方自豪，王衍坤，韓金磊，張 鑫，張木清，王瓊麗，王 凱*

（1.南通大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 南通 226019；2.福建農(nóng)林大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，福建 福州 350002；3.廣西甘蔗生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530004）

甘蔗是最為重要的糖料作物，在我國(guó)的種植面積占常年糖料作物面積的85%以上，產(chǎn)糖量占食糖總產(chǎn)的90%以上[1]。我國(guó)甘蔗產(chǎn)地主要分布在廣西、云南、廣東和海南等?。▍^(qū)），但種植區(qū)85%以上為旱坡地[2]，又因降水不均，灌溉設(shè)施不全，干旱脅迫常有發(fā)生，嚴(yán)重影響甘蔗生產(chǎn)，成為制約甘蔗產(chǎn)量的主要因素之一，故選育和推廣優(yōu)良抗旱品種成為甘蔗產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展亟待解決的問(wèn)題[3]。中蔗系列品種是由亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室選育的甘蔗新品種。田間試種結(jié)果顯示中蔗系列品種（系）綜合表現(xiàn)優(yōu)良，與主栽品種ROC22相比，中蔗品種（系）具有高產(chǎn)、高糖、高抗黑穗病等優(yōu)點(diǎn)[4]，但缺乏抗旱相關(guān)系統(tǒng)比較分析。因此，通過(guò)比較明確中蔗品種（系）抗旱特征，揭示土壤干旱響應(yīng)的生理機(jī)制，并挖掘與中蔗抗旱性密切關(guān)聯(lián)的生理生化因素，可為甘蔗抗旱育種提供參考，在理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐方面具有重要意義。

干旱脅迫條件下，植物產(chǎn)生一系列生理生化變化來(lái)應(yīng)對(duì)干旱脅迫，包括降低光合作用、減弱氣孔運(yùn)動(dòng)、促進(jìn)根系生長(zhǎng)、減少葉面積、抑制生長(zhǎng)發(fā)育、減緩細(xì)胞失水、提高滲透調(diào)節(jié)和增強(qiáng)細(xì)胞解毒作用等[5-6]。在光合效率方面，干旱脅迫可導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，氣孔導(dǎo)度下降，降低CO2的同化，同時(shí)光合作用相關(guān)酶類(lèi)活性下降或者失活，從而影響光合作用效率[7]。研究發(fā)現(xiàn)，高抗性甘蔗品種的碳水代謝優(yōu)勢(shì)顯著，干旱脅迫下能夠提高CO2濃縮能力，有利于獲得高效率的光合作用[8]；葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化與作物水分脅迫程度同樣關(guān)聯(lián)緊密?？购敌詮?qiáng)的植物能通過(guò)提高葉片的葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm及Fv/Fo值，以增加葉片的光合速率，從而提高對(duì)干旱的抗性[9]。朱理環(huán)等[10]對(duì)干旱脅迫下甘蔗葉片水分和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化研究發(fā)現(xiàn)，甘蔗受到干旱脅迫時(shí)，植物細(xì)胞會(huì)降低水勢(shì)來(lái)維持滲透壓以適應(yīng)逆境。干旱脅迫還會(huì)促進(jìn)根系生長(zhǎng)，植物根系生理活性與根系主動(dòng)吸水有關(guān)，因此植物通過(guò)增強(qiáng)根系發(fā)育來(lái)提高吸水效率[6]。李鴻博等[11]研究發(fā)現(xiàn)，抗旱性強(qiáng)的甘蔗在干旱脅迫下具有較高的根系活力。

干旱脅迫下植物體內(nèi)產(chǎn)生大量對(duì)細(xì)胞具有毒害性的活性氧（ROS），如丙二醛（MDA）和過(guò)氧化氫（H2O2）等氧化物，而植物通過(guò)超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）和抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）等保護(hù)酶系統(tǒng)對(duì)ROS 進(jìn)行清除來(lái)減輕對(duì)細(xì)胞的損傷[7，12]。脯氨酸（Pro）積累是植物響應(yīng)干旱脅迫的另一種保護(hù)措施，Pro、可溶性糖（SS）和可溶性蛋白（SP）等滲透物質(zhì)的積累能保護(hù)細(xì)胞膜蛋白結(jié)構(gòu)的完整，增強(qiáng)植物細(xì)胞對(duì)脫水的耐受性，同時(shí)減輕MDA 等氧化物對(duì)細(xì)胞膜透性損傷[13]。研究發(fā)現(xiàn)，干旱條件下，甘蔗體內(nèi)的Pro、SP、SS、MDA 含量和SOD、POD 等酶活性均有不同程度升高[14-15]。耐旱甘蔗品種往往比敏感品種在干旱脅迫下具有更高的Pro、SS 和SP 等滲透物質(zhì)含量，也具有更高活性的SOD、POD、CAT、APX 系列酶，能夠快速清除產(chǎn)生的氧自由基，使得葉片中的MDA、H2O2等含量較為穩(wěn)定，從而減輕對(duì)細(xì)胞的毒害[16-17]。

由于遺傳背景等差異，不同甘蔗品種在干旱脅迫下的生理生化響應(yīng)不盡相同。單憑某一指標(biāo)往往無(wú)法真實(shí)有效地評(píng)定品種抗旱性。使用多個(gè)相關(guān)指標(biāo)、多種方法對(duì)其抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)已成為作物抗旱性評(píng)價(jià)的常用方法。研究發(fā)現(xiàn)，綜合運(yùn)用頻次分析法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法、主成分分析法、隸屬函數(shù)法、聚類(lèi)分析法等開(kāi)展作物抗旱性綜合評(píng)價(jià)，可得到較單一指標(biāo)更為穩(wěn)定可靠的抗旱性評(píng)定結(jié)果[18-20]。但利用多種方法開(kāi)展甘蔗抗旱綜合評(píng)價(jià)研究較少，各生理指標(biāo)與抗旱性的關(guān)聯(lián)還未建立，限制了甘蔗抗旱性評(píng)價(jià)工作有效開(kāi)展。本研究以中蔗系列品種（系）為材料，采集24 項(xiàng)抗旱生理指標(biāo)結(jié)果，利用主成分分析法、加權(quán)隸屬函數(shù)法和聚類(lèi)分析法等，系統(tǒng)分析中蔗系列品種（系）抗旱性以及生理響應(yīng)機(jī)制，并篩選出甘蔗抗旱性評(píng)價(jià)具有代表性的生理指標(biāo)，為后續(xù)的抗旱分子機(jī)制研究及抗旱品種的選育提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

研究材料為中蔗1 號(hào)（ZZ1）、中蔗2 號(hào)（ZZ2）、中蔗5 號(hào)（ZZ5）、中蔗6 號(hào)（ZZ6）、中蔗9 號(hào)（ZZ9）、中蔗13 號(hào)（ZZ13）及主栽品種ROC22。6 個(gè)中蔗系列品種（系）均來(lái)自同一親本（ROC25 × 云蔗89-7），是由廣西大學(xué)甘蔗研究團(tuán)隊(duì)培育的甘蔗新品種。

1.2 甘蔗種植和處理方法

實(shí)驗(yàn)采用盆栽，通過(guò)土壤自然干旱方式進(jìn)行干旱處理。塑料盆（上、下口徑分別為26 和15 cm，高度為18 cm）中基質(zhì)為添加1 000 倍稀釋的緩釋復(fù)合肥的大田表土。土壤在裝盆前先在陽(yáng)光下暴曬7 d，土壤干燥后過(guò)篩裝盆，每盆裝土5.5 kg。2020 年11月將甘蔗砍成單芽的莖段于28 ℃催芽，挑選出芽一致的甘蔗苗移栽到裝好土的盆中，每盆3 個(gè)單芽，每種材料種植12 盆。試驗(yàn)苗種植于溫室（30 ℃/23 ℃（白天/夜晚），濕度50%），控水前按常規(guī)盆栽苗水分管理的要求澆水，并定期進(jìn)行除蟲(chóng)、除草、施肥等措施。待甘蔗幼苗生長(zhǎng)到1 個(gè)月時(shí)（1 心4～5 葉）對(duì)其進(jìn)行控水，使其土壤相對(duì)含水量（SRWC）保持在80%。各材料植株一半用于自然干旱處理（干旱組），另一半用于控制SRWC 約為80%作為對(duì)照（對(duì)照組）。干旱組控水處理，并于每天早上9:00 觀(guān)察各甘蔗葉片的生長(zhǎng)狀況，待到SRWC 達(dá)到30%時(shí)保持這一含水量不變。繼續(xù)觀(guān)察各材料，當(dāng)正1、2 葉出現(xiàn)卷曲（約12 d）時(shí)取正1 葉剪碎混勻，并稱(chēng)取0.5 g用于各項(xiàng)生理生化檢測(cè)。取樣后樣品用液氮速凍，置-80 ℃冰箱保存?zhèn)溆?。各指?biāo)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置3 個(gè)生物學(xué)重復(fù)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

甘蔗苗期葉面積、株高和干重的測(cè)定：葉面積為幼苗所有完全展開(kāi)葉葉面積，用Image J 軟件測(cè)定；株高用卷尺測(cè)量從甘蔗基部到生長(zhǎng)點(diǎn)的長(zhǎng)度；干重為地上部分徹底烘干水分的質(zhì)量。

超氧化物歧化酶活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑光化還原法[21]；過(guò)氧化物酶活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[21]；過(guò)氧化氫酶活性測(cè)定采用過(guò)氧化氫還原法[21]；抗壞血酸過(guò)氧化物酶活性測(cè)定采用紫外吸收法[22]；可溶性蛋白質(zhì)和非可溶性蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)比色法[21]；可溶性糖和非可溶性糖（ISS）含量測(cè)定采用蒽酮比色法[21]；總?cè)~綠素含量采用95%乙醇法[21]；脯氨酸含量測(cè)定采用酸性茚三酮顯色法[21]；丙二醛含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸比色法[21]。光合氣體交換參數(shù)采用Li-6400XT 便攜式光合作用系統(tǒng)（美國(guó)LI-COR 公司）進(jìn)行測(cè)定[9]；葉綠素?zé)晒鈪?shù)采用MINI-PAM-Ⅱ葉綠素?zé)晒鈨x（德國(guó)WALZ 公司）進(jìn)行測(cè)定[23]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

抗旱性綜合分析參考文獻(xiàn)[20]中的方法，即以各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)的抗旱系數(shù)進(jìn)行抗旱性分析，在主成分分析的基礎(chǔ)上，利用加權(quán)隸屬函數(shù)法對(duì)中蔗系列品種進(jìn)行抗旱綜合評(píng)價(jià)。用Excel 2003 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及作圖，采用SPSS 20 軟件進(jìn)行t 檢驗(yàn)以及主成分分析；結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示。

數(shù)據(jù)分析過(guò)程所用到的公式如下：

抗旱系數(shù)（DC）

綜合抗旱系數(shù)

綜合指標(biāo)值

隸屬函數(shù)

各綜合指標(biāo)的權(quán)重

抗旱性綜合評(píng)價(jià)

關(guān)聯(lián)系數(shù)

關(guān)聯(lián)度

式中：Xs和Xc分別為干旱和對(duì)照下各品種各指標(biāo)的測(cè)定值；ai為單個(gè)指標(biāo)的特征值對(duì)應(yīng)的特征向量；Xi為抗旱系數(shù)；μZi為各個(gè)主成分的隸屬函數(shù)值；Zi為各甘蔗品種第i 個(gè)綜合指標(biāo)值；Zimax和Zimin分別為各甘蔗品種第i 個(gè)綜合指標(biāo)值的最大值和最小值；Wi為各甘蔗品種第i 個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重；Pi為各品種第i個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率；ρ 為分辨系數(shù)，取0.5。

2 結(jié)果分析

2.1 干旱脅迫對(duì)甘蔗生長(zhǎng)的影響

生長(zhǎng)指標(biāo)的檢測(cè)可直觀(guān)反映作物受干旱脅迫的程度。如圖1 所示，甘蔗苗期受到干旱脅迫后，中蔗系列品種（系）與對(duì)照品種ROC22 的葉面積、干物質(zhì)質(zhì)量和株高都呈不同程度降低趨勢(shì)，降幅差異均達(dá)顯著水平（P ＜0.05）。說(shuō)明該程度的干旱脅迫嚴(yán)重抑制了甘蔗苗期生長(zhǎng)發(fā)育。其中，葉面積降幅最大的品種是ZZ2，降幅為46.1%，降幅最小的品種是ZZ5，降幅為30.0%，ROC22 的降幅為41.4%；在干旱與對(duì)照處理中，ZZ9 的葉面積均為最大，分別為99和160 cm2。地上部干重降幅最大的品種是ROC22，降幅為63.3%；降幅最小的品種是ZZ9，降幅為20.0%。株高降幅最大的品種是ZZ1，降幅為21.5%；降幅最小的品種是ZZ6，降幅為8.6%。由此可見(jiàn)，ZZ9 在干旱脅迫下具有最大葉面積和干物質(zhì)質(zhì)量，且株高受干旱影響也較??；其次是ZZ5，葉面積受干旱脅迫的降幅最小，同時(shí)干旱條件下?lián)碛休^高的干物質(zhì)質(zhì)量和最高株高。說(shuō)明ZZ9 和ZZ5 在干旱脅迫下具有較強(qiáng)的長(zhǎng)勢(shì)。

圖1 干旱脅迫下不同甘蔗品種生長(zhǎng)變化Fig. 1 Changes of growth indexes of different sugarcane varieties under drought stress

2.2 干旱脅迫對(duì)甘蔗葉片含水量和根系活力的影響

干旱一方面影響植物的根系活力減弱根系吸水，另一方面通過(guò)蒸騰降低葉片含水量。如圖2 所示，干旱脅迫處理后，中蔗系列品種（系）與ROC22的葉片相對(duì)含水量和根系活力均大幅度降低，且降幅差異均達(dá)顯著水平（P ＜0.05）。其中，葉片相對(duì)含水量降幅最大的為ZZ13，降幅達(dá)31.7%，降幅最小的為ZZ6，降幅約為9.4%，ROC22 的降幅為29.6%；根系活力降幅最大的為ZZ6（61.0%），而ZZ2 降幅最?。?8.6%），ROC22 的降幅為58.8%。ZZ5、ZZ6、ZZ9 在干旱條件下保持較高的根系活力和葉片相對(duì)含水量，說(shuō)明這3 種甘蔗品種受干旱脅迫后仍具有較強(qiáng)的吸水和保水能力。

圖2 干旱脅迫對(duì)不同甘蔗品種葉片含水量和根系活力的影響Fig. 2 Effects of drought stress on leaf water content and root activity in different sugarcane varieties

2.3 干旱脅迫對(duì)甘蔗葉片抗氧化酶活性和MDA 含量的影響

干旱脅迫激活抗旱化酶的活性，從而減弱氧化產(chǎn)物對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生的毒害作用。如圖3 所示，干旱脅迫處理后，不同品種甘蔗的APX、CAT、POD、SOD 活性都呈不同程度的增加趨勢(shì)，增幅差異均達(dá)顯著水平（P ＜0.05）。其中ZZ5 的APX 活性增加137.7%，ZZ13 的CAT 和POD 活性分別增加124.2%和121.6%，ZZ9 的SOD 活性增加128.4%，分別為對(duì)應(yīng)抗氧化酶活性增幅最大的品種，說(shuō)明ZZ5、ZZ9 和ZZ13 品種在干旱條件下具有較強(qiáng)的抗氧化能力。

圖3 干旱脅迫下不同甘蔗品種抗氧化酶活性的變化Fig. 3 Changes of antioxidant enzyme activities in different sugarcane varieties under drought stress

MDA 的積累量能反映植物受干旱脅迫的程度。為了進(jìn)一步檢測(cè)干旱脅迫后對(duì)葉片造成的氧化損傷，本實(shí)驗(yàn)對(duì)MDA 的積累量進(jìn)行測(cè)定。如圖4 所示，ZZ1、ZZ2 和ROC22 的MDA 含量增幅較大，其中ZZ1 最高，為127.2%；其他4 個(gè)品種增幅較小，其中ZZ6 最小，為58.8%。ZZ6、ZZ5、ZZ9、ZZ13 在干旱脅迫下積累的有害氧化物質(zhì)MDA 較少，說(shuō)明抗氧化能力較強(qiáng)。

圖4 干旱脅迫下不同甘蔗品種MDA 含量檢測(cè)Fig. 4 Detection of MDA content in different sugarcane varieties under drought stress

2.4 干旱脅迫對(duì)甘蔗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

眾多研究結(jié)果表明，Pro、PP、PS 等滲透物質(zhì)的積累對(duì)植物抵抗干旱脅迫具有重要的調(diào)節(jié)功能。如圖5 所示，干旱脅迫處理后，不同甘蔗品種的SS、ISS、SP 和Pro 受不同程度的誘導(dǎo)。ZZ1、ZZ2 和ZZ13具有較大的SS 含量增幅，其中ZZ1 的增幅最大，為119.8%。對(duì)于ISS 含量，ZZ1 的增幅最大，為73.5%。SP 含量增幅最大的品種是ZZ6，增幅為43.0%；ZZ5反而輕微降低。非可溶性蛋白（ISP）含量除了在ZZ13中輕微降低，在其他品種中沒(méi)有顯著變化。Pro 含量增幅最大的品種是ZZ9，增幅為279.1%；增幅最小的品種是ZZ1，增幅為29.2%。以上說(shuō)明各品種對(duì)不同滲透物質(zhì)的干旱脅迫響應(yīng)具有較大的差異性。

圖5 干旱脅迫下不同甘蔗品種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化Fig. 5 Changes of osmotic regulation substances in different sugarcane under drought stress

2.5 干旱脅迫對(duì)甘蔗光合參數(shù)的影響

光合參數(shù)能反映植物干旱脅迫后光合作用的影響情況。如圖6 所示，干旱脅迫大大降低各品種的光合（CO2吸收）速率（Pn）、細(xì)胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）和氣孔導(dǎo)度（Gs）等參數(shù)，且降幅差異均達(dá)顯著水平（P ＜0.05）。其中，干旱組中ZZ9 的Pn測(cè)定值最大，為4.3 μmol/（m2·s）；同時(shí)Pn數(shù)值中ZZ9降幅最小。Ci、Tr和Gs數(shù)值中ZZ13 降幅均為最?。籆i、Tr和Gs數(shù)值中降幅最大的品種分別為ZZ2、ZZ6和ZZ5。總?cè)~綠素含量測(cè)定中ZZ6 的降幅最小，為24.0%。以上說(shuō)明ZZ9、ZZ13、ZZ6 在干旱脅迫下能維持相對(duì)較高的光合作用。

圖6 干旱脅迫下不同甘蔗品種光合參數(shù)的變化Fig. 6 Changes of photosynthetic indexes in different sugarcane under drought stress

2.6 干旱脅迫對(duì)甘蔗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

葉綠素?zé)晒庖彩怯绊懜珊迪赂收嵘锪亢彤a(chǎn)量的重要因素之一。如圖7 所示，干旱脅迫處理后，甘蔗各品種的PSII 原初光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）、光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）、光合量子產(chǎn)額Y（II）具有不同程度下降趨勢(shì)，且降幅差異均達(dá)顯著水平（P ＜0.05）。其中，ZZ5 在干旱組的Fv/Fm測(cè)定值最高，降幅最?。籞Z5 與ZZ9 在干旱條件下同樣具有較高的Y（II）值，其中ZZ5 在干旱處理后Y（II）值降幅最小；ZZ9在干旱組的qP測(cè)定值最高，降幅最小。同時(shí)ZZ9、ZZ5 在干旱條件下均具有較高的非光化學(xué)猝滅系數(shù)（qN）。以上表明ZZ9 和ZZ5 的葉綠素?zé)晒馐芨珊得{迫的影響較小。

圖7 干旱脅迫下不同甘蔗品種葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化Fig. 7 Changes of fluorescence parameters of sugarcane under drought stress

以上結(jié)果表明，用不同指標(biāo)在甘蔗品種間進(jìn)行抗旱分析具有差異性，單一指標(biāo)無(wú)法全面反映甘蔗的抗旱能力，需要將不同指標(biāo)進(jìn)行綜合分析才能作出準(zhǔn)確而全面的評(píng)價(jià)。

2.7 干旱脅迫下甘蔗各指標(biāo)的抗旱系數(shù)和抗旱性綜合評(píng)價(jià)

將以上檢測(cè)的24 項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行抗旱系數(shù)分析，根據(jù)公式（1）和（2）計(jì)算出中蔗系列品種（系）及ROC22 的抗旱系數(shù)如表1 所示。

表1 抗旱系數(shù)Tab.1 Drought resistance coefficient

參考連續(xù)變數(shù)的次數(shù)分布統(tǒng)計(jì)方法，將各個(gè)指標(biāo)的抗旱系數(shù)以0.5 為組距，分為7 個(gè)區(qū)間。如表2所示，各指標(biāo)DC 分布有較大差異，在0≤DC ＜0.5區(qū)間，光合參數(shù)分布頻率達(dá)到100%，說(shuō)明光合參數(shù)為甘蔗響應(yīng)干旱脅迫最敏感的指標(biāo)。其次，在0.5≤DC ＜1 區(qū)間，株高、葉面積、葉片相對(duì)含水量和熒光參數(shù)分布頻率最高，干重和根系活力主要分布于0≤DC ＜1 區(qū)間，說(shuō)明這些性狀對(duì)干旱響應(yīng)也較為敏感。其余指標(biāo)分布區(qū)間較為分散，其中Pro 占據(jù)1≤DC ＜3 所有區(qū)間，說(shuō)明Pro 可能不適合用于甘蔗的抗旱性評(píng)估。

表2 頻次分析Tab.2 Frequency analysis

由于單一指標(biāo)進(jìn)行抗旱性評(píng)估的局限性，本研究采取對(duì)24 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析的策略。采用24個(gè)生理指標(biāo)的抗旱系數(shù)主成分分析后，轉(zhuǎn)化成相互獨(dú)立的新指標(biāo)Cl1～Cl6，前4 個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率分別為28.9%、22.3%、19.3%、14.3%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)84.7%（表3）。由公式（3）和（5）求得不同甘蔗品種的綜合指標(biāo)值如表4 所示。根據(jù)公式（4）和（6）計(jì)算出不同甘蔗材料的隸屬函數(shù)值及各品種抗旱性綜合評(píng)價(jià)值（D）如表5 所示。對(duì)D 排序，D 越大表明抗旱性越強(qiáng)。因此，綜合評(píng)價(jià)得出不同甘蔗品種的抗旱性順序?yàn)椋篫Z9 ＞ZZ5 ＞ZZ6 ＞ZZ13 ＞ZZ2 ＞ZZ1 ＞ROC22。與前人通過(guò)PEG 模擬干旱處理的抗性強(qiáng)弱評(píng)估結(jié)果一致[24]，確定中蔗系列材料較當(dāng)前主栽品種ROC22 均具有較強(qiáng)的抗旱性。

表3 主成分分析Tab.3 Principal component analysis

表4 綜合指標(biāo)值Tab.4 Comprehensive index values

表5 隸屬函數(shù)值及D 值排序Tab.5 Membership function values and ranking of D values

如圖8 所示，采用最大距離法對(duì)D 進(jìn)行聚類(lèi)分析，可將6 個(gè)甘蔗品種分為3 類(lèi)：ZZ9、ZZ5 劃為一類(lèi)，屬于抗旱性強(qiáng)類(lèi)型；ZZ6、ZZ13 劃為一類(lèi)，屬于中度抗旱類(lèi)型；ZZ2、ROC22、ZZ1 劃為一類(lèi)，屬于抗旱性弱類(lèi)型。

圖8 甘蔗抗旱性綜合評(píng)價(jià)值的聚類(lèi)分析Fig. 8 Cluster analysis of comprehensive evaluation value of drought resistance of sugarcane

2.8 苗期甘蔗各干旱生理指標(biāo)與抗旱性的關(guān)聯(lián)分析

為了篩選出與甘蔗抗旱性關(guān)聯(lián)密切的抗旱指標(biāo)，我們對(duì)各項(xiàng)干旱響應(yīng)指標(biāo)抗旱系數(shù)和甘蔗的抗旱性進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。將D 作為參考序列，各指標(biāo)抗旱系數(shù)作為比較序列，建立灰色關(guān)聯(lián)度分析，其中關(guān)聯(lián)度越大，說(shuō)明該指標(biāo)與甘蔗抗旱性越密切。如表6 所示，在24 項(xiàng)指標(biāo)中，與抗旱性關(guān)聯(lián)最大的為根系活力，具有0.916 的相關(guān)性，說(shuō)明根系活力與甘蔗苗期的抗旱能力關(guān)系極為密切，是甘蔗苗期抗旱性鑒定應(yīng)優(yōu)先考慮的指標(biāo)。其次，光合參數(shù)指標(biāo)（Pn：0.871、Ci：0.893、Tr：0.869、Gs：0.883）、生長(zhǎng)指標(biāo)（干重：0.901、株高：0.782、葉面積：0.870）、葉綠素含量（0.882）和葉片相對(duì)含水量（0.803）也具有較高的相關(guān)度。此外，葉綠素?zé)晒鈪?shù)（Fv/Fm：0.771、qP：0.844、qN：0.735、Y（II）：0.881）也可以作為甘蔗苗期抗旱性鑒定的重要指標(biāo)。各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)中，關(guān)聯(lián)度最小的是Pro，其相關(guān)性為0.471，說(shuō)明Pro 含量的變化與甘蔗苗期抗旱性關(guān)系較小，不能作為評(píng)價(jià)甘蔗抗旱性的指標(biāo)。氧化產(chǎn)物MDA（0.531）和過(guò)氧化氫酶CAT（0.548）的相關(guān)性也較小，也不適合作為抗旱性評(píng)估的參考指標(biāo)。

表6 關(guān)聯(lián)度分析Tab.6 Correlation analysis

3 討論

研究者通過(guò)多年多點(diǎn)的田間試種結(jié)果表明，中蔗品系具有較強(qiáng)的抗旱性[4]。殷世航等通過(guò)PEG 處理模擬干旱脅迫，對(duì)3 個(gè)農(nóng)藝性狀優(yōu)良的中蔗系列品種ZZ1、ZZ6、ZZ9 的氣孔特性、抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等生理指標(biāo)進(jìn)行抗旱評(píng)估，證實(shí)了中蔗品種較廣西主栽品種ROC22 更抗旱[24]。本研究對(duì)ZZ1、ZZ6、ZZ9 和其他3 個(gè)中蔗品種ZZ2、ZZ5、ZZ13與ROC22 一起進(jìn)行抗旱生理機(jī)制研究，通過(guò)多種方法相結(jié)合進(jìn)行抗旱性評(píng)估，更為準(zhǔn)確地得出中蔗品系的抗旱性強(qiáng)弱，其順序?yàn)椋篫Z9 >ZZ5 >ZZ6 >ZZ13 >ZZ2 >ZZ1 >ROC22（表5），結(jié)果與前人研究一致。與使用PEG 處理模擬干旱脅迫的研究方法相比，本研究利用盆栽土壤自然干旱的方法進(jìn)行脅迫處理，更能真實(shí)反映甘蔗自然干旱脅迫的生理響應(yīng)，因?yàn)橥寥篮肯陆凳且粋€(gè)緩慢的過(guò)程，而PEG 處理則迅速造成了滲透脅迫的結(jié)果，同時(shí)，該處理也不能體現(xiàn)出根系在水分缺乏時(shí)受到土壤的機(jī)械損傷情況。此外，本研究通過(guò)增加樣本量，可有效減弱品種差異對(duì)指標(biāo)篩選的影響，獲得更為準(zhǔn)確的干旱響應(yīng)各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)。在主成分分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合加權(quán)隸屬函數(shù)法進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)，也可更加全面和準(zhǔn)確地獲取材料抗旱水平。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已篩選出許多甘蔗抗旱性有關(guān)的生長(zhǎng)與生理生化指標(biāo)，但對(duì)這些指標(biāo)的可靠性和穩(wěn)定性仍缺乏認(rèn)識(shí)。本研究選用了常用的24項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析，頻次分析表明：根系活力、生長(zhǎng)指標(biāo)、葉片含水量、光合參數(shù)和熒光參數(shù)指標(biāo)在0≤DC ＜1 區(qū)間頻率最高（表2），對(duì)干旱脅迫最為敏感，這些指標(biāo)可以?xún)?yōu)先用于抗旱性的快速鑒定。由于頻次分析并不能很好地區(qū)分各個(gè)指標(biāo)與抗旱性的關(guān)聯(lián)順序，所以進(jìn)一步將24 項(xiàng)指標(biāo)與抗旱D 值進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)根系活力關(guān)聯(lián)性最高，其次生長(zhǎng)指標(biāo)、葉片含水量、光合指標(biāo)和熒光參數(shù)也都與甘蔗的抗旱性關(guān)聯(lián)密切，而滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化酶活性、氧化產(chǎn)物指標(biāo)則與甘蔗的抗旱性關(guān)聯(lián)較弱（表6），這些結(jié)果為甘蔗苗期抗旱性評(píng)價(jià)提供了有力的支撐。

生長(zhǎng)指標(biāo)直接反映干旱脅迫對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，洪雙等[25]在油菜抗旱評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究中認(rèn)為，地上部鮮重脅迫指數(shù)是最有效的耐旱性評(píng)價(jià)指標(biāo)。本研究也表明，干物質(zhì)質(zhì)量和株高抗旱系數(shù)在強(qiáng)抗旱型的ZZ9 和ZZ5 中較高，而在弱抗旱型 的ZZ1、ZZ2 和ROC22 中較低（表1），因此生長(zhǎng)參數(shù)可作為甘蔗苗期抗旱性鑒定的有效指標(biāo)。需要注意的是，干旱誘導(dǎo)植物體產(chǎn)生的保護(hù)性物質(zhì)Pro 雖然為干旱脅迫響應(yīng)的常測(cè)指標(biāo)，但本研究顯示，Pro與苗期甘蔗的抗旱性關(guān)聯(lián)性在所檢測(cè)指標(biāo)中最低，不宜作為甘蔗苗期抗旱性評(píng)價(jià)的指標(biāo)，這與李素等[20]對(duì)油菜苗期的抗旱性研究結(jié)果一致。另外，MDA 和SP 分別作為油菜和甘薯抗旱性鑒定的優(yōu)選指標(biāo)[26-27]，而在甘蔗苗期與抗旱性關(guān)聯(lián)較低，暗示不同作物的抗旱響應(yīng)生理指標(biāo)具有差異性。SOD、POD、CAT、APX 抗氧化酶類(lèi)能有效清除干旱誘導(dǎo)氧化物對(duì)細(xì)胞的毒害作用，邊芯等[1]對(duì)甘蔗細(xì)莖野生種進(jìn)行抗旱性研究結(jié)果表明，SOD、CAT、POD 活性可作為衡量甘蔗抗旱能力的指標(biāo)，而本研究發(fā)現(xiàn)上述酶的活性與甘蔗苗期的抗旱關(guān)聯(lián)并不非常密切（表1、表6），暗示野生種與栽培甘蔗的抗旱評(píng)價(jià)也具有差異性。

作物抗旱性是受多基因控制的數(shù)量性狀，需要通過(guò)多種抗旱指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)估。然而，不同作物具有不同的抗旱機(jī)制，篩選甘蔗抗旱性的關(guān)鍵生理生化指標(biāo)，有助于甘蔗抗旱性鑒定。本研究利用抗旱性強(qiáng)的中蔗系列品種進(jìn)行干旱脅迫響應(yīng)的生理機(jī)制研究，篩選出根系活力、生長(zhǎng)情況、葉片相對(duì)含水量、光合參數(shù)和熒光參數(shù)可作為甘蔗苗期抗旱性鑒定的優(yōu)選指標(biāo)。本研究對(duì)建立甘蔗苗期的抗旱評(píng)價(jià)體系，加速甘蔗抗旱性鑒定和育種進(jìn)程具有一定的參考意義。