烤煙伸根期對低溫脅迫的生理響應

謝小玉，侯爽，郭金格，汪芬芬，崔凱東，楊奇，陳錦芬，顧開元

農(nóng)藝與調(diào)制

烤煙伸根期對低溫脅迫的生理響應

謝小玉，侯爽，郭金格，汪芬芬，崔凱東，楊奇，陳錦芬，顧開元

西南大學農(nóng)學與生物科技學院，重慶北碚，400716

【目的】研究低溫脅迫對伸根期的烤煙生理特性的影響?！痉椒ā坎捎门柙苑绞?，在人工培養(yǎng)箱中對耐冷性不同的烤煙品種紅花大金元（低溫不敏感型）和K326（低溫敏感型）進行低溫脅迫處理，研究不同低溫脅迫時間烤煙的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、保護酶活性、多酚代謝、光合速率和光合色素等的變化情況，篩選出適用于烤煙耐冷性鑒定的指標。【結(jié)果】隨低溫脅迫時間的延長，烤煙的凈光合速率和葉綠素耐冷系數(shù)呈下降趨勢，下降速率與低溫脅迫程度呈正相關(guān)，與品種的耐低溫能力呈負相關(guān)；丙二醛和相對電導率耐冷系數(shù)在低溫脅迫的前3 d隨脅迫時間的延長呈上升趨勢，上升速率與品種耐低溫能力呈負相關(guān)；過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、多酚氧化酶（PPO）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性和可溶性蛋白、可溶性糖及總酚耐冷系數(shù)隨低溫脅迫時間的延長先升高后下降，低溫不敏感型材料上升速度高于低溫敏感型材料。相關(guān)分析表明，低溫脅迫下，煙葉相對電導率耐冷系數(shù)與葉綠素、凈光合速率、SOD活性的耐冷系數(shù)呈極顯著負相關(guān)，與可溶性蛋白、POD活性、PAL活性的耐冷系數(shù)呈顯著負相關(guān)，與丙二醛、葉綠素a/b的耐冷系數(shù)呈顯著正相關(guān)。主成分分析表明，決定烤煙抗低溫能力的第一主成分主要是煙葉相對電導率、丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白、葉綠素（a+b）、葉綠素a/b、SOD活性、POD 活性、總酚和凈光合速率的耐冷系數(shù)；第二主成分主要包括CAT活性、PPO活性、PAL活性的耐冷系數(shù)?！窘Y(jié)論】在連續(xù)低溫脅迫下，烤煙葉片相對電導率、葉綠素、凈光合速率、SOD活性的耐冷系數(shù)可作為其耐冷種質(zhì)篩選的依據(jù)。煙葉耐低溫評價可以滲透調(diào)節(jié)因子、抗氧化因子及光合作用因子耐冷系數(shù)為主要鑒選指標，以多酚代謝因子耐冷系數(shù)為次要鑒選指標。

烤煙；低溫脅迫；抗氧化酶；多酚代謝；滲透調(diào)節(jié)；光合

煙草對低溫較為敏感。我國大部分煙區(qū)自然氣候適宜，但仍然存在氣溫較低或者氣溫波動較大的極端氣候[1]。尤其在南方煙區(qū)，倒春寒帶來的低溫冷害問題普遍存在[2]，導致煙苗生長遲緩，煙葉早花、葉狹長、產(chǎn)量降低[3]。了解烤煙對低溫的適應機制及抗低溫評價指標和方法，提高烤煙抗低溫能力是減少低溫對烤煙造成損失的重要途徑。

前人研究了油菜[4]、小麥[5]、高粱[6]、棉花[7]、海濱雀稗[8]等植物對低溫脅迫的生理響應。研究表明，低溫脅迫破壞植物葉綠體結(jié)構(gòu)，使葉綠素生物合成受阻[9]，葉片內(nèi)葉綠素a、葉綠素b的含量及葉綠素a/b值均下降[10]，光合作用受到抑制[11]，葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）以及蒸騰速率（Tr）降低[12-14]。強抗寒品種凈光合速率相對較高[15]。低溫脅迫還導致植物活性氧類物質(zhì)積累，引起膜質(zhì)過氧化物、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和非酶抗氧化劑含量以及抗氧化酶活性變化。具體表現(xiàn)為：低溫脅迫下，細胞膜透性、丙二醛含量及脯氨酸含量增加，且抗寒性強的品種增加幅度小[16]；植物可通過保護酶系統(tǒng)諸如SOD、POD、CAT、APX等活性上升清除活性氧，減緩低溫傷害[8,17-18]；同時，植物可通過一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)如脯氨酸、甜菜堿、可溶性糖和可溶性蛋白等物質(zhì)大量增加，以維持細胞的滲透平衡，減少低溫傷害[19]；與不耐寒品種相比，耐寒品種有較高過氧化物清除能力和較強滲透調(diào)節(jié)能力[15]。多酚類物質(zhì)是構(gòu)成煙葉品質(zhì)和香吃味的必備物質(zhì)[21]，而多酚的含量與催化酚類物質(zhì)生成醌的PPO活性[22]和催化產(chǎn)生酚類前體物質(zhì)的PAL活性[23]關(guān)系密切。研究表明，低溫脅迫后，煙葉萎蔫、細胞膜損傷嚴重，相對電導率升高，CAT活性和總抗氧化能力均低于對照[24]，SOD和POD等保護酶活性先升后降，葉綠素含量逐漸減少，可溶性糖與脯氨酸含量增加，可溶性蛋白含量逐漸下降[25-26]，MDA含量和PAL酶活性上升[25]，而煙葉總酚含量受低溫脅迫影響較小。

目前對煙草低溫脅迫的相關(guān)研究主要側(cè)重于苗期，而對于不同程度和不同持續(xù)時間的低溫脅迫下不同品種伸根期生理特性變化的研究鮮見報道。本研究采用低溫敏感性不同的兩個烤煙品種，于伸根期進行3個梯度的低溫脅迫處理，探究不同低溫敏感型的烤煙伸根期對低溫脅迫的生理響應，為闡明烤煙抗低溫機制奠定基礎(chǔ)，同時對烤煙抗低溫品種的選育和鑒定具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

研究材料為經(jīng)過抗低溫能力鑒定的低溫不敏感型紅花大金元（簡稱：紅大）和低溫敏感型K326兩個烤煙品種[27]，種子由中國煙草總公司云南省公司提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2019年3—12月在西南大學農(nóng)業(yè)生態(tài)實驗室進行。挑選完整的煙草包衣種子播種于育苗盤中，育苗基質(zhì)（艾禾稼煙草漂浮育苗專用基質(zhì)）提前用多菌靈和敵百蟲殺菌滅蟲，于溫室中進行漂浮育苗。幼苗長到4片真葉時，挑選長勢好、大小一致的幼苗移栽于裝有育苗基質(zhì)的塑料盆中（盆高17 cm、直徑15 cm），移栽后的煙苗放置于相對濕度75%、光照14 h/ 28℃/ 20000 Lx、黑暗10 h/ 25℃的人工氣候箱中培養(yǎng)。每隔3 d于早上9:00根施1次1/2 Hoagland營養(yǎng)液直至塑料盆底部見水而不漏水，期間對塑料盆的位置進行隨機交換，以保證各個煙苗生長光照條件一致。待長出第11片葉時選擇長勢一致的煙苗置于4個光照培養(yǎng)箱中進行處理，分別為T0：對照（CK，25℃），T1:輕度低溫脅迫（Light cold，LC，16℃）、T2:中度低溫脅迫（Mild cold，MC，10℃）和T3:重度低溫脅迫（Severe cold，SC，4℃）。每處理3重復，每重復20棵煙株，分別在處理的第0、1、2、3、4、5 d用LI-6400 便攜式光合儀測定完全展開的第8～9片葉（從下往上）的凈光合速率（Pn）。然后對各處理植株隨機選取3株取第7～9片葉，取相對完整的一部分葉片測定相對電導率；再取一部分剪碎混勻后一部分測定葉綠素和丙二醛（MDA）含量；另一部分去掉主葉脈和較大的側(cè)葉脈，液氮速凍，-80℃低溫保存后測定POD、SOD、CAT、PPO、PAL酶活性及可溶性糖和可溶性蛋白含量；一部分105℃殺青15 min，75℃烘干粉碎，過30目篩，用于多酚含量測定。

1.3 測定項目及方法

采用彭運生等的方法[28]測定葉綠素含量；參考陳愛葵等的浸泡法[29]測定相對電導率（REC）；硫代巴比妥酸法測定丙二醛（MDA）含量，氮藍四唑法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性，愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶（POD）活性，紫外吸收法測定過氧化氫酶（CAT）活性[30]。采用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的多酚氧化酶（PPO）檢測試劑盒（比色法）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）檢測試劑盒（比色法）和植物總酚檢測試劑盒（比色法）、可溶性糖（SS）含量試劑盒（分光光度法）和可溶性蛋白（SP）含量測定試劑盒（分光光度法）測定多酚氧化酶、苯丙氨酸解氨酶活性以及總酚、可溶性糖和可溶性蛋白含量，測定方法參照試劑盒使用說明。

1.4 數(shù)據(jù)分析

為了消除試驗材料基礎(chǔ)性狀間的差異，參考張鶴等[31]的方法計算耐冷系數(shù)（耐冷系數(shù)=低溫脅迫下測定值/對照下測定值）。利用 Microsoft Excel 2010 對數(shù)據(jù)進行計算、統(tǒng)計分析和作圖，利用 SPSS 16.0對數(shù)據(jù)進行相關(guān)分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫下煙葉滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和丙二醛耐冷系數(shù)的變化

如圖1所示，低溫脅迫下，相對電導率耐冷系數(shù)除在重度低溫脅迫（4℃）下一直上升外，在輕度及中度脅迫下呈上升下降趨勢，第3 d達最大值；低溫不敏感型材料比敏感型材料增加幅度小。低溫脅迫下，MDA耐冷系數(shù)除低溫敏感型材料K326在中度和重度脅迫下呈上升趨勢外，其他處理呈上升下降趨勢，上升幅度與材料抗低溫能力呈負相關(guān)，與脅迫程度呈正相關(guān)。隨低溫脅迫時間的延長，可溶性糖和可溶性蛋白耐冷系數(shù)先上升后下降，10℃低溫處理下可溶性糖耐冷系數(shù)最高。可溶性蛋白耐冷系數(shù)上升幅度與脅迫程度呈負相關(guān)，與品種耐冷性呈正相關(guān)。

注：HLC、HMC、HSC分別表示紅花大金元在LC、MC和SC脅迫下的耐冷系數(shù)；KLC、KMC、KSC分別表示K326在LC、MC和SC脅迫下的耐冷系數(shù)。下同。

2.2 低溫脅迫對煙葉保護酶的影響

如圖2所示，煙葉SOD、POD 和 CAT 活性耐冷系數(shù)整體表現(xiàn)出隨脅迫時間的延長呈上升下降趨勢。上升幅度與抗低溫能力及脅迫程度呈正相關(guān)。在輕度、中度、重度脅迫下，分別在脅迫的第4 d、第3 d、第2 d達到最大值。POD和CAT活性耐冷系數(shù)上升幅度總體表現(xiàn)出中度脅迫>重度脅迫>輕度脅迫，上升幅度與材料抗低溫能力呈正相關(guān)。

2.3 低溫脅迫對煙葉多酚代謝的影響

如圖3所示，煙葉PPO、PAL活性耐冷系數(shù)整體表現(xiàn)出隨脅迫時間的延長呈上升下降特征。在第3 d，PPO、PAL活性和總酚耐冷系數(shù)上升幅度總體表現(xiàn)出中度脅迫>重度脅迫>輕度脅迫，上升幅度與材料抗低溫能力呈正相關(guān)?？偡幽屠湎禂?shù)除紅大在輕度脅迫下呈快速上升-緩慢上升趨勢外，其余處理均呈上升下降特征，上升規(guī)律同PPO耐冷系數(shù)。

2.4 低溫脅迫對煙葉光合速率及光合色素的影響

如圖4所示，隨著低溫脅迫程度的加強和脅迫時間的延長，煙葉凈光合速率、葉綠素（a+b）的耐冷系數(shù)均呈下降趨勢；在同一低溫脅迫下，低溫敏感型的下降幅度大于低溫不敏感型。葉綠素a/b耐冷系數(shù)除紅大在中度脅迫下呈上升趨勢外，其他處理均呈先上升后下降趨勢；并隨脅迫程度的加劇上升速度加快。

2.5 煙葉生理指標相關(guān)性分析

選取低溫脅迫時間最長（5 d）的各指標耐冷系數(shù)分析各指標與煙葉相對電導率之間的相關(guān)性。分析結(jié)果如表1所示，低溫脅迫下，相對電導率耐冷系數(shù)與葉綠素、凈光合速率、SOD活性的耐冷系數(shù)呈極顯著負相關(guān)，與可溶性蛋白、POD活性、PAL活性耐冷系數(shù)呈顯著負相關(guān)，與丙二醛、葉綠素a/b耐冷系數(shù)呈顯著正相關(guān)，與其他指標相關(guān)程度不顯著。因此，低溫脅迫下，可通過提高葉綠素、凈光合速率、SOD活性、可溶性蛋白、POD活性、PAL活性的耐冷系數(shù)，降低相對電導率、丙二醛、葉綠素a/b的耐冷系數(shù)，從而提高煙葉的抗低溫能力。

表1 低溫脅迫下煙葉相對電導率耐冷系數(shù)與各指標耐冷系數(shù)的相關(guān)系數(shù)

注：*表示顯著相關(guān)；**表示極顯著相關(guān)。

Note: * means significant correlationship; ** means very significant correlationship.

2.6 低溫脅迫下各指標耐冷系數(shù)主成分分析

以低溫脅迫時間最長（5 d）的各指標耐冷系數(shù)為基礎(chǔ)進行主成分分析，計算出各主成分的特征向量和貢獻率，如表2所示，主成分分析特征值中2 個主成分的累計貢獻率達到85.069%，超過85%，可以用這2個主成分對烤煙抗低溫能力概括分析。決定第一主成分的主要是相對電導率、丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白、葉綠素（a+b）、葉綠素a/b、SOD活性、POD 活性、總酚和凈光合速率耐冷系數(shù)，它們反映了原始數(shù)據(jù)63.669%的信息量，這些指標主要與滲透調(diào)節(jié)作用、清除脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物和光合作用相關(guān)，因此可把第一主成分稱為滲透調(diào)節(jié)因子、抗氧化因子和光合作用因子；第二主成分主要包括CAT活性、PPO活性、PAL活性耐冷系數(shù)，它們反映了原始數(shù)據(jù)21.402%的信息量，這些指標主要與多酚代謝有關(guān)，可稱為多酚代謝因子。因此，可以選擇滲透調(diào)節(jié)因子、抗氧化因子及光合作用因子耐冷系數(shù)為煙葉耐低溫評價指標體系的主要鑒選指標，以多酚代謝因子耐冷系數(shù)為次要鑒選指標。

表2 各指標耐冷系數(shù)主成分的特征向量及貢獻率

注：*表示某指標在各因子中的最大絕對值。

Note: *means the biggest absolute value of each index in all factors.

3 討論與結(jié)論

對烤煙苗期的研究認為，受低溫脅迫的煙株葉片明顯小于正常煙株，有效葉片數(shù)和干物質(zhì)量大幅減少，早花現(xiàn)象嚴重，使煙葉產(chǎn)量和質(zhì)量嚴重降低[32]。隨低溫脅迫時間增加，相對電導率、脯氨酸含量和可溶性糖含量不斷升高，丙二醛含量先升高后降低[33]，隨著低溫脅迫的加劇相對電導率呈遞增趨勢，MDA含量呈先升高后下降趨勢[34]。由于不同材料在不同生育時期各指標值不同，低溫脅迫下某一指標的升高或降低是由材料生育期的變化和低溫脅迫兩者共同影響的，為消除試驗材料生育期的變化對各指標值的影響，本研究參照前人研究結(jié)果采用耐冷系數(shù)[31]對各指標進行分析，可更好地反映低溫脅迫下各指標的變化。本研究表明，在烤煙伸根期，低溫脅迫使煙葉相對電導率和MDA的耐冷系數(shù)在脅迫的前3d呈上升趨勢，且低溫敏感型材料較低溫不敏感型材料上升幅度大。根據(jù)相對電導率耐冷系數(shù)的結(jié)果表明紅大的抗低溫能力大于K326，與前人研究[27]和本課題組前期綜合鑒定結(jié)果一致。

植物在遭受逆境脅迫后會通過積累可溶性糖、游離氨基酸、脯氨酸等可溶性物質(zhì)來適應逆境脅迫[35]。對烤煙苗期的研究表明，可溶性糖與脯氨酸含量隨低溫脅迫時間的延長均逐漸增加，而可溶性蛋白含量均逐漸下降[25]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨低溫脅迫天數(shù)的增加，煙葉可溶性糖（SS）和可溶性蛋白（SP）耐冷系數(shù)呈上升下降趨勢。10℃處理下可溶性糖的積累速度最大，推測10℃是本研究所用品種的敏感溫度，該溫度下材料迅速做出應急反應，迅速積累可溶性糖，抵御低溫脅迫。相同低溫處理下，低溫不敏感型材料滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)耐冷系數(shù)增幅大于低溫敏感型材料。

在環(huán)境脅迫下，植株體內(nèi)會產(chǎn)生破壞植物分子的物質(zhì)，如 O2-、H2O2等，使膜脂過氧化作用加劇，同時產(chǎn)生清除這些活性氧的保護酶系統(tǒng)，如 POD、SOD 和 CAT 等。本研究表明，低溫脅迫下，煙葉SOD、POD 和 CAT 活性耐冷系數(shù)隨脅迫時間的延長先上升后下降。這與王欣亞等[36]研究結(jié)果一致。本研究還表明，低溫脅迫使 POD耐冷系數(shù)提高幅度較大，其次是 CAT 和 SOD，表明 POD 對低溫脅迫反應更敏感，是低溫脅迫的主要保護酶。同一低溫脅迫下，紅大的SOD、POD 和 CAT 三種保護酶耐冷系數(shù)顯著高于K326，而MDA 耐冷系數(shù)顯著低于K326，表明低溫脅迫下較強抗氧化能力是紅大抗寒性強于K326的主要原因之一。因此，較強的滲透調(diào)節(jié)能力以及抗氧化能力是烤煙抗低溫的主要原因。這與主成分分析的滲透調(diào)節(jié)因子、抗氧化因子可作為烤煙耐冷性鑒定的主要鑒選指標一致，也與前人研究提出POD、SOD 和 CAT 酶活力及可溶性蛋白濃度可作為耐冷性鑒定的生理指標研究結(jié)果一致[7]。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，不論哪種材料，均在10℃處理下POD活性最高。

低溫脅迫造成葉綠素降解，嚴重影響植株光合作用[37]，尤其葉綠素a合成對于低溫脅迫更為敏感[38]。前人[14,2]研究表明低溫脅迫達到一定強度時，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素（a+b）含量、葉綠素a/b值、凈光合速率呈下降趨勢。本研究表明，凈光合速率、葉綠素（a+b）耐冷系數(shù)與低溫脅迫程度和低溫脅迫時間成負相關(guān)，這與前人[39]的研究結(jié)果一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，在低溫脅迫的前3 d，葉綠素a/b呈上升趨勢，且上升幅度與脅迫強度呈正相關(guān)，表明低溫脅迫的前期，煙葉通過提高葉綠素a/b提高對光能的利用，以緩解凈光合速率的下降，這可能也是煙葉適應低溫脅迫的一種機制。這與主成分分析中提出的光合作用因子可作為烤煙耐冷性鑒定的主要鑒選指標一致。

多酚氧化酶（PPO）是植物多酚代謝中的重要酶，通過將酚類物質(zhì)氧化成醌，提高植株的抗逆能力[40]。苯丙氨酸解氨酶（PAL）是酚類物質(zhì)代謝最上游的關(guān)鍵限速酶[41]，對植物抗逆有著重要的作用。在煙草中，多酚類物質(zhì)除了影響煙草采后制品品質(zhì)，對煙草的生長發(fā)育也有著重要的調(diào)節(jié)作用[42]。本研究中，隨著低溫脅迫的持續(xù)，煙葉PPO、PAL和總酚耐冷系數(shù)均呈上升下降趨勢，第3 d達最大值，表明煙葉通過提高PPO、PAL活性適應低溫脅迫的能力是有限的。不論材料抗性如何，10℃處理下，PPO和PAL耐冷系數(shù)最高?？偡幽屠湎禂?shù)變化規(guī)律與PPO和PAL活性基本一致。

根據(jù)保護酶及多酚代謝相關(guān)酶的分析，10℃可能是煙葉適宜的低溫馴化溫度，在10℃低溫處理下，煙葉抗氧化酶活性和多酚代謝酶活性升高，酚類物質(zhì)積累，以清除低溫脅迫下產(chǎn)生的活性氧，提高煙葉的抗低溫能力。

[1] 劉成偉，郭仕平，何余勇. 低溫脅迫對不同品種和苗齡烤煙早花發(fā)生的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)學報，2012, 24(3):132-134.

LIU Chengwei, GUO Shiping, HE Yuyong. Effect of low temperature stress on early flowering of different flue-cured tobacco varieties with different seedling-age [J]. Acta Agriculturae Jiangxi, 2012, 24( 3):132-134.

[2] 李琦瑤，陳愛國，王程棟，等. 低溫脅迫對烤煙幼苗光合熒光特性及葉片結(jié)構(gòu)的影響[J]. 中國煙草學報，2018, 24(2):30-38.

LI Qiyao, CHEN Aiguo, WANG Chengdong, et alEffects of low temperature stress on photosynthetic fluorescence characteristics and leaf tissue structure of flue-cured tobacco seedlings[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2018, 24(2):30-38.

[3] 肖立增. 苗期低溫對煙草BR信號通路關(guān)鍵基因表達及發(fā)育進程的影響[D]. 重慶：西南大學，2016.

XIAO Lizeng. Influence of BR signaling pathway key gene expression and the development process under low temperature induction in tobacco seedling stage[D]. Chongqing: Southwest University, 2016.

[4] 蒲媛媛，趙玉紅，武軍艷，等. 北方強冬性甘藍型冬油菜品種（系）抗寒性評價[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2019, 52(19):3291-3308.

PU Yuanyuan, ZHAO Yuhong, WU Junyan, et alComprehensive assessment on cold tolerance of the strong winterL. cultivated in Northern China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(19):3291-3308.

[5] 王洋洋，賀利，任德超，等. 基于主成分-聚類分析的不同水分冬小麥晚霜凍害評價研究[J]. 作物學報，2022, 48(2): 448-462.

WANG Yangyang, HE Li, REN Dechao, et alEvaluations of winter wheat late frost damage under different water based on principal component-cluster analysis [J]. Acta Agronomica Sinica, 2022, 48(2): 448-462.

[6] 邵文靜，張今杰，蓋勝男，等. 低溫脅迫下高粱幼苗葉片生理變化及相關(guān)基因表達分析[J]. 農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學報，2021, 29(5): 857-870.

SHAO Wenjing, ZHANG Jinjie, GAI Shengnan, et alPhysiological changes and related genes expression analysis of Sorghum () seedlings under low temperature stress [J]. Journal of Agricultural Biotechnology, 2021, 29(5): 857-870.

[7] 張隴艷，程功敏，魏恒玲，等. 陸地棉種子萌發(fā)期對低溫脅迫的響應及耐冷性鑒定[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2021, 54(1):19-33.

ZHANG Longyan, CHENG Gongmin, WEI Hengling, et alChilling tolerance identification and response to cold stress ofvarieties (lines) during germination stage [J]. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(1):19-33.

[8] 張翔，楊勇，劉學勇，等. 外源水楊酸對低溫脅迫下海濱雀稗抗寒生理特征的影響[J]. 草業(yè)學報，2020, 29(1):117-124.

ZHANG Xiang, YANG Yong, LIU Xueyong, et al. Effect of exogenous salicylic acid on the antioxidant enzyme activities and fatty acid profiles in seashoreunder low temperature stress[J]. ACTA PRATACULTURAE SINICA, 2020, 29(1): 117- 124.

[9] LIU Weicheng, ZHENG Chunfang, CHEN Jinong, et al. Cold acclimation improves photosynthesis by regulating the ascorbate-glutathione cycle in chloroplasts of[J]. Journal of Forestry Research, 2019, 30(3): 755-765.

[10] 楊碧云，葉麗萍，鐘鳳林，等. 低溫處理對紫色小白菜品質(zhì)及光合特性的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)大學學報，2019, 46(1): 173-180.

YANG Biyun, YE Liping, ZHONG Fenglin, et alEffects of low-temperature stress on the quality and photosynthetic characteristics of purple cabbage [J]. Journal of Anhui Agricultural University, 2019, 46(1): 173-180.

[11] DING Yanglin, SHI Yiting, YANG Shuhua. Advances and challenges in uncovering cold tolerance regulatory mechanisms in plants[J]. New Phytologist, 2019, 222(4): 1690-1704.

[12] 鄭春芳，劉偉成，魏龍，等. 外施褪黑素對低溫脅迫下紅樹植物秋茄光合作用和抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)的調(diào)控[J]. 植物生理學報，2019, 55(8):1211-1221.

ZHENG Chunfang, LIU Weicheng, WEI Long, et alMelatonin regulates photosynthesis and ascorbate-glutathione cycle in a mangroveunder low temperature stress [J]. Plant Physiology Journal, 2019, 55 (8): 1211-1221.

[13] 王瑞霞，閆長生，張秀英，等. 春季低溫對小麥產(chǎn)量和光合特性的影響[J]. 作物學報，2018, 44(2): 288-296.

WANG Ruixia, YAN Changsheng, ZHANG Xiuying, et al. Effect of low temperature in spring on yield and photosynthetic characteristics of wheat [J]. ACTA AGRONOMICA SINICA, 2018, 44(2): 288-296.

[14] 楊晶，祝建波，張亞敏，等. 低溫脅迫對轉(zhuǎn)新疆雪蓮基因煙草光合作用的影響[J]. 生態(tài)學報，2015, 35(23): 7868- 7877.

YANG Jing, ZHU Jianbo, ZHANG Yamin, et al. Effects of low temperature stress on photosynthesis intransgenic tobacco[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(23) :7868-7877.

[15] 鄒婭，米文博，徐明霞，等. 低溫脅迫下北方強冬性區(qū)甘藍型冬油菜的低溫光合生理特征[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學學報，2021, 56(2): 105-113.

ZOU Ya, MI Wenbo, XU Mingxia, et al. Physiological and photosynthetic characteristics of winter rapeseed under low temperature stress region[J]. Journal of Gansu Agricultural University, 2021, 56(2):105-113.

[16] 劉海卿，孫萬倉，劉自剛，等. 北方寒旱區(qū)白菜型冬油菜抗寒性與抗旱性評價及其關(guān)系[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2015, 48(18): 3743-3756.

LIU Haiqing, SUN Wancang, LIU Zigang, et al．Evaluation of drought resistance and cold resistance and research of their relationship at seedling stage of winter rapeseed (L.) in cold and arid regions in North China [J]. Scientia Agricultura Sinica, 2015, 48(18):3743-3756.

[17] 徐舒，李玲，張思夢，等. 基于隸屬函數(shù)分析的甘薯薯苗耐冷性基因型差異研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2019, 52(17):2929-2938.

XU Shu, LI Ling, ZHANG Simeng, et al．Evaluation of genotype differences of cold tolerance of sweet potato seedlings by subordinate function value analysis [J]. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(17):2929-2938.

[18] 項洪濤，李琬，何寧，等. 苗期低溫脅迫下烯效唑?qū)t小豆根系抗寒生理及產(chǎn)量的影響[J]. 草業(yè)學報，2019, 28(7):92-102.

XIANG Hongtao, LI Wan, HE Ning, et al. Effect of S3307 on physiology resistance in root and on yield of adzuki bean under low temperature stress during seedling stage[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2019, 28(7):92-102.

[19] BAN Qiuyan, WANG Xuewen, PAN Cheng, et al. Comparative analysis of the response and gene regulation in cold resistant and susceptible tea plants [J]. PLoS One, 2017, 12(12): e0188514.

[20] 常博文，鐘鵬，劉杰，等. 低溫脅迫和赤霉素對花生種子萌發(fā)和幼苗生理響應的影響[J]. 作物學報，2019, 45(1): 118-130

CHANG Bowen, ZHONG Peng, LIU Jie, et al. Effect of low- temperature stress and gibberellin on seed germination and seedling physiological responses in peanut [J]. ACTA AGRONOMICA SINICA, 2019, 45(1): 118-130.

[21] 楊樹勛. 煙草酶促棕色化反應機理及其調(diào)控研究進展[J]. 作物研究，2019, 33(3):246-250.

YANG Shuxun. Study on mechanism and regulation technology of enzymatic browning of tobacco[J]. Crop research, 2019, 33(3): 246-250.

[22] 王馨雨，楊綠竹，王婷，等. 植物多酚氧化酶的生理功能、分離純化及酶促褐變控制的研究進展[J]. 食品科學，2020, 41(9): 222-237.

WANG Xinyu, YANG Lvzhu, WANG Ting, et al．Recent progress toward understanding the physiological function, purification, and enzymatic browning control of plant polyphenol oxidases [J]. Food Science, 2020, 41(9): 222-237.

[23] HUANG Junli, GU Min, LAI Zhibing, et al. Functional analysis of thegene family in plant growth, development, and response to environmental stress[J]. Plant Physiology, 2010, 153(4): 1526.

[24] 周培祿，劉光亮，王樹聲，等. 低溫脅迫下煙苗多酚代謝及其抗氧化能力分析[J]. 中國煙草科學，2018, 3 9(5): 33-39.

ZHOU Peilu, LIU Guangliang, WANG Shusheng,et al．Analysis of polyphenol metabolism and antioxidant capacity of tobacco seedlings under cold stress[J]. Chinese Tobacco Science, 2018, 39(5):33-39.

[25] 杜鑫宇，尹航，李瑩，等. 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[J]. 內(nèi)蒙古民族大學學報（自然科學版），2020, 35(2): 124-130.

DU Xinyu, YIN Hang, LI Ying, et al．Changes in physiological indexes of cold tolerance in different tobacco varieties at seedling stage under continuous low temperature stress[J]. Journal of Inner Mongolia University for Nationalities, 2020, 35(2):124-130.

[26] 李瑩，楊超群，高梓峰，等. 低溫脅迫下４份煙草品種苗期葉綠素及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化[J]. 延邊大學農(nóng)學學報，2021, 43(2): 44-52.

LI Ying, YANG Chaoqun, GAO Zifeng, et al. Changes of chlorophyll and osmotic adjustment substances in 4 tobacco cultivars at seedling stage under low temperature stress[J]. Agricultural Science Journal of Yanbian University, 2021, 43(2): 44-52.

[27] 李琦瑤. 低溫調(diào)控烤煙幼苗葉片生長發(fā)育的生理機制研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學院，2019.5.

LI Qiyao. Studies on the physiological mechanism of low temperature regulation on leaf growth and development of flue-cured tobacco seedling [D]. Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2019.5.

[28] 彭運生，劉恩. 關(guān)于提取葉綠素方法的比較研究[J]. 北京農(nóng)業(yè)大學學報，1992, 18(3): 247-250.

PENG Yunsheng, LIU En. Studies of method on extract chlorophyll a and b [J]. Acta agriculture universitaties pekinensis, 1992, 18(3):247-250.

[29] 陳愛葵，韓瑞宏，李東洋，等. 植物葉片相對電導率測定方法比較研究[J]. 廣東教育學院學報，2010, 30(5): 88-91.

CHEN Aikui , HAN Ruihong , LI Dongyang, et al．A comparison of two methods for electrical conductivity about plant leaves[J]. Journal of Guangdong Education Institute, 2010, 30(5):88-91.

[30] 李合生. 植物生理生化實驗原理與技術(shù)[M]. 北京. 高等教育出版社，2000, 164-168, 260.

LI Hesheng. Principle and technology of plant physiological and biochemical experiment[M]. Beijing: Higher Education Press, 2000, 164-168, 260.

[31] 張鶴，蔣春姬，殷冬梅，等. 花生耐冷綜合評價體系構(gòu)建及耐冷種質(zhì)篩選[J]. 作物學報，2021, 47(9): 1753-1767.

ZHANG He, JIANG Chunji, YIN Dongmei, et al．Establishment of comprehensive evaluation system for cold tolerance and screening of cold-tolerance germplasm in peanut [J]. ACTA AGRONOMICA SINICA, 2021, 47(9): 1753-1767.

[32] 段雯，初正春，周胤琦. 苗期低溫誘導對烤煙生長發(fā)育的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2020, 48(1): 49-51.

DUAN Wen, CHU Zhengchun, ZHOU Yinqi. Effects of low temperature on growth and development of flue-cured tobacco in seeding stage[J]. Journal Anhui Agricultural Science, 2020, 48(1):49-51.

[33] 李琦瑤，王樹聲，周培祿，等. 低溫脅迫對煙苗葉形及生理特性的影響[J]. 中國煙草科學，2018, 39(1):17-23.

LI Qiyao, WANG Shusheng, ZHOU Peilu, et al．Effects of low temperature stress on leaf shape and physiological characteristics in tobacco seedlings[J]. Chinese Tobacco Science, 2018, 39(1): 17-23.

[34] 尹航. 不同煙草品種苗期對低溫脅迫的若干生理響應及耐寒性綜合評價[D]. 延吉：延邊大學，2018.

YIN Hang. Physiological responses of different tobacco varieties to low temperature stress in seedling stage and comprehensive evaluation of cold tolerance[D]. Yanji: Yanbian university, 2018.

[35] 項洪濤，鄭殿峰，何寧，等. 植物對低溫脅迫的生理響應及外源脫落酸緩解脅迫效應的研究進展[J]. 草業(yè)學報，2021, 30(1): 208-219.

XIANG Hongtao, ZHENG Dianfeng, HE Ning, et al. Research progress on the physiological response of plants to low temperature and the amelioration effectiveness of exogenous ABA., 2021, 30(1):208-219.

[36] 王欣亞，吳委林，萬悅，等. 低溫誘導下2種烤煙品種苗期葉片保護酶活性及烤后化學成分的變化[J]. 延邊大學農(nóng)學學報，2018, 40 (3):44-51.

WANG Xinya, WU Weilin, WAN Yue, et al. Changes of protective enzyme activities and chemical composition of leaves after baking of two flue-cured tobacco varieties at seedling stage under low temperature induction. Agricultural Science Journal of Yanbian University, 2018, 40 (3):44-51.

[37] Miura Kenji, Furumoto Tsyoshi. Cold signaling and cold response in plants. International Journal of Molecular Sciences, 2013, 14: 5312-5337.

[38] 王秀田，盧秋巍，蒼晶，等. 低溫馴化對冬小麥葉綠素熒光特性及抗氧化酶活性的影響[J]. 植物生理學報，2016, 52(12): 1959-1969.

WANG Xiutian, LU Qiuwei, CANG Jing, et al. Effects of cold acclimation on chlorophyll fluorescence characteristics and antioxidant enzyme activity in winter wheat[J]. Acta Phytophysiol Sin, 2016, 52(12): 1959-1969.

[39] 劉自剛，袁金海，孫萬倉，等. 低溫脅迫下白菜型冬油菜差異蛋白質(zhì)組學及光合特性分析[J]. 作物學報，2016, 42(10): 1541- 1550.

LIU Zigang, YUAN Jinhai, SUN Wancang, et al. Differential proteomic analysis and photosynthetic characteristics of winter rapeseed under low temperature stress[J]. Acta Agronomica Sinica, 2016, 42(10): 1541-1550.

[40] 史普酉，賈孟，楊成翠，等. 不同黑脛病發(fā)病程度煙株生理特性的比較分析[J]. 江西農(nóng)業(yè)學報，2020, 32(1):19-26.

SHI Puyou, JIA Meng, YANG Chengcui,et alResearch on physiological characteristics of different degree black shank disease of flue-cured tobacco[J]. Acta Agriculturae Jiangxi, 2020, 32(1): 19-26.

[41] 闞娟，林仙佩，萬冰，等. 不同溶質(zhì)型桃果實成熟過程中酚類代謝與抗氧化能力的研究[J]. 現(xiàn)代食品科技，2017, 33(6):74-79.

KAN Juan, LIN Xianpei, WAN Bing, et al. Study of phenolic metabolism and antioxidant activities of two peach cultivars during maturation[J]. Modern Food Science and Technology, 2017, 33(6):74-79.

[42] 張秋芳，劉奕平，劉波，等. 煙草主要酚類物質(zhì)研究進展[J]. 福建農(nóng)業(yè)學報，2006, 21(2):158-163.

ZHANG Qiufang, LIU Yiping, LIU Bo,et al. Research progress in tobacco polyphenol substance [J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2006, 21(2):158-163.

Physiological responses of flue-cured tobacco to low temperature stress at root-extending stage

XIE Xiaoyu*, HOU Shuang, GUO Jinge, WANG Fenfen, CUI Kaidong, YANG Qi, CHEN Jinfen, GU Kaiyuan

College of Agronomy and Biotechnology, Southwest University, Chongqing 400716, China

[] This study aims to study the effect of low temperature stress on physiological characteristics of tobacco during root extension stage. [] The changes of associated physiological indicators including osmotic regulators, protective enzyme activities, polyphenol metabolism and photosynthesis of tobacco were studied using two different cold resistance tobacco varieties (Honghuadajinyuan with high cold resistance and K326 with low cold resistance) at root extension stage under low temperature stress in artificial incubator. On this basis, the suitable indexes for the identification of cold tolerance of flue-cured tobacco were screened. [] With the extension of low temperature stress time, the cold tolerance coefficient of the net photosynthetic rate and chlorophyll (a+b) of tobacco leaves showed a downward trend, and the downward rate was positively correlated with the degree of low temperature stress and negatively correlated with the cold resistance of varieties. The cold tolerance coefficient of malondialdehyde and relative conductivity were increased with the extension of low temperature stress time in the first 3 d, and the rising rate was negative correlated with the cold resistance of varieties. The cold tolerance coefficients of peroxidase (POD), superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), polyphenol oxidase (PPO), phenylalnine ammonialyase (PAL) and the soluble protein, soluble sugar and total phenol increased first and then decreased with the extension of low temperature stress time, and the rising speed of cold insensitive variety was higher than that of cold sensitive variety. Correlation analysis showed that the cold tolerance coefficient of relative conductivity was in extremely significant negative correlation with chlorophyll (a+b), net photosynthetic rate and SOD activity, in significant negative correlation with soluble protein, POD activity, PAL activity, and in significant positive correlation with malondialdehyde and chlorophyll a/b under low temperature stress. Principal component analysis showed that the first principal components determining the cold tolerance of tobacco mainly included the cold tolerance coefficient of relative conductivity, malondialdehyde, soluble sugar, soluble protein, chlorophyll (a+b), chlorophyll a/b, SOD activity, POD activity, total phenol and net photosynthetic rate. The second principal components mainly included the cold tolerance coefficient of the activity of CAT, PPO and PAL. [] The cold tolerance coefficient of leaf relative conductivity, chlorophyll (a+b), net photosynthetic rate and SOD activity can be used as the basis for screening cold tolerant tobacco germplasm under continuous low temperature stress. The cold tolerance coefficient of osmotic adjustment factors, antioxidant factors and photosynthetic factors can be used as the main screen indexes, and the cold tolerance coefficient of polyphenol metabolism factors can be used as the secondary screen indexes in the evaluation of tobacco cold tolerance.

flue-cured tobacco; low temperature stress; antioxidant enzymes; polyphenol metabolism; osmotic adjustment; photosynthesis

. Email: xiexy8009@163.com

謝小玉，侯爽，郭金格，等. 烤煙伸根期對低溫脅迫的生理響應[J]. 中國煙草學報，2022，28（5）.

XIE Xiaoyu, HOU Shuang, GUO Jinge, et al. Physiological responses of flue-cured tobacco to low temperature stress at root-extending stage[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2022,28(5).

10.16472/j.chinatobacco.2021.T0149

中國煙草總公司云南省公司科技計劃重點項目“烤煙養(yǎng)分調(diào)控與烘烤特性相關(guān)性研究”（2020530000241025）；“烤煙掛灰煙形成機理與消減策略研究”（2017YN09）

謝小玉（1968—），博士，教授，主要研究方向：植物生理生態(tài)與分子生物學，Tel：13883014356，Email：xiexy8009@163.com

2021-08-20；

2022-07-22