干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗保水滲透調(diào)節(jié)能力的影響

宋文靜，趙永長,2，況 帥，王程棟，禚其翠,2，解 燕，邱春麗，董建新*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所，農(nóng)業(yè)部煙草生物學(xué)與加工重點實驗室，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院青島煙草資源與環(huán)境野外科學(xué)觀測試驗站，青島 266101；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081；3.云南省煙草公司曲靖市公司，云南 曲靖 655000）

干旱逆境下，植物體內(nèi)水分狀況會發(fā)生改變，表現(xiàn)為組織含水量下降，各種生理代謝活動紊亂[1]。植物為了維持體內(nèi)水分平衡及生理代謝正常進(jìn)行，通過積累可溶性糖、脯氨酸及可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來降低細(xì)胞水勢，使細(xì)胞繼續(xù)吸水。因此，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累對植物適應(yīng)逆境脅迫有著重要的意義[2]。相關(guān)研究表明[3]，干旱脅迫下，植株體內(nèi)脯氨酸和可溶性糖含量顯著增加[4-5]。TAJI等[6]報道，干旱脅迫下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累與植物抗旱性顯著相關(guān)。此外，可溶性蛋白是植物體代謝過程中表征蛋白質(zhì)損傷的重要指標(biāo)，其含量變化可反映細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成/降解等信息，對滲透調(diào)節(jié)也有一定貢獻(xiàn)[7]。劉錦春等[8]研究表明，干旱脅迫抑制蛋白質(zhì)合成促進(jìn)其分解，從而使蛋白質(zhì)含量減少；也有研究表明[9]，干旱脅迫會導(dǎo)致植物體內(nèi)可溶性蛋白含量升高。大量研究表明，在干旱條件下，植物內(nèi)源滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)與植物抗逆性相關(guān)[10]。但在干旱脅迫下，外源噴施黃腐酸鉀對烤煙幼苗保水滲透調(diào)節(jié)能力和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的響應(yīng)機(jī)制的報道較少。因此，本研究以抗旱性不同的兩個烤煙品種為試材，利用控制條件水培試驗，研究干旱脅迫下葉面噴施黃腐酸鉀對烤煙幼苗體內(nèi)水分狀況及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響，以探討黃腐酸鉀提高烤煙抗旱性與滲透調(diào)節(jié)之間的關(guān)系，為烤煙逆境生長提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

抗旱性強(qiáng)烤煙品種紅花大金元和弱抗旱性烤煙品種云煙100分別由國家煙草種質(zhì)資源中期庫和玉溪中煙種子有限責(zé)任公司提供。

1.2 研究地點與方法

1.2.1 試驗地點 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所青島試驗基地溫室。

1.2.2 培養(yǎng)方法 當(dāng)烤煙幼苗4葉1心時，選取長勢均一幼苗，移栽于1/4 Hoagland營養(yǎng)液（pH 5.5）的塑料箱（7 L）水培處理，不同處理如下：（1）常規(guī)對照（CK），葉面噴施蒸餾水；（2）葉面噴施黃腐酸鉀（FA-K）；（3）干旱脅迫+葉面噴施蒸餾水（PEG）；（4）干旱脅迫+葉面噴施黃腐酸鉀（P+FA-K）。以濃度為5.00%的PEG-6000模擬干旱脅迫，黃腐酸鉀濃度為0.1%。每2天于傍晚17:00—18:00噴施1次。分別于處理0、1、3、5、7、9 d時取幼苗完全展開葉作為試驗材料。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 水分含量的測定 采用快速稱重法[11]。取生長點下第3片完全展開功能葉，稱其質(zhì)量（m1），然后浸泡于4℃蒸餾水中，黑暗下放置5 h，取出，擦干葉片表面水分后，稱其質(zhì)量（m2）。隨后，將此葉片轉(zhuǎn)入4℃ 65%蔗糖溶液中，黑暗處放置5 h后，取出葉片，用蒸餾水洗凈，擦干，立即稱其質(zhì)量（m3）。最后將葉片置于75℃下烘至恒量，稱其質(zhì)量（m4）。

1.3.2 葉片水勢的測定 取各處理植株生長點以下第3片完全展開功能葉，利用HR-33T-R型露點微伏壓計結(jié)合專配的C-52樣品室快速測定該葉片的水勢（MPa）。

1.3.3 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的測定 可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測定，脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定[12]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SAS 8.0進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果

2.1 干旱脅迫下外源黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片水分的影響

2.1.1 對相對含水量的影響 由表1可知，未經(jīng)干旱脅迫條件下，施黃腐酸鉀處理（FA-K）的兩品種葉片相對含水量和水分飽和虧與對照相比無顯著差異。PEG干旱脅迫下，兩品種葉片相對含水量顯著降低，而水分飽和虧顯著升高。與PEG處理相比，干旱脅迫下施黃腐酸鉀處理（P+FA-K）使兩品種葉片相對含水量升高，水分飽和虧降低，但對抗旱性強(qiáng)烤煙品種紅花大金元的影響不顯著?？梢?，干旱脅迫下，增施黃腐酸鉀可以在一定程度上增強(qiáng)葉片保水能力，提高抗旱性弱烤煙品種的葉片水分含量，減輕脅迫對植株生長造成的傷害。

2.1.2 對自由水和束縛水含量的影響 由表1可知，未經(jīng)干旱脅迫條件下，施黃腐酸鉀處理（FA-K）的兩品種葉片自由水和束縛水含量與對照相比沒有顯著差異，葉片總含水量差異也不顯著。PEG干旱脅迫下，紅花大金元葉片中自由水含量和總含水量較對照分別降低18.66%和7.67%，云煙100相應(yīng)降低23.26%和12.16%，而兩品種葉片中束縛水含量卻升高，增幅分別為11.91%（紅花大金元）和13.82%（云煙100）。這表明在干旱脅迫下，云煙100葉片比紅花大金元葉片更容易失水。干旱脅迫下，黃腐酸鉀處理（P+FA-K）的兩品種葉片自由水和總含水量與單一PEG處理相比顯著增加，其中紅花大金元葉片自由水和總含水量增加9.02%和4.07%，云煙100相應(yīng)增加24.32%和11.61%，這表明施黃腐酸鉀可以減緩脅迫下烤煙幼苗葉片含水量的下降，尤其對云煙100減緩效果更好。此外，干旱脅迫還明顯提高了兩品種葉片的束縛水含量/自由水含量，而在P+FA-K處理下，該比值則顯著降低。

2.1.3 對水勢的影響 由表1可知，未經(jīng)干旱脅迫條件下，施黃腐酸鉀處理（FA-K）后云煙100葉片水勢與對照相比顯著上升，而紅花大金元葉片水勢則無顯著變化。干旱脅迫下，兩品種葉片水勢與對照相比均顯著下降，降幅分別為81.63%（紅花大金元）和97.95%（云煙100）。與PEG處理相比，干旱脅迫下黃腐酸鉀處理（P+FA-K）的烤煙葉片水勢均顯著上升，增幅分別為6.74%（紅花大金元）和13.78%（云煙100），說明黃腐酸鉀可以在一定程度上促進(jìn)脅迫下烤煙幼苗細(xì)胞吸水，改善體內(nèi)水分狀況，使植株維持較高的葉水勢。就試驗所用的兩個烤煙品種而言，干旱脅迫下，云煙100葉片水勢降幅大于紅花大金元，而施黃腐酸鉀處理后，云煙100葉片水勢的增幅要大于紅花大金元，這表明云煙100的葉片比紅花大金元更容易失水，而黃腐酸鉀對減緩干旱脅迫下葉片失水的效果則云煙100優(yōu)于紅花大金元。

表1 干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片水分狀況的影響Table 1 Effect of fulvic acid potassium on water status in leaves of flue-cured tobacco seedlings under drought stress

2.2 干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片可溶性糖含量的影響

由圖1可知，在整個處理期間，對照組兩品種烤煙幼苗葉片中可溶性糖含量隨時間推移呈上升趨勢，但變化幅度不大。未經(jīng)干旱脅迫條件下，施黃腐酸鉀（FA-K）后，兩品種葉片中可溶性糖含量僅在處理第5天時顯著高于對照，其余時間與對照相比無顯著差異。干旱脅迫下，兩品種烤煙幼苗葉片中可溶性糖含量與對照相比顯著增加，且隨處理時間延長呈現(xiàn)先上升后緩慢下降的變化趨勢，在處理第5天時達(dá)到最大值，隨后又有所下降，峰值處紅花大金元和云煙100葉片中可溶性糖含量較對照分別增加了78.87%和67.58%。與單一PEG處理相比，干旱脅迫下黃腐酸鉀處理（P+FA-K）進(jìn)一步提高了兩品種葉片中可溶性糖含量，在脅迫處理第9天時，分別增加了51.52%（紅花大金元）和61.54%（云煙100），且在整個處理過程中云煙100的增幅均大于紅花大金元。

2.3 干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片可溶性蛋白含量的影響

由圖2可知，未經(jīng)干旱脅迫條件下，噴施黃腐酸鉀處理（FA-K），紅花大金元葉片中可溶性蛋白含量在整個處理期間雖高于對照，但無顯著差異；云煙100葉片中可溶性蛋白含量在處理第5天時，顯著高于對照，其余時間與對照相比無顯著差異。干旱脅迫下，兩品種葉片中可溶性蛋白含量變化明顯不同，在脅迫0～3 d內(nèi)，兩品種葉片中可溶性蛋白含量與對照和單一PEG處理相比均升高，且云煙100葉片中可溶性蛋白含量的增幅高于紅花大金元；隨脅迫處理時間的延長，紅花大金元葉片中可溶性蛋白含量繼續(xù)升高，且在脅迫處理第7天時達(dá)峰值，然后有所下降，而云煙100葉片中可溶性蛋白含量卻持續(xù)下降，在脅迫處理第5、7和9天時較同期對照分別降低了24.31%、47.09%和53.52%。與PEG處理相比，脅迫下黃腐酸鉀處理（P+FA-K）顯著提高了兩品種葉片中可溶性蛋白含量，且云煙100葉片中可溶性蛋白含量的增幅大于紅花大金元，這表明黃腐酸鉀可促進(jìn)脅迫下蛋白質(zhì)的合成或積累，減緩其降解，且對云煙100的作用效果要好于紅花大金元。

圖1 干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片中可溶性糖的影響Fig.1 Effects of fulvic acid potassium on soluble sugar in leaves of flue-cured tobacco seedlings under drought stress

圖2 干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片中可溶性蛋白的影響Fig 2 Effects of fulvic acid potassium on soluble protein in leaves of flue-cured tobacco seedlings under drought stress

2.4 干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片脯氨酸含量的影響

由圖3可知，干旱脅迫下，隨著時間的推移，不同烤煙品種葉片內(nèi)脯氨酸呈逐漸上升的趨勢，且顯著高于對照；處理9 d時，兩品種葉片中脯氨酸含量較對照分別提高了332.15%（紅花大金元）和257.20%（云煙100）。與PEG處理相比，脅迫下黃腐酸鉀處理（P+FA-K）進(jìn)一步提高了兩品種葉片中脯氨酸含量，在處理7 d后，兩品種葉片中脯氨酸含量變化不同，紅花大金元葉片中脯氨酸含量仍持續(xù)上升，而云煙100葉片中脯氨酸含量則趨于穩(wěn)定；在脅迫處理后期，紅花大金元葉片脯氨酸含量增幅小于云煙100，說明在脅迫后期，黃腐酸鉀對云煙100受干旱脅迫傷害的減緩效果好于紅花大金元。

圖3 干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片中脯氨酸含量的影響Fig.3 Effects of fulvic acid potassium on proline contents in leaves of flue-cured tobacco seedlings under drought stress

3 討論

干旱逆境下，植物組織失水，葉片相對含水量（RWC）、自由水含量及水勢均顯著降低，而束縛水含量升高[13]。本研究中，干旱脅迫下，烤煙幼苗葉片的RWC、總含水量及水勢均明顯降低，經(jīng)黃腐酸鉀處理后減緩了葉片水分含量及水勢的下降，表明黃腐酸鉀可以有效改善干旱脅迫下烤煙植株的水分狀況，增強(qiáng)其抗旱性。就兩個烤煙品種而言，與云煙100相比，干旱脅迫下紅花大金元仍保持較高的葉水勢，表明紅花大金元受干旱脅迫的程度較輕，這與尉慶豐等[14]“干旱條件下保持較高水勢是植物抗旱的一個重要機(jī)制”的結(jié)論相吻合；干旱脅迫下，紅花大金元葉片的RWC高于云煙100，說明紅花大金元的保水能力較云煙100強(qiáng)，這可能與體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累的程度有關(guān)。

滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)逆境環(huán)境的自我調(diào)節(jié)生理機(jī)能。研究報道，干旱脅迫下，植物體內(nèi)可溶性糖及脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)大量積累，且積累量與抗旱性正相關(guān)[15-17]。本研究表明，干旱脅迫下，不同烤煙品種幼苗葉片中可溶性糖和脯氨酸含量在體內(nèi)大量積累，用于自身調(diào)節(jié)以適應(yīng)水分虧缺；但隨著脅迫時間延長，脯氨酸含量持續(xù)升高，而可溶性糖含量較前期有所下降，這表明長時間的干旱脅迫導(dǎo)致可溶性糖的積累小于其降解，因而其含量相應(yīng)降低。干旱脅迫條件下外源施用黃腐酸鉀能促進(jìn)脅迫下可溶性糖及脯氨酸的合成或積累，加速滲透調(diào)節(jié)過程，緩解脅迫傷害，這與前人在馬鈴薯[4]、小麥[18]等作物上的研究結(jié)果一致。

可溶性蛋白含量在一定程度上可反映植物的整體代謝水平[19]。研究表明[20-23]，干旱逆境下，可溶性蛋白含量逐漸升高或者先升高后降低。本研究中，干旱脅迫下，兩品種烤煙幼苗葉片中可溶性蛋白含量在脅迫前期均顯著高于對照，但隨脅迫時間延長，云煙100葉片中可溶性蛋白含量逐漸低于對照，紅花大金元葉片中可溶性蛋白含量仍持續(xù)走高，在處理第9天時含量雖有所下降但仍高于對照，這說明可溶性蛋白在烤煙體內(nèi)的積累與植物品種及脅迫時間有關(guān)。黃腐酸鉀可促進(jìn)脅迫下蛋白質(zhì)的合成或減緩其降解，從而使蛋白質(zhì)含量保持較高水平。

4 結(jié)論

干旱脅迫降低了烤煙植株體內(nèi)水分含量及葉片水勢，誘導(dǎo)了脯氨酸和可溶性糖的積累。黃腐酸鉀處理可以有效提高脯氨酸、可溶性蛋白及可溶性糖的含量，減緩葉片含水量及水勢的下降，通過增強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)來緩解脅迫傷害，增強(qiáng)其抗旱性。與云煙100相比，干旱脅迫下紅花大金元受干旱脅迫的程度較輕，耐旱能力更強(qiáng)。

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