嫁接對烤煙抗旱生理特性的影響

謝 冰， 詹曉旭， 饒在生， 李 輝， 袁繼超， 張瀟嫻

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，四川成都 611130； 2.四川省煙草公司宜賓市公司，四川宜賓 644002； 3.黑龍江煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150000)

通信作者：饒在生，碩士，助理農(nóng)藝師，主要從事煙草栽培及儀器分析研究。Tel：(0831)2332973；E-mail：raozaisheng@163.com。

水是煙株的重要組成成分，在煙株形態(tài)建成、生理代謝等生命活動中均起重要作用[1]。近年來，隨著全球氣候的變化，我國各煙葉產(chǎn)區(qū)的異常天氣增多，烤煙生長發(fā)育期降水量分布不均，季節(jié)性水分供應(yīng)短缺現(xiàn)象嚴(yán)重，對烤煙的正常生長發(fā)育、產(chǎn)質(zhì)量的形成造成重要影響，嚴(yán)重阻礙現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。宜賓市是四川省重要烤煙產(chǎn)區(qū)之一，然而該煙區(qū)容易遭受連續(xù)干旱，造成煙葉減產(chǎn)，煙農(nóng)收入降低，影響煙農(nóng)種煙積極性。干旱脅迫會對烤煙帶來嚴(yán)重影響，研究發(fā)現(xiàn)，土壤干旱能夠改變煙株的基因表達(dá)[2-4]和生理指標(biāo)[5-7]，抑制生長發(fā)育[8-9]，降低煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)[10-12]。汪耀富等發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下烤煙生長發(fā)育受阻，根冠比不協(xié)調(diào)，葉片超氧化物歧化酶、過氧化氫酶活性降低，丙二醛含量升高[6]。受干旱脅迫的煙株株高、莖圍等農(nóng)藝性狀變差、葉綠素含量降低，嚴(yán)重影響烤煙的產(chǎn)量和品質(zhì)[13]。嫁接能同時發(fā)揮砧木和接穗的優(yōu)勢，既可以保持品種的內(nèi)在風(fēng)格特點，還能提高品種抗性[14]。嫁接已廣泛應(yīng)用于大量經(jīng)濟(jì)作物，被越來越多的農(nóng)戶所接受，周寶利等研究了水分調(diào)控對嫁接茄子生長發(fā)育、根系活力、葉片化學(xué)指標(biāo)的影響[15]，張珂珂通過嫁接增強了干旱條件下黃瓜苗的抗旱能力[16]，盡管前人已對嫁接烤煙的關(guān)鍵酶活性開展相關(guān)研究[5]，但有關(guān)嫁接對特色優(yōu)質(zhì)烤煙品種抗旱生理特性的影響研究比較少。鑒于此，本研究在四川宜賓煙區(qū)開展盆栽防水控雨栽培試驗，探討嫁接對優(yōu)質(zhì)特色烤煙品種抗旱生理特性的影響，旨在為嫁接改善烤煙抗旱性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年在四川省宜賓市大壩鄉(xiāng)沙壩村進(jìn)行。采用盆栽試驗，盆內(nèi)徑30 cm，深40 cm，每盆裝干土15 kg，栽煙1株，株行距120 cm×60 cm。盆栽土為壤土，容重 1.42 g/cm3，最大持水量23.8%，有機質(zhì)含量28.8 g/kg，全氮含量1.6 g/kg，堿解氮含量186.3 mg/kg，全磷含量1.1 g/kg，速效磷含量21.4 mg/kg，全鉀含量26.1 g/kg，速效鉀含量153.6 mg/kg。

試驗材料：接穗為耐旱性弱的特色優(yōu)質(zhì)品種KRK26，砧木為耐旱品種K326和Anyan2，試驗種子均由玉溪中煙種子有限責(zé)任公司提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗組合為：KRK26/K326、KRK26/Anyan2(接穗/砧木)、KRK26。

烤煙嫁接：接穗和砧木按濕潤育苗技術(shù)規(guī)程育苗，接穗品種按正常的育苗時令播種，砧木比接穗早播種7 d。烤煙嫁接采用劈接法，即選取砧木，平切去頂芽，并在平切口中部向下垂直切開1.0～1.5 cm；同時選取接穗，從生長點向下3 cm左右處切去，將植株兩側(cè)切成下薄上厚長度1 cm左右的平滑楔形，插入砧木切口內(nèi)，將嫁接夾沿切口夾入，放回濕潤盤內(nèi)，及時遮陰保濕，嫁接苗長出新葉后即可移栽。

干旱處理：采取搭棚遮雨的人工補水措施進(jìn)行土壤水分控制，稱質(zhì)量法人工控制土壤相對含水量。干旱處理設(shè)置在烤煙生長的整個生育期，共設(shè)3個處理水平，正常灌水：土壤相對含水量70%～80%；輕度干旱：土壤相對含水量50%～60%；嚴(yán)重干旱：土壤相對含水量30%～40%。試驗共3個品種，各品種每處理10株，3次重復(fù)，共270株煙。2015年04月28日移栽，05月13日進(jìn)行干旱處理，于各生育期取樣測定相關(guān)指標(biāo)。

1.3 測定項目及方法

葉綠素相對含量采用SPAD測定儀測定；過氧化物酶活性采用于愈創(chuàng)木酚法測定；過氧化氫酶活性采用紫外吸收法測定；超氧化物歧化酶活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)法測定；脯氨酸含量采用茚三酮比色法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003和DPS 7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱對葉片葉綠素SPAD值的影響

烤煙葉片葉綠素含量能反映煙株營養(yǎng)狀況和煙葉成熟度。有研究表明，烤煙葉片葉綠素含量與SPAD值之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系[17]。由圖1可知，干旱脅迫下隨著生育期的推進(jìn)，煙葉SPAD值呈下降趨勢。正常灌水時，SPAD值在旺長期出現(xiàn)峰值，成熟期時降低，呈現(xiàn)先升高后降低的倒馬鞍形。與正常灌水相比，團(tuán)棵期干旱處理，嫁接苗葉片的SPAD值有下降趨勢，但降低幅度較小。隨著干旱脅迫時間的延長，與正常灌水相比，旺長期輕度干旱處理的KRK26自根苗SPAD值降幅最大，為28.7%；KRK26/Anyan2降幅最小，為25.8%；成熟期嚴(yán)重干旱脅迫下，KRK26/K326、KRK26/Anyan2、KRK26的SPAD值分別較正常灌水下降34.4%、30.5%、37.3%。在各生育期干旱脅迫條件下，嫁接苗的SPAD值高于自根苗，其中KRK26/Anyan2整體上最高，KRK26/K326次之。

2.2 干旱對抗旱生理指標(biāo)的影響

脯氨酸是一種重要的滲透保護(hù)物質(zhì)，其含量的高低表征植物抗旱能力的強弱。脯氨酸能與蛋白質(zhì)結(jié)合，在蛋白表面與水分子形成一層保護(hù)膜，束縛水分子向細(xì)胞外流動，減少水分散失[18]。從圖2可以看出，在煙草的各生育時期，脯氨酸含量隨著干旱程度的加重而增加。從團(tuán)棵期到成熟期，全生育期干旱處理脯氨酸含量呈增長趨勢，而正常灌水增加得不明顯。其中，自根苗脯氨酸含量明顯小于其他2種嫁接苗，KRK26/Anyan2含量最大，KRK26/K326次之。成熟期嚴(yán)重干旱處理KRK26/K326、KRK26/Anyan2、KRK26的脯氨酸均明顯增加，分別為正常灌水的6.08倍、6.29倍和6.09倍。說明土壤缺水時嫁接苗可通過增加植株脯氨酸含量來減少細(xì)胞內(nèi)水分散失，增強抗干旱脅迫能力，但其增強幅度與自根苗相比規(guī)律性不明顯，可能與接穗、砧木不同有關(guān)。

2.3 干旱對細(xì)胞膜系統(tǒng)保護(hù)酶活性的影響

SOD能清除超氧陰離子自由基，減少羥基自由基的形成，是植物抵御活性氧侵害的一類重要酶[19]。由表1可以看出，同一干旱脅迫下嫁接苗的SOD活性均高于自根苗。相同干旱水平下，隨著生育期的推進(jìn)SOD活性逐漸降低。團(tuán)棵期SOD活性以嚴(yán)重干旱最高，輕度干旱次之，正常灌水最低。各嫁接組合的SOD活性在旺長期隨著干旱程度的加重呈下降趨勢。與正常灌水相比，嚴(yán)重干旱下成熟期自根苗SOD活性的下降幅度最大，為31.82%；而KRK26/Anyan2的降幅最小，為21.03%。

表1 干旱脅迫下嫁接對煙葉SOD活性的影響

注：同列數(shù)值后的大寫、小寫字母分別表示0.01、0.05水平上差異顯著。下表同。

CAT活性是表征作物抗逆能力的重要指標(biāo)，研究該酶活性有助于闡明作物抗旱能力[20]。由表2可以看出，在干旱脅迫時CAT活性隨生育期的推進(jìn)總體呈現(xiàn)下降的趨勢。在同一生育期KRK26/K326、KRK26/Anyan2的CAT活性均高于自根苗，且在團(tuán)棵期，嚴(yán)重干旱脅迫下KRK26/K326、KRK26/Anyan2和KRK26的CAT活性差異顯著；在旺長期和成熟期，嚴(yán)重干旱下，CAT活性表現(xiàn)為KRK26/Anyan2>KRK26/K326>KRK26；在成熟期嚴(yán)重干旱時，KRK26/Anyan2、KRK26/K326、KRK26的CAT活性分別降為正常水平的70.26%、72.83%以及63.98%。說明在干旱時通過嫁接可提高植物細(xì)胞膜系統(tǒng)保護(hù)酶活性，增強抗旱能力。

表2 干旱脅迫下嫁接對煙葉CAT活性的影響

2.4 干旱對細(xì)胞壁系統(tǒng)保護(hù)酶活性的影響

POD能促進(jìn)醌類物質(zhì)的合成，增加細(xì)胞壁強度，進(jìn)而形成一道結(jié)構(gòu)屏障，并可有效清除酚類、過氧化氫等，增強對外界病原菌的抵抗力[21]。從表3可以看出，在正常灌水和干旱脅迫條件下，不同生育時期嫁接苗KRK26/K326和KRK26/Anyan2的POD活性均高于KRK26的POD活性，在團(tuán)棵期，POD活性隨干旱程度的加重而增加，其中KRK26/Anyan2活性最高，自根苗最低，KRK26/K326居中；各嫁接組合的POD活性在旺長期隨脅迫程度的加劇而降低。與正常灌水相比，嚴(yán)重干旱條件下3個嫁接組合在成熟期分別降低14.89%、16.28%、25.00%。

表3 干旱脅迫下嫁接對煙葉中POD活性的影響

3 討論

干旱脅迫能嚴(yán)重影響烤煙的生長發(fā)育，導(dǎo)致產(chǎn)質(zhì)量不同程度的降低，是限制烤煙生長發(fā)育、品質(zhì)形成的重要因子之一。在干旱脅迫過程中，煙株會經(jīng)歷3個不同階段，即無影響階段、生理調(diào)整階段以及失去控制階段[22]。由于不同品種烤煙抗性不同、脅迫方式不同、脅迫強度不同，煙株生長發(fā)育的過程也會存在一定差異。

干旱脅迫條件下，煙株葉綠素含量的變化指示植物對脅迫的敏感性，同時影響光合產(chǎn)量。本研究中干旱條件下的煙葉SPAD值(葉綠素相對含量)與正常灌水相比呈下降趨勢，這可能是由于水分脅迫導(dǎo)致葉綠素合成受阻，另一方面，脅迫致使活性氧累積，造成葉綠素分解破壞，從而導(dǎo)致SPAD值較低。嫁接苗的SPAD值高于自根苗，說明以K326和Anyan2作砧木可改善KRK26品種特性，降低干旱脅迫對葉綠素合成的影響程度，從而保持較高的葉綠素含量，進(jìn)而保持正常光合作用，促進(jìn)煙株生長發(fā)育。

脯氨酸作為一種重要的滲透保護(hù)物質(zhì)，在植物的抗旱生理中發(fā)揮著重要的作用[23]，其含量隨干旱脅迫程度的加劇而增加[24]。本試驗中，干旱脅迫下，隨著生育期的推進(jìn)，脯氨酸在煙葉中不斷積累，表明在干旱脅迫下煙株能集聚滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、改變細(xì)胞結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增強吸水、保水能力。而嫁接苗KRK26/Anyan2、KRK26/K326的脯氨酸含量均高于自根苗KRK26，表明以Anyan2作砧木的嫁接苗能提高脯氨酸含量，減少煙株水分的流失，減輕干旱脅迫對煙株造成的傷害。

有研究表明，干旱脅迫能打破植物體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除平衡，致使自由基大量積累，造成煙葉受損。本試驗不同處理煙葉的SOD、CAT活性在團(tuán)棵期隨著干旱程度的加劇而增大，以減輕干旱脅迫造成的影響。隨著干旱脅迫時間的延長，SOD、CAT活性逐漸下降，表明煙株自身調(diào)節(jié)能力降低，細(xì)胞膜遭受傷害。這2種酶活性的變化趨勢與前人的研究結(jié)果[25]基本一致，但SOD、CAT等酶活性的表現(xiàn)總體以嫁接苗KRK26/Anyan2、KRK26/K326優(yōu)于自根苗KRK26，說明嫁接苗SOD、CAT活性始終高于自根苗。與正常灌水相比，成熟期嚴(yán)重干旱脅迫下以Anyan2和K326作砧木的嫁接苗酶活性降低幅度小于自根苗的降幅，表明通過嫁接能更好地清除自由基和過氧化氫，保護(hù)煙葉細(xì)胞膜，更加適應(yīng)干旱環(huán)境。

POD是植物抗旱酶系的重要保護(hù)酶之一[26]，能通過提高木質(zhì)素、木栓質(zhì)的生物合成而形成物理屏障，有效增強植物抗性[27]。本試驗中，在相同生育期同等干旱脅迫條件下，煙葉POD活性以自根苗最低，在旺長期KRK26/Anyan2最高，成熟期KRK26/K326的最高，說明嫁接能提高POD活性，增強抗性，但以不同烤煙品種作砧木的嫁接苗葉片中POD活性存在一定差異。水分脅迫下KRK26/Anyan2更能促進(jìn)細(xì)胞壁交聯(lián)，降低細(xì)胞壁的伸展，減少煙株對水分需求，維持煙株體內(nèi)水分平衡。

4 結(jié)論

抗旱性強的品種在干旱脅迫下也能保持較高的葉綠素含量和較高的酶活性，維持植物正常的生長速率。本研究結(jié)果表明，通過嫁接處理，能降低干旱脅迫對葉綠素合成的影響，且可促進(jìn)脯氨酸大量積累，保持SOD、CAT、POD等關(guān)鍵酶活性，從而提高烤煙抗旱能力。利用嫁接技術(shù)的換根原理合理篩選抗旱性強的砧木與優(yōu)質(zhì)弱抗接穗組合，有助于解決實際中部分品種優(yōu)質(zhì)弱抗甚至不抗的問題，在生產(chǎn)實踐中具有一定的應(yīng)用價值。

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