干旱脅迫下5個烤煙品種的生理指標變化及抗旱性比較

楊華應 劉桂虎 周應兵 李廷春

摘要 [目的]比較5個烤煙品種的抗旱性。[方法]選用5個烤煙品種（安煙2號、K326、云煙97、中煙100、中煙14），采用漂浮育苗技術育苗，在苗期5葉期進行干旱脅迫處理，并對與抗旱性相關的部分生理指標進行了測定。[結果]相同的干旱脅迫條件下，某些烤煙品種對干旱的敏感程度和忍耐力存在顯著差異，安煙2號和中煙14的抗旱性相近，屬抗旱性較強的品種，云煙97和中煙100次之，K326的抗旱性最弱。[結論]該研究結果可為干旱地區烤煙主栽品種的選擇提供參考。

關鍵詞 烤煙品種；干旱脅迫；抗旱性；生理指標

中圖分類號 S501 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）13-0020-04

Physiological Changes and Drought Resistance Comparison of 5 Flue-cured Tobacco Cultivars under Drought Stress

YANG Hua-ying， LIU Gui-hu， ZHOU Ying-bing*， LI Ting-chun*

（Tobacco Research Institute， Anhui Academy of Agricultural Sciences， Hefei， Anhui 230031）

Abstract [Objective] To study the drought resistance of 5 flue-cured tobacco cultivars. [Method] Five flue-cured tobacco cultivars were selected and cultured by using floating seedling-raising technology. And they were treated with drought stress at 5-leaf period of seedling. And some physiological indices related with drought resistance were determined. [Result] Under the same conditions of drought stress， the sensitivity and tolerance of some flue-cured tobacco cultivars to drought had significant difference. The drought resistance of Anyan 2 and Zhongyan 14 was similar， belonging to flue-cured tobacco cultivars with stronger drought resistance. The drought resistance of Yunyan 97 and Zhongyan 100 followed by， and the drought resistance of K326 was the most worst. [Conclusion] The results can provide reference for selecting main varieties of flue-cured tobacco in arid areas.

Key words Flue-cured tobacco；Drought stress；Drought resistance；Physiological index

烤煙是我國重要的經濟作物之一，整個生育期對水分的要求高。篩選鑒定抗旱的種質是目前選育優良抗旱品種的前提，為此研究者們也開展了烤煙抗旱性研究以及抗旱品種篩選工作。汪耀富等[1]研究表明，丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）與過氧化氫酶（CAT）均可作為煙草品種抗旱性的衡量指標之一。上述指標對干旱脅迫的反應都很敏感，而干旱對煙株的傷害可能與其體內活性氧代謝失調有關。

尹福強[2]采用盆栽試驗研究了干旱處理對不同品種煙草植株的理化指標的影響，結果表明，干旱處理后，CAT活性和MDA含量顯著增加，脯氨酸（Pro）含量迅速積累，抗旱品種的SOD活性先迅速升高然后逐漸下降，非抗旱品種的SOD則在干旱處理期間緩慢上升。

筆者以新育成的烤煙品種（安煙2號）、生產上3個烤煙主栽品種（K326、云煙97、中煙100）和1個抗旱對照品種（中煙14）為材料進行苗期的干旱脅迫，通過測定未干旱處理的正常對照和干旱脅迫后的光能利用效率參數、光合作用參數、脯氨酸含量、丙二醛含量以及抗氧化系統酶活性等生理生化指標，分析干旱脅迫對不同烤煙品種生理生化指標的影響，探討烤煙主栽品種的抗旱性差異，旨在為干旱地區烤煙主栽品種的選擇、推廣提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試烤煙品種共5個，分別為安煙2號、K326、云煙97、中煙100、中煙14。其中K326、云煙97和中煙100均為目前生產上的主栽品種之一，中煙14是目前抗旱研究試驗和烤煙生產中均得到公認的抗旱烤煙品種[3]。

育苗盤為187孔泡沫漂浮育苗盤，育苗基質為湖南省湘暉農業技術開發有限公司生產的湘正農牌煙草漂浮育苗專用基質。

1.2 試驗設計

采用塑料大棚漂浮育苗技術，進行播種、育苗，待煙苗長至5片真葉時，將育苗盤從育苗池中取出進行連續自然干旱處理，采用托普土壤水分測定儀（TZS-1）監測基質中含水量，待基質含水量為45%～50%時，測定煙苗倒3葉葉綠素熒光參數與光合作用參數，然后取下葉片放置冰箱-20 ℃下保存，用于測定抗氧化物酶活性、丙二醛含量與脯氨酸含量。試驗重復3次，以正常漂浮培養的煙苗作為對照。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉綠素熒光參數。用德國WALZ公司生產的PAM-2500便攜式脈沖可調制式熒光測定儀，設定飽和脈沖時間長800 ms，脈沖頻率為20 s，脈沖光強3 000 μmol/（m2·s），測量光強100 μmol/（m2·s），作用光強為150 μmol/（m2·s）的條件下，測定煙草幼苗葉綠素熒光參數。待暗適應15 min后，初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、光系統 Ⅱ（PS Ⅱ）最大光化學效率（Fv/Fm）在慢誘導模式啟動初始，打開測量光與飽和脈沖光強時測定。

1.3.2 光合參數。采用美國LI-COR公司生產的Li-6400光合測定儀，以開放式氣路，設定光強為1 400 μmol/（m2·s），大氣CO2濃度在390 μmol/mol左右，溫度為28 ℃，在上午測定煙苗的凈光合速率（Net photosynthetic rate，Pn）、氣孔導度（Stomatal conductance，Cond）、蒸騰速率（Transpiration rate，Tr）。每個處理取3片完全伸展的葉片進行測定。

1.3.3 脯氨酸含量、丙二醛含量與抗氧化系統酶活性。脯氨酸（Pro）與丙二醛（MDA）含量、SOD、POD與CAT酶活性均采用南京建成生物工程研究所提供試劑盒進行測定[4-6]。

1.3.4 數據統計與分析。采用DPS 14.10數據處理系統軟件進行方差分析及多重比較。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對不同烤煙品種葉綠素熒光參數的影響

在植物受到逆境脅迫時，PS Ⅱ反應中心的破壞或可逆失活則引起Fo的增加，可根據Fo的變化推測反應中心的狀況和可能的光保護機制[7]。從表1可以看出，干旱脅迫使4個品種的Fo都呈上升趨勢，表明PS Ⅱ反應中心遭到破壞。K326顯著高于其他4個品種，云煙97和中煙100顯著高于中煙14和安煙2號。這說明K326 PS Ⅱ反應中心遭到破壞最嚴重，安煙2號和中煙14上升很少，說明其具有抵御PS Ⅱ反應中心遭到破壞的能力，云煙97和中煙100介于二者之間。

最大熒光Fm是反應中心處于完全關閉時的熒光產量。由表1可知，對照處理各品種間無顯著差異，干旱脅迫處理后K326和中煙100的Fm顯著低于其他3個品種。

Fv/Fm是PS Ⅱ最大光化學量子效率或最大PS Ⅱ的光能轉換效率，反映當所有反應中心開放時PS Ⅱ的最大光化學效率，可以衡量PS Ⅱ的光抑制程度。從表1可以看出，干旱脅迫處理后安煙2號基本維持不變，中煙14的Fv/Fm下降幅度為1.24%，K326的Fv/Fm下降幅度最大（2.74%），云煙97和中煙100的下降幅度介于二者之間。K326的Fv/Fm顯著低于其他4個品種，云煙97、中煙100和中煙14無顯著差異。

2.2 干旱處理對不同烤煙品種光合參數的影響

凈光合速率（Pn）是指植物光合作用積累的有機物，是總光合速率減去呼吸速率的值，凈光合速率是指植物在單位時間內積累的有機物的量。氣孔導度（Cond）表示氣孔張開的程度，影響光合作用、呼吸作用及蒸騰作用，它直接與蒸騰作用成正比。蒸騰速率（Tr）是指植物在一定時間內單位葉面積蒸騰的水量。

從表2可以看出，與對照相比，干旱處理的各品種凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Cond）與蒸騰速率（Tr）均明顯下降。經干旱處理后，安煙2號與中煙14的Pn與K326、中煙100、云煙97之間差異顯著；從Cond來看，經干旱處理后K326的Cond值最低，與安煙2號、云煙97和中煙14差異顯著；從Tr來看，經干旱處理后中煙14的Tr值最高，其次是中煙100、安煙2號和云煙97，K326的Tr值最低，K326與安煙2號、云煙97、中煙100、中煙14差異顯著。

2.3 干旱處理對不同烤煙品種脯氨酸含量與丙二醛含量的影響

脯氨酸（Pro）是植物體內重要的滲透調節物質之一，是衡量植物抗旱性的生理生化指標之一[8]。干旱處理會引起各烤煙品種的脯氨酸大量積累。脯氨酸增幅較大的更有利于滲透勢的降低，從而緩解干旱脅迫造成的影響。由表3可知，對照處理不同品種間脯氨酸含量無顯著差異，經過干旱處理的安煙2號、云煙97、中煙100與中煙14的脯氨酸含量顯著高于K326（P<0.05）。

丙二醛（MDA）是膜脂過氧化的最終分解產物，是反映植物遭遇逆境脅迫程度的重要因子之一，人們常用它作為膜脂過氧化的指標[9]。逆境脅迫前后MDA含量的增加幅度小，說明膜脂受到的傷害小，抗旱性就相對強。由表3可知，對照處理不同烤煙品種間MDA含量無顯著差異，經干旱處理的各品種MDA含量均明顯升高，其中K326和中煙100的MDA含量顯著高于安煙2號、云煙97和中煙14，表明其遭受干旱脅迫的程度最為嚴重，而安煙2號的MDA含量相對較低，與中煙14接近。

2.4 干旱脅迫對不同烤煙品種抗氧化系統酶活性的影響

植物抗氧化系統是逆境脅迫的響應系統之一。干旱脅迫造成活性氧的產生，為了避免或緩解活性氧帶來的傷害，植物體內形成了多種防御機制，主要有2種：①抗氧化酶類，如過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）等；②小分子抗氧化物[10-11]。這些抗氧化系統在逆境脅迫下的正常運轉對植物細胞生理生化功能的維持至關重要。抗旱性強的植物品種，在干旱脅迫下酶的活性往往較高，因而能有效清除活性氧，阻止膜脂過氧化。從圖1可以看出，未經干旱處理的各品種間的CAT、SOD與POD活性無明顯差異，經干旱處理的各烤煙品種的CAT、SOD與POD活性均顯著升高，而在不同烤煙品種間也存在差異。安煙2號與中煙14的CAT、SOD與POD值相對較高，增加的幅度較大，表明安煙2號和中煙14可以有效緩解活性氧帶來的傷害，而K326的值最低，表明其抗旱性能要弱于其他4個品種。

3 討論

植物在干旱脅迫下可以通過形態、細胞、亞細胞以及分子水平的方式來適應脅迫條件。形態適應對于一些特殊植物顯得十分重要，但它不具有普遍性，而細胞、亞細胞以及分子水平的適應則是植物對水分脅迫的普遍反應，反映在宏觀上就是一系列生理生化指標的變化[12]。

張秋英等[13]發現干旱脅迫下小麥的Fv/Fm和Fv/Fo值呈現降低的趨勢，而且脅迫程度越大其值降低的幅度也越大，因此可通過測定Fv/Fm和Fv/Fo值的變化來確定植株受到干旱脅迫的程度。王建程等[14]通過對玉米拔節期葉綠素熒光參數的測定，發現干旱對葉綠素熒光參數的影響十分顯著，顯著增加Fo值和降低Fv/Fm與Fv/Fo值，隨著脅迫的加劇，這些參數變化的幅度增加，認為葉綠素熒光參數可作為判斷玉米水分脅迫程度的理想指標。孫海鋒等[15]通過研究不同基因型大豆開花期的葉綠素熒光對干旱脅迫的響應規律，認為干旱脅迫下葉綠素熒光參數（Fv/Fm、Fv/Fo和NPQ）的變化與大豆品種的抗旱性有關，如果干旱脅迫下仍能維持較高的Fv/Fm、Fv/Fo和NPQ值，就表明該大豆基因型具有較強的耐旱性。

作物抗旱性一般分為形態結構抗旱和生理生化抗旱，在生長發育的各個階段表現不同。該試驗從生理生化指標角度評價烤煙抗旱性，還應進一步結合烤煙各品種的形態結構及田間表現癥狀深入評價其抗旱性。同時，該研究篩選的抗旱性指標及其鑒定評價是在烤煙的5葉苗期，是否適于其他生育階段及全生育期，還有待進一步研究。

烤煙的抗旱性是由遺傳因素和環境因素兩方面決定的，抗旱性品種選擇應綜合考慮各方面的條件和因素，尤其是烤煙的品質指標[16]。如何更科學有效地對烤煙的抗旱性進行鑒定，仍需要進一步研究。

4 結論

該試驗結果表明，經干旱處理的幾個烤煙品種與未經處理的對照之間，其葉綠素熒光參數、光合參數、脯氨酸含量、丙二醛含量、抗氧化系統酶活性均出現不同程度的變化，有些品種間變化顯著。在不同烤煙品種間的比較上，經干旱處理的，安煙2號與中煙14的脯氨酸含量、CAT活性、SOD活性、POD活性、光合參數和Fv/Fm值相對較高，MDA含量相對較低，表明安煙2號與中煙14對干旱脅迫明顯的響應，對由脅迫引起的生理生化的傷害明顯緩解，說明安煙2號和中煙14是抗旱性較好的烤煙品種。K326的脯氨酸含量、CAT活性、SOD活性、POD活性與光合參數相對較低，MDA含量相對較高，說明K326的抗旱性弱于其他4個品種。云煙97和中煙100則處于中間水平。

參考文獻

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