豫煙新品種生理特性的研究

韓會(huì)閣 吳照輝 閻小毛 劉巧真 俎建民 梁濤 高遠(yuǎn) 郭芳陽(yáng)

摘要：以河南省自育烤煙新品種豫煙6號(hào)、豫煙7號(hào)和豫煙10號(hào)為研究對(duì)象，比較分析其在自然條件下，生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期（伸根期、旺長(zhǎng)前期和旺長(zhǎng)后期）土壤含水量、根系形態(tài)、根系活力、葉片脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性等生理特性的差異。結(jié)果表明，旺長(zhǎng)后期，3個(gè)豫煙新品種的根系形態(tài)差異最大，其中豫煙7號(hào)的總根長(zhǎng)、根表面積和根體積最大，豫煙6號(hào)次之，豫煙10號(hào)最小;旺長(zhǎng)后期的根系活力和土壤含水量最低時(shí)的葉片脯氨酸含量及各時(shí)期葉片超氧化物歧化酶活性的大小順序均為豫煙7號(hào)>豫煙6號(hào)>豫煙10號(hào)。在河南省煙區(qū)，豫煙7號(hào)的環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，豫煙6號(hào)次之，豫煙10號(hào)較差。

關(guān)鍵詞：豫煙新品種;根系形態(tài);根系活力;脯氨酸;超氧化物歧化酶（SOD）

中圖分類號(hào)：S572? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2019）08-0087-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.08.020? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： Using Henan province self-bred Yuyan new varieties Yuyan 6， Yuyan 7 and Yuyan 10 as research subjects， the soil moisture， root morphology and activity， leaf proline and superoxide dismutase（SOD） activity in three critical periods of growth and development（root-extended period， early and late vigorous growth periods） were determined and compared among the three Yuyan new varieties under natural conditions. The results showed that： compared with other sampling periods， in the late vigorous growth stage， the root morphology among the three Yuyan new varieties differed most， the root length， surface and volume of Yuyan 7， Yuyan 6 and Yuyan 10 were in a significantly descending order. The root activity in late vigorous growth stage， leaf proline content when the soil moisture is the lowest and leaf superoxide dismutase in all the three critical periods were all following the pecking order of Yuyan 7>Yuyan 6>Yuyan 10. Therefore， in Henan province tobacco growing areas， the environmental adaptation ability of Yuyan 7 is stronger， which is followed by Yuyan 6， Yuyan 10 has the worst environmental adaptability.

Key words： Yuyan new varieties; root morphology; root activity; proline; SOD

中國(guó)大部分煙區(qū)處于干旱、半干旱環(huán)境中，且在丘陵山區(qū)種植煙草往往煙葉質(zhì)量較好，但丘陵山區(qū)土壤保水能力較差并缺乏必要的灌溉條件，干旱是該區(qū)煙草生產(chǎn)的重要限制因子，每年總有一些煙區(qū)因土壤干旱而影響煙株的正常生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致煙葉產(chǎn)量和品質(zhì)的降低[1，2]。河南煙區(qū)是濃香型特色優(yōu)質(zhì)煙葉的主產(chǎn)煙區(qū)，夏季高溫干旱往往會(huì)嚴(yán)重?fù)p害煙葉品質(zhì)，降低初烤煙葉等級(jí)[3]。為此，近年來河南省自育的烤煙新品種多數(shù)具有一定程度的耐旱特性，但不同新品種對(duì)干旱環(huán)境適應(yīng)能力差異很大、生長(zhǎng)狀況也表現(xiàn)不一，又缺乏系統(tǒng)的品種抗旱性鑒定，適種栽培應(yīng)用的盲目性較大[4，5]。因此，研究自然條件下烤煙新品種之間生理特性的差異，對(duì)于適應(yīng)能力較強(qiáng)烤煙新品種的選育和煙葉產(chǎn)質(zhì)量的提高均具有重要的指導(dǎo)意義[6]。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于干旱環(huán)境下植物表現(xiàn)形態(tài)和生理指標(biāo)與抗旱性的關(guān)系已有較多報(bào)道[7-10]。但前人研究大多側(cè)重于單一品種或幼苗時(shí)期，對(duì)烤煙大田生長(zhǎng)期不同品種間的比較較少[11]。本試驗(yàn)研究了河南省自育烤煙新品種豫煙6號(hào)、豫煙7號(hào)和豫煙10號(hào)在自然降雨條件下根系形態(tài)特征、根系活力、葉片脯氨酸含量和超氧化物岐化酶活性的差異，以期為環(huán)境適應(yīng)性烤煙種質(zhì)資源的篩選和鑒定以及新品種在河南省煙區(qū)的合理利用提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 材料與方法

試驗(yàn)地點(diǎn)位于河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所試驗(yàn)田，土壤類型為潮褐土。0～20 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量14.8 g/kg、全氮1.25 g/kg、速效氮70.87 mg/kg、全磷0.84 g/kg，速效磷17.57 mg/kg，速效鉀130.76 mg/kg。豫煙6號(hào)、豫煙7號(hào)和豫煙10號(hào)為參試品種，種子由許昌市煙草公司提供。每個(gè)品種3次重復(fù)，每小區(qū)植煙共30株，共9個(gè)小區(qū)。按常規(guī)方法進(jìn)行施肥;煙苗于2016年5月4日進(jìn)行移栽，煙苗除在大田移栽時(shí)少量灌水，移栽后的整個(gè)生育期均不灌水，煙苗移栽后2個(gè)月內(nèi)的降雨量如表1所示。

1.2? 測(cè)定項(xiàng)目與方法

選擇煙草生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，即大田移栽30 d（伸根期）、45 d（旺長(zhǎng)前期）和60 d（旺長(zhǎng)后期），測(cè)定土壤含水量（表2），并在每個(gè)小區(qū)選取3個(gè)代表性煙株測(cè)定第12葉位葉片脯氨酸含量和超氧化物歧化酶（SOD）活性等生理指標(biāo)，測(cè)定其二級(jí)側(cè)根根系活力，并沖洗整根掃描形態(tài)。

土壤含水量采用稱重法測(cè)量;SOD活性的測(cè)定參照《植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)》[12]中的相關(guān)方法;脯氨酸采用茚三酮比色法測(cè)定[13];根系活力采用TTC法[14]測(cè)定;根系形態(tài)特征通過根系掃描儀（Expression 10 000 XL，Japan）掃描計(jì)算總根長(zhǎng)、根表面積和根體積。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

分別采用Excel 2010和SPSS 16.0數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表繪制和統(tǒng)計(jì)分析。采用單因素方差分析（One-Way ANOVA）分析品種間各指標(biāo)的差異。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 煙草生長(zhǎng)發(fā)育各關(guān)鍵期土壤含水量

由表2可知，在煙草生長(zhǎng)發(fā)育的各關(guān)鍵時(shí)期，土壤含水量均隨土層深度的增加而逐漸增加。移栽 30 d，0～10 cm和10～20 cm土層的土壤含水量均高于移栽45 d的0～20 cm土層，20～30 cm土層的土壤含水量高于移栽45 d的20～40 cm土層;移栽60 d，各土層的土壤含水量均高于移栽45 d。因此，在各土層，移栽45 d的土壤含水量最低。

2.2? 根系形態(tài)特征

從表3可以看出，不同豫煙新品種之間根系形態(tài)指標(biāo)均有一定差異。移栽30、45 d，豫煙7號(hào)的總根長(zhǎng)、根表面積和根體積均為最大，豫煙10號(hào)次之，豫煙6號(hào)最小，其中豫煙10號(hào)的總根長(zhǎng)和根表面積與豫煙7號(hào)差異顯著（P<0.05），與豫煙6號(hào)差異不顯著，豫煙10號(hào)的根體積與豫煙7號(hào)和豫煙6號(hào)之間均無(wú)顯著差異;移栽60 d，3個(gè)豫煙新品種各根系形態(tài)指標(biāo)的大小排列順序均為豫煙7號(hào)>豫煙6號(hào)>豫煙10號(hào)，且各品種之間差異均顯著，其中豫煙7號(hào)和豫煙6號(hào)的總根長(zhǎng)分別是豫煙10號(hào)的3.30和1.98倍。以上結(jié)果顯示，自然條件下，豫煙7號(hào)根系對(duì)土壤水分的吸收在移栽后各時(shí)期均最具有優(yōu)勢(shì);與豫煙10號(hào)相比，豫煙6號(hào)的根系形態(tài)在移栽30、45 d無(wú)明顯優(yōu)勢(shì)，在移栽60 d優(yōu)勢(shì)明顯。

2.3? 根系活力

圖1顯示，不同豫煙新品種之間的根系活力差異較大，豫煙10號(hào)的根系活力均最低，在移栽30、45、60 d分別為0.030、0.035和0.039 mg/（g·h），顯著低于豫煙7號(hào)[分別為0.050、0.053和0.078 mg/（g·h）]和豫煙6號(hào)[分別為0.120、0.050和0.061 mg/（g·h）];豫煙7號(hào)的根系活力在移栽30 d時(shí)顯著低于豫煙6號(hào)，移栽45 d時(shí)與其無(wú)顯著差異，移栽60 d時(shí)顯著高于豫煙6號(hào)。結(jié)果表明，與豫煙10號(hào)相比，豫煙6號(hào)和豫煙7號(hào)能夠在自然條件下保持相對(duì)較高的根系活力。

2.4? 葉片脯氨酸含量

脯氨酸是植物體內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其在植物體內(nèi)的產(chǎn)生和積累有利于植物吸收水分，對(duì)干旱環(huán)境中的植物有利[15]。由圖2可知，在煙草移栽30 d時(shí)，3個(gè)豫煙新品種葉片脯氨酸含量的大小排列順序?yàn)樵?號(hào)>豫煙7號(hào)>豫煙10號(hào)，品種之間差異顯著;移栽45 d時(shí)，豫煙7號(hào)的葉片脯氨酸積累量顯著大于豫煙10號(hào)，豫煙6號(hào)與豫煙7號(hào)和豫煙10號(hào)均無(wú)顯著差異;移栽60 d時(shí)，豫煙6號(hào)的葉片脯氨酸含量顯著大于豫煙7號(hào)和豫煙10號(hào)，后二者之間無(wú)顯著差異。

2.5? 葉片SOD活性

圖3結(jié)果表明，在煙草移栽后的各個(gè)生育期，3個(gè)豫煙新品種葉片SOD活性均為豫煙7號(hào)最高，分別為286.7、277.4、153.3 U/g，豫煙6號(hào)次之，豫煙10號(hào)最低，品種之間差異顯著。這表明，在自然條件下，豫煙7號(hào)葉片能夠保持相對(duì)較高的活性氧清除能力，豫煙6號(hào)次之，豫煙10號(hào)較低。

3? 討論

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)烤煙耐旱性的鑒定多以種子、煙苗[16]等為研究對(duì)象，可能無(wú)法準(zhǔn)確反映烤煙品種長(zhǎng)期對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)能力。本試驗(yàn)通過測(cè)定自然條件下煙草生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期土壤含水量發(fā)現(xiàn)，土壤含水量除在移栽30 d時(shí)能夠基本滿足煙草伸根期（55%～60%）對(duì)水分的需求外，在移栽45、60 d均不能滿足煙草旺長(zhǎng)期（75%～80%）對(duì)水分的需求，煙草生長(zhǎng)處于水分虧缺狀態(tài)（干旱指標(biāo)為68%～70%），其中在移栽45 d，土壤水分虧缺更大。在該條件下，本研究比較分析了各時(shí)期根系和葉片生理特性之間的差異。

3.1? 根系形態(tài)特征的差異

根系的總根長(zhǎng)、根表面積和根體積等形態(tài)特征表征著植株根系的健壯程度，根系的活力水平是植物生長(zhǎng)的重要生理指標(biāo)之一，二者均能夠在一定程度上反映植物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收效率和吸收能力，與植物對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)能力關(guān)聯(lián)緊密[4，10]。一般認(rèn)為，總根長(zhǎng)、根表面積和根體積大、根系活力強(qiáng)的品種，其水分吸收空間更大、效率更高，在干旱環(huán)境中的生存能力可能更強(qiáng)。本研究結(jié)果表明，自然條件下，在旺長(zhǎng)前期，豫煙7號(hào)的總根長(zhǎng)和根表面積顯著大于豫煙6號(hào)和豫煙10號(hào)，豫煙7號(hào)的根體積顯著大于豫煙6號(hào);在旺長(zhǎng)后期，3個(gè)豫煙新品種各根系形態(tài)指標(biāo)的大小順序均為豫煙7號(hào)>豫煙6號(hào)>豫煙10號(hào)，且品種之間的差異比移栽30 d更大。本研究結(jié)果還顯示，在旺長(zhǎng)前期，豫煙6號(hào)和豫煙7號(hào)的根活力顯著高于豫煙10號(hào);在旺長(zhǎng)后期，3個(gè)豫煙新品種根系活力的大小順序也為豫煙7號(hào)>豫煙6號(hào)>豫煙10號(hào)。這表明，在煙草生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期土壤發(fā)生水分虧缺時(shí)，豫煙7號(hào)能夠保持較強(qiáng)的水分吸收和利用能力，較好地適應(yīng)干旱環(huán)境，豫煙6號(hào)次之，豫煙10號(hào)較差。尚曉穎等[6]通過比較干旱環(huán)境中抗旱型烤煙品種農(nóng)大202和一般烤煙品種根系相關(guān)生理特性的差異發(fā)現(xiàn)，在干旱條件下，與一般烤煙品種相比，抗旱基因型農(nóng)大202的根系吸收面積較大和根系活力水平較高;王思思等[17]的不同玉米品種苗期根系生理生化特性對(duì)干旱響應(yīng)的研究結(jié)果也顯示，根系活力表現(xiàn)為耐旱型品種>中耐旱型品種>不耐旱型品種。

3.2? 葉片生理特性的差異

在土壤發(fā)生水分虧缺時(shí)，植物可一方面通過體內(nèi)積累各種有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)提高細(xì)胞液濃度、降低其滲透勢(shì)，以適應(yīng)干旱環(huán)境[18];另一方面通過提高酶促活性氧清除體系中包括超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽還原酶（GSHR）等保護(hù)酶的活性，清除干旱環(huán)境下因代謝失衡大量積累的活性氧，以抵御逆境帶來的傷害。

脯氨酸是植物體內(nèi)一種細(xì)胞質(zhì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)且具有清除活性氧的作用，對(duì)于煙草而言，葉片脯氨酸含量對(duì)土壤水分虧缺的反應(yīng)敏感[18]。袁有波等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在干旱環(huán)境中適應(yīng)能力強(qiáng)的品種，其脯氨酸的積累量一般更大。本研究結(jié)果顯示，在旺長(zhǎng)前期土壤水分虧缺嚴(yán)重的條件下，豫煙7號(hào)的葉片脯氨酸積累量最大，其滲透吸水能力可能較強(qiáng)，較能適應(yīng)干旱環(huán)境，豫煙6號(hào)居中，豫煙10號(hào)較差;但在旺長(zhǎng)后期（土壤水分虧缺程度較低）與伸根期（非土壤水分虧缺狀態(tài)），豫煙6號(hào)的葉片脯氨酸含量最高，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由豫煙6號(hào)的遺傳特性決定。因此，通過研究煙草葉片脯氨酸含量來比較不同品種的耐旱特性，干旱程度的控制和采樣時(shí)期的選擇可能非常關(guān)鍵。

SOD是超氧陰離子自由基的轉(zhuǎn)移清除劑，是植物重要的保護(hù)酶，與品種的耐旱性密切相關(guān)，能在一定程度上反映植物在逆境中的適應(yīng)能力。王建華等[19]和賈鵬等[20]研究表明，煙草體內(nèi)的SOD活性水平與抗旱性有很大關(guān)系，干旱環(huán)境中，抗旱性越強(qiáng)的品種，其SOD活性越高;尚曉穎等[6]等的研究結(jié)果也表明，與一般烤煙品種相比，抗旱基因型農(nóng)大202的SOD在干旱條件下能保持較高的活力。本研究結(jié)果顯示，在自然條件下，豫煙7號(hào)葉片SOD活性較強(qiáng)，使其葉片在土壤水分虧缺條件下能夠保持較強(qiáng)的活性氧清除能力，其對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)，豫煙6號(hào)次之，豫煙10號(hào)較差。

4? 小結(jié)

本研究發(fā)現(xiàn)，在植物生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期，隨著生育期推遲，豫煙7號(hào)在根系形態(tài)特征方面優(yōu)勢(shì)逐漸增加，根系活力的優(yōu)勢(shì)也逐漸顯現(xiàn)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的干旱環(huán)境適應(yīng)能力，豫煙6號(hào)次之，豫煙10號(hào)較差;土壤水分嚴(yán)重虧缺條件下的葉片滲透調(diào)節(jié)能力和各時(shí)期的葉片活性氧清除能力也均表現(xiàn)為豫煙7號(hào)最強(qiáng)，豫煙6號(hào)次之，豫煙10號(hào)較差。因此，在河南省煙區(qū)，豫煙新品種的環(huán)境適應(yīng)性可能是其根系和葉片生理特性共同作用的結(jié)果。本研究還發(fā)現(xiàn)，葉片SOD活性可能反映植物對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)能力，是反映品種耐旱性的較好指標(biāo);通過研究葉片脯氨酸含量和根系特征等生理特性來研究品種的耐旱特性時(shí)，土壤水分虧缺程度的控制和采樣時(shí)期的選擇也是需要考慮的關(guān)鍵因素。

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收稿日期：2019-01-20

基金項(xiàng)目：河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研發(fā)展專項(xiàng)資金項(xiàng)目（YCY20167802）;河南省煙草公司科技項(xiàng)目（HYKJ201501）

作者簡(jiǎn)介：韓會(huì)閣（1981-），女，河南許昌人，助理研究員，博士，主要從事煙草栽培研究，（電話）0374-2367072（電子信箱）hanhuihuige@163.com;通信作者，郭芳陽(yáng)（1965-），男，河南杞縣人，副研究員，主要從事煙草栽培技術(shù)研究及推廣工作，（電子信箱）ycsgfy@126.com。