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干旱导致甘蔗减产和品质降低,已成为限制甘蔗生产最主要的因子之一。大量研究表明,甘蔗的抗旱性是多基因控制的数量性状,遗传背景复杂,对甘蔗抗旱机制的了解还非常有限。深入研究干旱对甘蔗的伤害及甘蔗响应干旱的形态、生理和分子机制,对甘蔗的抗旱遗传改良具有重要的意义。以耐旱性弱的ROC16和耐旱性强的ROC22为试验材料,比较分析了持续土壤自然干旱胁迫过程及复水后这两个甘蔗品种根、茎、叶的解剖结构,根、叶细胞的超微结构,叶片光合生理,抗旱相关产物及其相关调控基因表达的差异,主要结果如下。1.品种间的组织结构存在较大差异。①各种水分状况下,根维管柱及髓直径、茎角质层厚度及维管束密度,叶片及其角质层、花环叶肉组织厚度和木韧比均表现为ROC22显著或极显著大于ROC16。②干旱胁迫下,根、茎直径,根皮层厚度表现为ROC22显著或极显著大于ROC16。③干旱胁迫中、后期,ROC22根输导组织厚度、茎木韧比和叶表皮厚度显著或极显著大于ROC16。④在干旱胁迫过程中,ROC16根表皮和外皮层依次脱落,而ROC22的未脱落,ROC22的外皮层甚至分化成机械组织；在干旱胁迫下,ROC22茎外皮层分化成下表皮的能力强于ROC16。⑤干旱胁迫过程中,ROC16茎导管首先发生变形且变形的数量多,ROC22茎中出现单孔、二型和多型聚合式导管。⑥干旱胁迫下,ROC16根、茎和叶薄劈细胞的损伤程度大于ROC222从解剖结构香.ROC22的吸水、保水能力强,在干旱胁迫下发生适应性结构变化的能力和适应性强.形态结构遭受损伤轻,复水后较快恢复。2.持续干旱胁迫过程中,甘蔗根和叶细胞核、线粒体.叶叶绿体的损伤程度均表理如ROC16重于ROC22。ROC22叶绿体中的脂质球和淀粉粒受干旱诱导,ROC16叶体中的脂质球受干旱诱导,脂质球和淀粉粒随叶绿体损伤的加重而增加,随叶绿体血解体而降解。复水后,ROC16根、叶细胞的整体恢复能力弱于ROC22。3.干旱使甘蔗叶片的Ch1a、Ch1b、Ch1和Car含量,叶绿素荧光参数Fm、Fm’、Fv、 Fv’、Fv/Fo、Fv/Fm、Fv’/Fm’、φPSⅡ、qP减小,NPQ增大。上述减小指标的减幅在大部分情况下表现为ROC1 6明显大于ROC22, ROC16的NPQ在干旱胁迫后期的增幅明显小于ROC22。复水后,ROC22的光合色素和PSII的整体恢复水平明显优于ROC16。叶绿素荧光动力学参数与光合色素含量的相关系数均表现为ROC16大于ROC22。4.各干旱胁迫期,ROC16的脯氨酸含量极显著低于ROC22。干旱胁迫后期,ROC22的SOD及CAT活性极显著高于ROC16。除干旱胁迫初期的δ-OAT和CAT基因外,其它情况下的P5CS、δ-OAT、MnSOD和CAT基因受干旱诱导的表达量为ROC16极显著低于ROC22。5.由于ROC22具有更加耐旱的形态结构特征,其在干旱胁迫下根、茎直径和叶片厚度减小幅度少,具有更多抵制逆境的物质和能量基础。ROC22在干旱胁迫过程中发生适应性结构改变和应激的能力强,PSⅡ受到的损伤轻,光合色素降解少。在干旱胁迫后期,ROC22在某种程度上维持了细胞核、叶绿体等亚细胞器的完整性,是其在复水后结构和光合生理功能能恢复得较好的原因之一。