干旱脅迫下5個(gè)烤煙品種的生理指標(biāo)變化及抗旱性比較

楊華應(yīng) 劉桂虎 周應(yīng)兵 李廷春

摘要 [目的]比較5個(gè)烤煙品種的抗旱性。[方法]選用5個(gè)烤煙品種（安煙2號、K326、云煙97、中煙100、中煙14），采用漂浮育苗技術(shù)育苗，在苗期5葉期進(jìn)行干旱脅迫處理，并對與抗旱性相關(guān)的部分生理指標(biāo)進(jìn)行了測定。[結(jié)果]相同的干旱脅迫條件下，某些烤煙品種對干旱的敏感程度和忍耐力存在顯著差異，安煙2號和中煙14的抗旱性相近，屬抗旱性較強(qiáng)的品種，云煙97和中煙100次之，K326的抗旱性最弱。[結(jié)論]該研究結(jié)果可為干旱地區(qū)烤煙主栽品種的選擇提供參考。

關(guān)鍵詞 烤煙品種；干旱脅迫；抗旱性；生理指標(biāo)

中圖分類號 S501 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）13-0020-04

Physiological Changes and Drought Resistance Comparison of 5 Flue-cured Tobacco Cultivars under Drought Stress

YANG Hua-ying， LIU Gui-hu， ZHOU Ying-bing*， LI Ting-chun*

（Tobacco Research Institute， Anhui Academy of Agricultural Sciences， Hefei， Anhui 230031）

Abstract [Objective] To study the drought resistance of 5 flue-cured tobacco cultivars. [Method] Five flue-cured tobacco cultivars were selected and cultured by using floating seedling-raising technology. And they were treated with drought stress at 5-leaf period of seedling. And some physiological indices related with drought resistance were determined. [Result] Under the same conditions of drought stress， the sensitivity and tolerance of some flue-cured tobacco cultivars to drought had significant difference. The drought resistance of Anyan 2 and Zhongyan 14 was similar， belonging to flue-cured tobacco cultivars with stronger drought resistance. The drought resistance of Yunyan 97 and Zhongyan 100 followed by， and the drought resistance of K326 was the most worst. [Conclusion] The results can provide reference for selecting main varieties of flue-cured tobacco in arid areas.

Key words Flue-cured tobacco；Drought stress；Drought resistance；Physiological index

烤煙是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，整個(gè)生育期對水分的要求高。篩選鑒定抗旱的種質(zhì)是目前選育優(yōu)良抗旱品種的前提，為此研究者們也開展了烤煙抗旱性研究以及抗旱品種篩選工作。汪耀富等[1]研究表明，丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）與過氧化氫酶（CAT）均可作為煙草品種抗旱性的衡量指標(biāo)之一。上述指標(biāo)對干旱脅迫的反應(yīng)都很敏感，而干旱對煙株的傷害可能與其體內(nèi)活性氧代謝失調(diào)有關(guān)。

尹福強(qiáng)[2]采用盆栽試驗(yàn)研究了干旱處理對不同品種煙草植株的理化指標(biāo)的影響，結(jié)果表明，干旱處理后，CAT活性和MDA含量顯著增加，脯氨酸（Pro）含量迅速積累，抗旱品種的SOD活性先迅速升高然后逐漸下降，非抗旱品種的SOD則在干旱處理期間緩慢上升。

筆者以新育成的烤煙品種（安煙2號）、生產(chǎn)上3個(gè)烤煙主栽品種（K326、云煙97、中煙100）和1個(gè)抗旱對照品種（中煙14）為材料進(jìn)行苗期的干旱脅迫，通過測定未干旱處理的正常對照和干旱脅迫后的光能利用效率參數(shù)、光合作用參數(shù)、脯氨酸含量、丙二醛含量以及抗氧化系統(tǒng)酶活性等生理生化指標(biāo)，分析干旱脅迫對不同烤煙品種生理生化指標(biāo)的影響，探討烤煙主栽品種的抗旱性差異，旨在為干旱地區(qū)烤煙主栽品種的選擇、推廣提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試烤煙品種共5個(gè)，分別為安煙2號、K326、云煙97、中煙100、中煙14。其中K326、云煙97和中煙100均為目前生產(chǎn)上的主栽品種之一，中煙14是目前抗旱研究試驗(yàn)和烤煙生產(chǎn)中均得到公認(rèn)的抗旱烤煙品種[3]。

育苗盤為187孔泡沫漂浮育苗盤，育苗基質(zhì)為湖南省湘暉農(nóng)業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn)的湘正農(nóng)牌煙草漂浮育苗專用基質(zhì)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用塑料大棚漂浮育苗技術(shù)，進(jìn)行播種、育苗，待煙苗長至5片真葉時(shí)，將育苗盤從育苗池中取出進(jìn)行連續(xù)自然干旱處理，采用托普土壤水分測定儀（TZS-1）監(jiān)測基質(zhì)中含水量，待基質(zhì)含水量為45%～50%時(shí)，測定煙苗倒3葉葉綠素?zé)晒鈪?shù)與光合作用參數(shù)，然后取下葉片放置冰箱-20 ℃下保存，用于測定抗氧化物酶活性、丙二醛含量與脯氨酸含量。試驗(yàn)重復(fù)3次，以正常漂浮培養(yǎng)的煙苗作為對照。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉綠素?zé)晒鈪?shù)。用德國WALZ公司生產(chǎn)的PAM-2500便攜式脈沖可調(diào)制式熒光測定儀，設(shè)定飽和脈沖時(shí)間長800 ms，脈沖頻率為20 s，脈沖光強(qiáng)3 000 μmol/（m2·s），測量光強(qiáng)100 μmol/（m2·s），作用光強(qiáng)為150 μmol/（m2·s）的條件下，測定煙草幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)。待暗適應(yīng)15 min后，初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、光系統(tǒng) Ⅱ（PS Ⅱ）最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）在慢誘導(dǎo)模式啟動(dòng)初始，打開測量光與飽和脈沖光強(qiáng)時(shí)測定。

1.3.2 光合參數(shù)。采用美國LI-COR公司生產(chǎn)的Li-6400光合測定儀，以開放式氣路，設(shè)定光強(qiáng)為1 400 μmol/（m2·s），大氣CO2濃度在390 μmol/mol左右，溫度為28 ℃，在上午測定煙苗的凈光合速率（Net photosynthetic rate，Pn）、氣孔導(dǎo)度（Stomatal conductance，Cond）、蒸騰速率（Transpiration rate，Tr）。每個(gè)處理取3片完全伸展的葉片進(jìn)行測定。

1.3.3 脯氨酸含量、丙二醛含量與抗氧化系統(tǒng)酶活性。脯氨酸（Pro）與丙二醛（MDA）含量、SOD、POD與CAT酶活性均采用南京建成生物工程研究所提供試劑盒進(jìn)行測定[4-6]。

1.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。采用DPS 14.10數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件進(jìn)行方差分析及多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對不同烤煙品種葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

在植物受到逆境脅迫時(shí)，PS Ⅱ反應(yīng)中心的破壞或可逆失活則引起Fo的增加，可根據(jù)Fo的變化推測反應(yīng)中心的狀況和可能的光保護(hù)機(jī)制[7]。從表1可以看出，干旱脅迫使4個(gè)品種的Fo都呈上升趨勢，表明PS Ⅱ反應(yīng)中心遭到破壞。K326顯著高于其他4個(gè)品種，云煙97和中煙100顯著高于中煙14和安煙2號。這說明K326 PS Ⅱ反應(yīng)中心遭到破壞最嚴(yán)重，安煙2號和中煙14上升很少，說明其具有抵御PS Ⅱ反應(yīng)中心遭到破壞的能力，云煙97和中煙100介于二者之間。

最大熒光Fm是反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉時(shí)的熒光產(chǎn)量。由表1可知，對照處理各品種間無顯著差異，干旱脅迫處理后K326和中煙100的Fm顯著低于其他3個(gè)品種。

Fv/Fm是PS Ⅱ最大光化學(xué)量子效率或最大PS Ⅱ的光能轉(zhuǎn)換效率，反映當(dāng)所有反應(yīng)中心開放時(shí)PS Ⅱ的最大光化學(xué)效率，可以衡量PS Ⅱ的光抑制程度。從表1可以看出，干旱脅迫處理后安煙2號基本維持不變，中煙14的Fv/Fm下降幅度為1.24%，K326的Fv/Fm下降幅度最大（2.74%），云煙97和中煙100的下降幅度介于二者之間。K326的Fv/Fm顯著低于其他4個(gè)品種，云煙97、中煙100和中煙14無顯著差異。

2.2 干旱處理對不同烤煙品種光合參數(shù)的影響

凈光合速率（Pn）是指植物光合作用積累的有機(jī)物，是總光合速率減去呼吸速率的值，凈光合速率是指植物在單位時(shí)間內(nèi)積累的有機(jī)物的量。氣孔導(dǎo)度（Cond）表示氣孔張開的程度，影響光合作用、呼吸作用及蒸騰作用，它直接與蒸騰作用成正比。蒸騰速率（Tr）是指植物在一定時(shí)間內(nèi)單位葉面積蒸騰的水量。

從表2可以看出，與對照相比，干旱處理的各品種凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Cond）與蒸騰速率（Tr）均明顯下降。經(jīng)干旱處理后，安煙2號與中煙14的Pn與K326、中煙100、云煙97之間差異顯著；從Cond來看，經(jīng)干旱處理后K326的Cond值最低，與安煙2號、云煙97和中煙14差異顯著；從Tr來看，經(jīng)干旱處理后中煙14的Tr值最高，其次是中煙100、安煙2號和云煙97，K326的Tr值最低，K326與安煙2號、云煙97、中煙100、中煙14差異顯著。

2.3 干旱處理對不同烤煙品種脯氨酸含量與丙二醛含量的影響

脯氨酸（Pro）是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，是衡量植物抗旱性的生理生化指標(biāo)之一[8]。干旱處理會引起各烤煙品種的脯氨酸大量積累。脯氨酸增幅較大的更有利于滲透勢的降低，從而緩解干旱脅迫造成的影響。由表3可知，對照處理不同品種間脯氨酸含量無顯著差異，經(jīng)過干旱處理的安煙2號、云煙97、中煙100與中煙14的脯氨酸含量顯著高于K326（P<0.05）。

丙二醛（MDA）是膜脂過氧化的最終分解產(chǎn)物，是反映植物遭遇逆境脅迫程度的重要因子之一，人們常用它作為膜脂過氧化的指標(biāo)[9]。逆境脅迫前后MDA含量的增加幅度小，說明膜脂受到的傷害小，抗旱性就相對強(qiáng)。由表3可知，對照處理不同烤煙品種間MDA含量無顯著差異，經(jīng)干旱處理的各品種MDA含量均明顯升高，其中K326和中煙100的MDA含量顯著高于安煙2號、云煙97和中煙14，表明其遭受干旱脅迫的程度最為嚴(yán)重，而安煙2號的MDA含量相對較低，與中煙14接近。

2.4 干旱脅迫對不同烤煙品種抗氧化系統(tǒng)酶活性的影響

植物抗氧化系統(tǒng)是逆境脅迫的響應(yīng)系統(tǒng)之一。干旱脅迫造成活性氧的產(chǎn)生，為了避免或緩解活性氧帶來的傷害，植物體內(nèi)形成了多種防御機(jī)制，主要有2種：①抗氧化酶類，如過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）等；②小分子抗氧化物[10-11]。這些抗氧化系統(tǒng)在逆境脅迫下的正常運(yùn)轉(zhuǎn)對植物細(xì)胞生理生化功能的維持至關(guān)重要?？购敌詮?qiáng)的植物品種，在干旱脅迫下酶的活性往往較高，因而能有效清除活性氧，阻止膜脂過氧化。從圖1可以看出，未經(jīng)干旱處理的各品種間的CAT、SOD與POD活性無明顯差異，經(jīng)干旱處理的各烤煙品種的CAT、SOD與POD活性均顯著升高，而在不同烤煙品種間也存在差異。安煙2號與中煙14的CAT、SOD與POD值相對較高，增加的幅度較大，表明安煙2號和中煙14可以有效緩解活性氧帶來的傷害，而K326的值最低，表明其抗旱性能要弱于其他4個(gè)品種。

3 討論

植物在干旱脅迫下可以通過形態(tài)、細(xì)胞、亞細(xì)胞以及分子水平的方式來適應(yīng)脅迫條件。形態(tài)適應(yīng)對于一些特殊植物顯得十分重要，但它不具有普遍性，而細(xì)胞、亞細(xì)胞以及分子水平的適應(yīng)則是植物對水分脅迫的普遍反應(yīng)，反映在宏觀上就是一系列生理生化指標(biāo)的變化[12]。

張秋英等[13]發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下小麥的Fv/Fm和Fv/Fo值呈現(xiàn)降低的趨勢，而且脅迫程度越大其值降低的幅度也越大，因此可通過測定Fv/Fm和Fv/Fo值的變化來確定植株受到干旱脅迫的程度。王建程等[14]通過對玉米拔節(jié)期葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定，發(fā)現(xiàn)干旱對葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響十分顯著，顯著增加Fo值和降低Fv/Fm與Fv/Fo值，隨著脅迫的加劇，這些參數(shù)變化的幅度增加，認(rèn)為葉綠素?zé)晒鈪?shù)可作為判斷玉米水分脅迫程度的理想指標(biāo)。孫海鋒等[15]通過研究不同基因型大豆開花期的葉綠素?zé)晒鈱Ω珊得{迫的響應(yīng)規(guī)律，認(rèn)為干旱脅迫下葉綠素?zé)晒鈪?shù)（Fv/Fm、Fv/Fo和NPQ）的變化與大豆品種的抗旱性有關(guān)，如果干旱脅迫下仍能維持較高的Fv/Fm、Fv/Fo和NPQ值，就表明該大豆基因型具有較強(qiáng)的耐旱性。

作物抗旱性一般分為形態(tài)結(jié)構(gòu)抗旱和生理生化抗旱，在生長發(fā)育的各個(gè)階段表現(xiàn)不同。該試驗(yàn)從生理生化指標(biāo)角度評價(jià)烤煙抗旱性，還應(yīng)進(jìn)一步結(jié)合烤煙各品種的形態(tài)結(jié)構(gòu)及田間表現(xiàn)癥狀深入評價(jià)其抗旱性。同時(shí)，該研究篩選的抗旱性指標(biāo)及其鑒定評價(jià)是在烤煙的5葉苗期，是否適于其他生育階段及全生育期，還有待進(jìn)一步研究。

烤煙的抗旱性是由遺傳因素和環(huán)境因素兩方面決定的，抗旱性品種選擇應(yīng)綜合考慮各方面的條件和因素，尤其是烤煙的品質(zhì)指標(biāo)[16]。如何更科學(xué)有效地對烤煙的抗旱性進(jìn)行鑒定，仍需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

該試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)干旱處理的幾個(gè)烤煙品種與未經(jīng)處理的對照之間，其葉綠素?zé)晒鈪?shù)、光合參數(shù)、脯氨酸含量、丙二醛含量、抗氧化系統(tǒng)酶活性均出現(xiàn)不同程度的變化，有些品種間變化顯著。在不同烤煙品種間的比較上，經(jīng)干旱處理的，安煙2號與中煙14的脯氨酸含量、CAT活性、SOD活性、POD活性、光合參數(shù)和Fv/Fm值相對較高，MDA含量相對較低，表明安煙2號與中煙14對干旱脅迫明顯的響應(yīng)，對由脅迫引起的生理生化的傷害明顯緩解，說明安煙2號和中煙14是抗旱性較好的烤煙品種。K326的脯氨酸含量、CAT活性、SOD活性、POD活性與光合參數(shù)相對較低，MDA含量相對較高，說明K326的抗旱性弱于其他4個(gè)品種。云煙97和中煙100則處于中間水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 汪耀富，韓錦峰，林學(xué)梧.烤煙生長前期對干旱脅迫的生理生化響應(yīng)研究[J].作物學(xué)報(bào)，1996，22（1）：117-121.

[2] 尹福強(qiáng).干旱脅迫對煙草生理生化特征的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（21）：11113-11114，11123.

[3] 王仁剛，丁福章，林世鋒，等.14個(gè)烤煙品種在干旱脅迫下的生理變化及其抗旱性評價(jià)[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（10）：64-66.

[4] 趙世杰，李德全.丙二醛的測定[M]//中國科學(xué)院上海植物生理研究所，上海市植物生理學(xué)會.現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南.北京：科學(xué)出版社，1999.

[5] 侯彩霞.脯氨酸的測定[M]//中國科學(xué)院上海植物生理研究所，上海市植物生理學(xué)會.現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南.北京：科學(xué)出版社，1999.

[6] 趙世杰，劉華山，董新純.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，1998.

[7] 汪寶根，劉永華，吳曉花，等.干旱脅迫下長豇豆葉綠素?zé)晒鈪?shù)與品種耐旱性的關(guān)系[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，21（3）：246-249.

[8] 馬新蕾，房燕，王玉軍，等.十個(gè)烤煙品種的抗旱性鑒定[J].中國煙草學(xué)報(bào)，2005，11（5）：26-30.

[9] HODGES D M，DELONG J M，F(xiàn)ORNEY C F，et al.Improving the thiobarbituric acid-reactive-substances assay for estimating lipid peroxidation in plant tissues containing anthocyanin and other interfering compounds[J].Planta，1999，207（4）：604-611.

[10] ALSCHER R G，DONAHUE J L，CRAMER C L.Reactive oxygen species and antioxidants：Relationships in green cells [J].Phyiologia plantarum，1997，100（2）：224-233.

[11] MITTLER R.Oxidative stress，antioxidants and stress tolerance[J].Trends in plant science，2002，7（9）：405-410.

[12] 周冀衡，朱小平，王彥亭，等.煙草生理與生物化學(xué)[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1996：156-181.

[13] 張秋英，李發(fā)東，高克昌，等.水分脅迫對冬小麥光合特性及產(chǎn)量的影響[J].西北植物學(xué)報(bào)，2005，25（6）：1184-1190.

[14] 王建程，嚴(yán)昌榮，卜玉山.不同水分與養(yǎng)分水平對玉米葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2005，26（2）：95-98.

[15] 孫海鋒，戰(zhàn)勇，林海容，等.花期干旱對不同基因型大豆葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J].大豆科學(xué)，2008，27（1）：56-60.

[16] 周冀衡，上官克攀，邱標(biāo)仁，等.引進(jìn)烤煙品種的抗旱性生理評價(jià)[J].煙草科技，2002（5）：3-7.