夏紅明,趙培方,吳才文,劉家勇

(云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，云南 開遠(yuǎn) 661600)

甘蔗品種抗旱性綜合評價

夏紅明,趙培方,吳才文,劉家勇

(云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，云南 開遠(yuǎn) 661600)

研究人工干旱脅迫對vmc88-354、C266-70、云蔗04-241、新臺糖22、桂糖11和云蔗04-621等6個甘蔗品種保護(hù)酶SOD和POD活性、Pro及Chl含量等生理指標(biāo)的影響。通過模糊綜合評判和聚類分析對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評價，結(jié)果表明：6個品種抗旱性可分為強(qiáng)、較強(qiáng)、一般三種類型，其中云蔗04-241為抗旱性強(qiáng)；C266-70、vmc88-354和桂糖11為抗旱性較強(qiáng)；新臺糖22和云蔗04-621為抗旱性一般?？购敌跃C合評價可為抗旱甘蔗品種的推廣提供依據(jù)。

甘蔗;抗旱性;綜合評價

甘蔗是中國南方的重要經(jīng)濟(jì)作物之一。我國甘蔗生產(chǎn)逐步向缺水無灌溉條件的旱坡地和偏遠(yuǎn)山區(qū)發(fā)展，大部分甘蔗種植區(qū)常會遭受干旱危害。干旱脅迫對農(nóng)作物造成的損失在所有非生物脅迫中占首位，僅次于生物脅迫病蟲害造成的損失[1]。不同基因型甘蔗對干旱的適應(yīng)性和抗御能力不同，有避旱性、御旱性和耐旱性之分，表現(xiàn)在生理生化反應(yīng)上存在相應(yīng)的差異[2-5]。作物抗旱性是受多基因控制的數(shù)量性狀，如果直接利用單一的生理生化指標(biāo)評價其抗旱性，則具有一定的片面性。因此,在進(jìn)行甘蔗抗旱性鑒定時,應(yīng)對多個指標(biāo)進(jìn)行綜合評價，才能客觀評價參試材料的抗旱水平。

模糊綜合評判在農(nóng)業(yè)研究上較為廣泛應(yīng)用，如楊新喜等[6]對雜交水稻新組合、黃久凱等[7]對甘蔗品種、莊麗等[8]對荒漠植物抗旱性等方面進(jìn)行了綜合評判研究。本研究采用模糊綜合評判法及聚類分析法，對6個參試甘蔗品種的超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)活性、葉綠素(Chl)及脯氨酸(Pro)含量、成活率和株高損失率等生理指標(biāo)進(jìn)行抗旱性綜合評價，以期為甘蔗抗旱育種提供新的抗旱品種和方法。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所云南省甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實驗室進(jìn)行，生育期水分全部由人工供給。6個供試品種分別是生產(chǎn)上的主栽品種和自育及引進(jìn)表現(xiàn)較好的品種，包括vmc88-354、C266-70、云蔗04-241、新臺糖22(對照種)、桂糖11和云蔗04-621。參試材料取上半莖，切成單芽苗，用300倍液代森銨處理后，種植于桶中，每桶下芽5個，蓋膜，桶等量裝土16 kg，土壤為加有農(nóng)家肥和蔗渣的砂壤土。每份材料種植15桶，其中5桶作為澆水處理， 10桶作為干旱處理，用于控水脅迫。

成苗后每桶保留長勢相近的蔗苗3株。伸長初期對澆水處理正常澆水，每次澆水至飽和滲出。干旱處理則進(jìn)行控水脅迫，停水前干旱處理先進(jìn)行飽和澆水，置于有瀝水縫的水泥地上，桶間距5 cm，停水后待新臺糖22輕度缺水，蔗葉整天處于萎蔫卷縮狀態(tài)，清晨無“吐水”時，測定SOD、POD酶活性和Chl、Pro含量。

1.2 試驗方法

在干旱處理進(jìn)行控水脅迫后第13、17、21天(每隔3 d)，測定干旱處理及正常澆水處理甘蔗葉片的保護(hù)酶系活性、Chl及Pro含量。取蔗株正一葉(除去主脈)，每處理各品種取4-5片葉(新鮮)，每個測定項目做3次重復(fù)。每次測定以上項目時，觀察受旱狀況，同時取1-20 cm土壤測土壤水分含量，各處理中每個品種隨機(jī)測2桶。測定項目完成后，各處理每品種測量10株甘蔗的株高，干旱處理再次澆水，30 d后觀察成活率。

1.3 測定項目

(1)酶液提取根據(jù)楊淑慎等[9]的方法稍作改進(jìn)。SOD酶活性測定采用氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原法[10]， POD酶活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[10]。(2)Chl含量采用Arnon法測定[10]。(3)Pro含量采用磺基水楊酸法[11]測定。(4)株高損失率/%=(澆水處理-控水處理)×100÷澆水處理。

1.4 綜合評判分析

1.4.1 聚類分析 采用DPS統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行聚類分析。聚類分析采用WPGMA法分類。

1.4.2 模糊綜合評判 SOD、POD、成活率、株高損失率四因素權(quán)重各為0.2，Chl和Pro二因素權(quán)重為0.1，其中株高損失率為逆指標(biāo)。從表1中SOD開始列指標(biāo)集U=(C1、C2、C3、C4、C5、C6)，依次權(quán)重A=(0.2、0.2、0.1、0.1、0.2、0.2)。

其中，Xij為第i個組合第j個性狀指標(biāo)值,MaxXij和MinXij分別是第j個指標(biāo)的最大值和最小值。各組合性狀值標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果見表2。于此同時確定各性狀指標(biāo)的評判標(biāo)準(zhǔn)為：Zij∈[0，0.25]差，Zij∈[0.25，0.5]一般，Zij∈[0.5，0.75]良好，Zij∈[0.75，1]優(yōu)秀。

2 結(jié)果與分析

2.1 模糊綜合評判

從表3可見,云蔗04-241綜合評價向量處于“優(yōu)秀”和“差”2個級別，但在表2中有5項指標(biāo)處于“優(yōu)秀”，只有1項指標(biāo)處于“差”,綜合評價值最高為3.000,排序第1位；vmc88-354綜合評價向量平均分布于各級別中，綜合評價值2.714，排序第2位；C266-70綜合評價向量平均分布于各級別中，綜合評價值2.500,排序第3位；桂糖11綜合評價向量處于“優(yōu)秀”、“一般”和“差”3個級別，綜合評價值2.333，排序第4位；新臺糖22和云蔗04-621綜合評價向量主要處于“良好”、“一般”和“差”3個級別中，綜合評價值(2.000)為最低,同時排序第5位。

表1 干旱脅迫下不同甘蔗品種抗旱性指標(biāo)脅迫增值表Table 1 The added values of indices of drought resistance among different sugarcane genotypes under water stress

表2 性狀級值標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果Table 2 Standardization of the gradings of the characters

表3 模糊綜合評價結(jié)果Table 3 Comprehensive fussy judgement of the vectors

2.2 聚類分析

聚類分析結(jié)果(圖1)表明，當(dāng)聚類距離為0.95時，6個品種抗旱性可分為3種類型，云蔗04-241單獨(dú)為一類；vmc88-354、新臺糖22和云蔗04-621聚為一類；C266-70和桂糖11聚為一類。

0-1.65的標(biāo)尺刻度表示聚類距離。

3 結(jié)論與討論

3.1 參試品種抗旱性評價

本研究表明,兩種綜合評價結(jié)果基本一致，模糊綜合評價第一的云蔗04-241單獨(dú)聚為一類；排序第3、4位的C266-70和桂糖11聚為一類；但模糊綜合評價第二的vmc88-354和第5位的新臺糖22和云蔗04-621聚為一類。不同綜合評價法側(cè)重于不同的方面，vmc88-354脅迫增值較低的兩項指標(biāo)Chl和Pro因權(quán)重較低，所以模糊綜合評價分值較高。應(yīng)采用多種評價法從不同角度對抗旱性鑒定材料進(jìn)行評價才能得出可靠性高的結(jié)果。

人工干旱脅迫鑒定法的處理水平比較一致、可重復(fù)性好、結(jié)果比較可靠，可以進(jìn)行年際間的比較且能進(jìn)行全生育期的鑒定，是研究者比較常用的一種抗旱研究方法。但是，此方法創(chuàng)造的干旱脅迫環(huán)境與自然條件下田間生產(chǎn)具有一定的差異性，導(dǎo)致實驗結(jié)果與田間生產(chǎn)的抗旱性有一定差異。因此，人工干旱鑒定評價需要結(jié)合在大田生產(chǎn)中的抗旱表現(xiàn)加以驗證。6個參試品種在生產(chǎn)上都有一定的抗旱性，新臺糖22和桂糖11是廣適性主栽品種，但新臺糖22在較重干旱條件下減產(chǎn)較大，本試驗結(jié)果與盧會文等[12]研究結(jié)果一致；結(jié)合兩種評價法結(jié)果和生產(chǎn)表現(xiàn)，6個參試品種可分為強(qiáng)、較強(qiáng)、一般三種類型，其中云蔗04-241抗旱性強(qiáng)；C266-70、vmc88-354和桂糖11抗旱性較強(qiáng)；新臺糖22和云蔗04-621抗旱性一般。

3.2 抗旱性綜合評價

自然條件下，干旱可能發(fā)生在甘蔗生長的某一階段，如云南普遍發(fā)生的冬春干旱影響甘蔗的苗期階段，有的年份冬春夏連旱，影響甘蔗的苗期及伸長階段。但任一階段，甘蔗品種間生長都存在一定差異，如拔節(jié)的早遲、株高的差異、分蘗的多少等，這是由甘蔗品種特性差異所產(chǎn)生的。自然條件下發(fā)生干旱時，甘蔗品種間生長狀況總會存在差異，因此，要研究甘蔗材料間某一階段抗旱性，只要植期一致，則能夠評價甘蔗材料間抗旱性差異，這與自然干旱條件下大田生產(chǎn)相符。

作物的抗旱性是由多種因素相互作用而構(gòu)成的較為復(fù)雜的綜合性狀，作物抵御或適應(yīng)干旱的途徑是多種多樣的，一種作物或品種的抗旱性是由自身生理抗性和結(jié)構(gòu)特性以及生長發(fā)育進(jìn)程的節(jié)奏與所處的環(huán)境因素變化相配合的程度決定的[13]。在甘蔗長期適應(yīng)熱帶和亞熱帶環(huán)境的系統(tǒng)發(fā)育過程中，往往通過形態(tài)、生理生化等多條途徑的變化來維持干旱脅迫下的體內(nèi)水分平衡。甘蔗品種抗旱性是各生理生化代謝途徑對水分脅迫響應(yīng)的綜合作用結(jié)果[14]，單一指標(biāo)很難準(zhǔn)確評定植物的抗旱性，需要將形態(tài)指標(biāo)、生理生化指標(biāo)及產(chǎn)量指標(biāo)相結(jié)合來綜合評價抗旱性[15]，從而使抗旱性鑒定評價較為可靠和科學(xué)。

3.3 抗旱性評價方法的發(fā)展

前人對作物抗旱性評價研究通常采用直接評價法和間接評價法。直接評價法有自然環(huán)境評價法和人工環(huán)境評價法；間接評價法又稱實驗室評價法，它是伴隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展，人們對植物生理機(jī)理的深入了解而快速普及的一種方法。作物抗旱性評價通過抗旱指標(biāo)的鑒定來體現(xiàn)，據(jù)不完全統(tǒng)計有37種之多，包括產(chǎn)量指標(biāo)、形態(tài)指標(biāo)、生長發(fā)育指標(biāo)及生理生化指標(biāo)等[16]。

現(xiàn)代分子生物學(xué)的快速發(fā)展，為抗旱研究工作提供了新的發(fā)展方向。該法是指基于現(xiàn)代分子生物學(xué)和DNA克隆技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用相關(guān)的分子標(biāo)記構(gòu)建飽和的分子遺傳圖譜，并對作物的抗旱基因進(jìn)行定位，不僅可為該基因的分子克隆及其遺傳轉(zhuǎn)化聚合奠定基礎(chǔ)，也促進(jìn)與該抗旱基因緊密連鎖分子標(biāo)記的篩選，并應(yīng)用于分子標(biāo)記輔助選擇育種，進(jìn)而提高作物抗旱新品種選育的效率。該法具有準(zhǔn)確、快速、不受外界環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)[17-19]。分子生物學(xué)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數(shù)量性狀，雖然研究者們在近年來已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多抗旱性QTL，但是標(biāo)記的多態(tài)性頻率仍然較低。如徐群等[19]利用251個株系組成的Maybelle/白葉秋的加倍單倍體群體檢測到5個抗旱性相關(guān)QTL等；聶元元等[20]在水稻第2染色體上精細(xì)定位了抗旱相關(guān)性狀QTL；Babu et al[21]發(fā)現(xiàn)水稻第4染色體上控制干旱脅迫下產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀，并與根系性狀有關(guān)的QTL。(2)該法的應(yīng)用前提是選擇群體的親本之一已鑒定具有抗旱基因并且該基因已被定位，因此其適用范圍很窄。如高粱基因組研究發(fā)展迅速，包括抗旱性QTL在內(nèi)的大量重要抗性性狀基因被定位于相應(yīng)的高粱遺傳連鎖圖上，這為高粱抗旱性機(jī)制的生理研究、抗旱性基因的克隆、抗旱性分子標(biāo)記輔助選擇奠定了基礎(chǔ)[22]，但包括甘蔗在內(nèi)的很多作物抗旱性基因定位還滯后，因此，用分子生物學(xué)評價法還有待進(jìn)一步研究。

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(責(zé)任編輯:陳幼玉)

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

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金(CARS-20-1-1)；云南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系；云南省重點(diǎn)新產(chǎn)品開發(fā)計劃項目(2010BB011)。

夏紅明(1968-)，男，副研究員。研究方向：甘蔗遺傳育種及抗性育種。Email:xiahm103@163.com。通訊作者劉家勇(1976-)，男，副研究員。研究方向：甘蔗遺傳育種。Email:lljjyy1976@163.com。

S566.1

A

1673-0925(2014)01-0007-05