斑茅野生种抗旱性鉴定

肖芙荣, 曹哲群,徐 荣, 尹以龙，王先宏,2, 陈疏影,2, 刘鲁峰,2,何丽莲,李富生 *

(1.云南农业大学农学与生物技术学院,云南 昆明 650201;2.云南农业大学甘蔗研究所,云南 昆明 650201;3.盈江县甘蔗站,云南 盈江 679300)

【研究意义】甘蔗(SaccharumofficinarumL.)属禾本科甘蔗属，是喜温、喜光的C4作物，也是重要的糖料作物和能源作物[1]。从甘蔗种苗萌发、幼苗、分蘖、伸长到糖分的积累，整个生育过程对环境条件有一定的要求，特别是对水分要求较为严格[2]。而中国约2/3的蔗区是分布在没有灌溉条件的旱坡地，致使甘蔗种植区常年遭遇干旱灾害，干旱已成为制约中国甘蔗生产的主要限制因素之一[3-5]。因此，研究近缘野生种伸长期对水分胁迫后的生理响应机理，筛选出抗旱性较强的品种，对甘蔗抗旱性改良具有重要意义。

斑茅(Erianthusarundinaceum)是甘蔗属近缘植物，由于长期在野生的状态下，具有分蘖能力强、生势旺盛，宿根性好、适应性广，抗旱、抗病、抗寒等优异性状特点倍受甘蔗育种者的普遍关注[6-7]。【前人研究进展】近几年来，在选育抗旱性较强的甘蔗品种工作上，已取得较大的进展。梁振华等对几个甘蔗新品种的研究结果表明，柳城03/362、柳城06/241、柳城03/182抗旱性较强[8]；陆国盈等以新台糖22号(ROC22)和新台糖16号(ROC16)为对照，对5个甘蔗新品种(系)桂糖02-237、桂糖97-69、桂糖02-467、桂糖02-901、桂柳1号进行了抗旱性比较试验[9]；谢金兰等采用人工控水与桶栽的方法，以主栽品种新台糖22号为对照，对12个甘蔗新品种(系)进行抗旱能力的研究结果，抗旱性最强的品种是桂糖03/2287、桂辐98/296[10]。目前对甘蔗栽培品种的干旱胁迫生理特性研究较多，而在斑茅野生种及抗旱性生理指标鉴定方面的研究鲜见报道。【本研究切入点】本试验第1次选用8个无性系斑茅野生种为供试材料，在甘蔗伸长期初期需水量最大时进行干旱胁迫，通过测定与抗逆相关的生理生化指标，探讨各指标与抗旱性的关系。【拟解决的关键问题】结合隶属函数和平均隶属度的方法进行综合评价，为甘蔗的抗旱育种以及分子辅助育种提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

由云南农业大学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个甘蔗近缘属植物斑茅为供试材料。

1.2 试验方法

试验在云南农业大学甘蔗所温室大棚内进行，采用盆栽方式。于2016年12月20日将供试材料均匀分蔸种植于塑料盆中，每个品种6盆，每盆种植3个蔗兜，其中3盆为正常供水处理(CK)，3盆为干旱胁迫处理(GT)。定期进行水肥管理。

于伸长期，对照组正常供水。胁迫组停止浇水，开始水分胁迫，利用便捷式土壤水分速测仪对塑料盆内的土壤水分进行测定，预试验表明，土壤相对含水量降至10 %～15 %(干旱胁迫8 d)时达到中度胁迫，叶片处于卷曲枯萎症状，清晨无“吐水”现象发生，即可进行各项生理指标测定。采样时间均为上午8:30-9:30，选取长势一致的材料剪取+1叶(即蔗株最上面第一片完全展开的叶)。

1.3 生理指标测定

测定对照组(CK)和处理组(GT)脯氨酸含量、细胞膜透性、丙二醛含量、叶绿素含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶、可溶性蛋白和可溶性糖。按照苍晶等主编的《植物生理学实验教程》[11]测定丙二醛(MDA)含量和叶绿素含量，细胞膜透性采用电导率仪法测定[12]，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定[13]，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[14]，游离脯氨酸(Pro)含量测定依据苏州科铭生物技术有限公司生产的试剂盒测定，超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)分别使用南京建成生物科技有限公司生产的SOD试剂盒，POD试剂盒进行测定。试剂配制按照说明书进行操作。

1.4 数据处理

利用Microsoft Execl进行数据整理，应用SPSS19.0统计软件对数据做方差分析和模糊隶属函数[15]分析，计算出模糊隶属函数值和平均隶属度，分析评价品种抗旱性。隶属度计算公式如下：

隶属函数=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

反隶属函数=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中，Xi表示指标测定值；Xmin表示所有材料指标最小值；Xmax表示所有材料指标最大值。如果指标与抗旱性为负相关，则用反隶属函数进行转换。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对质膜透性、丙二醛含量的影响

2.1.1 质膜透性 由表1可知，干旱胁迫下，所有无性系材料质膜透性整体呈升高趋势，斑茅93-77的增幅最大，斑茅92-37的增幅最小；说明在相同的条件下增幅最小的斑茅92-37抗旱性最强，增幅最大的斑茅93-77抗旱性较弱。各供试材料质膜透性增幅依次为斑茅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。方差分析结果表明，对照材料斑茅89-8质膜透性最高，极显著高于斑茅92-37、斑II91-125、斑茅90-14、斑茅I91-39、斑茅82-53、斑茅93-77，显著高于斑茅83-180；斑茅83-180、斑茅92-37、斑茅II91-125差异不显著，但均显著高于斑茅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差异不显著。干旱胁迫下斑茅83-180、斑茅93-77极显著高于斑茅89-8、斑茅90-14、斑茅II91-125、斑茅92-37、斑茅I91-39，显著高于斑茅82-53；斑茅82-53极显著高于斑茅92-37、斑茅I91-39，显著高于斑茅89-8、斑茅90-14、斑茅II91-125；斑茅89-8极显著高于斑茅I91-39，显著高于斑茅92-37；斑茅II91-125显著高于斑茅I91-39；其余差异水平不显著。

表1 干旱胁迫对质膜透性、丙二醛含量的影响

注：大小写字母分别表示差异极显著(P<0.01)和显著(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，干旱胁迫下，所有无性系材料丙二醛含量整体呈升高趋势，斑茅82-53的增幅最大，斑茅II91-125的增幅最小；说明在相同的条件下增幅最大的斑茅82-53抗旱性较弱，增幅最小的斑茅II91-125抗旱性较强。各供试材料丙二醛含量的增幅依次为斑茅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。方差分析结果表明，对照材料斑茅II91-125丙二醛含量最高，极显著高于其它所有材料。干旱胁迫下斑茅82-53最高，极显著高于斑茅90-14，斑茅83-180、斑茅89-8、斑茅92-37、斑茅90-14差异不显著。

2.2 干旱胁迫对叶绿素含量、POD活性的影响

2.2.1 叶绿素含量 由表2可知，干旱胁迫下，所有无性系材料叶绿素含量整体略有上升的趋势，叶绿素含量的升降可能是由于受干旱胁迫程度影响。各供试材料叶绿素含量的增幅依次为斑茅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。方差分析结果表明，对照材料斑茅90-14与斑茅I91-39、斑茅82-53达到显著水平，与其他材料差异不显著。干旱胁迫下斑茅90-14叶绿素含量增加，显著高于其它材料含量。

2.2.2 POD活性 由表2可知，与CK相比，干旱胁迫下的POD活性有升有降，可能是试验材料抗旱性的反映。各供试材料POD活性含量的增幅依次为斑茅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。方差分析结果表明,对照材料斑茅92-37与斑茅82-53、斑茅83-180、斑茅90-14、斑茅93-77、斑茅I 91-39的差异达到显著水平，与斑茅93-77、斑茅I 91-39达到极显著水平；但是与斑茅89-8、斑茅II 91-125差异不显著。干旱胁迫下斑茅83-180与斑茅82-53、斑茅89-8、斑茅92-37、斑茅93-77、斑茅I 91-39的差异达到显著水平，与斑茅82-53、斑茅I 91-39达到极显著水平，与斑茅90-14、斑茅II 91-125差异不显著。

表2 干旱胁迫对叶绿素含量、POD活性的影响

2.3 干旱胁迫对脯氨酸含量、可溶性蛋白的影响

2.3.1 脯氨酸含量 由表3可知，在干旱胁迫下，所有无性系材料的脯氨酸含量整体呈升高趋势，斑茅90-14的增幅最大，斑茅82-53的增幅最小；说明在相同的条件下增幅最大的斑茅90-14抗旱性较强，增幅最小的斑茅82-53抗旱性较弱。各供试材料脯氨酸含量的增幅依次为斑茅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。方差分析结果表明，对照材料斑茅82-53显著高于其它材料；斑茅II 91-125显著高于斑茅I 91-39、斑茅92-37。干旱胁迫下斑茅90-14最高，极显著高于其它材料；斑茅II 91-125极显著高于斑茅89-8、斑茅93-77、斑茅92-37、斑茅I 91-39，显著高于斑茅83-180、斑茅82-53；斑茅83-180极显著高于斑茅93-77、斑茅92-37、斑茅I 91-39，显著高于斑茅89-8；斑茅82-53显著高于斑茅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，在干旱胁迫下，所有材料的可溶性蛋白含量整体呈升高趋势，斑茅I 91-39的增幅最大，斑茅93-77的增幅最小。各供试材料可溶性蛋白含量的增幅依次为斑茅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。方差分析结果表明，对照材料斑茅93-77最高，极显著高于斑茅I 91-39、斑茅90-14，显著高于斑茅II 91-125、斑茅92-37、斑茅89-8、斑茅82-53；斑茅83-180极显著高于斑茅90-14，其余水平差异不显著。干旱胁迫下斑茅92-37极显著高于斑茅90-14，斑茅89-8、斑茅I 91-39、斑茅II 91-125、斑茅82-53差异不显著，但均显著高于斑茅90-14。

2.4 干旱胁迫对可溶性糖、SOD活性的影响

2.4.1 可溶性糖含量 由表4可知，在干旱胁迫下，所有无性系材料的可溶性糖含量整体呈升高趋势，斑茅90-14的增幅最大，与对照相比增幅达100.66 %；斑茅I 91-39的增幅最小；说明在相同的条件下增幅最大的斑茅90-14的抗旱性较强，增幅小的斑茅I91-39抗旱性较弱。各供试材料可溶性糖含量增幅依次为斑茅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。方差分析结果表明，对照材料斑茅83-180、斑茅I 91-39、斑茅II 91-125极显著高于斑茅93-77、斑茅82-53、斑茅90-14、斑茅89-8，显著高于斑茅92-37；斑茅92-37极显著高于斑茅90-14、斑茅89-8，显著高于斑茅93-77、斑茅82-53；斑茅93-77极显著高于斑茅89-8，显著高于斑茅90-14；斑茅82-53显著高于斑茅89-8。干旱胁迫下斑茅II 91-125极显著高于斑茅90-14、斑茅92-37、斑茅82-53、斑茅I 91-39、斑茅89-8，显著高于斑茅83-180；斑茅93-77极显著高于斑茅I 91-39、斑茅89-8，显著高于斑茅90-14、斑茅92-37、斑茅82-53；斑茅83-180极显著高于斑茅89-8，显著高于斑茅I 91-39；其余差异水平不显著。

2.4.2 SOD活性 由表4可知,在干旱胁迫下，所有无性系材料的SOD活性整体略有下降趋势，斑茅I 91-39的降幅最小，斑茅83-180的降幅最大。供试材料可溶性糖含量增幅依次为斑茅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。方差分析结果表明对照材料斑茅83-180、斑茅89-8极显著高于斑茅I 91-39、斑茅II 91-125，显著高于斑茅92-37、斑茅90-14、斑茅93-77；斑茅82-53、斑茅92-37极显著高于斑茅II 91-125，显著高于斑茅90-14、斑茅93-77、斑茅I91-39；其余差异水平不显著。干旱胁迫下斑茅83-180极显著高于斑茅I 91-39、斑茅II91-125，显著高于斑茅90-14、斑茅93-77；斑茅89-8极显著高于斑茅I 91-39、斑茅II 91-125，显著高于斑茅90-14、斑茅93-77；其余差异水平不显著。

表3 干旱胁迫对脯氨酸含量、可溶性蛋白的影响

表4 干旱胁迫对可溶性糖、SOD活性的影响

2.5 抗旱性综合评定

甘蔗抗旱性受多因素的影响，选用单一指标对甘蔗抗旱性评价并不全面。通过测定生理指标，并采用模糊隶属函数法对甘蔗抗旱性进行综合评价。其中丙二醛、质膜透性与抗旱性为负相关，其余指标与抗旱性为正相关。利用模糊隶属函数计算得出不同斑茅材料的抗旱性综合评价值，由表5可知：在干旱胁迫下，8个不同无性系斑茅抗旱性由强到弱依次为斑茅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。说明斑茅90-14的抗旱性最强，其次为斑茅83-180，抗旱性最差的是斑茅82-53。

3 讨 论

水分胁迫对植物造成的损失在所有的非生物胁迫中占首位。非生物胁迫会引起一系列的变化，如膜透性的改变、结构的变化以及发生膜脂的过氧化作用；胁迫还打破细胞内自由基的产生和清除之间的动态平衡状态，导致自由基积累过多，SOD和CAT活性下降，膜脂过氧化产物MDA含量增加，从而引起细胞伤害。因此，MDA是反应膜脂氧化作用强弱的重要指标[15]。在相同条件下，MDA含量下降的甘蔗品种抗旱性较强，反之则上升的甘蔗抗旱性最弱[16]。一般来说，质膜透性增减也是影响植物遭受逆境胁迫与伤害的体现，干旱胁迫下细胞通透性增加，其抗旱性就越弱[17]。可溶性糖和脯氨酸是主要的渗透调节物质。干旱胁迫下，可溶性糖含量升高，其表明抗性越强[14]；另一方面，随干旱程度增加，植物体内脯氨酸含量持续提高[18]。引起叶绿素含量变化的因素有很多，干旱胁迫、盐胁迫和气温变化等[19]都有影响，杨晓康等[20]研究花生生理特性显示，在轻度干旱胁迫下叶绿素含量略上升，随着干旱胁迫时间的延长，在重度胁迫时含量则下降，说明叶绿素含量的高低与干旱胁迫强度有关系。俞世雄等[21]在研究水分胁迫对小麦新品系叶绿素含量影响中表明，在花期干旱胁迫时的早期叶绿素含量是呈上升趋势，但随着干旱处理时间的延长，叶绿素含量则显著下降。吴凯朝等[22]研究甘蔗伸长期显示，胁迫后的甘蔗叶片POD活性与CK的水平相当，可能是该品种抗旱性的反映。滕峥等[23]研究几个甘蔗品种(系)抗旱性显出，在干旱胁迫后，POD活性持续呈上升趋势，造成这种酶活性的波动性变化可能是受到外部诸多外在因素的影响[24]。本研究结果表明，在水分胁迫下，各参试材料丙二醛含量都有不同程度的增加，说明这些材料在一定程度上都受到相应的影响，其中斑茅II91-125增幅最小，说明其抗旱性最强。本研究中质膜透性和丙二醛与材料抗旱呈负相关，这与张娜等[25]的结论一致。

表5 斑茅抗旱性综合评价

本研究结果与前人所得的结论基本能保持一致。因为是第一次选用斑茅野生种来进行抗旱性性的鉴定，结果可能会与甘蔗的栽培种有所出入。选择斑茅野生种抗旱性最强的品种，这对适应不同生态条件蔗区的品种选育以及分子辅助育种提供了可靠的理论依据。

4 结 论

在干旱胁迫下，质膜透性、MDA含量、脯氨酸可作为斑茅野生种抗旱性鉴定的重要指标。本试验中，细胞膜透性受损害差异较显著，胁迫后的甘蔗要比正常生长的受损程度较明显。斑茅野生种间POD活性变化不同，有升有降。丙二醛含量全部升高，说明干旱胁迫下对甘蔗膜结构有一定的破坏。在干旱胁迫下，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胁迫的伤害。斑茅野生种间可溶性糖含量有所升高，而SOD活性下降则表明在干旱条件下甘蔗受到一定程度的伤害。供试的8个不同无性系斑茅通过抗旱性鉴定及综合各指标变幅及模糊隶属函数值分析，以斑茅90-14的抗旱能力最强，斑83-180次之，斑茅82-53的最弱。

致谢：云南农业大学农学与生物技术学院2014级农学专业本科生李孟周、赵光明同学参与部分研究工作，特此感谢！