低溫持續(xù)脅迫下不同煙草品種苗期耐寒性生理指標的變化

杜鑫宇，尹 航，李 瑩，黃鳳翔，詹昌峰，任雅萍，樸世領(lǐng)

（1.延邊大學 農(nóng)學院，吉林 延吉 133002；2.臨江市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，吉林 臨江 134600）

煙草作為一種經(jīng)濟作物，對經(jīng)濟發(fā)展起著重要的作用［1］，但在低溫脅迫下，煙草的理化性質(zhì)會發(fā)生變化［2-3］，從而使煙株在未達到正常條件下應(yīng)具有的葉片數(shù)便提前開花［4］，嚴重影響產(chǎn)量.植物在逆境條件下，其體內(nèi)通過一系列的生化反應(yīng)來降低受到的傷害［5-6］.一般來講，低溫脅迫大多造成植株生長的減緩和停止，其影響程度由品種的遺傳特性和抗逆強度來決定.高等植物和其他所有能進行光合作用的生物體均含有葉綠素，位于類囊體膜中［7］.低溫脅迫會抑制植物體內(nèi)葉綠素的合成，通過衡量葉綠素含量的變化可以鑒定植物抗逆性的強弱［8］.通常情況下，植物體內(nèi)的生化反應(yīng)為平衡狀態(tài)，這是因為植物通過體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng)來調(diào)節(jié)各個反應(yīng)環(huán)節(jié)，POD（過氧化物酶）、SOD（超氧化物歧化酶）是系統(tǒng)中重要的保護酶系［9］，通過調(diào)節(jié)活性氧含量的代謝平衡，在清除自由基中起著決定性作用［10］，細胞膜的流動性在低溫脅迫時會明顯降低，此時活性氧自由基會導(dǎo)致細胞膜脂過氧化形成丙二醛（MDA）.該文結(jié)合6份煙草品種干物重、葉綠素、SOD、POD、MDA含量變化對其耐寒性進行綜合分析，擬探明煙草耐寒性的生理生化機制，為品種耐寒性鑒定以及合理利用選育抗寒性強的品種提供參考依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料 供試煙草品種為6份，其中烤煙品種分別為吉煙9號、云87、NC95；曬煙品種分別為延曬7號、漂河1號、建平大人頭.試驗在延邊大學農(nóng)學院溫室進行.

1.2 試驗方法 當苗期真葉數(shù)達到5～6葉片數(shù)時，將100株長勢相同的強健煙苗放入人工氣候箱（QHX-40085-Ⅲ）中進行低溫處理，人工氣候箱溫度設(shè)置在10℃（±0.5℃），相對濕度為75%，在此條件下分別對煙苗進行10 d的低溫處理，另外對照組以24 ℃常溫培養(yǎng).低溫處理之后將煙苗放置在相同環(huán)境的溫室中緩苗4 d.6份煙草品種低溫處理的設(shè)計方案見表1.

表1 試驗設(shè)計方案Tab.1 Test design scheme

1.3 測定方法

1.3.1 干物重測定 在低溫處理的2、4、6、8和10 d時及緩苗后的第4 d選取大小相近的煙株進行烘干，煙株洗凈后放入DHG-9240A型鼓風干燥箱中烘至恒重無水分，待溫度冷卻后測定煙株干重.

1.3.2 煙葉中生理生化指標的測定 分別在低溫處理的2、4、6、8和10 d時及緩苗后的第4 d對煙苗進行取樣（由上至下第3～4片葉），3次重復(fù).葉綠素含量采用SPAD-205葉綠素儀測定.POD（過氧化氫酶）活性采用愈創(chuàng)木酚氧化比色法測定［11］，SOD（超氧化物歧化酶）活性采用氮藍四唑光化還原法測定.MDA含量采用硫代巴比妥酸（TBA）法測定［12］.

1.4 數(shù)據(jù)分析 采用軟件SPSS 20.0統(tǒng)計分析試驗數(shù)據(jù)，利用Duncan法進行差異顯著性分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對煙草苗期干物重的影響 由表2可知，所有低溫處理與對照處理的干物積累量均隨時間的延長而增加，相對于對照處理，低溫處理干物質(zhì)積累量均緩慢增加.在2～10 d期間，A1、B1、C1和D1的干物質(zhì)積累量與其對照處理之間均無顯著差異（P＜0.05），而E1與F1的干物質(zhì)積累量在低溫處理6-10 d和8～10 d期間與其對照處理之間均有顯著性差異（P＜0.05），說明品種5與品種6受低溫脅迫影響較大，而品種A 和品種B 受影響較小.經(jīng)過4 d 緩苗后，低溫處理的煙苗干物質(zhì)積累迅速且基本接近對照（P＞0.05）.自4 d開始，所有低溫處理干物重積累量均低于相應(yīng)對照處理，且呈現(xiàn)降幅現(xiàn)象.在處理4 d時干物質(zhì)降幅最小的是品種A，為-3.03%，降幅最大的是品種F，為-9.85%.隨著脅迫時間的延長所有品種干物重降幅均逐漸變大，期間品種A降幅均最小，而品種F的降幅均最大.

表2 低溫持續(xù)脅迫下苗期干物重的變化Tab.2 Changes of dry matter weight at seedling stage under low temperature duration

2.2 低溫脅迫對煙草苗期葉綠素含量的影響 表3可知，低溫處理煙草品種葉綠素含量隨脅迫的延長呈逐漸降低的趨勢，而對照處理品種含量則隨著脅迫的延長而逐漸上升.在低溫脅迫4 d時，E1、F1分別與E0和F0之間有顯著性差異（P＜0.05），而其余4個處理與對照間均無顯著性差異（P＞0.05）.

從葉綠素含量增幅的變化來看，低溫脅迫2 d時，品種A為增幅，而其余5個品種均出現(xiàn)不同程度的降幅，且品種A與其余5個品種葉綠素增（降）幅之間均有顯著性差異（P＜0.05）.在低溫脅迫10 d時，品種A與其余5個品種降幅之間均有顯著性差異（P＜0.05）.緩苗4 d后低溫處理與對照處理之間均無顯著性差異（P＞0.05）.相關(guān)研究表明［7-8，13］，耐寒性強的煙草品種葉綠素含量下降的幅度要低于耐寒性弱的煙草品種.所以，在6份煙草品種中，品種A的耐寒性最強.而品種F耐寒性最弱.

2.3 低溫脅迫對煙草苗期抗氧化酶活性的影響

2.3.1 低溫脅迫對煙草苗期SOD活性的影響 SOD能夠消除植物體由于新陳代謝而產(chǎn)生的超氧自由基［14］.由表4可知，低溫處理品種煙苗的SOD活性隨脅迫的延長呈先增加后降低的趨勢，而對照處理SOD活性緩慢上升.在2～10 d期間，低溫處理的SOD活性均高于對照處理（P＜0.05），并呈現(xiàn)增幅現(xiàn)象.6 d時，D1與E1之間無顯著性差異（P＞0.05），但與其余4個處理品種SOD活性之間存在顯著性差異（P＜0.05），A1、B1、C1和F1之間SOD活性存在顯著性差異（P＜0.05）.從增幅上觀察，不同煙草品種的SOD活性增幅隨時間的延長逐漸減弱.品種A增幅在低溫脅迫期間均為最大，而品種F增幅在低溫脅迫期間均最小.在低溫脅迫2 d時，所有處理煙草品種SOD活性與相應(yīng)對照組相比增幅均達到最大，品種A增幅最大，為對照組的1.33倍，品種B、品種C、品種D和品種E分別為其相應(yīng)對照組的1.30倍.1.25倍、1.23倍、1.22倍，品種F增幅最小，僅為1.18倍，且品種A、品種B和品種C之間SOD活性增幅均無顯著性差異（P＞0.05）；品種B、品種C、品種D和品種E之間SOD活性增幅均無顯著性差異（P＞0.05）；孫學成等［15］研究表明，耐寒性強的植物SOD活性增幅較大.本試驗中耐寒性由強到弱依次為品種A、品種B、品種C、品種D、品種E、品種F.

表3 低溫持續(xù)脅迫下苗期葉綠素含量的變化Tab.3 Changes of chlorophyll content at seedling stage under low temperature duration

2.3.2 低溫脅迫對煙草苗期POD 活性的影響 POD 能夠清除羥自由基并與生長素調(diào)節(jié)等有關(guān)系［16］.由表5可知，POD活性變化規(guī)律與SOD活性變化規(guī)律相似，4 d時，POD活性均達到最大，比SOD活性峰值推遲2 d.POD活性由大到小依次為A1、B1、C1、D1、E1和F1.低溫脅迫4 d時A1與B1之間POD活性無顯著性差異（P＞0.05），B1、C1和D1之間POD活性均無顯著性差異（P＞0.05）.脅迫4 d時，POD活性增幅均達到最大，其中品種A增幅與品種B增幅之間差異無顯著性（P＞0.05）；品種B增幅與品種C增幅之間差異無顯著性（P＞0.05）；品種E與品種F增幅之間差異無顯著性（P＞0.05）.

2.4 低溫脅迫對煙草苗期MDA 含量的影響 MDA 是細胞膜脂過氧化最重要的產(chǎn)物之一［17］.由表6 可知，低溫處理品種的MDA含量在脅迫下不斷增加，10 d時，所有品種MDA含量均達到最大，而對照處理的變化趨于平緩.在低溫脅迫期間，E1、F1MDA含量與A1之間有顯著性差異（P＜0.05）.緩苗后，所有品種低溫處理MDA含量與對照處理之間均無顯著性差異（P＞0.05）.10 d處理時，各品種增幅由大到小依次為品種F、品種E、品種D、品種C、品種B和品種A，品種A增幅與品種B增幅之間差異無顯著性（P＞0.05），品種B與品種C增幅之間差異無顯著性（P＞0.05），品種F與其余煙草品種之間增幅均存在顯著性差異（P＜0.05），緩苗4 d后，各個品種之間增幅均無顯著性差異（P＞0.05）.處理10 d時，增幅較大的是品種F、品種E，增幅較小的為品種B和品種A，而品種C與品種D增幅介于中間，品種F的增幅與其它煙草品種均存在顯著性差異（P＜0.05），而品種A 的增幅和品種B 增幅不存在顯著性差異（P＞0.05）.有研究表明［18-19］，葉片MDA含量增幅越大其耐寒性越弱.由此可知，品種F的抗寒能力較弱，而品種A較強.

表4 低溫持續(xù)脅迫下苗期SOD活性的變化Tab.4 Changes of SOD content at seedling stage under low temperature duration

表5 低溫持續(xù)脅迫下苗期POD活性的變化Tab.5 Changes of POD content at seedling stage under low temperature duration

表6 低溫持續(xù)脅迫下苗期MDA含量的變化Tab.6 Changes of MDA content at seedling stage under low temperature duration

3 討論與結(jié)論

煙草在低溫脅迫條件下其生長受到抑制，隨著低溫脅迫的延長植物生長愈加緩慢甚至停滯.該試驗結(jié)果表明，隨著低溫持續(xù)天數(shù)的延長，所有品種干重降幅越來越大，這與金磊［20］的研究基本一致.與對照處理相比干重降幅最小的是品種A，品種B次之，表明這兩個品種耐寒性較強，而品種E和品種F降幅較大，說明其耐寒性較弱.作為植物光合作用的重要物質(zhì)，葉綠素含量的多少直接影響植物光合能力的強弱［21］.根據(jù)有關(guān)研究［22］，植物體受到脅迫后其體內(nèi)的葉綠素含量會受到影響，在逆境下耐性較強的品種通常降幅較小，反之則弱.本試驗結(jié)果表明，低溫處理葉綠素含量均隨脅迫天數(shù)增加而逐漸下降，與對照處理相比，降幅最小的是品種A，其次是品種B，降幅最大的是品種F.隨著低溫脅迫的延長，煙株體內(nèi)積累了過量的活性氧，導(dǎo)致細胞內(nèi)物質(zhì)失衡，加劇膜脂過氧化作用［23］.SOD、POD兩種保護酶在植物體內(nèi)起到活性氧清除劑的重要作用，其相互配合協(xié)作能有效地抑制體內(nèi)有害物質(zhì)的產(chǎn)生，該試驗結(jié)果表明，品種A的SOD、POD活性增幅始終高于相同天數(shù)下的其他煙草品種，表明在相同低溫持續(xù)天數(shù)下，品種A的耐寒性最強；而品種F增幅始終最低，說明其耐寒性最弱，這與王家川等［24］對低溫誘導(dǎo)下不同烤煙品種相關(guān)酶變化的研究結(jié)果基本一致.MDA含量與植物的耐寒性密切相關(guān)，MDA含量峰值出現(xiàn)的越晚且增幅越低，煙草的耐寒性越強.本試驗結(jié)果表明，品種A耐寒性最強，細胞膜脂過氧化產(chǎn)生的MDA含量最少；品種B、品種C和品種D、品種E中等；而品種F峰值出現(xiàn)最早且產(chǎn)生的MDA含量最多，說明其耐寒性最弱.

根據(jù)所測得的生理指標可以判斷出6份煙草品種的耐寒性強弱，由強到弱依次為延曬7號＞漂河1號＞吉煙9號＞建平大人頭＞NC95＞云煙87.