La productividad de la caña de azúcar varía ampliamente entre los genotipos, pero los rasgos bioquímicos subyacentes a estas diferencias siguen estando poco caracterizados. En este estudio, se perfiló seis cultivares de caña de azúcar contrastantes para investigar cómo las firmas iónicas, hormonales, de flavonoides y de pigmentos fotosintéticos están asociadas con el rendimiento y la acumulación de sacarosa. Los rasgos morfológicos y el rendimiento en campo revelaron una marcada variación genotípica, con ZZ14 y GL1215 alcanzando los mayores rendimientos y contenido de azúcar, mientras que GT59 y GT60 tuvieron un rendimiento menos favorable. Los análisis multivariantes de los datos iónicos mostraron que el potasio, el magnesio y el calcio estaban consistentemente enriquecidos en cultivares de alto rendimiento, mientras que el sodio, el boro y el manganeso estaban negativamente asociados con los rasgos de crecimiento. El perfil hormonal reveló que los genotipos de alto rendimiento utilizan diversas estrategias: mientras que el GL1215 de alto rendimiento logró un contenido de azúcar superior con los niveles más bajos de hormonas promotoras del crecimiento, el genotipo LT1790, a pesar de tener los niveles más altos de estas hormonas, mostró un rendimiento subóptimo debido a un costoso compromiso con su sistema de defensa hiperactivo. El análisis de flavonoides indicó que LT1790 contenía los niveles más altos de quercetina, rutina y ácido cafeico, lo que sugiere una capacidad antioxidante mejorada, mientras que GT59 acumuló preferentemente ácido clorogénico. El análisis de correlación canónica confirmó que el equilibrio de nutrientes y la composición de metabolitos estaban fuertemente correlacionados con la altura de la planta, el diámetro del tallo y la concentración de azúcar. En conjunto, estos resultados sugieren que los genotipos de caña de azúcar de alto rendimiento logran un equilibrio metabólico superior, combinando una eficiente absorción de nutrientes y una robusta capacidad antioxidante con un perfil hormonal favorable que promueve un crecimiento fuerte sin activar un costoso sistema de defensa constitutivo.