海藻提取物对不同品种甘蔗抗旱性的影响

陈迪文，周文灵，吴启华，黄惠娟，方界群，敖俊华

(广东省科学院南繁种业研究所，广东广州 510316)

0 引言

甘蔗生物量大，其生长发育过程中对水分的需求量高，甘蔗产量与需水量成正相关[1]。而由于自然降水的季节性不均衡、灌溉条件限制及土壤蓄水能力差等因素的影响，我国甘蔗生长过程中经常遭受干旱胁迫，对甘蔗产量和糖分造成不利影响[2]。目前农业生产上常用覆膜[3]、保水剂[4-5]、蔗叶[6-7]或有机肥[8-9]等措施来提高土壤保水性，提高甘蔗产量[10]，另外还可以通过施用一些生物刺激素来提高作物的抗逆性从而保障产量[11-12]。海藻提取物作为一类生物刺激素，在多种作物上应用表明具有提高抗旱性作用[13-14]，在甘蔗上也有一些研究报道[15-16]。先前的研究表明，海藻提取物能改善土壤结构，增加土壤酶活性，提高土壤含水量，有利于甘蔗根系生长，提高抗旱性[17]，不同甘蔗品种对于海藻提取物的响应程度不同，因而，增产效应也存在差异[18]。甘蔗在生产上推广应用的品种非常多，不同品种对干旱的抗性存在差异，海藻提取物在不同品种甘蔗上的应用效果是否相同尚不清楚。另外，海藻提取物对不同干旱胁迫程度下甘蔗抗旱性的影响也需要进行探索。因此，为了探讨不同甘蔗品种对于海藻提取物的响应程度，本研究采用盆栽试验方法，在干旱胁迫条件下，评价了10 个不同生产区域甘蔗品种抗旱性及其对于海藻提取物的响应程度，选择对海藻提取物响应程度高且不同抗旱性的2 个品种，进一步研究海藻提取物在不同干旱条件下对甘蔗抗旱性的影响，为海藻提取物在甘蔗生产上的应用提供参考借鉴。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试海藻提取物为华南农业大学资源环境学院根层调控实验室提供，为海带通过复合酶解工艺获得液态提取物，其主要活性物质含量：海藻酸20.16 g/L，海藻多酚75.56 mg/L，甘露醇2.10 g/L，甜菜碱80.39 mg/L。

供试甘蔗材料10 个品种，包括粤糖93-159、粤糖00-236、粤糖03-393、粤糖03-373、粤糖94-128、桂糖02-467、海蔗22 号、崖城07-71、福农41 号、新台糖22 号。

供试土壤为粤西蔗区典型土壤，基础理化性状为：pH 5.10，有机质20.19 g/kg，全氮0.76 g/kg，碱解氮69.58 mg/kg，有效磷15.86 mg/kg，速效钾101.85 mg/kg。

1.2 试验方法

1.2.1 不同甘蔗品种评价试验

先将10 个甘蔗品种的单芽蔗茎置于装有石英砂的育苗盘进行育苗。待幼苗株高长至20 cm 左右，挑选生长均匀的甘蔗苗移植到桶栽，每桶定植3 株。试验所用桶为高40 cm、直径35 cm 的黑色橡胶桶，底部开1 个直径2 cm 孔，侧边两边下方距离底部15 cm 处各开1 个直径2 cm 孔用于透气，桶底部用托盘接住用于浇水和防止养分流失，盆栽置于日光玻璃温室进行培养。每桶装土壤20 kg，肥料采用霍格兰营养液浇灌的方式进行，每周浇入500 mL 营养液1 次，同浇水一起进行。移栽后定期浇水保持适当湿度使甘蔗正常生长。

试验设4 个处理，分别为：①CK，正常灌溉，不施用海藻提取物；②SE，正常灌溉，施用海藻提取物；③D，干旱处理，不施用海藻提取物；④D+SE，干旱处理，施用海藻提取物。各处理重复4 次。于移栽60 天后，开始对甘蔗施用海藻提取物进行预处理，施用海藻提取物处理组(SE 和D+SE)每隔15 天淋施海藻提取物1 次，每次淋施海藻提取物300 倍稀释液1 L/桶，不施海藻提取物处理组则淋施等量清水，持续处理3 次，第3 次处理完3 天后，干旱处理组开始断水处理。使用便携式土壤水分速测仪对桶内土壤水分进行连续监测，每天9∶00、14∶00、19∶00 记录土壤相对含水率，正常灌溉处理土壤相对含水率维持在65%～70%左右，干旱处理断水直至相对含水率降至45%～50%为受到干旱胁迫(甘蔗叶片卷缩比较明显)，后开始限量复水使土壤湿度维持在45%～50%左右，继续培养4 周后完全复水(与正常灌溉保持一致)，正常培养3 周后测定株高，收集甘蔗地上部称其鲜重。

1.2.2 不同干旱程度胁迫试验

采用盆栽试验，培养方法同1.2.1。根据试验1.2.1 的结果，选用干旱抗性品种新台糖22 号和干旱敏感型品种粤糖03-393 作为试验材料。

试验设施用海藻提取物和不施用海藻提取物2个组，每个组设置4 个干旱程度水平：正常灌溉CK(土壤相对含水率65%±2%)、轻度干旱L(土壤相对含水率55%±2%)、中度干旱M(土壤相对含水率45%±2%)、重度干旱S(土壤相对含水率35%±2%)，共7 个处理分别为：CK、L、M、S、L+SE、M+SE、S+SE。每个处理重复3 次，每个重复种植4 株。移栽30 天后，施用海藻提取物组每隔10 天淋施海藻提取物300 倍稀释液1 L/桶，不施用海藻提取物组施用等量清水。第4 次处理5 天后进行断水处理，使用便携式土壤水分速测仪对桶内土壤水分进行连续监测，每天9∶00、14∶00、19∶00 记录土壤相对含水率，通过限量供水和连续监测维持土壤湿度，连续保持2 周后复水与正常灌溉一致供水，正常培养2 周后重复一次干旱胁迫，2 周后收集甘蔗地上部称其鲜重。

1.2.3 指标测试方法

甘蔗株高用株高尺测量茎基部到最高可见肥厚带的高度(正1 叶片叶鞘和叶片连接处)。茎径用游标卡尺测量蔗茎最中间部位直径。鲜重直接称取地上部茎和叶的总鲜重。

抗旱系数计算方法：抗旱系数(%)=各处理植株鲜重÷正常组不施用海藻提取物处理植株鲜重×100%

1.2.4 数据统计分析

所有数据均采用Microsoft Excel 2013 软件整理数据，SPSS 19.0 软件进行统计分析，方差分析采用LSD 多重比较。

2 结果与分析

2.1 海藻提取物对不同品种甘蔗株高的影响

不同处理对甘蔗株高的影响结果如表1 所示，正常灌溉条件下，施用海藻提取物处理(SE)能增加部分品种甘蔗的株高，除海蔗22 号、粤糖03-393和粤糖93-159 之外其他品种均显著高于CK 处理；与正常灌溉相比，干旱胁迫显著降低所有供试甘蔗株高，其中粤糖03-393、福农41 号、海蔗22 号等品种降幅均超过15%，新台糖22 号降幅最小；干旱胁迫下，与未施用海藻提取物(D)相比，除崖城07-71、粤糖03-373 和粤糖94-128 外，施用海藻提取物(D+SE)显著提高了7 个品种的株高，其中，粤糖00-236 提高幅度最大，达8.20%。

表1 不同处理对不同品种甘蔗株高的影响

2.2 海藻提取物对不同品种甘蔗地上部鲜重的影响

不同处理甘蔗的地上部鲜重如表2 所示，各个品种甘蔗在正常灌溉条件下施用海藻提取物处理的地上部鲜重，相比未施用海藻提取物处理均有不同幅度提高，其中桂糖02-467 提高幅度最大；各品种甘蔗在干旱胁迫条件下地上部鲜重比正常灌溉处理降低 10.48%～19.82%，其中降幅最大的是粤糖03-393，降幅最小的是崖城07-71；而干旱胁迫下施用海藻提取物处理(D+SE)比干旱胁迫不施用海藻提取物处理(D)的地上部鲜重均有不同程度增加，其中，提高幅度最大的是粤糖03-393，达7.69%。

表2 不同处理对不同品种甘蔗地上部鲜重的影响

2.3 不同品种的抗旱系数及对海藻提取物的响应程度

10 个品种抗旱系数的平均值为84.56%(表3)。将抗旱系数大于平均值的定义为干旱抗性品种，共4 个，包括崖城07-71、新台糖22 号、粤糖00-236、粤糖94-128；小于平均值的定义为干旱敏感型品种共6 个，包括海蔗22 号、福农41 号、桂糖02-467、粤糖03-393、粤糖93-159、粤糖03-373；根据各品种在干旱胁迫下施用海藻提取物的抗旱系数与不施用海藻提取物处理相比，其提高幅度计算平均值为5.55%，将高于和低于平均值的分别定义为海藻提取物高响应型，包括：福农41 号、桂糖02-467、粤糖03-393、新台糖22 号、粤糖93-159、粤糖03-373、粤糖94-128；海藻提取物低响应型包括：海蔗22号、粤糖00-236、崖城07-71。综合抗旱系数和对海藻提取物的响应程度，将所有品种分为4 种类型：①干旱抗性-海藻提取物高响应型：新台糖22 号和粤糖94-128；②干旱抗性-海藻提取物低响应型：崖城07-71 和粤糖00-236；③干旱敏感-海藻提取物高响应型：桂糖02-467、福农41 号、粤糖03-393、粤糖93-159 和粤糖03-373；④干旱敏感-海藻提取物低响应型：海蔗22 号。

表3 不同甘蔗品种抗旱性及对海藻提取物的响应程度

2.4 不同干旱条件下海藻提取物对甘蔗抗旱性的影响

不同程度干旱胁迫条件下甘蔗地上部鲜重结果如表4 所示，在轻度干旱(L)胁迫下，干旱敏感品种粤糖03-393 鲜重比CK 处理下降7.66%(P＜0.05)，而干旱抗性品种新台糖22 号与CK 处理差异不显著。在中度胁迫(M)和重度胁迫(S)条件下，粤糖03-393地上部鲜重相对于CK 处理下降幅度分别为16.26%和22.45%(P＜0.05)，新台糖22 号对于CK 处理的下降幅度分别为15.11%和19.79%(P＜0.05)，表明中度干旱胁迫和重度干旱胁迫对2 个品种均造成比较严重的不良影响。

表4 不同处理下甘蔗地上部鲜重

在轻度干旱胁迫下，粤糖03-393 施用海藻提取物处理(L+SE)比未施用海藻提取物处理(L)地上部鲜重显著提高。在中度干旱胁迫下，粤糖03-393 和新台糖22 号施用海藻提取物处理(M+SE)比未施用处理(M)地上部鲜重均显著提高，而重度干旱胁迫下2 个品种施用海藻提取物处理(S+SE)比未施用处理(S)差异不显著。

以上结果表明，施用海藻提取物对2 个甘蔗品种均能提高在中度干旱胁迫下抗旱性，相比其他干旱程度胁迫的缓解效果更好。

2.5 不同干旱条件下海藻提取物对甘蔗抗旱系数的影响

不同干旱胁迫条件下，甘蔗抗旱系数结果如图1 所示，对干旱敏感品种粤糖03-393 而言，在轻度干旱、中度干旱条件下，施用海藻提取物显著提高抗旱系数，重度干旱胁迫下则与不施用海藻提取物处理差异不显著；施用海藻提取物对新台糖22 号在轻、重度干旱胁迫下的抗旱系数影响较小，而中度干旱胁迫下的抗旱系数显著提高。以上结果表明，海藻提取物能有效缓解轻度和中度干旱胁迫对甘蔗的影响。

图1 不同处理下甘蔗抗旱系数

3 讨论

甘蔗跟其他作物一样，在生产上有很多栽培品种，不同品种在基因上、农艺性状上存在一定差异，其对干旱胁迫的抵抗能力也不同[19-20]。同样地，不同品种对海藻提取物的施用会产生不同程度的响应，导致海藻提取物在提高甘蔗抗旱性的方面表现出品种差异。因此，本研究最开始就从不同蔗区选育的不同甘蔗品种中进行抗旱性筛选，同时确定这些品种在干旱胁迫下对海藻提取物的响应程度，再从对海藻提取物响应程度较高的品种选择干旱抗性和干旱敏感2 个类型品种各一个开展下一步试验。本研究结果表明，在正常灌溉条件下，海藻提取物的施用可以促进甘蔗生长。在干旱胁迫条件下，本研究中的10 个品种中有7 个品种均对海藻提取物响应程度高，施用海藻提取物能显著提高甘蔗地上部鲜重，表明海藻提取物对于多数品种甘蔗生长具有积极作用，与之前的研究结果一致[18,21-22]。主要原因一方面可能是得益于海藻提取物中含有植物生长素、细胞分裂素、赤霉素等多种有利于促进植物生长的活性物质[22]，另一方面可能是海藻提取物诱导了甘蔗提高抗旱性的形态、生理或分子防御机制[15,23-24]。本研究从响应程度高的7 个品种中选择2 个不同抗旱性的甘蔗品种开展不同干旱程度胁迫试验：一个为干旱抗性品种新台糖22 号，另外一个为干旱敏感型品种粤糖03-393，均是在蔗区广泛种植的品种，具有一定代表性。对于本研究未涉及的品种则还需要进一步进行试验验证效果。

甘蔗作为旱地作物，本身具有一定耐旱性，不同程度的干旱胁迫对甘蔗造成的影响会有差异，特别是不同品种的抗旱性差异较大[25]。苗期轻度干旱胁迫对干旱抗性品种新台糖22 号鲜重没有显著影响，而干旱敏感型品种粤糖03-393 鲜重则显著下降。在轻度干旱下施用海藻提取物能显著提高粤糖03-393 的鲜重，表明海藻提取物能提高该品种在轻度干旱下的抗旱性。中度干旱和重度干旱对2 个品种生物量均造成严重的不利影响，海藻提取物对2个品种生物量均有显著改善效果，比不施用海藻提取物处理鲜重显著提高，说明海藻提取物对于中度干旱的缓解效果明显。而在重度干旱胁迫下施用海藻提取物处理没有表现出明显的增强抗旱性效果，可能是干旱太严重导致甘蔗植株体受到某些不可逆的伤害，难以恢复。本研究为室内盆栽模拟试验，在生产上由于气候环境因素影响而有所不同。先前的在自然条件下连续3 年田间试验研究结果表明，海藻提取物有利于促进甘蔗生长、提高产量，而且在偏干旱的年份或地区，其增产效应相对更好，说明海藻提取物对于提高甘蔗抗旱性具有良好效果[26]。

4 结论

根据不同品种甘蔗抗旱系数大小，及各品种在干旱胁迫下施用海藻提取物的抗旱系数与不施用海藻提取物处理相比提高的幅度大小，综合抗旱系数和对海藻提取物的响应程度，将10 个供试品种分为4 种类型：干旱抗性-海藻提取物高响应型(新台糖22 号、粤糖94-128)；干旱抗性-海藻提取物低响应型(YC07-71、粤糖00-236)；干旱敏感-海藻提取物高响应型(桂糖02-467、福农41 号、粤糖03-393、粤糖93-159、粤糖03-373)；干旱敏感-海藻提取物低响应型(海蔗22 号)。与轻度、重度干旱处理相比较，施用海藻提取物对于中度干旱胁迫下的缓解效果更好。