干旱脅迫對甘蔗種莖生長的影響

羅晟昇，韋海球，廖韋衛，施澤升，何洪良，唐利球

（廣西南亞熱帶農業科學研究所，廣西 崇左 532400）

甘蔗莖是甘蔗的主要產物，也是甘蔗的主要繁育材料，在生產中一般將甘蔗莖砍成莖段進行種植。根據莖段上芽的數量可分為單芽莖段、雙芽莖段和多芽莖段；按留種方式可分為全莖種、半莖種和梢部種。在甘蔗種植前期，蔗苗萌發和根系生長所需的水分和養分主要由種莖供應，因此種莖的質量對甘蔗生長具有重要作用。種莖質量不僅受甘蔗品種特性的制約，還受生物和非生物因素脅迫的影響。有研究表明，甘蔗種莖受棉蚜蟲、螟蟲、黑穗病的危害會導致萌芽率下降，且黑穗病對種莖的萌芽率影響尤為明顯［1］。干旱是影響甘蔗生長的主要非生物脅迫因素［2］，與甘蔗的其它生長階段相比，干旱對種莖的影響更大。

我國甘蔗種植區主要分布在廣西與云南，根據干旱災害風險評估，廣西西南部、云南東北部均是旱災的高風險區［3］，特別是近年廣西的春旱發生頻率逐漸增高［4］，對甘蔗的正常生長造成較大影響。為提高甘蔗抗旱性，學者們對甘蔗的抗旱機制、抗旱育種、抗旱栽培技術等方面開展了大量研究并取得豐碩成果［5］，但大部分研究主要以甘蔗萌芽期到成熟期之間的形態、生理生化等內容作為研究對象，而種莖受干旱脅迫的影響卻鮮有報道。由于種莖在貯存和種植期間主要依靠種莖內的水分和養分供應蔗苗萌發和根系生長。在氣候和人為因素的影響下，時常出現貯存期過長或錯過降雨期種植等情況，導致種莖長期暴露在相對干旱的環境中，種莖內部的水分和養分不斷消耗，從而使種莖芽和根的萌發及生長受到抑制。為了解甘蔗種莖在春季干旱環境中形態的變化及蔗苗和根系的生長情況，本試驗通過模擬春季干旱環境，對種莖的莖重、莖長、莖徑及蔗苗和根系在干旱脅迫下的變化情況進行分析，為判斷和篩選高質量的甘蔗種莖及促進甘蔗抗旱栽培技術的發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

桂糖42號，新植蔗，材料由廣西南亞熱帶農業科學研究所提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

種莖處理：將甘蔗莖的尾部和頭部莖段去除，保留蔗芽完好的中部莖段，用刀砍成單芽莖段。將處理好的莖段與地面保持水平，并使蔗芽向上放入托盤，莖段上下用吸水紙鋪墊及覆蓋，放入恒溫培養箱無光培養。試驗設計：試驗模擬春季甘蔗種植時段，設置處理組和對照組，處理組模擬干旱脅迫環境，對照組模擬常規降雨環境，分別設3次重復，每個重復10個單芽莖段。培養溫度根據廣西南亞熱帶農業科學研究所氣象站統計的2008～2018年甘蔗主要種植時期1～4月的氣象數據進行設置，見表1。處理組和對照組均設置為20℃，空氣濕度參考表1的氣象數據及韓梅［6］等對半干旱地區降雨與空氣濕度變化研究，處理組設置為55%，對照組設置為70%。此外為保證對照組水分的供應，根據甘蔗的種植深度和降雨主要影響20cm以內土層的特點［7］，不定期為對照組噴水使吸水紙干濕交替，以模擬自然降雨過程。

表1 廣西南亞所2008～2018年1至4月日均溫度和月總降雨量

1.2.2 調查項目與方法

試驗在2020年4月進行，分別在試驗的第1天、第5天、第10天、第15天和第20天對種莖的各項數據進行調查統計。試驗儀器：數顯游標卡尺、精度0.01g電子天平。調查內容：莖重、莖長、莖徑、萌芽率、蔗苗高度、蔗苗基部莖徑、根的數量和長度。莖重為整根莖的重量。莖長取芽所在的一側，莖徑測量種莖兩端切口和芽位的直徑，計算平均值。蔗芽萌芽率僅計算成活的苗，后期枯萎的苗作為未萌發苗統計。蔗苗高度為苗的莖高，蔗苗莖徑測量蔗苗基部位置，均只統計成活的蔗苗。根數只統計種莖萌發的根數，根長取芽兩側和芽背部3個主要生根區域隨機選取具有代表性的1條根進行測量取平均值。試驗數據用WPS進行整理和制圖，用SPSS18.0分析顯著性，采用單因素LSD法，P＜0.05差異顯著，P＜0.01差異極顯著。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對種莖形態的影響

甘蔗種莖的莖重和莖長變化見圖1和圖2，莖重和莖長隨時間延長逐漸降低。對20天的種莖莖重變化值進行分析，干旱處理下降13.27g，對照下降4.57g，降幅分別為16.49%和6.09%，干旱處理的莖重減小值為對照2.9倍，處理的莖重變化值極顯著高于對照，表明干旱對莖重的影響較大。

圖1 種莖莖重變化趨勢

圖2 種莖莖長變化趨勢

對干旱處理和對照的莖長進行測量，處理和對照的莖長分別降低0.15mm和0.16mm，降幅為1.28%和1.37%，兩者間差異不顯著，表明莖長受干旱影響不明顯。

由圖3可知，種莖的莖徑隨時間的變化逐漸縮小。在試驗期間對種莖節間上端、中端、下端的莖徑進行測量，處理的莖徑分別縮小1.73mm、1.25mm、1.79mm，對照的莖徑分別縮小0.41mm、0.50mm、0.39mm。分析不同部位的莖徑縮小值可知，干旱處理的中端莖徑分別與上端和下端莖徑達到顯著水平，而上端和下端的莖徑差異不顯著。對照上端、中端和下端的莖徑差異均不顯著。對平均莖徑進行統計分析，干旱處理的平均莖徑縮小1.59mm，對照的平均莖徑縮小0.43mm，處理的平均莖徑縮小值是對照的3.7倍，差異極顯著。

圖3 種莖平均莖徑變化趨勢

2.2 干旱脅迫對種莖蔗苗萌發的影響

由圖4可知，干旱處理和對照的萌芽率在5天、10天、15天時分別為83.33%、93.33%、93.33%和90%、96.67%、96.67%，處理的萌芽率分別低于對照6.67%、3.33%、3.33%，在20天時處理的蔗芽出現死亡導致萌芽率降到86.67%，比對照低10%。

圖4 蔗苗萌芽率變化趨勢

從圖5可看出蔗苗高度無論是干旱處理還是對照均隨培養時間的延長而增長，但處理的蔗苗高度在第5天后增長速度逐漸減緩，而對照的蔗苗高度仍保持較快的增長速度，在20天時干旱處理的蔗苗高度為14.64cm，對照為24.81cm，相差10.17cm，差異達到極顯著水平。

圖5 蔗苗高度變化趨勢

從圖6可知，干旱處理和對照的蔗苗基部莖徑在第5天蔗苗萌發后變化幅度減小。處理的蔗苗基部莖徑在第10天時達到最高，為5.43mm，隨后因蔗苗失水萎縮導致后期蔗苗基部莖徑逐漸縮小。對照的蔗苗基部莖徑在整個培養期間仍保持小幅度增長，在20天時處理和對照分別為5.09mm和6.27mm，相差1.18mm，達到顯著水平。

圖6 種莖蔗苗基部莖徑變化趨勢

2.3 干旱脅迫對種莖根系的影響

由圖7和圖8可知，甘蔗種莖的根系在干旱處理和對照中均能生長。在第5天時處理和對照的根數分別為31條和32條，差異不顯著，隨后處理的根數增加緩慢甚至出現減少，而對照的根數隨著培養時間的延長仍不斷增加，兩者差距逐漸增大，在20天時對照的根數達到37條，顯著高于干旱處理的30條。根據觀察，處理的根數減少原因為部分根系出現枯萎死亡所導致，而對照的根數隨時間延長仍在不斷萌發，最終導致差距增大。處理和對照的根系長度隨培養時間增加而增加，但對照的根長增幅更大，使兩者間差距逐漸擴大，第5天、10天、15天、20天時，對照的根長分別是處理的3.14倍、3.35倍、5.28倍、5.21倍，且處理的根長最終僅為8.22mm，對照的根長達到42.79mm，差異極顯著。

圖7 種莖根數變化趨勢

圖8 種莖根長變化趨勢

3 討論

本研究表明，干旱脅迫對甘蔗種莖莖重和莖徑的影響較大，對莖長影響較小。種莖的莖重在干旱脅迫下顯著下降，莖徑也呈現出明顯下降的趨勢，且種莖兩端切口處的莖徑受干旱的影響更為顯著。其次干旱處理的萌芽率低于對照，且在20天時會出現蔗苗枯萎死亡，從而導致萌芽率下降。蔗苗高度和蔗苗基部莖徑同樣受到干旱的影響，其中蔗苗高度在第20天受到的影響達極顯著水平，而蔗苗基部莖徑因蔗苗缺水，在第10天后出現縮小現象。種莖的根數第5天時大部分根系均開始萌發，且后面5天仍有部分根系繼續萌發，但干旱脅迫會使部分根系因缺乏水分而逐漸萎蔫乃至死亡。根的長度在干旱脅迫中增長緩慢，隨著培養時間的增加與對照的差距逐漸增大。根據種莖的根數和根長可判斷根系在干旱脅迫前期依然可以萌發和生長，但后期因缺乏水分，根系會停止生長并出現萎蔫及死亡。有學者對秋植蔗和冬植蔗的出苗和生根情況進行研究，表明溫度約20℃，土壤含水量在50%以上時，蔗苗和根系可正常生長［8］。結合本試驗可知，在春季氣溫約20℃，且空氣和土壤濕度較大的情況下，甘蔗種莖上的芽和根均可萌發和生長，但在土壤水分逐漸減少時，會在第5天和第15天后會分別抑制根系和蔗苗的生長，而蔗苗和根系的正常生長需土壤濕度要達到50%以上，因此在15天無降雨時應采取澆灌等措施為甘蔗的生長提供水分。

深耕深松、地膜覆蓋、蔗葉還田等是甘蔗種植過程中提高土壤保水能力的重要措施［9］，對蔗苗的萌發和根系的生長起到促進作用。在土壤水分不足的情況下，可采用種莖包衣［10］和施用保水劑［11］等方法抑制種莖內水分的流失及提高土壤含水量，為提高甘蔗種莖對干旱的耐受性提供有利條件。