干旱胁迫对甘蔗种茎生长的影响

罗晟昇，韦海球，廖韦卫，施泽升，何洪良，唐利球

（广西南亚热带农业科学研究所，广西 崇左 532400）

甘蔗茎是甘蔗的主要产物，也是甘蔗的主要繁育材料，在生产中一般将甘蔗茎砍成茎段进行种植。根据茎段上芽的数量可分为单芽茎段、双芽茎段和多芽茎段；按留种方式可分为全茎种、半茎种和梢部种。在甘蔗种植前期，蔗苗萌发和根系生长所需的水分和养分主要由种茎供应，因此种茎的质量对甘蔗生长具有重要作用。种茎质量不仅受甘蔗品种特性的制约，还受生物和非生物因素胁迫的影响。有研究表明，甘蔗种茎受棉蚜虫、螟虫、黑穗病的危害会导致萌芽率下降，且黑穗病对种茎的萌芽率影响尤为明显［1］。干旱是影响甘蔗生长的主要非生物胁迫因素［2］，与甘蔗的其它生长阶段相比，干旱对种茎的影响更大。

我国甘蔗种植区主要分布在广西与云南，根据干旱灾害风险评估，广西西南部、云南东北部均是旱灾的高风险区［3］，特别是近年广西的春旱发生频率逐渐增高［4］，对甘蔗的正常生长造成较大影响。为提高甘蔗抗旱性，学者们对甘蔗的抗旱机制、抗旱育种、抗旱栽培技术等方面开展了大量研究并取得丰硕成果［5］，但大部分研究主要以甘蔗萌芽期到成熟期之间的形态、生理生化等内容作为研究对象，而种茎受干旱胁迫的影响却鲜有报道。由于种茎在贮存和种植期间主要依靠种茎内的水分和养分供应蔗苗萌发和根系生长。在气候和人为因素的影响下，时常出现贮存期过长或错过降雨期种植等情况，导致种茎长期暴露在相对干旱的环境中，种茎内部的水分和养分不断消耗，从而使种茎芽和根的萌发及生长受到抑制。为了解甘蔗种茎在春季干旱环境中形态的变化及蔗苗和根系的生长情况，本试验通过模拟春季干旱环境，对种茎的茎重、茎长、茎径及蔗苗和根系在干旱胁迫下的变化情况进行分析，为判断和筛选高质量的甘蔗种茎及促进甘蔗抗旱栽培技术的发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

桂糖42号，新植蔗，材料由广西南亚热带农业科学研究所提供。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

种茎处理：将甘蔗茎的尾部和头部茎段去除，保留蔗芽完好的中部茎段，用刀砍成单芽茎段。将处理好的茎段与地面保持水平，并使蔗芽向上放入托盘，茎段上下用吸水纸铺垫及覆盖，放入恒温培养箱无光培养。试验设计：试验模拟春季甘蔗种植时段，设置处理组和对照组，处理组模拟干旱胁迫环境，对照组模拟常规降雨环境，分别设3次重复，每个重复10个单芽茎段。培养温度根据广西南亚热带农业科学研究所气象站统计的2008～2018年甘蔗主要种植时期1～4月的气象数据进行设置，见表1。处理组和对照组均设置为20℃，空气湿度参考表1的气象数据及韩梅［6］等对半干旱地区降雨与空气湿度变化研究，处理组设置为55%，对照组设置为70%。此外为保证对照组水分的供应，根据甘蔗的种植深度和降雨主要影响20cm以内土层的特点［7］，不定期为对照组喷水使吸水纸干湿交替，以模拟自然降雨过程。

表1 广西南亚所2008～2018年1至4月日均温度和月总降雨量

1.2.2 调查项目与方法

试验在2020年4月进行，分别在试验的第1天、第5天、第10天、第15天和第20天对种茎的各项数据进行调查统计。试验仪器：数显游标卡尺、精度0.01g电子天平。调查内容：茎重、茎长、茎径、萌芽率、蔗苗高度、蔗苗基部茎径、根的数量和长度。茎重为整根茎的重量。茎长取芽所在的一侧，茎径测量种茎两端切口和芽位的直径，计算平均值。蔗芽萌芽率仅计算成活的苗，后期枯萎的苗作为未萌发苗统计。蔗苗高度为苗的茎高，蔗苗茎径测量蔗苗基部位置，均只统计成活的蔗苗。根数只统计种茎萌发的根数，根长取芽两侧和芽背部3个主要生根区域随机选取具有代表性的1条根进行测量取平均值。试验数据用WPS进行整理和制图，用SPSS18.0分析显著性，采用单因素LSD法，P＜0.05差异显著，P＜0.01差异极显著。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对种茎形态的影响

甘蔗种茎的茎重和茎长变化见图1和图2，茎重和茎长随时间延长逐渐降低。对20天的种茎茎重变化值进行分析，干旱处理下降13.27g，对照下降4.57g，降幅分别为16.49%和6.09%，干旱处理的茎重减小值为对照2.9倍，处理的茎重变化值极显著高于对照，表明干旱对茎重的影响较大。

图1 种茎茎重变化趋势

图2 种茎茎长变化趋势

对干旱处理和对照的茎长进行测量，处理和对照的茎长分别降低0.15mm和0.16mm，降幅为1.28%和1.37%，两者间差异不显著，表明茎长受干旱影响不明显。

由图3可知，种茎的茎径随时间的变化逐渐缩小。在试验期间对种茎节间上端、中端、下端的茎径进行测量，处理的茎径分别缩小1.73mm、1.25mm、1.79mm，对照的茎径分别缩小0.41mm、0.50mm、0.39mm。分析不同部位的茎径缩小值可知，干旱处理的中端茎径分别与上端和下端茎径达到显著水平，而上端和下端的茎径差异不显著。对照上端、中端和下端的茎径差异均不显著。对平均茎径进行统计分析，干旱处理的平均茎径缩小1.59mm，对照的平均茎径缩小0.43mm，处理的平均茎径缩小值是对照的3.7倍，差异极显著。

图3 种茎平均茎径变化趋势

2.2 干旱胁迫对种茎蔗苗萌发的影响

由图4可知，干旱处理和对照的萌芽率在5天、10天、15天时分别为83.33%、93.33%、93.33%和90%、96.67%、96.67%，处理的萌芽率分别低于对照6.67%、3.33%、3.33%，在20天时处理的蔗芽出现死亡导致萌芽率降到86.67%，比对照低10%。

图4 蔗苗萌芽率变化趋势

从图5可看出蔗苗高度无论是干旱处理还是对照均随培养时间的延长而增长，但处理的蔗苗高度在第5天后增长速度逐渐减缓，而对照的蔗苗高度仍保持较快的增长速度，在20天时干旱处理的蔗苗高度为14.64cm，对照为24.81cm，相差10.17cm，差异达到极显著水平。

图5 蔗苗高度变化趋势

从图6可知，干旱处理和对照的蔗苗基部茎径在第5天蔗苗萌发后变化幅度减小。处理的蔗苗基部茎径在第10天时达到最高，为5.43mm，随后因蔗苗失水萎缩导致后期蔗苗基部茎径逐渐缩小。对照的蔗苗基部茎径在整个培养期间仍保持小幅度增长，在20天时处理和对照分别为5.09mm和6.27mm，相差1.18mm，达到显著水平。

图6 种茎蔗苗基部茎径变化趋势

2.3 干旱胁迫对种茎根系的影响

由图7和图8可知，甘蔗种茎的根系在干旱处理和对照中均能生长。在第5天时处理和对照的根数分别为31条和32条，差异不显著，随后处理的根数增加缓慢甚至出现减少，而对照的根数随着培养时间的延长仍不断增加，两者差距逐渐增大，在20天时对照的根数达到37条，显著高于干旱处理的30条。根据观察，处理的根数减少原因为部分根系出现枯萎死亡所导致，而对照的根数随时间延长仍在不断萌发，最终导致差距增大。处理和对照的根系长度随培养时间增加而增加，但对照的根长增幅更大，使两者间差距逐渐扩大，第5天、10天、15天、20天时，对照的根长分别是处理的3.14倍、3.35倍、5.28倍、5.21倍，且处理的根长最终仅为8.22mm，对照的根长达到42.79mm，差异极显著。

图7 种茎根数变化趋势

图8 种茎根长变化趋势

3 讨论

本研究表明，干旱胁迫对甘蔗种茎茎重和茎径的影响较大，对茎长影响较小。种茎的茎重在干旱胁迫下显著下降，茎径也呈现出明显下降的趋势，且种茎两端切口处的茎径受干旱的影响更为显著。其次干旱处理的萌芽率低于对照，且在20天时会出现蔗苗枯萎死亡，从而导致萌芽率下降。蔗苗高度和蔗苗基部茎径同样受到干旱的影响，其中蔗苗高度在第20天受到的影响达极显著水平，而蔗苗基部茎径因蔗苗缺水，在第10天后出现缩小现象。种茎的根数第5天时大部分根系均开始萌发，且后面5天仍有部分根系继续萌发，但干旱胁迫会使部分根系因缺乏水分而逐渐萎蔫乃至死亡。根的长度在干旱胁迫中增长缓慢，随着培养时间的增加与对照的差距逐渐增大。根据种茎的根数和根长可判断根系在干旱胁迫前期依然可以萌发和生长，但后期因缺乏水分，根系会停止生长并出现萎蔫及死亡。有学者对秋植蔗和冬植蔗的出苗和生根情况进行研究，表明温度约20℃，土壤含水量在50%以上时，蔗苗和根系可正常生长［8］。结合本试验可知，在春季气温约20℃，且空气和土壤湿度较大的情况下，甘蔗种茎上的芽和根均可萌发和生长，但在土壤水分逐渐减少时，会在第5天和第15天后会分别抑制根系和蔗苗的生长，而蔗苗和根系的正常生长需土壤湿度要达到50%以上，因此在15天无降雨时应采取浇灌等措施为甘蔗的生长提供水分。

深耕深松、地膜覆盖、蔗叶还田等是甘蔗种植过程中提高土壤保水能力的重要措施［9］，对蔗苗的萌发和根系的生长起到促进作用。在土壤水分不足的情况下，可采用种茎包衣［10］和施用保水剂［11］等方法抑制种茎内水分的流失及提高土壤含水量，为提高甘蔗种茎对干旱的耐受性提供有利条件。