斑茅野生種抗旱性鑒定

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.云南農業(yè)大學農學與生物技術學院,云南 昆明 650201;2.云南農業(yè)大學甘蔗研究所,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、伸長到糖分的積累，整個生育過程對環(huán)境條件有一定的要求，特別是對水分要求較為嚴格[2]。而中國約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)常年遭遇干旱災害，干旱已成為制約中國甘蔗生產的主要限制因素之一[3-5]。因此，研究近緣野生種伸長期對水分脅迫后的生理響應機理，篩選出抗旱性較強的品種，對甘蔗抗旱性改良具有重要意義。

斑茅(Erianthusarundinaceum)是甘蔗屬近緣植物，由于長期在野生的狀態(tài)下，具有分蘗能力強、生勢旺盛，宿根性好、適應性廣，抗旱、抗病、抗寒等優(yōu)異性狀特點倍受甘蔗育種者的普遍關注[6-7]?！厩叭搜芯窟M展】近幾年來，在選育抗旱性較強的甘蔗品種工作上，已取得較大的進展。梁振華等對幾個甘蔗新品種的研究結果表明，柳城03/362、柳城06/241、柳城03/182抗旱性較強[8]；陸國盈等以新臺糖22號(ROC22)和新臺糖16號(ROC16)為對照，對5個甘蔗新品種(系)桂糖02-237、桂糖97-69、桂糖02-467、桂糖02-901、桂柳1號進行了抗旱性比較試驗[9]；謝金蘭等采用人工控水與桶栽的方法，以主栽品種新臺糖22號為對照，對12個甘蔗新品種(系)進行抗旱能力的研究結果，抗旱性最強的品種是桂糖03/2287、桂輻98/296[10]。目前對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鑒定方面的研究鮮見報道。【本研究切入點】本試驗第1次選用8個無性系斑茅野生種為供試材料，在甘蔗伸長期初期需水量最大時進行干旱脅迫，通過測定與抗逆相關的生理生化指標，探討各指標與抗旱性的關系?！緮M解決的關鍵問題】結合隸屬函數和平均隸屬度的方法進行綜合評價，為甘蔗的抗旱育種以及分子輔助育種提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

由云南農業(yè)大學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個甘蔗近緣屬植物斑茅為供試材料。

1.2 試驗方法

試驗在云南農業(yè)大學甘蔗所溫室大棚內進行，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，每個品種6盆，每盆種植3個蔗兜，其中3盆為正常供水處理(CK)，3盆為干旱脅迫處理(GT)。定期進行水肥管理。

于伸長期，對照組正常供水。脅迫組停止?jié)菜?，開始水分脅迫，利用便捷式土壤水分速測儀對塑料盆內的土壤水分進行測定，預試驗表明，土壤相對含水量降至10 %～15 %(干旱脅迫8 d)時達到中度脅迫，葉片處于卷曲枯萎癥狀，清晨無“吐水”現象發(fā)生，即可進行各項生理指標測定。采樣時間均為上午8:30-9:30，選取長勢一致的材料剪取+1葉(即蔗株最上面第一片完全展開的葉)。

1.3 生理指標測定

測定對照組(CK)和處理組(GT)脯氨酸含量、細胞膜透性、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《植物生理學實驗教程》[11]測定丙二醛(MDA)含量和葉綠素含量，細胞膜透性采用電導率儀法測定[12]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定[13]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[14]，游離脯氨酸(Pro)含量測定依據蘇州科銘生物技術有限公司生產的試劑盒測定，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的SOD試劑盒，POD試劑盒進行測定。試劑配制按照說明書進行操作。

1.4 數據處理

利用Microsoft Execl進行數據整理，應用SPSS19.0統計軟件對數據做方差分析和模糊隸屬函數[15]分析，計算出模糊隸屬函數值和平均隸屬度，分析評價品種抗旱性。隸屬度計算公式如下：

隸屬函數=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

反隸屬函數=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中，Xi表示指標測定值；Xmin表示所有材料指標最小值；Xmax表示所有材料指標最大值。如果指標與抗旱性為負相關，則用反隸屬函數進行轉換。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對質膜透性、丙二醛含量的影響

2.1.1 質膜透性 由表1可知，干旱脅迫下，所有無性系材料質膜透性整體呈升高趨勢，斑茅93-77的增幅最大，斑茅92-37的增幅最?。徽f明在相同的條件下增幅最小的斑茅92-37抗旱性最強，增幅最大的斑茅93-77抗旱性較弱。各供試材料質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。方差分析結果表明，對照材料斑茅89-8質膜透性最高，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 干旱脅迫對質膜透性、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，斑茅82-53的增幅最大，斑茅II91-125的增幅最??；說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。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。方差分析結果表明，對照材料斑茅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，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。方差分析結果表明，對照材料斑茅90-14與斑茅I91-39、斑茅82-53達到顯著水平，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。方差分析結果表明,對照材料斑茅92-37與斑茅82-53、斑茅83-180、斑茅90-14、斑茅93-77、斑茅I 91-39的差異達到顯著水平，與斑茅93-77、斑茅I 91-39達到極顯著水平；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的差異達到顯著水平，與斑茅82-53、斑茅I 91-39達到極顯著水平，與斑茅90-14、斑茅II 91-125差異不顯著。

表2 干旱脅迫對葉綠素含量、POD活性的影響

2.3 干旱脅迫對脯氨酸含量、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，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，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。方差分析結果表明，對照材料斑茅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，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。方差分析結果表明，對照材料斑茅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，斑茅90-14的增幅最大，與對照相比增幅達100.66 %；斑茅I 91-39的增幅最小；說明在相同的條件下增幅最大的斑茅90-14的抗旱性較強，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。方差分析結果表明，對照材料斑茅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，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。方差分析結果表明對照材料斑茅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 干旱脅迫對脯氨酸含量、可溶性蛋白的影響

表4 干旱脅迫對可溶性糖、SOD活性的影響

2.5 抗旱性綜合評定

甘蔗抗旱性受多因素的影響，選用單一指標對甘蔗抗旱性評價并不全面。通過測定生理指標，并采用模糊隸屬函數法對甘蔗抗旱性進行綜合評價。其中丙二醛、質膜透性與抗旱性為負相關，其余指標與抗旱性為正相關。利用模糊隸屬函數計算得出不同斑茅材料的抗旱性綜合評價值，由表5可知：在干旱脅迫下，8個不同無性系斑茅抗旱性由強到弱依次為斑茅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，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。非生物脅迫會引起一系列的變化，如膜透性的改變、結構的變化以及發(fā)生膜脂的過氧化作用；脅迫還打破細胞內自由基的產生和清除之間的動態(tài)平衡狀態(tài)，導致自由基積累過多，SOD和CAT活性下降，膜脂過氧化產物MDA含量增加，從而引起細胞傷害。因此，MDA是反應膜脂氧化作用強弱的重要指標[15]。在相同條件下，MDA含量下降的甘蔗品種抗旱性較強，反之則上升的甘蔗抗旱性最弱[16]。一般來說，質膜透性增減也是影響植物遭受逆境脅迫與傷害的體現，干旱脅迫下細胞通透性增加，其抗旱性就越弱[17]。可溶性糖和脯氨酸是主要的滲透調節(jié)物質。干旱脅迫下，可溶性糖含量升高，其表明抗性越強[14]；另一方面，隨干旱程度增加，植物體內脯氨酸含量持續(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，隨著干旱脅迫時間的延長，在重度脅迫時含量則下降，說明葉綠素含量的高低與干旱脅迫強度有關系。俞世雄等[21]在研究水分脅迫對小麥新品系葉綠素含量影響中表明，在花期干旱脅迫時的早期葉綠素含量是呈上升趨勢，但隨著干旱處理時間的延長，葉綠素含量則顯著下降。吳凱朝等[22]研究甘蔗伸長期顯示，脅迫后的甘蔗葉片POD活性與CK的水平相當，可能是該品種抗旱性的反映。滕崢等[23]研究幾個甘蔗品種(系)抗旱性顯出，在干旱脅迫后，POD活性持續(xù)呈上升趨勢，造成這種酶活性的波動性變化可能是受到外部諸多外在因素的影響[24]。本研究結果表明，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的影響，其中斑茅II91-125增幅最小，說明其抗旱性最強。本研究中質膜透性和丙二醛與材料抗旱呈負相關，這與張娜等[25]的結論一致。

表5 斑茅抗旱性綜合評價

本研究結果與前人所得的結論基本能保持一致。因為是第一次選用斑茅野生種來進行抗旱性性的鑒定，結果可能會與甘蔗的栽培種有所出入。選擇斑茅野生種抗旱性最強的品種，這對適應不同生態(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。

4 結 論

在干旱脅迫下，質膜透性、MDA含量、脯氨酸可作為斑茅野生種抗旱性鑒定的重要指標。本試驗中，細胞膜透性受損害差異較顯著，脅迫后的甘蔗要比正常生長的受損程度較明顯。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，說明干旱脅迫下對甘蔗膜結構有一定的破壞。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個不同無性系斑茅通過抗旱性鑒定及綜合各指標變幅及模糊隸屬函數值分析，以斑茅90-14的抗旱能力最強，斑83-180次之，斑茅82-53的最弱。

致謝：云南農業(yè)大學農學與生物技術學院2014級農學專業(yè)本科生李孟周、趙光明同學參與部分研究工作，特此感謝！