CK和GR2內(nèi)源GA的積累。

圖2 不同處理下甘蔗內(nèi)源GA的含量Fig.2 The content of the sugarcane endogenous GAunder different treatments

2.1.3 對(duì)IAA含量的影響 由圖3可知，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，當(dāng)干旱脅迫下CK在3d時(shí)達(dá)到第1次高峰值，之后迅速下降后緩慢上升，到9d時(shí)達(dá)到第2次高峰值；GR2在脅迫3d后一直處于較高值，到7d時(shí)達(dá)到最高值，其中5d時(shí)顯著高于CK。干旱加ABA處理后，CK+ABA處理3d時(shí)出現(xiàn)最低值，與CK存在顯著差異，隨后緩慢上升，7d時(shí)達(dá)到最高值；GR2+ABA處理在5d時(shí)達(dá)到第1次高峰值，7d時(shí)降到最低值，隨后再次上升，9d時(shí)達(dá)到最高峰值，7d和9d時(shí)均與GR2有顯著差異。說明干旱脅迫能促進(jìn)GR2內(nèi)源激素IAA的積累，外源ABA處理后GR2內(nèi)源IAA含量一直維持在較穩(wěn)定的水平。

圖3 不同處理下甘蔗內(nèi)源IAA的含量Fig.3 The content of the sugarcane endogenous IAAunder different treatments

2.2 不同處理對(duì)甘蔗抗氧化酶活性的影響

2.2.1 對(duì)SOD活性的影響 圖4表明，隨著干旱脅迫的持續(xù)，CK和GR2的SOD活性均呈先下降后上升的趨勢(shì)，在干旱脅迫5d時(shí)下降到最低值，9d時(shí)達(dá)到最高值。干旱加ABA處理后，CK+ABA處理5d時(shí)快速升高達(dá)到最高值，且處理間差異顯著，與0d時(shí)相比上升幅度為23.87%；GR2+ABA處理在干旱脅迫3d時(shí)達(dá)到最低值，5d時(shí)顯著高于GR2，隨后逐漸增加，9d時(shí)達(dá)到最高值。說明干旱脅迫下CK和GR2變化趨勢(shì)基本一致，外源ABA處理能迅速提高CK和GR2的SOD活性，但是GR2比CK提高的幅度要低。

圖4 不同處理下甘蔗SOD的活性Fig.4 The activity of the sugarcane SOD under different treatments

2.2.2 對(duì)POD活性的影響 圖5表明，POD活性隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)在不斷變化，CK在脅迫7d時(shí)下降到最低值，9d時(shí)達(dá)到最高值；GR2在5d時(shí)出現(xiàn)第1次高峰值，12d時(shí)達(dá)到最高值。干旱加ABA處理后，CK+ABA處理在脅迫5d時(shí)上升到第1次峰值，且與CK差異顯著，12d時(shí)達(dá)到第2次峰值，與CK差異顯著；GR2+ABA處理在脅迫7d時(shí)達(dá)到最高值，與其他處理有顯著差異，9d時(shí)下降到最低值，與其他處理也存在顯著差異。說明受到干旱脅迫后CK和GR2的POD活性均在前期下降后期上升，外源ABA處理可以明顯提高2個(gè)品種中POD的活性。

圖5 不同處理下甘蔗POD的活性Fig.5 The activity of the sugarcane POD under different treatments

2.2.3 對(duì)APX活性的影響 圖6表明，APX活性隨著干旱脅迫的加劇在不斷變化，CK在干旱脅迫5d時(shí)上升到最高值，9d時(shí)達(dá)到最低值；GR2在干旱脅迫0、3及5d時(shí)均維持在較高水平，7d時(shí)略有下降，隨后一直上升，在0、3、9及12d時(shí)均與CK有顯著差異。干旱加ABA處理后，CK+ABA處理5d時(shí)上升到第1次峰值，但與CK差異不顯著，9d時(shí)達(dá)到第2次峰值，9和12d時(shí)與CK差異顯著；GR2+ABA處理在7d時(shí)略有下降后迅速上升，9d時(shí)顯著高于GR2，9、12d時(shí)與CK差異顯著。說明受到干旱脅迫和外源ABA脅迫后CK中APX活性會(huì)迅速增加，GR2的APX活性一直處于較高水平，尤其是脅迫后期依然保持在較高水平。

圖6 不同處理下甘蔗APX的活性Fig.6 The activity of the sugarcane APX under different treatments

2.3 不同處理對(duì)甘蔗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

2.3.1 對(duì)MDA含量的影響 由圖7可知，CK的MDA含量在脅迫5和12d時(shí)均達(dá)到較高值，3d時(shí)出現(xiàn)最低值；GR2呈緩慢上升的趨勢(shì)，3d時(shí)出現(xiàn)第1次高峰值，9d時(shí)達(dá)到最高值，均與CK有顯著差異。干旱加ABA處理后，CK+ABA處理在脅迫3d時(shí)上升到第1次峰值，與CK差異顯著，12d時(shí)達(dá)到第2次峰值，與CK無顯著差異；GR2+ABA處理在脅迫3d時(shí)顯著高于GR2，5d時(shí)達(dá)到第1次高峰值，均與CK和GR2存在顯著差異，9d時(shí)下降到最低值，與CK和GR2也存在顯著差異，12d時(shí)達(dá)到第2次高峰值，與CK有顯著差異，但與GR2差異不顯著。結(jié)果說明受到干旱脅迫后CK和GR2中MDA含量均增加且CK增幅更大，外源ABA可以在前期有效緩解CK中MDA的積累，在后期有效緩解GR2中MDA的積累。

2.3.2 對(duì)SP含量的影響 由圖8可知，CK的SP含量整體呈先上升再下降的趨勢(shì)，在脅迫5d時(shí)上升到最高值，與其他處理存在顯著差異。GR2呈先上升后下降再上升的變化趨勢(shì)，在脅迫3d時(shí)達(dá)到第1次高峰值，5d時(shí)降到最低值，12d時(shí)達(dá)到第2次高峰值，3、5及7d時(shí)與CK存在顯著差異。干旱加ABA處理后，CK+ABA處理在脅迫3d時(shí)降到最低值，隨后逐漸增加，9d時(shí)達(dá)到最高值，3、5、7及9d時(shí)均與CK存在顯著差異；GR2+ABA處理在脅迫3d時(shí)明顯低于GR2且達(dá)到顯著水平，9d時(shí)達(dá)到最高值，5、7、9及12d時(shí)均與CK存在顯著差異，3、5和9d時(shí)與GR2存在顯著差異。說明受到干旱脅迫后CK和GR2中SP含量均增加，且前期CK增幅更大，后期GR2增幅更大，外源ABA在前期可以有效緩解CK和GR2中SP的積累。

2.3.3 對(duì)SS含量的影響 由圖9可知，CK處理的SS含量呈一直上升的趨勢(shì)，在脅迫12d時(shí)達(dá)到最高值；GR2呈先上升后略微下降的趨勢(shì)，5d時(shí)達(dá)到最高峰值，0～9d均與CK存在顯著差異。干旱加ABA處理后，CK+ABA和GR2+ABA處理均呈先上升后下降再上升的變化趨勢(shì)，CK+ABA在5d時(shí)上升到較高峰值，7d時(shí)降到最低值，12d時(shí)達(dá)到最高峰值，3、7、9及12d時(shí)與CK存在顯著差異；GR2+ABA處理在3d時(shí)上升到較高峰值，5d時(shí)降到最低值，12d時(shí)達(dá)到最高峰值，0、3及7d時(shí)與CK差異顯著，0、3、5、7及12d時(shí)與GR2存在顯著差異。說明受到干旱脅迫后CK和GR2中SS含量均大幅度增加且GR2增幅更大、更穩(wěn)定，外源ABA可以有效緩解CK和GR2中SS的積累。

圖9 不同處理下甘蔗SS的含量Fig.9 The content of the sugarcane SS under different treatments

3 討論

甘蔗的抗旱性是一個(gè)較為復(fù)雜的綜合性狀表現(xiàn)，當(dāng)甘蔗受到干旱脅迫時(shí)會(huì)出現(xiàn)一系列形態(tài)及生理特性變化，而且不同品種對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)也存在顯著差異。在形態(tài)水平上，由于細(xì)胞缺水等因素造成甘蔗葉片失綠、生長(zhǎng)發(fā)育緩慢或停滯；在生理水平上，干旱脅迫會(huì)引起活性氧大量產(chǎn)生、細(xì)胞膜過氧化、細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)失衡及植物內(nèi)源激素失衡等生理變化。作為植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)控因子，植物內(nèi)源激素參與多個(gè)代謝過程，尤其是在響應(yīng)植物逆境脅迫時(shí)發(fā)揮重要作用。有研究證實(shí)在甘蔗[24]、玉米[25]和小麥[26]等作物中，干旱脅迫時(shí)植物體內(nèi)ABA含量會(huì)明顯增加，GA含量明顯下降，外施ABA能有效促進(jìn)內(nèi)源ABA的合成，提高植物激素的代謝活動(dòng)。本研究發(fā)現(xiàn)，受到干旱脅迫時(shí)2個(gè)品種內(nèi)源ABA及IAA含量均明顯增加，而GA含量受到抑制，外施ABA可有效提高內(nèi)源激素ABA的含量，但不能顯著提高IAA含量，內(nèi)源激素的變化基本與前人在不同作物上的研究一致。

抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)是植物防御活性氧傷害的有效途徑，其中SOD、APX、POD和CAT等保護(hù)酶在消除H2O2方面有關(guān)鍵的調(diào)控作用。本研究結(jié)果顯示，GR2與CK均在中度（5～7d）干旱脅迫時(shí)SOD和APX活性顯著提高，重度（9～12d）干旱脅迫時(shí)POD活性顯著提高，這與梁潘霞等[27]研究基本一致。Do等[28]研究發(fā)現(xiàn)，抗旱性強(qiáng)的甘蔗品種SOD活性會(huì)顯著提高且在中重度脅迫時(shí)SOD活性的提高更顯著，POD活性在抗旱性強(qiáng)的品種中表現(xiàn)更為敏感，該結(jié)論與本研究基本相似。GR2在干旱脅迫中后期時(shí)SOD和APX活性高于CK，POD活性隨干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先降低后上升的趨勢(shì)，與前人在甘蔗[29]和棉花[30]上的研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)，外源ABA處理能有效提高2個(gè)品種抗氧化保護(hù)酶的活性，增強(qiáng)甘蔗的活性氧清除能力，這與前人對(duì)玉米[31-32]和小麥[33]的研究結(jié)果一致。

MDA是植物在逆境脅迫下細(xì)胞膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物，可改變膜脂分子結(jié)構(gòu)使蛋白質(zhì)合成受到抑制，其含量的高低可以反映植物受到逆境脅迫的傷害程度，含量積累越多表明組織的保護(hù)能力越差[34-35]。本研究中隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，2個(gè)甘蔗品種的MDA含量均逐漸增加，其中CK含量明顯高于GR2，推測(cè)GR2的膜脂損傷比CK輕，植株受干旱脅迫的傷害較小，具有較好的耐旱性。SS和SP作為植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，干旱脅迫時(shí)可以保持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定，其含量的增加可有效緩解逆境脅迫對(duì)植物造成的傷害[36]，外施ABA能調(diào)節(jié)植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的平衡，進(jìn)而提高植物對(duì)干旱脅迫的抵抗能力[37-38]。本研究中SS和SP含量均隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，尤其是GR2的SS含量增幅顯著，外源ABA處理后SP含量在中后期增幅明顯，說明干旱脅迫后GR2的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化更為敏感，能及時(shí)調(diào)節(jié)植物體內(nèi)細(xì)胞環(huán)境的平衡，減輕對(duì)植物的傷害，這與前人對(duì)甘蔗[39]和玉米[40]的研究結(jié)論基本一致。

4 結(jié)論

以抗旱性較好的甘蔗品種ROC22作為對(duì)照（CK），甘蔗新品種GR2在干旱脅迫條件下，內(nèi)源激素ABA、GA及IAA含量顯著增加，同時(shí)提高了抗氧化酶SOD、APX及POD的活性，MDA、SP及SS含量均迅速增加。與CK相比，GR2在脅迫前期（0～5d）SP及SS含量增幅相對(duì)較大，MDA含量相對(duì)比較穩(wěn)定，脅迫中期（7～9d）ABA、SOD和APX活性增幅相對(duì)較大。外源ABA處理可增強(qiáng)GR2內(nèi)源激素的積累，提高其抗氧化酶SOD、APX及POD活性，有效緩解滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，使其含量處于較低水平。綜上所述，甘蔗新品種桂熱2號(hào)是一個(gè)抗旱性較好的品種，外源ABA可以有效緩解干旱脅迫對(duì)其造成的損害，該品種可以作為抗旱性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)品種進(jìn)行下一步的示范與推廣。