甘蔗（Saccharum officinarum L.）是世界上重要的糖料作物，以甘蔗为原料生产的食糖占全球食糖产量的80%以上，也是我国约90%食糖生产的重要来源[1]。我国甘蔗主要种植在广西、云南、广东和海南等地区，广西是我国最大的糖料蔗种植基地和食糖主产区，种植面积连续多年占全国总面积的60%以上[2-3]。然而，伴随着降雨减少、气温上升及雨水分布不均等因素，干旱已成为影响广西甘蔗产业发展的主要环境因素，尤其是广西蔗区60%以上的甘蔗种植于旱坡地[4]，灌溉设施和土壤保水性较差，干旱频率的不断增加，对甘蔗产量和品质构成了严峻挑战。因此，选育抗旱性强的甘蔗品种，改良甘蔗耐旱性已成为当前广西甘蔗产业的关键发展方向。
作物抗旱性是受多基因控制的复杂性状，通常需要从形态性状、生理生化和基因型等方面鉴定，是多个抗旱指标的综合反映[5]。甘蔗苗期是对水分需求最为迫切和敏感的时期，缺水会导致甘蔗出苗率及分蘖率降低，甘蔗幼苗也会在干旱胁迫下营养不良，导致生长缓慢。目前，对于甘蔗苗期抗旱性的研究已在形态指标[6]、生理响应[7]、光合特性[8]、激素响应[9]、基因表达[10]以及多指标评价[11-12]等方面展开。当受到干旱胁迫时，植物体内活性氧（ROS）如超氧阴离子（O2-. ）和过氧化氢（H2O2）含量的增加会对植物的生长产生不利影响。抗氧化酶是有效清除ROS的系统，是反映植物防御能力的关键指标，其中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）是植物体内抗氧化酶系统的重要成员。研究不同甘蔗品种抗旱性与抗氧化酶活性的关系发现，抗旱性强的品种在干旱胁迫下叶片抗氧化酶活性显著提高，同时响应干旱胁迫的速度更灵敏[13]。丙二醛（MDA）是反映脂质过氧化作用强弱的重要指标，干旱胁迫下MDA的增幅与品种的抗旱性密切相关[14]，随着干旱胁迫的不断加深，植物体内还会发生膜透性增大、细胞内外物质失衡等一系列生理变化[15-16]。通过分析鉴定10个甘蔗品种的抗旱能力发现，干旱胁迫后叶片抗氧化酶活性增强，MDA、可溶性糖（soluble sugar，SS）、可溶性蛋白（soluble protein，SP）和脯氨酸（proline，Pro）含量等均会升高[17]。对桂糖系列甘蔗新品种的抗旱性进行分析，结果表明干旱条件下抗旱能力不同的品种MDA含量、SOD和POD活性均呈现不同的变化，利用主成分分析法与生产相结合来评价甘蔗品种抗旱性更客观[18]。
目前，虽有不少关于甘蔗抗旱性的研究报道，但对于近几年选育的优良甘蔗新品种在干旱胁迫下苗期的生理特性及综合评价的研究鲜有报道。本试验选择当前5个优良新品种进行干旱胁迫处理，从与抗旱性状密切相关的渗透物质（Pro、SP、SS）含量、MDA、O2-. 、抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性等8个生理指标入手，研究新品种在干旱胁迫下的生理响应，并以8个生理指标抗旱系数（drought resistant index，DRI）作为抗旱性鉴定主要参数，结合隶属函数综合评价法对甘蔗品种抗旱性进行综合评价，筛选出耐旱性较好的优良品种，为抗旱甘蔗品种选育和生产应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于2024年2月在广西壮族自治区亚热带作物研究所甘蔗种质资源圃的智能温室大棚内（22.89° N，108.35° E）进行。供试材料为桂糖42号、桂糖44号、桂柳05136、桂热2号和桂热4号5个甘蔗品种，由广西壮族自治区亚热带作物研究所提供。
1.2 试验设计
采用桶栽土培（45 cm×40 cm）的方式，每桶装栽培所需土壤（大田土:河沙:有机肥=5:4:1）。2024年2月15日将甘蔗以单芽蔗茎的方式种植于泥沙混合基质中催芽育种。30 d后选择长势一致的甘蔗幼苗移栽至桶中，每个桶种4株苗，按照常规生长需要管理，待甘蔗幼苗生长至5~6叶期时，对5个甘蔗品种进行人工控水干旱胁迫处理，设置对照（正常浇水，CK，土壤含水量占田间持水量的80%以上）、轻度干旱（4 d，50%~60%）、中度干旱（8 d，40%~50%）和重度干旱（12 d，30%~40%）共4个处理，每个处理3次重复，每次重复取样2桶，分别取各处理幼苗+1叶（甘蔗最高可见肥厚带叶片），进行各个生理指标的测定，所有指标均设置3个重复。
1.3 测定项目与方法
1.4 数据处理
抗旱系数为干旱胁迫处理12 d时的测定值，参照李晓君等[23]的方法计算。
各综合指标隶属函数值R(Vi)计算公式：
Vi表示某一材料的某一指标测定值，而Vmax为所测指标的最大值，Vmin为所测指标的最小值。当所测指标与抗旱性呈正相关时按公式(2)计算，呈负相关时则按反隶属函数即公式(3)计算。
采用WPS进行数据的整理、统计和作图，使用SPSS 22.0软件进行方差分析和聚类分析。
2 结果与分析
2.1 干旱胁迫对甘蔗Pro、SP和SS含量的影响
2.1.1 对甘蔗Pro含量的影响
从图1可以看出，Pro含量随着胁迫时间的延长变化趋势相似，5个品种均是先降后增，在胁迫12 d时达到峰值。桂糖42号和桂糖44号在胁迫4 d时降幅较为明显，分别下降了21.32%和27.57%。在胁迫12 d时5个品种均达到最高值且显著高于CK，增幅分别为101.04%、126.21%、343.01%、97.89%和62.69%，其中桂热4号增幅最大，桂热2号增幅最小。
图1
图1
不同处理下甘蔗Pro含量的分析
不同小写字母表示同一品种不同处理下的差异显著（P < 0.05），下同。
Fig.1
The analysis of the sugarcane Pro content under different treatments
Different lowercase letters indicate significant differences in the same variety under different treatments (P < 0.05), the same below.
2.1.2 对甘蔗SS含量的影响
从图2可以看出，随着干旱胁迫时间的延长，参试材料的SS含量总体呈上升趋势。然而不同品种又各有其变化特点，桂糖42号的SS含量呈先上升后下降趋势，桂糖44号和桂柳05136呈先下降后上升，桂热4号和桂热2号呈逐步上升的趋势。桂糖42号在胁迫前中期上升速度最快，且在胁迫8 d时上升到最高值，显著高于CK，增幅达到63.28%，桂糖44号和桂柳05136在胁迫前中期增长缓慢，后期增幅较大。在胁迫12 d时，桂糖44号、桂热4号、桂柳05136和桂热2号均上升到峰值，增幅分别达到78.46%、122.32%、91.73%和76.78%。
图2
图2
不同处理下甘蔗SS含量的分析
Fig.2
The analysis of the sugarcane SS content under different treatments
2.1.3 对甘蔗SP含量的影响
从图3可以看出，随着胁迫时间的延长，不同品种SP含量变化各异。桂糖42号、桂糖44号、桂热4号和桂柳05136的变化相似，均呈逐步上升的趋势，干旱胁迫12 d时达到峰值，增幅分别为13.04%、20.23%、20.42%和22.88%。各自增幅略有差异，可能与品种的特性及内在生理调节机制有关。桂热2号呈先降后升再降的趋势，虽有变化但幅度不大，其中胁迫8 d时出现峰值，增幅仅为2.88%，反映出该品种在干旱胁迫下SP含量的调节较为稳定，受胁迫影响的波动程度不如其他品种。
图3
图3
不同处理下甘蔗SP含量的分析
Fig.3
The analysis of the sugarcane SP content under different treatments
2.2 干旱胁迫对甘蔗MDA和O2-. 含量的影响
2.2.1 对甘蔗MDA含量的影响
从图4可以看出，5个甘蔗品种随着干旱胁迫的增加，总体呈上升趋势，且峰值均出现在胁迫12 d后。具体变化趋势仍存在明显差异，桂糖42号、桂糖44号及桂热2号呈持续上升趋势，桂热4号呈先降后升的趋势，桂柳05136呈先升后降再升的趋势。在4 d时，桂糖42号和桂热2号的MDA含量显著高于CK，增幅分别为30.17%和29.30%。在12 d时，5个品种的MDA含量均高于CK，其中桂糖42号、桂糖44号、桂热4号及桂热2号达到显著水平，增幅分别为60.34%、44.53%、40.04%和83.51%，桂柳05136的MDA含量虽高于CK但不显著。
图4
图4
不同处理下甘蔗MDA含量的分析
Fig.4
The analysis of the sugarcane MDA content under different treatments
2.2.2 对甘蔗$\mathrm{O}_{2}^{-}$ 含量的影响
从图5可以看出，随着干旱胁迫的增加，5个甘蔗品种O2-. 含量的变化呈逐渐上升趋势。桂糖42号、桂糖44号、桂柳05136及桂热2号在4 d时O2-. 含量与CK存在显著差异，桂热4号的O2-. 含量在8 d时明显高于桂糖42号、桂糖44号和桂柳05136。在12 d时，5个品种的O2-. 含量均高于CK且差异显著，桂热4号的O2-. 含量最高，为0.2372 µmol/g。
图5
图5
不同处理下甘蔗O2-. 含量的分析
Fig.5
The analysis of the sugarcane O2-. content under different treatments
2.3 干旱胁迫对甘蔗抗氧化酶活性的影响
2.3.1 对SOD活性的影响
图6表明，随着干旱胁迫的不断延长，5个品种的SOD活性呈现出不同的变化趋势。桂糖42号的SOD活性先下降再略有上升，在胁迫8 d时降到最低值，相较于CK降幅达到了23.76%。桂糖44号、桂热4号和桂柳05136的SOD活性均是逐步下降，且下降幅度达到显著差异的水平。桂热2号的SOD活性变化较为复杂，呈先下降后上升再下降的趋势，在胁迫8 d时达到最高值，相比CK增幅为22.18%，随后逐渐下降，12 d时下降到最低值。
图6
图6
不同处理下甘蔗抗氧化酶SOD活性的分析
Fig.6
The analysis of the sugarcane antioxidant enzyme SOD activity under different treatments
2.3.2 对POD活性的影响
图7表明，随着干旱胁迫时间的延长，不同甘蔗品种的POD活性变化各有特点。桂糖42号、桂热4号、桂柳05136和桂热2号的变化规律基本一致，均为先上升后下降。在干旱胁迫8 d时，这4个品种均出现峰值，增幅分别为107.50%、41.40%、115.40%和77.90%，其中桂柳05136的增幅最大。桂糖44号的POD活性变化趋势为逐步上升，12 d时达到最高值，增幅高达142.30%。相较于CK，5个品种的最高峰值均达到显著差异水平。
图7
图7
不同处理下甘蔗抗氧化酶POD的分析
Fig.7
The analysis of the sugarcane antioxidant enzyme POD activity under different treatments
2.3.3 对CAT活性的影响
图8表明，伴随着干旱胁迫的不断加深，不同甘蔗品种的CAT活性展现出截然不同的变化特征。桂糖42号、桂柳05136和桂热2号的变化规律基本相似，均呈先上升后下降的趋势，然而，各品种达到峰值的时间不同。在干旱胁迫4 d时，桂糖42号达到峰值，与CK相比增幅为139.40%。桂柳05136和桂热2号的峰值出现在干旱胁迫8 d时，其中桂热2号的增幅显著，高达227.08%，桂柳05136的增幅次之，达到154.77%。相较于CK，5个品种的峰值均达到显著差异水平。
图8
图8
不同处理下甘蔗抗氧化酶CAT的分析
Fig.8
The analysis of the sugarcane antioxidant enzyme CAT activity under different treatments
表1为5个甘蔗品种在干旱胁迫下生理指标的抗旱系数，抗旱系数越大，说明该品种对干旱胁迫的抵抗能力越强。由表1可以看出，经干旱胁迫后，各品种的生理指标表现出明显差异。Pro含量抗旱系数最大的是桂热4号（443.01%），最小的是桂热2号（162.69%），桂热4号极高的抗旱系数说明其在干旱胁迫下能够大量积累Pro，从而有效增强自身的抗旱能力。SS含量抗旱系数最大的是桂热4号（222.32%），最小的是桂糖42号（85.76%）。除桂糖42号外，其余4个品种SS含量抗旱系数均在176.78%以上，说明这4个品种均具有一定的抗旱能力。SP含量抗旱系数最大的是桂柳05136（122.88%），最小的是桂热2号（100.37%），表明桂柳05136可能通过调节SP含量来维持干旱胁迫下细胞的正常生理功能。
表1 不同甘蔗品种干旱胁迫下生理指标的抗旱系数
Table 1
| 品种Variety | Pro | SS | SP | MDA | O2-. | SOD | POD | CAT |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 桂糖42号Guitang 42 | 201.04 | 85.76 | 113.04 | 160.34 | 144.29 | 78.38 | 194.76 | 151.81 |
| 桂糖44号Guitang 44 | 226.21 | 178.46 | 120.23 | 144.53 | 167.02 | 72.02 | 242.30 | 135.20 |
| 桂热4号Guire 4 | 443.01 | 222.32 | 120.42 | 140.04 | 162.23 | 74.38 | 138.62 | 165.65 |
| 桂柳05136 Guiliu 05136 | 197.89 | 191.73 | 122.88 | 113.46 | 181.45 | 67.77 | 208.45 | 209.57 |
| 桂热2号Guire 2 | 162.69 | 176.78 | 100.37 | 183.51 | 293.85 | 78.35 | 169.76 | 149.40 |
MDA含量抗旱系数最大的是桂热2号（183.51%），桂糖42号（160.34%）次之，最小的是桂柳05136（113.46%）。MDA作为膜脂过氧化的产物，其含量变化反映了植物细胞膜受损伤的程度，由此说明桂热2号受干旱胁迫后细胞膜能较好地保持稳定，具有较强的抗旱性。O2-. 含量抗旱系数最大的是桂热2号（293.85%），最小的是桂糖42号（144.29%）。桂热2号在此指标上抗旱系数最大，揭示其可能具有较强的清除O2-. 自由基的能力。
SOD活性抗旱系数最大的是桂糖42号（78.38%），桂热2号（78.35%）次之，桂柳05136（67.77%）最小。桂糖42号和桂热2号在SOD活性上的抗旱系数较高，说明这2个品种的SOD活性受干旱胁迫影响较小，能够较好地保护细胞免受氧化损伤。POD活性抗旱系数最大的是桂糖44号（242.30%），桂柳05136（208.45%）次之，桂热4号（138.62%）最小。桂糖44号在POD活性上的抗旱系数明显高于其他品种，说明其在干旱胁迫时POD能更有效地发挥作用，清除细胞中过多的H2O2，增强自身的抗旱能力。CAT活性抗旱系数最大的是桂柳05136（209.57%），桂热4号（165.65%）次之，桂糖44号（135.20%）最小。CAT的主要功能是催化H2O2分解为水和O2，桂柳05136在CAT活性方面的抗旱系数最高，表明其能够高效清除细胞内积累的H2O2，降低氧化胁迫对植物的伤害。
在评价甘蔗抗旱性时，单一指标往往存在局限性与片面性，难以全面反映出不同甘蔗品种的耐旱能力。为实现对甘蔗品种耐旱性的全方位精准评价，采用模糊数学中隶属函数法，选取与抗旱性密切相关的8个生理指标开展综合评价分析，综合评价值越大，说明其耐旱能力越强。由表2可见，5个甘蔗新品种的耐旱性综合评价值存在明显差异，介于0.480~0.605。经综合分析得出，干旱胁迫下5个甘蔗品种耐旱性排序为桂热4号>桂柳05136>桂热2号>桂糖44号>桂糖42号。桂热4号综合评价值最大，高达0.605，耐旱性最好；桂柳05136的综合评价值为0.563，耐旱性次之；桂糖42号综合评价值仅为0.480，耐旱性最差。
表2 不同甘蔗品种干旱胁迫下生理指标隶属函数值
Table 2
| 品种 Variety | 隶属函数值Membership function value | 平均值 Average | 排序 Ranking | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MDA | SS | SP | Pro | O2-. | SOD | POD | CAT | |||
| 桂糖42号Guitang 42 | 0.000 | 0.198 | 0.755 | 0.946 | 0.404 | 0.436 | 0.899 | 0.204 | 0.480 | 5 |
| 桂糖44号Guitang 44 | 0.107 | 0.762 | 0.351 | 0.677 | 0.283 | 0.432 | 0.911 | 0.513 | 0.504 | 4 |
| 桂热4号Guire 4 | 0.156 | 0.925 | 1.000 | 1.000 | 1.000 | 0.000 | 0.434 | 0.324 | 0.605 | 1 |
| 桂柳05136 Guiliu 05136 | 0.136 | 1.000 | 0.444 | 0.513 | 0.417 | 0.278 | 0.933 | 0.780 | 0.563 | 2 |
| 桂热2号Guire 2 | 0.193 | 0.814 | 0.572 | 0.680 | 0.683 | 0.391 | 0.635 | 0.153 | 0.515 | 3 |
3 讨论
3.1 甘蔗干旱胁迫的生理特性
甘蔗抗旱性是一个复杂的生物学性状，与品种基因型、形态特征及生理生化反应关系密切，是多个因素共同作用的结果。甘蔗苗期是生长最为敏感的时期，对其后续生长发育起关键作用，是甘蔗品种抗旱评价与鉴定的最佳时期[24-25]。Pro、SS和SP等渗透调节物质的积累是植物响应干旱胁迫的一种方式，有助于降低细胞渗透势，维持细胞的膨压，增强植物细胞对脱水的耐受性，从而提高其抗旱性[26]。本研究发现，干旱胁迫后，所有品种幼苗叶片中的Pro、SS和SP含量均有显著增加，且耐旱品种桂热4号的Pro含量增幅明显高于其他品种，这与吴凯朝等[27]和Kishor等[28]的研究结果相似。SS和SP的积累同样也反映了甘蔗对干旱的适应策略，桂柳05136的SP含量在胁迫12 d时增幅达22.88%，与陈迪文等[29]的研究结果相符，即耐旱品种通过增强蛋白质稳定性维持细胞功能，而敏感品种则因蛋白质降解导致渗透失衡。
干旱胁迫下ROS的积累是导致植物膜脂过氧化的关键因素，MDA和O2-. 的积累可以反映细胞膜脂过氧化的损伤程度，而抗氧化酶保护系统则通过清除ROS来减轻对细胞的损伤[30-
3.2 甘蔗种质耐旱性的鉴定
隶属函数法作为多指标综合评价体系，在作物抗旱性研究中展现了广泛适用性。目前，该方法已被应用于水稻[35]、玉米[36]和马铃薯[37]等作物的抗旱鉴定与筛选中。针对野生甘蔗种质资源，王天菊等[38]利用相关分析和隶属函数法对26份割手密的抗旱性进行差异评价，建立了种质筛选与基因挖掘的技术路径；田春艳等[39]整合抗旱系数、隶属函数及聚类分析等方法综合分析云瑞甘蔗创新亲本，确立质膜透性、MDA含量、Pro含量和自由水/束缚水等4项关键评价指标，成功构建适用于36份甘蔗创新亲本的多维度抗旱评价模型。本研究采用隶属函数法结合8项生理指标，避免了单一指标的片面性。桂热4号以0.605的综合评价值居首位，其优势源于Pro积累量、SS调节能力及抗氧化酶系统的协同增效作用，该结论与樊仙等[12]基于主成分分析建立的甘蔗苗期抗旱评价体系形成方法学互补，共同验证多指标综合评价的科学性。桂热2号虽在MDA和O2-. 含量上表现欠佳，但其CAT活性在胁迫中期的显著升高（227.08%），最终综合耐旱性仍优于桂糖44号。研究结果揭示短期胁迫响应与长期抗旱表型可能存在解耦现象，某些快速应答机制（如CAT活性瞬时激增）可能部分抵消氧化损伤的累积效应，但同时也凸显出现有实验室评价体系的局限性。本研究为盆栽试验，与大田实际生产还存在一定误差，未来研究需结合动态监测技术和田间表型学验证，以完善作物抗旱性评价的时空维度解析。
4 结论
不同品种在干旱胁迫时生理指标变化明显不同，苗期甘蔗抗旱性主要依赖渗透调节与抗氧化酶协同机制。其中桂热4号抗旱性最优，归因于Pro积累及SOD稳定性；桂热2号和桂柳05136则通过POD和CAT活性激增缓解氧化损伤。隶属函数法分级显示，桂热4号属于强抗旱品种，其余4个品种属于一般抗旱品种，这些品种今后可在甘蔗抗旱性育种中多加利用。
参考文献
Sugarcane agriculture and sugar industry in China
DOI:10.1007/s12355-014-0342-1 URL [本文引用: 1]
14个甘蔗主栽品种对干旱胁迫的生理响应
DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2022.09.009
[本文引用: 1]
为探究短期干旱胁迫下甘蔗伸长期的生理响应,本研究以4个栽培推广面积较大的甘蔗品种‘云蔗08-1609’‘粤糖93-159’‘新台糖22号’和‘桂糖42号’为供试材料,采用人工盆栽控水法,设置正常浇水对照（土壤含水量占田间持水量的80%以上）和轻度干旱（50%~60%）、中度干旱（40%~50%）和重度干旱（30%~40%）3个干旱处理,研究不同甘蔗品种在干旱胁迫下抗氧化酶系统、抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环系统、植株受损状况以及脱落酸（ABA）含量的变化规律。结果表明：干旱胁迫导致4个甘蔗品种的SOD、POD、CAT和GR活性显著提高（P<0.05,下同）;AsA、GSH含量随着干旱时间显著上升;除‘云蔗08-1609’的GSSG表现出先升后降的趋势外,其他3个品种的GSSG含量不断上升;‘云蔗08-1609’的GSH/GSSG值不断上升,‘新台糖22号’不断下降,‘粤糖93-159’和‘桂糖42号’表现出先升后降;干旱胁迫造成4个品种的MDA和质膜透性显著增加,叶片相对含水率显著降低;除‘桂糖42号’的ABA含量表现为先上升后下降的趋势外,其他3个品种干旱胁迫下ABA含量表现为升-降-升的趋势。综上表明：干旱胁迫造成4个甘蔗品种的SOD、POD、CAT活性及GR、ABA、AsA、GSH、GSSG含量显著上升。MDA和质膜透性提高,绿叶率和叶片相对含水率下降。本研究发现不同品种甘蔗干旱胁迫下的响应规律各不相同,‘云蔗08-1609’在干旱胁迫下ABA和叶片相对含水率含量最高,SOD、CAT、POD和GR活性在干旱初期响应最快,质膜透性最小。‘新台糖22号’和‘桂糖42号’在AsA-GSH循环中具有较高的AsA、GSH、GSSG含量。‘粤糖93-159’具有较高的POD和CAT活性以及较低的MDA含量。
干旱胁迫下外源ABA对甘蔗幼苗生理特性和基因表达的影响
DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2023.03.012
[本文引用: 1]
甘蔗是世界上重要的糖料作物，但我国甘蔗主产区多数为丘陵旱坡地，季节性干旱频繁，已严重影响我国甘蔗糖业的可持续发展。植物激素脱落酸（ABA）不仅调节植物生长发育，在植物应对逆境胁迫的生理生化响应中更不可或缺。本研究选用甘蔗品种‘桂糖42号’为材料，桶栽土培方式，设置对照（CK）、CK+ABA、干旱、干旱+ABA等4个处理，探讨干旱胁迫下叶面喷施ABA对苗期甘蔗生理生化特性和相关基因表达的影响，为应用ABA提高甘蔗抗旱性提供理论基础。结果表明，正常淋水条件下甘蔗叶面喷施ABA处理（CK+ABA）的主要生理生化参数与基因表达量变化与CK差异不显著；甘蔗叶片相对含水量随着干旱胁迫程度加剧而逐渐下降，丙二醛（MDA）、过氧化氢（H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>）含量显著上升，而干旱+ABA处理能提高甘蔗的保水能力，并减少MDA的积累，使其含量处于较低水平；干旱胁迫显著降低甘蔗叶绿素含量，而干旱+ABA处理能防止叶绿素降解并对干旱胁迫引起的光系统II实际光化学效率（ΦPSII）下降有明显的缓解作用；干旱胁迫下，甘蔗内源ABA合成限速酶9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶（NCED）编码基因、脯氨酸（Pro）合成关键酶Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）编码基因及过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、过氧化物酶（POD）编码基因的表达量显著增加，内源ABA含量、Pro含量和CAT、SOD、APX、POD活性显著提高，而干旱+ABA处理能更进一步增强上述基因的表达，使ABA含量、Pro含量及相关抗氧化酶活性的增幅更显著，从而提高干旱胁迫下甘蔗清除过量活性氧的能力，降低H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>含量，提高甘蔗抗旱性。
甘蔗苗期抗旱性鉴定评价研究
DOI:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0216
[本文引用: 2]
以12个甘蔗品种试验材料,通过桶栽试验,在苗期进行反复干旱胁迫处理,测定甘蔗幼苗存活率和叶片叶绿素含量、可溶性糖含量、丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性等生理指标。运用抗旱系数法和隶属函数值法,对苗期甘蔗各生理指标性状进行了反复干旱胁迫下的抗性评价和鉴定,为甘蔗抗旱品种的选择提供可借鉴的方法,同时为其抗旱育种和蔗区抗旱品种示范推广提供数据支持。结果表明,反复干旱处理后,所有甘蔗品种幼苗存活率、叶片叶绿素含量、POD和SOD酶活性均有降低,而叶片Pro、REC、MDA和可溶性糖含量均明显增加,且各甘蔗品种间存在明显差异。‘LC 09-15’、‘GT 32’、‘FN 08-3214’、‘YZ 08-1609’、‘YZ 11-1204’、‘YZ 05-51’、‘YR 11-450’和‘DZ 12-88’等8个甘蔗品种的苗期抗旱性强于对照品种‘ROC 22’。通过甘蔗优异抗旱品种的筛选和推广,解决蔗区主栽甘蔗品种‘ROC 22’种性退化性状,可为蔗区有效抵御早春干旱、保证甘蔗稳产、高产提供理论指导。
Screening of drought tolerant genotypes of sugarcane through biochemical markers against polyethyleneglycole
Detection of drought tolerant sugarcane genotypes (Saccharum officinarum) using lipid peroxidation, antioxidant activity, glycine-betaine and proline contents
Defense potentials to NaCl in a mangrove, Bruguiera parviflora: differential changes of isoforms of some antioxidative enzymes
20 个甘蔗品种(系)的抗旱性比较
DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2020.12.016
[本文引用: 1]
干旱是限制我国甘蔗产量提高的主要原因。采用桶栽和人工控水的方法,对云南省甘蔗主产区临沧市选取的20个甘蔗品种（系）进行抗旱性分析,通过测定苗期和分蘖期的8个抗逆生理指标,以及分蘖率、成活率和株高3个生长指标,采用模糊隶属函数、主成分分析和系统聚类分析方法对各甘蔗品种（系）的抗旱性进行综合评价。结果表明,干旱胁迫后,甘蔗叶片相对含水量、叶绿素含量、甘蔗分蘖率、株高和成活率呈下降趋势,而甘蔗叶片丙二醛、脯氨酸和可溶性糖含量、质膜透性、SOD和POD酶活性则呈上升趋势。通过模糊隶属函数、主成分分析和系统聚类分析可将20份甘蔗品种（系）材料分为3类,其中7个为抗旱品种（系）,6个为中等抗旱品种（系）,7个为不抗旱品种（系）;根据抗旱综合值,7个抗旱品种（系）的抗旱能力排名为：‘桂糖06-2081’>‘柳城05-136’>‘福农38’>‘柳城03-1137’>‘德蔗03-83’>‘云蔗05-49’>‘福农40’。相关分析表明,与甘蔗抗旱性呈显著正相关的指标分别为成活率、株高和叶片相对含水量,呈显著负相关的指标分别为质膜透性、脯氨酸和可溶性糖含量。
Regulation of proline biosynthesis, degradation, uptake and transport in higher plants: its implications in plant growth and abiotic stress tolerance
Genome-wide association study reveals natural variations contributing to drought resistance in crop
Gene networks involved in drought stress response and tolerance
DOI:10.1093/jxb/erl164
PMID:17075077
Plants respond to survive under water-deficit conditions via a series of physiological, cellular, and molecular processes culminating in stress tolerance. Many drought-inducible genes with various functions have been identified by molecular and genomic analyses in Arabidopsis, rice, and other plants, including a number of transcription factors that regulate stress-inducible gene expression. The products of stress-inducible genes function both in the initial stress response and in establishing plant stress tolerance. In this short review, recent progress resulting from analysis of gene expression during the drought-stress response in plants as well as in elucidating the functions of genes implicated in the stress response and/or stress tolerance are summarized. A description is also provided of how various genes involved in stress tolerance were applied in genetic engineering of dehydration stress tolerance in transgenic Arabidopsis plants.
Multifaceted roles of aquaporins as molecular conduits in plant responses to abiotic stresses
DOI:10.3109/07388551.2014.973367
PMID:25430890
[本文引用: 1]
Abiotic stress has become a challenge to food security due to occurrences of climate change and environmental degradation. Plants initiate molecular, cellular and physiological changes to respond and adapt to various types of abiotic stress. Understanding of plant response mechanisms will aid in strategies aimed at improving stress tolerance in crop plants. One of the most common and early symptoms associated with these stresses is the disturbance in plant-water homeostasis, which is regulated by a group of proteins called "aquaporins". Aquaporins constitute a small family of proteins which are classified further on the basis of their localization, such as plasma membrane intrinsic proteins, tonoplast intrinsic proteins, nodulin26-like intrinsic proteins (initially identified in symbiosomes of legumes but also found in the plasma membrane and endoplasmic reticulum), small basic intrinsic proteins localized in ER (endoplasmic reticulum) and X intrinsic proteins present in plasma membrane. Apart from water, aquaporins are also known to transport CO2, H2O2, urea, ammonia, silicic acid, arsenite and wide range of small uncharged solutes. Besides, aquaporins also function to modulate abiotic stress-induced signaling. Such kind of versatile functions has made aquaporins a suitable candidate for development of transgenic plants with increased tolerance toward different abiotic stress. Toward this endeavor, the present review describes the versatile functions of aquaporins in water uptake, nutrient balancing, long-distance signal transfer, nutrient/heavy metal acquisition and seed development. Various functional genomic studies showing the potential of specific aquaporin isoforms for enhancing plant abiotic stress tolerance are summarized and future research directions are given to design stress-tolerant crops.
叶面喷施海藻提取物对甘蔗干旱胁迫的缓解效应
DOI:10.3969/j.issn.1000-2561.2021.05.021
[本文引用: 1]
为研究叶面喷施海藻提取物对干旱胁迫下甘蔗叶片生理参数及植株形态指标的影响,以‘YT159’和‘ROC22’两个品种甘蔗为试验材料,采用盆栽方法,设置正常灌溉组（C）和干旱胁迫组（D）,分别通过喷施不同用量（SE1、SE2）海藻提取物,测量分析植株形态指标株高、茎径、植株鲜重以及叶片生理参数,包括水分参数、抗氧化酶活性等。结果表明：正常灌溉组喷施海藻提取物的处理（C+SE1、C+SE2）甘蔗叶片生理参数以及形态指标与不施用海藻提取物处理相比差异不显著。干旱胁迫组喷施海藻提取物（D+SE1、D+SE2）与不喷施海藻提取物的C相比,叶片脱水速率、电导率、脯氨酸含量显著降低,叶片超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性、相对含水量、植株鲜重显著增加,同时抗旱系数显著提高,2个品种中‘YT159’提高幅度较大,‘ROC22’提高幅度相对较小。因此,叶面喷施海藻提取物能显著改善干旱胁迫下甘蔗叶片生理参数和植株形态指标,提高植株鲜重,从而缓解干旱胁迫对甘蔗造成的伤害,提高甘蔗抗旱能力。
PEG模拟干旱胁迫下不同玉米品种萌芽期及苗期抗旱性鉴定
DOI:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0015
[本文引用: 1]
为研究PEG模拟干旱胁迫下玉米萌发指标和生理指标变化，设置20% PEG-6000进行干旱处理，对玉米萌芽期发芽率、发芽势、萌发指数、胚根长及苗期叶绿素值(SPAD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量等指标进行测定，并采用隶属函数法对不同品种的抗旱性进行评价。结果显示，在干旱胁迫条件下，各玉米品种发芽率、发芽势、萌发指数、胚根长较对照均有所下降，叶绿素含量和SOD活性降低，MDA含量增加。利用隶属函数法评价玉米抗旱性，‘新农008’的隶属函数平均值大于0.7，属于强抗旱品种；‘中榆9号’、‘中榆1号’和‘沃玉3号’隶属函数平均值均小于0.4，属于弱抗旱品种。
