干旱脅迫對(duì)煙草幼苗生理特性的影響

段麗麗　劉仁祥

摘要：為研究干旱脅迫對(duì)煙草幼苗根、莖、葉生理特性的影響，對(duì)煙草幼苗進(jìn)行20%PEG6000干旱脅迫處理，于脅迫處理2 h、24 h后進(jìn)行根、莖、葉3個(gè)部位的取樣，通過(guò)測(cè)定干旱脅迫下煙草幼苗的生理指標(biāo)了解其抗旱特性。結(jié)果表明：根、莖、葉3個(gè)部位的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase， SOD）活性隨干旱脅迫時(shí)間的增加都呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)；根、莖、葉3個(gè)部位的過(guò)氧化物酶（peroxidase， POD）活性隨干旱脅迫時(shí)間的增加呈現(xiàn)出不同的變化；煙苗根和莖的過(guò)氧化氫酶（catalase， CAT）活性呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，葉片的CAT活性隨脅迫時(shí)間的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)；隨干旱脅迫時(shí)間的增加，根的丙二醛（malondialdehyde， MDA）含量呈現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢(shì)，煙苗莖和葉的MDA含量隨脅迫時(shí)間的增加而增加，在脅迫24 h時(shí)達(dá)到1.09和6.76 nmol/g。生理指標(biāo)相關(guān)性分析表明煙草幼苗中CAT活性與MDA含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.91。該研究結(jié)果可為進(jìn)一步研究煙草抗旱性研究提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煙草；干旱；生理特性；酶活性

中圖分類(lèi)號(hào)：S572文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A生長(zhǎng)在自然環(huán)境中的植物，受到干旱、低溫、鹽、高溫等自然環(huán)境的脅迫，而干旱對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響位于前列［1-5］。近年來(lái)，由于全球氣候變暖、土地沙漠化等氣候問(wèn)題導(dǎo)致土壤保水能力和含水量降低，進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)作物大量減產(chǎn)［6］。水分對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要［7-8］，干旱顯著影響植物各階段的生長(zhǎng)發(fā)育、生理生化代謝過(guò)程和生態(tài)環(huán)境，是植物成活與生長(zhǎng)的重要限制因素之一［9］。干旱脅迫會(huì)導(dǎo)致植物的生理生化過(guò)程受到損害，例如細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵酶活性、活性氧積累與合成、氣孔調(diào)節(jié)和其他氣體交換特性等［10-11］。孫穎等［12］研究干旱脅迫對(duì)3種地被植物生長(zhǎng)的影響發(fā)現(xiàn)，葉綠素含量、自由水/束縛水比值隨干旱程度的提高呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，而細(xì)胞膜透性隨脅迫程度的提高呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。劉文瑜等［13］通過(guò)研究干旱脅迫對(duì)不同藜麥品種苗期生理特性的影響表明，隨干旱脅迫程度的加劇，藜麥幼苗葉片MDA含量、POD酶活性呈現(xiàn)逐漸增高的趨勢(shì)，SOD和CAT酶活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。

煙草Nicotiana tabacum L.（2n=4x=48）起源于熱帶，是茄科煙草屬植物，是一種以葉片為收獲物的重要經(jīng)濟(jì)作物和商業(yè)作物，在全世界120多個(gè)國(guó)家廣泛種植［14-18］。同時(shí)，煙草也是一種進(jìn)行生物學(xué)研究的模式植物［19］和重要的植物生物反應(yīng)器［20-22］?？緹煹恼麄€(gè)生育期對(duì)水分的需求量大，不同生育階段對(duì)水分的需求不同，當(dāng)田間持水量小于50%時(shí)會(huì)影響煙草的生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致產(chǎn)量減少和品質(zhì)下降［23-25］。中國(guó)西南地區(qū)是我國(guó)的烤煙主產(chǎn)區(qū)，該地區(qū)地形地貌復(fù)雜多樣，降水分布極不均勻，該區(qū)域春旱災(zāi)害頻發(fā)，影響煙苗移栽存活率和煙苗生長(zhǎng)，而后期補(bǔ)苗則會(huì)導(dǎo)致煙草生長(zhǎng)不整齊，從而使得生產(chǎn)成本增加和質(zhì)量均勻性下降，因此，季節(jié)性干旱已成為限制我國(guó)西南地區(qū)煙葉生產(chǎn)的主要問(wèn)題［26］。為此，本研究以烤煙主栽品種‘K326為試驗(yàn)材料，研究不同干旱脅迫時(shí)間下煙草根、莖、葉3個(gè)組織的酶活性變化，探究煙草不同組織對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)，以期為干旱脅迫下煙草的響應(yīng)機(jī)制提供理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為烤煙品種‘K326，由貴州省煙草品質(zhì)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021年2—4月在貴州大學(xué)煙草研究基地進(jìn)行。將煙草種子播種于育苗盤(pán)中，采用漂浮育苗方式進(jìn)行育苗，漂盤(pán)放置于貴州大學(xué)煙草研究基地的溫室大棚中，白天溫度為16 h/25 ℃，夜間溫度為8 h/20 ℃，濕度為75%，育苗期間采用正常管理。試驗(yàn)設(shè)置對(duì)照（CK）、脅迫2 h（短時(shí)脅迫）、脅迫24 h（長(zhǎng)時(shí)脅迫）3個(gè)處理組。待煙苗長(zhǎng)至5葉1心時(shí)用20%PEG6000進(jìn)行處理，將20%PEG6000完全淋透基質(zhì)，處理前取的樣品為CK（0 h），淋透后2 h和24 h后取煙苗根、莖、葉3個(gè)部位的組織，每個(gè)處理混合3株取樣并設(shè)置3次重復(fù)，將取好的樣品放入凍存管后再轉(zhuǎn)入液氮中，最終于-80 ℃長(zhǎng)期保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3生理指標(biāo)測(cè)定方法

超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性及丙二醛（MDA）含量測(cè)定參考文獻(xiàn)［27］的方法進(jìn)行測(cè)定，按照樣本鮮重進(jìn)行酶活性及MDA含量計(jì)算。

1.4數(shù)據(jù)分析及做圖

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2019進(jìn)行整理，DPS軟件的Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行差異性分析，不同小寫(xiě)字母表示差異顯著。用 Origin 2021繪圖軟件進(jìn)行繪圖，采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)進(jìn)行做圖。

2結(jié)果與分析

2.1干旱脅迫下煙苗SOD活性變化

干旱脅迫下煙苗SOD活性變化見(jiàn)圖1所示。由圖1可知，根、莖、葉3個(gè)部位的SOD活性隨干旱脅迫時(shí)間的增加，SOD活性增加，SOD活性都呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。根、莖、葉3個(gè)部位的SOD活性在干旱脅迫2 h后達(dá)到164.92、64.99、196.21 U/g，其中，葉片SOD活性最高，莖中的SOD活性最低。與CK相比，干旱脅迫2 h和24 h的根、莖、葉SOD活性均達(dá)到顯著差異。

2.2干旱脅迫下煙苗POD活性變化

圖2為干旱脅迫下煙苗POD活性變化。從圖2可以看出，根、莖、葉3個(gè)部位的POD活性隨干旱脅迫時(shí)間的增加呈現(xiàn)出不同的變化。與CK相比，根中的POD活性隨干旱時(shí)間的增加呈現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢(shì)，在脅迫2 h后酶活性達(dá)到37 750.99 U/g，但差異不顯著。煙苗莖和葉中的POD活性呈現(xiàn)出隨干旱脅迫時(shí)間的增加而增加的趨勢(shì)，在干旱脅迫24 h后，莖和葉中的POD活性分別為6 769.59和5 040.05 U/g。

2.3干旱脅迫下煙苗CAT活性變化

干旱脅迫下煙苗CAT活性變化見(jiàn)圖3所示。在干旱脅迫下，隨干旱脅迫時(shí)間的增加，煙苗根和莖的CAT活性呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)，在干旱脅迫24 h時(shí)，根和莖的CAT活性分別達(dá)到24.61和33.20 U/g， 與CK（0 h）相比，達(dá)到顯著差異。煙苗葉片的CAT活性隨脅迫時(shí)間的增加呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，在脅迫2 h后，CAT活性達(dá)到234.25 U/g，與CK（0 h）相比，達(dá)到顯著差異。

2.4干旱脅迫下煙苗MDA含量變化

由圖4可知，根、莖、葉3個(gè)部位的組織在干旱脅迫下呈現(xiàn)出不同的變化。在干旱脅迫下，隨干旱脅迫時(shí)間的增加，根的MDA含量呈現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢(shì)，在干旱脅迫2 h時(shí)，MDA含量達(dá)到1.87 nmol/g，但未達(dá)到顯著差異。煙苗莖和葉的MDA含量隨干旱脅迫時(shí)間的增加而增加，在干旱脅迫24 h時(shí)達(dá)到1.09和6.76 nmol/g。與CK相比，莖的MDA含量在干旱脅迫24 h后達(dá)到顯著差異，葉片的MDA含量在干旱脅迫2 h后達(dá)到顯著差異。

2.5不同生理指標(biāo)間的相關(guān)性分析

煙苗干旱脅迫下根、莖、葉中的SOD、POD、CAT活性和MDA含量相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，在干旱脅迫下，煙草幼苗中CAT活性與MDA含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.91，而其他指標(biāo)間沒(méi)有顯著的相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明在干旱脅迫下，煙草幼苗通過(guò)提高CAT活性及MDA含量來(lái)抵御干旱，提高自身的抗旱能力。

3結(jié)論與討論

在非生物脅迫中，干旱是影響植物生長(zhǎng)的主要脅迫之一［28］。植物遭受逆境脅迫時(shí)，會(huì)引起細(xì)胞膜損傷和膜透性的增加，細(xì)胞內(nèi)活性氧的增加，誘發(fā)脂質(zhì)過(guò)氧化作用，導(dǎo)致胞液外滲、代謝失調(diào)，最終導(dǎo)致死亡［29-30］。SOD、POD、CAT是植物體內(nèi)主要的抗氧化保護(hù)酶，其中，SOD被認(rèn)為是防御活性氧（ROS）反應(yīng)的基礎(chǔ)，提高植株內(nèi)的CAT和POD活性，是植物重要的抗旱機(jī)制［31-32］。許多研究表明，在不同程度的干旱脅迫下，SOD、POD、CAT活性隨干旱程度的增加呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)［33-35］。本研究結(jié)果表明，干旱脅迫下，煙苗的根、莖、葉SOD、POD、CAT活性隨干旱脅迫時(shí)間的增加，呈現(xiàn)出先增加后降低或者一直增加的趨勢(shì)。這些研究結(jié)果與高鵬飛［36］對(duì)光叉委陵菜、張冬野［35］對(duì)番茄幼苗的研究結(jié)果一致。

MDA是植物體膜脂過(guò)氧化的重要產(chǎn)物之一， 可作為反映植物體受損的重要生理指標(biāo)。研究表明， MDA具有細(xì)胞毒性，其含量累積會(huì)導(dǎo)致植物細(xì)胞膜穩(wěn)定下降，MDA含量越高，說(shuō)明植物受損程度越嚴(yán)重［37］。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在干旱脅迫下，隨干旱脅迫時(shí)間的增加，根的MDA含量呈現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢(shì)，而煙苗莖和葉的MDA含量隨脅迫時(shí)間的增加而增加，表明干旱脅迫使煙苗的MDA含量變高，說(shuō)明干旱脅迫導(dǎo)致植物受損嚴(yán)重。

生理指標(biāo)間的相關(guān)性分析表明，煙草幼苗中CAT活性與MDA含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.91，而其他指標(biāo)間的相關(guān)性未達(dá)到顯著或者極顯著相關(guān)。說(shuō)明在干旱脅迫下，煙草幼苗通過(guò)提高CAT活性及MDA含量來(lái)抵御干旱，提高自身的抗旱能力。這與馬亞珺等［38］研究低溫脅迫對(duì)紫花苜蓿幼苗升力特性的研究結(jié)果一致。

綜上所述，干旱脅迫下，煙苗隨著干旱脅迫時(shí)間的增加，煙苗根、莖、葉3個(gè)部位的SOD、POD、CAT活性和MDA的含量呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。在干旱脅迫下，煙苗通過(guò)提高抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性來(lái)清除活性氧，減輕對(duì)植物的損害。該研究結(jié)果為研究干旱脅迫下煙苗酶活性的變化奠定理論基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯：于慧梅）

Effect of Drought Stress on the Physiological Characteristics

of Nicotiana tabacum L. Seedlings

DUAN Lili LIU Renxiang

（1.College of Agriculture， Guizhou University， Guiyang 550025， China; 2.Journal Editorial Department， Guizhou University，

Guiyang 550025， China; 3.Guizhou Key Laboratory for Tobacco Quality Research， Guiyang 550025， China）Abstract： In order to study the effects of drought stress on physiological characteristics of roots， stems and leaves of Nicotiana tabacum L. seedlings， we treated the tobacco seedlings with 20% PEG6000 drought stress. The roots， stems and leaves tissues of tobacco seedlings were sampled after 2 h and 24 h of drought stress treatment， and the drought resistance indexes of tobacco seedlings were determined by measuring the physiological indicators of tobacco seedlings under drought stress. The results showed that， with the increase of drought stress time， the activity of superoxide dismutase （SOD） in roots， stems and leaves showed a trend of first increasing and then decreasing， while the activity of peroxidase （POD） in the root， stem， and leaf showed different changes. The activity of catalase （CAT） in roots and stems of tobacco seedlings showed an increasing trend， but that in leaves increased at first and then decreased with the increase of stress time. With the increase of drought stress time， the malondialdehyde （MDA） content in roots showed a trend of first increasing and then decreasing. However， the MDA content in stems and leaves of tobacco seedlings increased with the increase of stress time， and reached 1.09 and 6.76 nmol/g after drought stress 24 h， respectively. The correlation analysis of physiological indicators showed a highly significant positive correlation between CAT enzyme activity and MDA content in tobacco seedlings， with a correlation coefficient of 0.91. These research results could provide a theoretical basis for further research on tobacco drought resistance.

Key words： Nicotiana tabacum L.; drought stress; physiological characteristics; enzyme activity