中蔗系列品種（系）苗期抗旱性綜合評價及抗旱指標(biāo)篩選

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)重點實驗室，廣西 南寧 530004）

甘蔗是最為重要的糖料作物，在我國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)展亟待解決的問題[3]。中蔗系列品種是由亞熱帶農(nóng)業(yè)生物資源保護與利用國家重點實驗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[4]，但缺乏抗旱相關(guān)系統(tǒng)比較分析。因此，通過比較明確中蔗品種（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應(yīng)對干旱脅迫，包括降低光合作用、減弱氣孔運動、促進根系生長、減少葉面積、抑制生長發(fā)育、減緩細(xì)胞失水、提高滲透調(diào)節(jié)和增強細(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，同時光合作用相關(guān)酶類活性下降或者失活，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。抗旱性強的植物能通過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，從而提高對干旱的抗性[9]。朱理環(huán)等[10]對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，植物細(xì)胞會降低水勢來維持滲透壓以適應(yīng)逆境。干旱脅迫還會促進根系生長，植物根系生理活性與根系主動吸水有關(guān)，因此植物通過增強根系發(fā)育來提高吸水效率[6]。李鴻博等[11]研究發(fā)現(xiàn)，抗旱性強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)生大量對細(xì)胞具有毒害性的活性氧（ROS），如丙二醛（MDA）和過氧化氫（H2O2）等氧化物，而植物通過超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）和抗壞血酸過氧化物酶（APX）等保護酶系統(tǒng)對ROS 進行清除來減輕對細(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)的積累能保護細(xì)胞膜蛋白結(jié)構(gòu)的完整，增強植物細(xì)胞對脫水的耐受性，同時減輕MDA 等氧化物對細(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)往往無法真實有效地評定品種抗旱性。使用多個相關(guān)指標(biāo)、多種方法對其抗旱性進行綜合評價已成為作物抗旱性評價的常用方法。研究發(fā)現(xiàn)，綜合運用頻次分析法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法、主成分分析法、隸屬函數(shù)法、聚類分析法等開展作物抗旱性綜合評價，可得到較單一指標(biāo)更為穩(wěn)定可靠的抗旱性評定結(jié)果[18-20]。但利用多種方法開展甘蔗抗旱綜合評價研究較少，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價工作有效開展。本研究以中蔗系列品種（系）為材料，采集24 項抗旱生理指標(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)機制，并篩選出甘蔗抗旱性評價具有代表性的生理指標(biāo)，為后續(xù)的抗旱分子機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 實驗材料

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

1.2 甘蔗種植和處理方法

實驗采用盆栽，通過土壤自然干旱方式進行干旱處理。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光下暴曬7 d，土壤干燥后過篩裝盆，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 個單芽，每種材料種植12 盆。試驗苗種植于溫室（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，并定期進行除蟲、除草、施肥等措施。待甘蔗幼苗生長到1 個月時（1 心4～5 葉）對其進行控水，使其土壤相對含水量（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%作為對照（對照組）。干旱組控水處理，并于每天早上9:00 觀察各甘蔗葉片的生長狀況，待到SRWC 達到30%時保持這一含水量不變。繼續(xù)觀察各材料，當(dāng)正1、2 葉出現(xiàn)卷曲（約12 d）時取正1 葉剪碎混勻，并稱取0.5 g用于各項生理生化檢測。取樣后樣品用液氮速凍，置-80 ℃冰箱保存?zhèn)溆?。各指?biāo)檢測實驗設(shè)置3 個生物學(xué)重復(fù)。

1.3 測定項目及方法

甘蔗苗期葉面積、株高和干重的測定：葉面積為幼苗所有完全展開葉葉面積，用Image J 軟件測定；株高用卷尺測量從甘蔗基部到生長點的長度；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定采用氮藍四唑光化還原法[21]；過氧化物酶活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[21]；過氧化氫酶活性測定采用過氧化氫還原法[21]；抗壞血酸過氧化物酶活性測定采用紫外吸收法[22]；可溶性蛋白質(zhì)和非可溶性蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍比色法[21]；可溶性糖和非可溶性糖（ISS）含量測定采用蒽酮比色法[21]；總?cè)~綠素含量采用95%乙醇法[21]；脯氨酸含量測定采用酸性茚三酮顯色法[21]；丙二醛含量測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LI-COR 公司）進行測定[9]；葉綠素?zé)晒鈪?shù)采用MINI-PAM-Ⅱ葉綠素?zé)晒鈨x（德國WALZ 公司）進行測定[23]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

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

數(shù)據(jù)分析過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

抗旱性綜合評價

關(guān)聯(lián)系數(shù)

關(guān)聯(lián)度

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

2 結(jié)果分析

2.1 干旱脅迫對甘蔗生長的影響

生長指標(biāo)的檢測可直觀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，降幅差異均達顯著水平（P ＜0.05）。說明該程度的干旱脅迫嚴(yán)重抑制了甘蔗苗期生長發(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，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，同時干旱條件下?lián)碛休^高的干物質(zhì)質(zhì)量和最高株高。說明ZZ9 和ZZ5 在干旱脅迫下具有較強的長勢。

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

2.2 干旱脅迫對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的葉片相對含水量和根系活力均大幅度降低，且降幅差異均達顯著水平（P ＜0.05）。其中，葉片相對含水量降幅最大的為ZZ13，降幅達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含水量，說明這3 種甘蔗品種受干旱脅迫后仍具有較強的吸水和保水能力。

圖2 干旱脅迫對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，增幅差異均達顯著水平（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%，分別為對應(yīng)抗氧化酶活性增幅最大的品種，說明ZZ5、ZZ9 和ZZ13 品種在干旱條件下具有較強的抗氧化能力。

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。為了進一步檢測干旱脅迫后對葉片造成的氧化損傷，本實驗對MDA 的積累量進行測定。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，說明抗氧化能力較強。

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

2.4 干旱脅迫對甘蔗葉片滲透調(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%。以上說明各品種對不同滲透物質(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)，且降幅差異均達顯著水平（P ＜0.05）。其中，干旱組中ZZ9 的Pn測定值最大，為4.3 μmol/（m2·s）；同時Pn數(shù)值中ZZ9降幅最小。Ci、Tr和Gs數(shù)值中ZZ13 降幅均為最小；Ci、Tr和Gs數(shù)值中降幅最大的品種分別為ZZ2、ZZ6和ZZ5。總?cè)~綠素含量測定中ZZ6 的降幅最小，為24.0%。以上說明ZZ9、ZZ13、ZZ6 在干旱脅迫下能維持相對較高的光合作用。

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，且降幅差異均達顯著水平（P ＜0.05）。其中，ZZ5 在干旱組的Fv/Fm測定值最高，降幅最??；ZZ5 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測定值最高，降幅最小。同時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)在甘蔗品種間進行抗旱分析具有差異性，單一指標(biāo)無法全面反映甘蔗的抗旱能力，需要將不同指標(biāo)進行綜合分析才能作出準(zhǔn)確而全面的評價。

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

將以上檢測的24 項指標(biāo)進行抗旱系數(shù)分析，根據(jù)公式（1）和（2）計算出中蔗系列品種（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)計方法，將各個指標(biāo)的抗旱系數(shù)以0.5 為組距，分為7 個區(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)分布頻率達到100%，說明光合參數(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，說明這些性狀對干旱響應(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，說明Pro 可能不適合用于甘蔗的抗旱性評估。

表2 頻次分析Tab.2 Frequency analysis

由于單一指標(biāo)進行抗旱性評估的局限性，本研究采取對24 個指標(biāo)進行綜合分析的策略。采用24個生理指標(biāo)的抗旱系數(shù)主成分分析后，轉(zhuǎn)化成相互獨立的新指標(biāo)Cl1～Cl6，前4 個綜合指標(biāo)的貢獻率分別為28.9%、22.3%、19.3%、14.3%，累計貢獻率達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價值（D）如表5 所示。對D 排序，D 越大表明抗旱性越強。因此，綜合評價得出不同甘蔗品種的抗旱性順序為：ZZ9 ＞ZZ5 ＞ZZ6 ＞ZZ13 ＞ZZ2 ＞ZZ1 ＞ROC22。與前人通過PEG 模擬干旱處理的抗性強弱評估結(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D 進行聚類分析，可將6 個甘蔗品種分為3 類：ZZ9、ZZ5 劃為一類，屬于抗旱性強類型；ZZ6、ZZ13 劃為一類，屬于中度抗旱類型；ZZ2、ROC22、ZZ1 劃為一類，屬于抗旱性弱類型。

圖8 甘蔗抗旱性綜合評價值的聚類分析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)，我們對各項干旱響應(yīng)指標(biāo)抗旱系數(shù)和甘蔗的抗旱性進行關(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，說明該指標(biāo)與甘蔗抗旱性越密切。如表6 所示，在24 項指標(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)。各項檢測指標(biāo)中，關(guān)聯(lián)度最小的是Pro，其相關(guān)性為0.471，說明Pro 含量的變化與甘蔗苗期抗旱性關(guān)系較小，不能作為評價甘蔗抗旱性的指標(biāo)。氧化產(chǎn)物MDA（0.531）和過氧化氫酶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

研究者通過多年多點的田間試種結(jié)果表明，中蔗品系具有較強的抗旱性[4]。殷世航等通過PEG 處理模擬干旱脅迫，對3 個農(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)進行抗旱評估，證實了中蔗品種較廣西主栽品種ROC22 更抗旱[24]。本研究對ZZ1、ZZ6、ZZ9 和其他3 個中蔗品種ZZ2、ZZ5、ZZ13與ROC22 一起進行抗旱生理機制研究，通過多種方法相結(jié)合進行抗旱性評估，更為準(zhǔn)確地得出中蔗品系的抗旱性強弱，其順序為：ZZ9 >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行脅迫處理，更能真實反映甘蔗自然干旱脅迫的生理響應(yīng)，因為土壤含水量下降是一個緩慢的過程，而PEG 處理則迅速造成了滲透脅迫的結(jié)果，同時，該處理也不能體現(xiàn)出根系在水分缺乏時受到土壤的機械損傷情況。此外，本研究通過增加樣本量，可有效減弱品種差異對指標(biāo)篩選的影響，獲得更為準(zhǔn)確的干旱響應(yīng)各項指標(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)法進行抗旱性綜合評價，也可更加全面和準(zhǔn)確地獲取材料抗旱水平。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者已篩選出許多甘蔗抗旱性有關(guān)的生長與生理生化指標(biāo)，但對這些指標(biāo)的可靠性和穩(wěn)定性仍缺乏認(rèn)識。本研究選用了常用的24項指標(biāo)進行分析，頻次分析表明：根系活力、生長指標(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），對干旱脅迫最為敏感，這些指標(biāo)可以優(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)分各個指標(biāo)與抗旱性的關(guān)聯(lián)順序，所以進一步將24 項指標(biāo)與抗旱D 值進行關(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價提供了有力的支撐。

生長指標(biāo)直接反映干旱脅迫對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，洪雙等[25]在油菜抗旱評價指標(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價指標(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)生的保護性物質(zhì)Pro 雖然為干旱脅迫響應(yīng)的常測指標(biāo)，但本研究顯示，Pro與苗期甘蔗的抗旱性關(guān)聯(lián)性在所檢測指標(biāo)中最低，不宜作為甘蔗苗期抗旱性評價的指標(biāo)，這與李素等[20]對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 抗氧化酶類能有效清除干旱誘導(dǎo)氧化物對細(xì)胞的毒害作用，邊芯等[1]對甘蔗細(xì)莖野生種進行抗旱性研究結(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價也具有差異性。

作物抗旱性是受多基因控制的數(shù)量性狀，需要通過多種抗旱指標(biāo)進行綜合評估。然而，不同作物具有不同的抗旱機制，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的中蔗系列品種進行干旱脅迫響應(yīng)的生理機制研究，篩選出根系活力、生長情況、葉片相對含水量、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)。本研究對建立甘蔗苗期的抗旱評價體系，加速甘蔗抗旱性鑒定和育種進程具有一定的參考意義。