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甘蔗是我国第一大糖料作物,甘蔗糖占我国食糖总产量90%以上,而我国甘蔗多种植在丘陵旱地上,蔗区土壤保水力不强,不能充分利用自然降水,干旱给甘蔗生产造成巨大的损失,成为限制我国甘蔗产量的主要因素之一。在生产上,可通过抗旱育种和基因改造来提高甘蔗抗旱性,但甘蔗遗传背景复杂,所需周期比较长,因此必须兼顾其它途径解决甘蔗抗旱性问题。本研究采用抗旱性强的甘蔗品种ROC22和抗旱性弱的甘蔗品种ROCl6,研究干旱胁迫下Si提高甘蔗抗旱性的生理生化效应,并利用荧光定量PCR技术、双向电泳和质谱分析技术,探讨Si提高甘蔗抗旱性的分子机制。主要研究结果如下：1.PEG胁迫下Si对甘蔗生理生化特性的影响在PEG及PEG加Si条件下,甘蔗叶片相对含水量随着胁迫加剧而逐渐下降,加Si能提高甘蔗保水能力。在水分胁迫下,甘蔗叶内脯氨酸、H2O2、丙二醛(MDA)含量增加,加Si处理能使渗透调节物质含量处于更高水平,并降低MDA含量,缓解其积累给细胞带来的伤害。在PEG胁迫条件下,H202积累伴随着抗氧化系统相关酶SOD、POD、CAT、GR和APX活性提高,加Si处理能进一步提高上述酶活性而使活性氧清除能力得到增强,表明在干旱条件下,加Si处理能增强甘蔗抗氧化防护系统,从而提高其抗旱性。2.PEG胁迫下Si对甘蔗叶绿素荧光参数和矿质养分吸收的影响在PEG胁迫下,甘蔗叶片的叶绿素含量、叶绿素荧光参数Fv/Fm值及ΦPSⅡ值均比对照显著下降。加硅处理后,能缓解叶绿素降解,减轻干旱对最大光能转化效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际量子效率(ΦPSⅡ)的影响。同时,加Si处理提高了甘蔗地上部、根系中Si的含量,ROC22的吸硅能力强于ROCl6。在PEG胁迫条件下,ROC22和ROC16的地上部和根系中N、P、K、Ca、Mg和微量元素的含量均下降,而加硅缓解了这些营养元素含量的下降,使之回复到与对照接近或高于对照的水平,抗旱性较弱的品种ROC16受PEG模拟干旱的影响较大。可见,硅提高甘蔗的抗旱性与光合作用的改善和矿质养分的调节有关。3.PEG胁迫下Si对甘蔗幼苗叶片蛋白质表达的影响利用蛋白质双向电泳分析,得到两个甘蔗品种PEG胁迫和加Si处理下差异蛋白点32个,质谱成功鉴定其中23个。根据前人已鉴定的功能蛋白对这23个蛋白进行功能分类,可分为6类。其中参与光合作用的蛋白6个,占26.09%,包括细胞色素b6-f复合体铁硫亚基、叶绿体a-b结合蛋白、核酮糖-1,5-二磷酸羧化加氧酶小亚基、23kD多肽光合系统Ⅱ、叶绿体Ptr-TOxA结合蛋白；参与氧自由基清除的保护酶6个,占26.09%,包括M型硫氧还蛋白、醌还原酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽硫转移酶、叶绿体CU/Zn超氧化物歧化酶、温度诱导指钙蛋白；参与蛋白加工的蛋白3个,占13.04%,包括BRII-KD互作蛋白、肽基脯氨酰顺反异构酶、蛋白酶体α亚单位6型；抗逆相关蛋白3个,占13.04%,包括热激蛋白17.2、干旱诱导蛋白22kD、核苷二磷酸激酶；参与细胞生长和分裂的蛋白2个,占8.70%,包括生长素结合蛋白、角蛋白；未知功能蛋白3个,占13.04%,为假定蛋白。4.抗旱相关基因的克隆与表达分析通过克隆获得了甘蔗核苷二磷酸激酶基因cDNA全长为686bp,甘蔗热激蛋白基因cDNA全长为659bp,甘蔗干旱诱导蛋白基因cDNA全长为402bp,细胞色素b6-f复合体铁硫亚单位基因cDNA全长为796bp。以25S rRNA基因为内参基因,利用荧光定量PCR技术研究了SoNDPK1、SosHSP、SoDIP、SoCYT基因在PEG胁迫和加Si处理下在甘蔗中的动态表达模式。结果表明：在PEG胁迫下,SoNDPK1基因表达均呈先升高后降低的趋势；加Si后,SoNDPK1基因的表达量始终高于未加Si处理的；sHSP受到了PEG胁迫的诱导表达,PEG和PEG+Si处理的SosHSP的表达量在前期均下降后期升高,PEG处理的SosHSP在96h时达到最大,比对照升高了13.56倍,在96h后迅速下降；而PEG+Si在处理144h时才出现最大值,比对照增加了44.64倍。SoCYT基因在两种处理中的表达趋势都一致,均为下降趋势,加Si处理能减缓SoCYT基因表达的下降速度；在PEG处理中,SoDIP基因的表达随胁迫时间逐渐缓慢上升而后下降,PEG加Si处理中,SoDIP基因的表达在前期就急剧上升,在30h时达到最大,并且表达量始终高于PEG处理。加Si处理能够调节这4个基因在PEG胁迫下表达量的上升或下降速度,使得这些基因所介导的信号转导作用增强,并阻止蛋白质的变性,帮助变性蛋白重新折叠,保护细胞结构稳定,减轻对膜的损伤,使甘蔗自身的抗氧化防护能力提高,从而提高甘蔗抗旱性。