氯脅迫下水凝膠用量對(duì)煙苗生長(zhǎng)發(fā)育和抗氧化酶活性的影響

摘要：為緩解氯脅迫對(duì)煙苗生長(zhǎng)發(fā)育的不利影響，本試驗(yàn)以水凝膠為材料，設(shè)置5個(gè)處理即CK（不施KCI和水凝膠）、CK1（1.15 g KCl/盆+0 g水凝膠）、T1（1.15 g KCl/盆+1 g水凝膠／盆）、T2（1.15 g KCl/盆+3 g水凝膠／盆）和T3（1.15 g KCl/盆+5 g水凝膠／盆），研究氯脅迫下施用水凝膠對(duì)煙苗生長(zhǎng)發(fā)育、抗氧化系統(tǒng)和常規(guī)化學(xué)成分的影響。結(jié)果表明，隨著水凝膠用量增加，煙苗氯含量呈下降趨勢(shì)，T2、T3處理煙苗氯含量較CK1分別降低21.35%和30.62%；T2處理煙苗地上部地下部鮮重、地上部地下部干重較CK1分別提高16. 90%、20. 29%、20.00%和30.93%，T3處理煙苗地上部地下部鮮重、地上部地下部干重較CK1分別提高27. 70%、22.46%、30.77%和37. 11%；T2、T3處理煙苗光合速率較CK1分別提高29.23%、41.78%；T2處理煙苗過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）活性以及丙二醛（MDA）含量較CK1分別降低19.30%、22. 11%、12.98%和13. 25%，T3處理煙苗CAT、POD、SOD活性以及MDA含量較CK1分別降低19. 91%、21.59%、21. 13%和20.33%；T2、T3處理有效提高氯脅迫下煙苗煙堿、總糖、還原糖含量和鉀氯比。綜上可見，施用水凝膠可有效緩解氯脅迫對(duì)煙苗的不利影響，促進(jìn)煙苗生長(zhǎng)發(fā)育。

關(guān)鍵詞：水凝膠；氯脅迫；煙苗；生長(zhǎng)發(fā)育；抗氧化酶活性

中圖分類號(hào)：S572 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2024） 10-0080-06

我國(guó)北方煙區(qū)土壤氯含量較高，煙草對(duì)氯素營(yíng)養(yǎng)又較為敏感，因此極易吸收土壤中的氯元素而積累在煙葉中，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)一些煙區(qū)的煙葉氯含量過高，而過量的氯會(huì)限制煙株生長(zhǎng)、降低煙葉質(zhì)量、影響卷煙吸食品質(zhì)等。水凝膠又稱強(qiáng)吸水性樹脂或者強(qiáng)吸水保濕劑，是一種具有超強(qiáng)吸水持水能力的新型高分子網(wǎng)狀材料。水凝膠在吸水的同時(shí)還能夠通過溶脹與成鍵作用將溶液中的離子包裹固定，具備離子吸附的性能。因此，針對(duì)植煙土壤中氯含量過高這一現(xiàn)象，利用水凝膠自身的離子吸附性能，可以有效吸附、包裹土壤中的氯離子，緩解土壤氯含量過高對(duì)煙草的不利影響。

近年來大量研究表明，水凝膠可以有效吸附氯離子，降低環(huán)境中的氯含量。吳嘉茵等研制出新型納米纖維素水凝膠并對(duì)其氯離子的吸附效應(yīng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其對(duì)Cl-有良好的熒光淬滅效應(yīng)。張用吉等研制出PVP/石墨烯復(fù)合材料并將其用于吸附水中氯離子，結(jié)果顯示其對(duì)氯離子的吸附量達(dá)到400 mg/g。梅雅楠等研究水凝膠對(duì)旱地土壤養(yǎng)分和烤煙質(zhì)量的影響發(fā)現(xiàn)，水凝膠能有效降低烤后煙葉中的氯含量。目前，煙草上關(guān)于水凝膠的研究多集中在抗旱和重金屬吸附等方面，而水凝膠在緩解煙草氯脅迫方面的研究鮮有報(bào)道。為此，本試驗(yàn)基于水凝膠對(duì)離子的吸附性能，研究不同用量水凝膠對(duì)氯脅迫下煙苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響，旨在為緩解煙苗氯脅迫提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試烤煙品種為K326。水凝膠為市售“可信的”牌商用水凝膠（聚丙烯酰胺）。KCl（AR）為天津光復(fù)科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品。風(fēng)干土（過40目篩）取自河南農(nóng)業(yè)大學(xué)許昌校區(qū)，有機(jī)質(zhì)含量為19.09 g/kg、堿解氮74.70 mg/kg、有效磷8.70mg/kg、速效鉀114.50 mg/kg、水溶性氯24. 80mg/kg，pH值7.6。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

將無菌K326煙草種子均勻播撒在經(jīng)過消毒處理的漂浮育苗盤的基質(zhì)中，置于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院國(guó)家煙草栽培生理生化研究基地中心實(shí)驗(yàn)室光照培養(yǎng)架中25℃條件下培養(yǎng)，保證有充足水分。當(dāng)煙苗生長(zhǎng)到3片幼葉時(shí)，用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)至4片真葉，營(yíng)養(yǎng)液每周更換2次。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。選取長(zhǎng)勢(shì)一致的強(qiáng)壯幼苗從育苗盤中連基質(zhì)一起拔出（2022年5月8日），移栽到塑料盆（直徑X高= 16.5 cm×9.8 cm）中。每處理植煙4盆，每盆1株，重復(fù)3次。移栽前，將KCl、水凝膠與風(fēng)干土混合均勻裝入塑料盆，移栽后煙苗置于光照培養(yǎng)架上培養(yǎng)。培養(yǎng)條件為：光照強(qiáng)度4 000 lx，平均光照12 h/d，每盆2d澆水50 mL，10 d（2022年5月18日）后每盆2d澆水100 mL。煙苗移栽21 d（2022年5月29日）時(shí)取樣進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 生物量測(cè)定

采用Zhang等的方法測(cè)定煙苗生物量。

1.3.2 葉片光合速率測(cè)定

參照More等的方法，采用11- 6400型光合儀對(duì)煙苗葉片凈光合速率（Pn）進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 葉片丙二醛含量和抗氧化酶活性測(cè)定

參考李合生所著《植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)》中的方法測(cè)定。其中，SOD活性采用氮藍(lán)四唑光還原法測(cè)定，POD活性用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，CAT活性采用紫外分光光度法測(cè)定，MDA含量采用硫代巴比妥法測(cè)定。

1.3.4 煙葉常規(guī)化學(xué)成分測(cè)定

將烘干后的煙葉磨碎并過60目篩，采用《煙草及煙草制品氯的測(cè)定 連續(xù)流動(dòng)法》（YC/T 162-2011）中的方法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)均通過Microsoft Excel 2016和IBMStatistics SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Mi-crosoft Excel作圖，多重比較采用Duncan's法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水凝膠用量對(duì)氯脅迫下煙苗氯含量的影響

由圖1可知，氯脅迫下（CK1）煙苗氯含量顯著高于CK。與CK1相比，T1、T2和T3處理由于施加不同用量的水凝膠，其煙葉氯含量均顯著下降，且隨水凝膠施用量的增加降幅增大，分別降低10.67%、21. 35%和30. 62%。這可能是由于隨著水凝膠用量增加其對(duì)土壤中氯離子的吸附量增大進(jìn)而減少煙株可吸收的氯含量所致。

2.2 不同水凝膠用量對(duì)氯脅迫下煙苗單株生物量的影響

由表2可知，氯脅迫限制煙苗的生物量積累，CK1煙苗地上部鮮重、地上部地下部干重都顯著低于CK。T1、T2、T3處理煙苗生物量隨水凝膠用量增加呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)。相較于CK1，T1處理煙苗地上部地下部鮮重、地上部地下部干重分別增加3.32%、6.52%、4.62%和13.40%；T2處理煙苗地上部地下部鮮重、地上部地下部干重分別增加16.90%、20.29%、20. 00%和30. 93%；T3處理煙苗地上部地下部鮮重、地上部地下部干重分別增加27 .70%、22. 46%、30. 77%和37.11%。可見，水凝膠能緩解氯脅迫對(duì)煙苗生長(zhǎng)的抑制作用。

2.3 不同水凝膠用量對(duì)氯脅迫下煙苗光合速率的影響

氯是構(gòu)成煙草葉綠體和光合反應(yīng)中輔酶的不可或缺的元素，但氯含量過高則會(huì)導(dǎo)致植物光系統(tǒng)Ⅱ遭受破壞，降低光合速率。由圖2可知，CK1煙苗的凈光合速率顯著低于CK，施用水凝膠后，煙苗的光合速率顯著提高，與CK1相比，T1、T2、T3處理分別升高11.67%、29.23%和41 .78%。這可能是由于施用水凝膠降低了氯脅迫下煙葉氯含量，進(jìn)而緩解氯對(duì)煙苗光合的抑制作用。

2.4 不同水凝膠用量對(duì)氯脅迫下煙苗MDA含量的影響

MDA是植物細(xì)胞膜脂過氧化最主要的產(chǎn)物之一，MDA含量升高，說明植物細(xì)胞膜受到氧化損傷，其含量越高，破壞程度越大。由圖3可知，氯脅迫下（CK1）煙苗MDA含量顯著升高，較CK提高14.48%，而T2和T3處理煙苗MDA含量顯著低于CK1，分別降低13.25%和20.33%。

2.5 不同水凝膠用量對(duì)氯脅迫下煙苗抗氧化酶活性的影響

氯脅迫會(huì)誘導(dǎo)植物抗氧化酶活性升高，以清除體內(nèi)過量積累的活性氧。由圖4可知，CK1煙苗SOD、CAT、POD活性均高于CK，分別升高17.93%、46.22%和104.74%。T1、T2和T3處理煙苗SOD活性較CK1分別降低8.71%、12.98%和21. 13%，CAT活性較CK1分別降低8.97%、19.30%和19. 91%，POD活性較CK1分別降低27.76%、22.11%和21.59%。施用水凝膠后，煙苗SOD、CAT活性的變化趨勢(shì)相同，均隨著水凝膠用量增加而下降。由此得出，水凝膠能夠降低氯脅迫對(duì)煙苗的氧化損傷程度，使其無需大量誘導(dǎo)抗氧化酶活性升高來用以清除活性氧。

2.6 不同水凝膠用量對(duì)氯脅迫下煙苗常規(guī)化學(xué)成分的影響

由表3可知，氯脅迫下煙苗鉀含量顯著提高，但過量施用水凝膠（T3）會(huì)抑制煙苗對(duì)鉀的吸收。氯脅迫限制了煙苗煙堿的合成，然而施用水凝膠的T2和T3處理較CK1的煙堿含量分別提高12.90%、9.68%（P＜0.05）。T2處理煙苗還原糖含量顯著高于CK和CK1，分別提高7.28%和9.46%。T2處理煙苗總糖含量顯著高于CK1，提高7.76%。氯脅迫顯著降低煙苗的鉀氯比，隨水凝膠用量增加，鉀氯比呈顯著上升趨勢(shì)，T2和T3處理較CK1分別提高26.89%和32.77%。氯脅迫下施用水凝膠對(duì)煙苗的糖堿比無顯著影響。

3 討論

3.1 不同水凝膠用量對(duì)氯脅迫下煙苗氯含量及光合速率的影響

水凝膠不僅可以吸附土壤中的Cd2+、Cu2+等陽(yáng)離子，還能包裹Cl-、NO3-等陰離子。田飛通過盆栽試驗(yàn)與大田試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，煙葉氯含量與土壤氯含量呈顯著或極顯著正相關(guān)。本研究中，施用水凝膠顯著降低了氯脅迫下的煙苗葉片氯含量，且隨水凝膠用量的增加效果越顯著，這與秦端端等的研究結(jié)果類似。其原因可能是，隨水凝膠用量增加，其對(duì)土壤中Cl-的吸附量增大，從而降低土壤中可被煙苗吸收的氯含量。

氯參與植物葉綠素的合成，適當(dāng)施氯會(huì)促進(jìn)煙葉的光合作用，促使煙葉干物質(zhì)積累，但過量施氯則會(huì)抑制煙草生長(zhǎng)，從而降低煙草生物量。植物葉片光合作用降低的因素，主要包括由氣孔部分關(guān)閉導(dǎo)致的氣孔限制和葉肉細(xì)胞光合活性下降導(dǎo)致的非氣孔限制兩類。胡小婉等認(rèn)為，氯脅迫會(huì)抑制植物氣孔打開，進(jìn)而降低其光合作用和蒸騰作用，抑制生長(zhǎng)。李建和等研究發(fā)現(xiàn)，供氯過多會(huì)抑制葉綠素的合成，進(jìn)而抑制煙葉光合速率。王少先等研究施氯對(duì)煙草植株光合特性影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，施氯量達(dá)到一定程度后其光合作用會(huì)下降。本研究中，施用水凝膠處理有效降低了煙苗葉片氯含量，進(jìn)而緩解氯脅迫對(duì)煙苗光合作用的抑制，促進(jìn)煙苗生物量的積累，且隨水凝膠用量增加效果越顯著，這與田飛等的研究結(jié)果相似。

3.2 不同水凝膠用量對(duì)氯脅迫下煙苗抗氧化酶活性、MDA含量和常規(guī)化學(xué)成分的影響

抗氧化酶系統(tǒng)被認(rèn)為是植物遭受環(huán)境脅迫時(shí)重要的防御體系，主要包括過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）等?？寡趸富钚缘母叩团c植物對(duì)脅迫的抗性有密切關(guān)系。劉正魯?shù)妊芯堪l(fā)現(xiàn)，氯化鈉脅迫顯著增加茄子葉片中的活性氧（ROS）積累，誘導(dǎo)其抗氧化酶活性升高。MDA是植物細(xì)胞膜脂過氧化的產(chǎn)物，其含量越高，氧化損傷越大。李春雷以幼齡茶樹為研究對(duì)象，采用水培法研究不同濃度氯離子對(duì)茶樹抗氧化系統(tǒng)的影響，發(fā)現(xiàn)隨氯離子濃度升高，MDA含量顯著增加，而在低氯脅迫下MDA含量與對(duì)照差異不顯著。本試驗(yàn)中，氯脅迫即CK1處理煙苗的抗氧化酶（SOD除外）活性、MDA含量相較于CK均顯著升高，表明氯脅迫會(huì)導(dǎo)致煙苗抗氧化酶活性升高，以及造成膜脂過氧化損傷：而施用水凝膠后，葉片氯含量顯著降低，有效緩解氯脅迫對(duì)煙苗的氧化損傷，降低煙苗抗氧化酶活性和MDA含量，這與萬春陽(yáng)等的研究結(jié)果相似。

蔣海峰等研究認(rèn)為，施用過量氯肥會(huì)導(dǎo)致煙草中煙堿、鉀含量和鉀氯比下降。張陽(yáng)等研究發(fā)現(xiàn)，適量施氯促進(jìn)煙草總糖、還原糖的合成，但過量施氯會(huì)起抑制作用，同時(shí)降低鉀氯比。本試驗(yàn)中，氯脅迫下煙苗煙堿、總糖、還原糖含量以及鉀氯比均降低，但水凝膠的施用有效緩解了這一效應(yīng)。這可能是由于，施用水凝膠可以促進(jìn)植物根系發(fā)育，而煙堿的合成是在煙草根系中進(jìn)行，因此水凝膠促進(jìn)了煙苗煙堿合成：總糖和還原糖含量與煙草的光合作用密切相關(guān)，水凝膠的施用有效緩解了氯脅迫對(duì)煙苗光合的抑制作用，進(jìn)而促進(jìn)總糖和還原糖的合成。

4 結(jié)論

綜上所述，氯脅迫下施用適量水凝膠可以有效緩解氯對(duì)煙苗生長(zhǎng)發(fā)育的不利影響，減少煙株對(duì)氯的吸收，提高煙葉的光合作用，促進(jìn)煙苗生物量積累，緩解氯對(duì)煙苗的氧化損傷，從而保證煙草植株能夠正常生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)促進(jìn)煙苗煙堿、總糖、還原糖的合成以及提高鉀氯比。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（32300342）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFD0200808）；河南省煙草公司平頂山市公司項(xiàng)目（PYKJ202401）；河南省煙草公司三門峽市公司項(xiàng)目（2022411200200004x）