甘蔗品种抗旱性综合评价

夏红明,赵培方,吴才文,刘家勇

(云南省农业科学院甘蔗研究所，云南 开远 661600)

甘蔗品种抗旱性综合评价

夏红明,赵培方,吴才文,刘家勇

(云南省农业科学院甘蔗研究所，云南 开远 661600)

研究人工干旱胁迫对vmc88-354、C266-70、云蔗04-241、新台糖22、桂糖11和云蔗04-621等6个甘蔗品种保护酶SOD和POD活性、Pro及Chl含量等生理指标的影响。通过模糊综合评判和聚类分析对试验数据进行综合评价，结果表明：6个品种抗旱性可分为强、较强、一般三种类型，其中云蔗04-241为抗旱性强；C266-70、vmc88-354和桂糖11为抗旱性较强；新台糖22和云蔗04-621为抗旱性一般。抗旱性综合评价可为抗旱甘蔗品种的推广提供依据。

甘蔗;抗旱性;综合评价

甘蔗是中国南方的重要经济作物之一。我国甘蔗生产逐步向缺水无灌溉条件的旱坡地和偏远山区发展，大部分甘蔗种植区常会遭受干旱危害。干旱胁迫对农作物造成的损失在所有非生物胁迫中占首位，仅次于生物胁迫病虫害造成的损失[1]。不同基因型甘蔗对干旱的适应性和抗御能力不同，有避旱性、御旱性和耐旱性之分，表现在生理生化反应上存在相应的差异[2-5]。作物抗旱性是受多基因控制的数量性状，如果直接利用单一的生理生化指标评价其抗旱性，则具有一定的片面性。因此,在进行甘蔗抗旱性鉴定时,应对多个指标进行综合评价，才能客观评价参试材料的抗旱水平。

模糊综合评判在农业研究上较为广泛应用，如杨新喜等[6]对杂交水稻新组合、黄久凯等[7]对甘蔗品种、庄丽等[8]对荒漠植物抗旱性等方面进行了综合评判研究。本研究采用模糊综合评判法及聚类分析法，对6个参试甘蔗品种的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、叶绿素(Chl)及脯氨酸(Pro)含量、成活率和株高损失率等生理指标进行抗旱性综合评价，以期为甘蔗抗旱育种提供新的抗旱品种和方法。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验在云南省农业科学院甘蔗研究所云南省甘蔗遗传改良重点实验室进行，生育期水分全部由人工供给。6个供试品种分别是生产上的主栽品种和自育及引进表现较好的品种，包括vmc88-354、C266-70、云蔗04-241、新台糖22(对照种)、桂糖11和云蔗04-621。参试材料取上半茎，切成单芽苗，用300倍液代森铵处理后，种植于桶中，每桶下芽5个，盖膜，桶等量装土16 kg，土壤为加有农家肥和蔗渣的砂壤土。每份材料种植15桶，其中5桶作为浇水处理， 10桶作为干旱处理，用于控水胁迫。

成苗后每桶保留长势相近的蔗苗3株。伸长初期对浇水处理正常浇水，每次浇水至饱和渗出。干旱处理则进行控水胁迫，停水前干旱处理先进行饱和浇水，置于有沥水缝的水泥地上，桶间距5 cm，停水后待新台糖22轻度缺水，蔗叶整天处于萎蔫卷缩状态，清晨无“吐水”时，测定SOD、POD酶活性和Chl、Pro含量。

1.2 试验方法

在干旱处理进行控水胁迫后第13、17、21天(每隔3 d)，测定干旱处理及正常浇水处理甘蔗叶片的保护酶系活性、Chl及Pro含量。取蔗株正一叶(除去主脉)，每处理各品种取4-5片叶(新鲜)，每个测定项目做3次重复。每次测定以上项目时，观察受旱状况，同时取1-20 cm土壤测土壤水分含量，各处理中每个品种随机测2桶。测定项目完成后，各处理每品种测量10株甘蔗的株高，干旱处理再次浇水，30 d后观察成活率。

1.3 测定项目

(1)酶液提取根据杨淑慎等[9]的方法稍作改进。SOD酶活性测定采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法[10]， POD酶活性测定采用愈创木酚法[10]。(2)Chl含量采用Arnon法测定[10]。(3)Pro含量采用磺基水杨酸法[11]测定。(4)株高损失率/%=(浇水处理-控水处理)×100÷浇水处理。

1.4 综合评判分析

1.4.1 聚类分析 采用DPS统计分析软件进行聚类分析。聚类分析采用WPGMA法分类。

1.4.2 模糊综合评判 SOD、POD、成活率、株高损失率四因素权重各为0.2，Chl和Pro二因素权重为0.1，其中株高损失率为逆指标。从表1中SOD开始列指标集U=(C1、C2、C3、C4、C5、C6)，依次权重A=(0.2、0.2、0.1、0.1、0.2、0.2)。

其中，Xij为第i个组合第j个性状指标值,MaxXij和MinXij分别是第j个指标的最大值和最小值。各组合性状值标准化处理结果见表2。于此同时确定各性状指标的评判标准为：Zij∈[0，0.25]差，Zij∈[0.25，0.5]一般，Zij∈[0.5，0.75]良好，Zij∈[0.75，1]优秀。

2 结果与分析

2.1 模糊综合评判

从表3可见,云蔗04-241综合评价向量处于“优秀”和“差”2个级别，但在表2中有5项指标处于“优秀”，只有1项指标处于“差”,综合评价值最高为3.000,排序第1位；vmc88-354综合评价向量平均分布于各级别中，综合评价值2.714，排序第2位；C266-70综合评价向量平均分布于各级别中，综合评价值2.500,排序第3位；桂糖11综合评价向量处于“优秀”、“一般”和“差”3个级别，综合评价值2.333，排序第4位；新台糖22和云蔗04-621综合评价向量主要处于“良好”、“一般”和“差”3个级别中，综合评价值(2.000)为最低,同时排序第5位。

表1 干旱胁迫下不同甘蔗品种抗旱性指标胁迫增值表Table 1 The added values of indices of drought resistance among different sugarcane genotypes under water stress

表2 性状级值标准化处理结果Table 2 Standardization of the gradings of the characters

表3 模糊综合评价结果Table 3 Comprehensive fussy judgement of the vectors

2.2 聚类分析

聚类分析结果(图1)表明，当聚类距离为0.95时，6个品种抗旱性可分为3种类型，云蔗04-241单独为一类；vmc88-354、新台糖22和云蔗04-621聚为一类；C266-70和桂糖11聚为一类。

0-1.65的标尺刻度表示聚类距离。

3 结论与讨论

3.1 参试品种抗旱性评价

本研究表明,两种综合评价结果基本一致，模糊综合评价第一的云蔗04-241单独聚为一类；排序第3、4位的C266-70和桂糖11聚为一类；但模糊综合评价第二的vmc88-354和第5位的新台糖22和云蔗04-621聚为一类。不同综合评价法侧重于不同的方面，vmc88-354胁迫增值较低的两项指标Chl和Pro因权重较低，所以模糊综合评价分值较高。应采用多种评价法从不同角度对抗旱性鉴定材料进行评价才能得出可靠性高的结果。

人工干旱胁迫鉴定法的处理水平比较一致、可重复性好、结果比较可靠，可以进行年际间的比较且能进行全生育期的鉴定，是研究者比较常用的一种抗旱研究方法。但是，此方法创造的干旱胁迫环境与自然条件下田间生产具有一定的差异性，导致实验结果与田间生产的抗旱性有一定差异。因此，人工干旱鉴定评价需要结合在大田生产中的抗旱表现加以验证。6个参试品种在生产上都有一定的抗旱性，新台糖22和桂糖11是广适性主栽品种，但新台糖22在较重干旱条件下减产较大，本试验结果与卢会文等[12]研究结果一致；结合两种评价法结果和生产表现，6个参试品种可分为强、较强、一般三种类型，其中云蔗04-241抗旱性强；C266-70、vmc88-354和桂糖11抗旱性较强；新台糖22和云蔗04-621抗旱性一般。

3.2 抗旱性综合评价

自然条件下，干旱可能发生在甘蔗生长的某一阶段，如云南普遍发生的冬春干旱影响甘蔗的苗期阶段，有的年份冬春夏连旱，影响甘蔗的苗期及伸长阶段。但任一阶段，甘蔗品种间生长都存在一定差异，如拔节的早迟、株高的差异、分蘖的多少等，这是由甘蔗品种特性差异所产生的。自然条件下发生干旱时，甘蔗品种间生长状况总会存在差异，因此，要研究甘蔗材料间某一阶段抗旱性，只要植期一致，则能够评价甘蔗材料间抗旱性差异，这与自然干旱条件下大田生产相符。

作物的抗旱性是由多种因素相互作用而构成的较为复杂的综合性状，作物抵御或适应干旱的途径是多种多样的，一种作物或品种的抗旱性是由自身生理抗性和结构特性以及生长发育进程的节奏与所处的环境因素变化相配合的程度决定的[13]。在甘蔗长期适应热带和亚热带环境的系统发育过程中，往往通过形态、生理生化等多条途径的变化来维持干旱胁迫下的体内水分平衡。甘蔗品种抗旱性是各生理生化代谢途径对水分胁迫响应的综合作用结果[14]，单一指标很难准确评定植物的抗旱性，需要将形态指标、生理生化指标及产量指标相结合来综合评价抗旱性[15]，从而使抗旱性鉴定评价较为可靠和科学。

3.3 抗旱性评价方法的发展

前人对作物抗旱性评价研究通常采用直接评价法和间接评价法。直接评价法有自然环境评价法和人工环境评价法；间接评价法又称实验室评价法，它是伴随着生物技术的快速发展，人们对植物生理机理的深入了解而快速普及的一种方法。作物抗旱性评价通过抗旱指标的鉴定来体现，据不完全统计有37种之多，包括产量指标、形态指标、生长发育指标及生理生化指标等[16]。

现代分子生物学的快速发展，为抗旱研究工作提供了新的发展方向。该法是指基于现代分子生物学和DNA克隆技术的基础上，利用相关的分子标记构建饱和的分子遗传图谱，并对作物的抗旱基因进行定位，不仅可为该基因的分子克隆及其遗传转化聚合奠定基础，也促进与该抗旱基因紧密连锁分子标记的筛选，并应用于分子标记辅助选择育种，进而提高作物抗旱新品种选育的效率。该法具有准确、快速、不受外界环境影响等优点[17-19]。分子生物学法在分析作物的抗旱性能方面尚有不足：(1)由于作物的抗旱性是受多基因控制的数量性状，虽然研究者们在近年来已经发现了许多抗旱性QTL，但是标记的多态性频率仍然较低。如徐群等[19]利用251个株系组成的Maybelle/白叶秋的加倍单倍体群体检测到5个抗旱性相关QTL等；聂元元等[20]在水稻第2染色体上精细定位了抗旱相关性状QTL；Babu et al[21]发现水稻第4染色体上控制干旱胁迫下产量和产量性状，并与根系性状有关的QTL。(2)该法的应用前提是选择群体的亲本之一已鉴定具有抗旱基因并且该基因已被定位，因此其适用范围很窄。如高粱基因组研究发展迅速，包括抗旱性QTL在内的大量重要抗性性状基因被定位于相应的高粱遗传连锁图上，这为高粱抗旱性机制的生理研究、抗旱性基因的克隆、抗旱性分子标记辅助选择奠定了基础[22]，但包括甘蔗在内的很多作物抗旱性基因定位还滞后，因此，用分子生物学评价法还有待进一步研究。

[1]陈善福,舒庆尧.植物耐干旱胁迫的生物学机理及其基因工程研究进展[J].植物学通报,1999,16(5):555-556.

[2]陈如凯,张木清,陆裔波,等.干旱胁迫对甘蔗生理影响的研究[J].甘蔗,1995,2(1):1-6.

[3]钟希琼,林丽超.甘蔗品种抗旱力与生理指标的关系[J].佛山科学技术学院学报:自然科学版,2002,20(3):59-62.

[4]叶燕萍,唐军,李杨瑞,等.干旱和灌溉条件下两个甘蔗品种的几个抗旱生理指标研究[J].中国糖料,2003(1):1-5.

[5]夏红明,陈学宽,蔡青,等.甘蔗优异材料的抗旱性研究[J].亚热带农业研究,2005,1(1):17-21.

[6]杨新喜,邓文龙,梁友成,等.采用模糊评判法对新组合的性状综合评价[J].江西农业学报,1997,9(2):44-47.

[7]黄久凯,杨荣仲.关联度和模糊概率在甘蔗品种(系)综合评价中的应用[J].甘蔗,1996,3(3):14-18.

[8]庄丽,陈亚宁,陈明,等.模糊隶属法在塔里木河荒漠植物抗旱性评价中的应用[J].干旱区地理,2005,28(3):367-372.

[9]杨淑慎,高俊凤,李学俊,等.杂交春性小麦叶片衰老与保护酶系统活性的研究[J].中国农业科学,2004,37(3):460-463.

[10]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版社,2003.

[11]杨晴,郭守华.植物生理生化实验[M].北京:中国农业科学技术出版社,2010:27-30.

[12]卢会文,杨清辉,肖关丽,等.云南省主栽甘蔗品种抗旱性鉴定[J].亚热带农业研究,2012,8(1):8-12.

[13]景蕊莲.作物抗旱研究的现状与思考[J].干旱地区农业研究,1999,17(2):79-85.

[14]高三基,罗俊,张华,等.甘蔗抗旱性生理生化鉴定指标[J].应用生态学报,2006,17(6):1051-1054.

[15]高三基,罗俊,陈如凯,等.甘蔗品种抗旱性光合生理指标及其综合评价[J].作物学报,2002,28(1):94-98.

[16]张灿军,姚宇卿,王育红,等.旱稻抗旱性鉴定方法与指标研究——Ⅰ鉴定方法与评价指标[J].干旱地区农业研究,2005,23(3):33-36.

[17]胡标林.东乡野生稻抗旱性鉴定及遗传分析[D].南昌:江西师范大学,2011.

[18]孙桂芳,李建君,杨绍华,等.水稻抗旱性的研究进展[J].北方水稻,2010,41(2):67-70.

[19]徐群,袁筱萍,余汉勇,等.水稻苗期抗旱性的QTL分析[J].中国水稻科学,2010,24(5):469-473.

[20]聂元元,邹桂花,李瑶,等.水稻第2染色体上抗旱相关性状QTL的精细定位[J].作物学报,2012,38(6):988-995.

[21]BABU R C,NGUYEN B D,CHAMARERK V,et al.Genetic analysis of drought resistance in rice by molecular marker: Association between secondary traits and field performance[J].Crop Science,2003,43(4):1457-1469.

[22]倪先林,赵甘霖,刘天朋,等.高粱重要抗性性状的基因定位研究进展[J].福建农业学报,2012,27(6):652-660.

(责任编辑:陈幼玉)

Comprehensiveevaluationonthedroughtresistanceofsugarcane

XIA Hong-ming,ZHAO Pei-fang,WU Cai-wen,LIU Jia-yong

(Sugarcane Research Institute,Yunnan Academy of Agricultural Sciences,Kaiyuan,Yunnan 661600,China)

The influence of water stress on activity of enzyme SOD and POD,and content of Pro and Chl in six sugarcane varieties were studied and comprehensively evaluated.The result of fuzzy comprehensive evaluation and cluster analysis indicated that six sugarcane varieties were classified into three types,sequenced by drought resistance,the first type was YZ04-241,the second was C266-70,VMC88-354 and GT11,and the third was ROC22 and YZ04-621.

sugarcane;drought resistance;comprehensive evaluation

2013-10-21

现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-20-1-1)；云南省现代农业甘蔗产业技术体系；云南省重点新产品开发计划项目(2010BB011)。

夏红明(1968-)，男，副研究员。研究方向：甘蔗遗传育种及抗性育种。Email:xiahm103@163.com。通讯作者刘家勇(1976-)，男，副研究员。研究方向：甘蔗遗传育种。Email:lljjyy1976@163.com。

S566.1

A

1673-0925(2014)01-0007-05