干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗保水滲透調節能力的影響

宋文靜，趙永長,2，況 帥，王程棟，禚其翠,2，解 燕，邱春麗，董建新*

（1.中國農業科學院煙草研究所，農業部煙草生物學與加工重點實驗室，中國農業科學院青島煙草資源與環境野外科學觀測試驗站，青島 266101；2.中國農業科學院研究生院，北京 100081；3.云南省煙草公司曲靖市公司，云南 曲靖 655000）

干旱逆境下，植物體內水分狀況會發生改變，表現為組織含水量下降，各種生理代謝活動紊亂[1]。植物為了維持體內水分平衡及生理代謝正常進行，通過積累可溶性糖、脯氨酸及可溶性蛋白等滲透調節物質來降低細胞水勢，使細胞繼續吸水。因此，滲透調節物質的積累對植物適應逆境脅迫有著重要的意義[2]。相關研究表明[3]，干旱脅迫下，植株體內脯氨酸和可溶性糖含量顯著增加[4-5]。TAJI等[6]報道，干旱脅迫下滲透調節物質的積累與植物抗旱性顯著相關。此外，可溶性蛋白是植物體代謝過程中表征蛋白質損傷的重要指標，其含量變化可反映細胞內蛋白質合成/降解等信息，對滲透調節也有一定貢獻[7]。劉錦春等[8]研究表明，干旱脅迫抑制蛋白質合成促進其分解，從而使蛋白質含量減少；也有研究表明[9]，干旱脅迫會導致植物體內可溶性蛋白含量升高。大量研究表明，在干旱條件下，植物內源滲透調節物質與植物抗逆性相關[10]。但在干旱脅迫下，外源噴施黃腐酸鉀對烤煙幼苗保水滲透調節能力和滲透調節物質的響應機制的報道較少。因此，本研究以抗旱性不同的兩個烤煙品種為試材，利用控制條件水培試驗，研究干旱脅迫下葉面噴施黃腐酸鉀對烤煙幼苗體內水分狀況及滲透調節物質的影響，以探討黃腐酸鉀提高烤煙抗旱性與滲透調節之間的關系，為烤煙逆境生長提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

抗旱性強烤煙品種紅花大金元和弱抗旱性烤煙品種云煙100分別由國家煙草種質資源中期庫和玉溪中煙種子有限責任公司提供。

1.2 研究地點與方法

1.2.1 試驗地點 中國農業科學院煙草研究所青島試驗基地溫室。

1.2.2 培養方法 當烤煙幼苗4葉1心時，選取長勢均一幼苗，移栽于1/4 Hoagland營養液（pH 5.5）的塑料箱（7 L）水培處理，不同處理如下：（1）常規對照（CK），葉面噴施蒸餾水；（2）葉面噴施黃腐酸鉀（FA-K）；（3）干旱脅迫+葉面噴施蒸餾水（PEG）；（4）干旱脅迫+葉面噴施黃腐酸鉀（P+FA-K）。以濃度為5.00%的PEG-6000模擬干旱脅迫，黃腐酸鉀濃度為0.1%。每2天于傍晚17:00—18:00噴施1次。分別于處理0、1、3、5、7、9 d時取幼苗完全展開葉作為試驗材料。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 水分含量的測定 采用快速稱重法[11]。取生長點下第3片完全展開功能葉，稱其質量（m1），然后浸泡于4℃蒸餾水中，黑暗下放置5 h，取出，擦干葉片表面水分后，稱其質量（m2）。隨后，將此葉片轉入4℃ 65%蔗糖溶液中，黑暗處放置5 h后，取出葉片，用蒸餾水洗凈，擦干，立即稱其質量（m3）。最后將葉片置于75℃下烘至恒量，稱其質量（m4）。

1.3.2 葉片水勢的測定 取各處理植株生長點以下第3片完全展開功能葉，利用HR-33T-R型露點微伏壓計結合專配的C-52樣品室快速測定該葉片的水勢（MPa）。

1.3.3 滲透調節物質含量的測定 可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250法測定，脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定[12]。

1.4 數據分析

試驗數據采用SAS 8.0進行統計分析。

2 結果

2.1 干旱脅迫下外源黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片水分的影響

2.1.1 對相對含水量的影響 由表1可知，未經干旱脅迫條件下，施黃腐酸鉀處理（FA-K）的兩品種葉片相對含水量和水分飽和虧與對照相比無顯著差異。PEG干旱脅迫下，兩品種葉片相對含水量顯著降低，而水分飽和虧顯著升高。與PEG處理相比，干旱脅迫下施黃腐酸鉀處理（P+FA-K）使兩品種葉片相對含水量升高，水分飽和虧降低，但對抗旱性強烤煙品種紅花大金元的影響不顯著。可見，干旱脅迫下，增施黃腐酸鉀可以在一定程度上增強葉片保水能力，提高抗旱性弱烤煙品種的葉片水分含量，減輕脅迫對植株生長造成的傷害。

2.1.2 對自由水和束縛水含量的影響 由表1可知，未經干旱脅迫條件下，施黃腐酸鉀處理（FA-K）的兩品種葉片自由水和束縛水含量與對照相比沒有顯著差異，葉片總含水量差異也不顯著。PEG干旱脅迫下，紅花大金元葉片中自由水含量和總含水量較對照分別降低18.66%和7.67%，云煙100相應降低23.26%和12.16%，而兩品種葉片中束縛水含量卻升高，增幅分別為11.91%（紅花大金元）和13.82%（云煙100）。這表明在干旱脅迫下，云煙100葉片比紅花大金元葉片更容易失水。干旱脅迫下，黃腐酸鉀處理（P+FA-K）的兩品種葉片自由水和總含水量與單一PEG處理相比顯著增加，其中紅花大金元葉片自由水和總含水量增加9.02%和4.07%，云煙100相應增加24.32%和11.61%，這表明施黃腐酸鉀可以減緩脅迫下烤煙幼苗葉片含水量的下降，尤其對云煙100減緩效果更好。此外，干旱脅迫還明顯提高了兩品種葉片的束縛水含量/自由水含量，而在P+FA-K處理下，該比值則顯著降低。

2.1.3 對水勢的影響 由表1可知，未經干旱脅迫條件下，施黃腐酸鉀處理（FA-K）后云煙100葉片水勢與對照相比顯著上升，而紅花大金元葉片水勢則無顯著變化。干旱脅迫下，兩品種葉片水勢與對照相比均顯著下降，降幅分別為81.63%（紅花大金元）和97.95%（云煙100）。與PEG處理相比，干旱脅迫下黃腐酸鉀處理（P+FA-K）的烤煙葉片水勢均顯著上升，增幅分別為6.74%（紅花大金元）和13.78%（云煙100），說明黃腐酸鉀可以在一定程度上促進脅迫下烤煙幼苗細胞吸水，改善體內水分狀況，使植株維持較高的葉水勢。就試驗所用的兩個烤煙品種而言，干旱脅迫下，云煙100葉片水勢降幅大于紅花大金元，而施黃腐酸鉀處理后，云煙100葉片水勢的增幅要大于紅花大金元，這表明云煙100的葉片比紅花大金元更容易失水，而黃腐酸鉀對減緩干旱脅迫下葉片失水的效果則云煙100優于紅花大金元。

表1 干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片水分狀況的影響Table 1 Effect of fulvic acid potassium on water status in leaves of flue-cured tobacco seedlings under drought stress

2.2 干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片可溶性糖含量的影響

由圖1可知，在整個處理期間，對照組兩品種烤煙幼苗葉片中可溶性糖含量隨時間推移呈上升趨勢，但變化幅度不大。未經干旱脅迫條件下，施黃腐酸鉀（FA-K）后，兩品種葉片中可溶性糖含量僅在處理第5天時顯著高于對照，其余時間與對照相比無顯著差異。干旱脅迫下，兩品種烤煙幼苗葉片中可溶性糖含量與對照相比顯著增加，且隨處理時間延長呈現先上升后緩慢下降的變化趨勢，在處理第5天時達到最大值，隨后又有所下降，峰值處紅花大金元和云煙100葉片中可溶性糖含量較對照分別增加了78.87%和67.58%。與單一PEG處理相比，干旱脅迫下黃腐酸鉀處理（P+FA-K）進一步提高了兩品種葉片中可溶性糖含量，在脅迫處理第9天時，分別增加了51.52%（紅花大金元）和61.54%（云煙100），且在整個處理過程中云煙100的增幅均大于紅花大金元。

2.3 干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片可溶性蛋白含量的影響

由圖2可知，未經干旱脅迫條件下，噴施黃腐酸鉀處理（FA-K），紅花大金元葉片中可溶性蛋白含量在整個處理期間雖高于對照，但無顯著差異；云煙100葉片中可溶性蛋白含量在處理第5天時，顯著高于對照，其余時間與對照相比無顯著差異。干旱脅迫下，兩品種葉片中可溶性蛋白含量變化明顯不同，在脅迫0～3 d內，兩品種葉片中可溶性蛋白含量與對照和單一PEG處理相比均升高，且云煙100葉片中可溶性蛋白含量的增幅高于紅花大金元；隨脅迫處理時間的延長，紅花大金元葉片中可溶性蛋白含量繼續升高，且在脅迫處理第7天時達峰值，然后有所下降，而云煙100葉片中可溶性蛋白含量卻持續下降，在脅迫處理第5、7和9天時較同期對照分別降低了24.31%、47.09%和53.52%。與PEG處理相比，脅迫下黃腐酸鉀處理（P+FA-K）顯著提高了兩品種葉片中可溶性蛋白含量，且云煙100葉片中可溶性蛋白含量的增幅大于紅花大金元，這表明黃腐酸鉀可促進脅迫下蛋白質的合成或積累，減緩其降解，且對云煙100的作用效果要好于紅花大金元。

圖1 干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片中可溶性糖的影響Fig.1 Effects of fulvic acid potassium on soluble sugar in leaves of flue-cured tobacco seedlings under drought stress

圖2 干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片中可溶性蛋白的影響Fig 2 Effects of fulvic acid potassium on soluble protein in leaves of flue-cured tobacco seedlings under drought stress

2.4 干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片脯氨酸含量的影響

由圖3可知，干旱脅迫下，隨著時間的推移，不同烤煙品種葉片內脯氨酸呈逐漸上升的趨勢，且顯著高于對照；處理9 d時，兩品種葉片中脯氨酸含量較對照分別提高了332.15%（紅花大金元）和257.20%（云煙100）。與PEG處理相比，脅迫下黃腐酸鉀處理（P+FA-K）進一步提高了兩品種葉片中脯氨酸含量，在處理7 d后，兩品種葉片中脯氨酸含量變化不同，紅花大金元葉片中脯氨酸含量仍持續上升，而云煙100葉片中脯氨酸含量則趨于穩定；在脅迫處理后期，紅花大金元葉片脯氨酸含量增幅小于云煙100，說明在脅迫后期，黃腐酸鉀對云煙100受干旱脅迫傷害的減緩效果好于紅花大金元。

圖3 干旱脅迫下黃腐酸鉀對烤煙幼苗葉片中脯氨酸含量的影響Fig.3 Effects of fulvic acid potassium on proline contents in leaves of flue-cured tobacco seedlings under drought stress

3 討論

干旱逆境下，植物組織失水，葉片相對含水量（RWC）、自由水含量及水勢均顯著降低，而束縛水含量升高[13]。本研究中，干旱脅迫下，烤煙幼苗葉片的RWC、總含水量及水勢均明顯降低，經黃腐酸鉀處理后減緩了葉片水分含量及水勢的下降，表明黃腐酸鉀可以有效改善干旱脅迫下烤煙植株的水分狀況，增強其抗旱性。就兩個烤煙品種而言，與云煙100相比，干旱脅迫下紅花大金元仍保持較高的葉水勢，表明紅花大金元受干旱脅迫的程度較輕，這與尉慶豐等[14]“干旱條件下保持較高水勢是植物抗旱的一個重要機制”的結論相吻合；干旱脅迫下，紅花大金元葉片的RWC高于云煙100，說明紅花大金元的保水能力較云煙100強，這可能與體內滲透調節物質積累的程度有關。

滲透調節是植物適應逆境環境的自我調節生理機能。研究報道，干旱脅迫下，植物體內可溶性糖及脯氨酸等滲透調節物質大量積累，且積累量與抗旱性正相關[15-17]。本研究表明，干旱脅迫下，不同烤煙品種幼苗葉片中可溶性糖和脯氨酸含量在體內大量積累，用于自身調節以適應水分虧缺；但隨著脅迫時間延長，脯氨酸含量持續升高，而可溶性糖含量較前期有所下降，這表明長時間的干旱脅迫導致可溶性糖的積累小于其降解，因而其含量相應降低。干旱脅迫條件下外源施用黃腐酸鉀能促進脅迫下可溶性糖及脯氨酸的合成或積累，加速滲透調節過程，緩解脅迫傷害，這與前人在馬鈴薯[4]、小麥[18]等作物上的研究結果一致。

可溶性蛋白含量在一定程度上可反映植物的整體代謝水平[19]。研究表明[20-23]，干旱逆境下，可溶性蛋白含量逐漸升高或者先升高后降低。本研究中，干旱脅迫下，兩品種烤煙幼苗葉片中可溶性蛋白含量在脅迫前期均顯著高于對照，但隨脅迫時間延長，云煙100葉片中可溶性蛋白含量逐漸低于對照，紅花大金元葉片中可溶性蛋白含量仍持續走高，在處理第9天時含量雖有所下降但仍高于對照，這說明可溶性蛋白在烤煙體內的積累與植物品種及脅迫時間有關。黃腐酸鉀可促進脅迫下蛋白質的合成或減緩其降解，從而使蛋白質含量保持較高水平。

4 結論

干旱脅迫降低了烤煙植株體內水分含量及葉片水勢，誘導了脯氨酸和可溶性糖的積累。黃腐酸鉀處理可以有效提高脯氨酸、可溶性蛋白及可溶性糖的含量，減緩葉片含水量及水勢的下降，通過增強滲透調節系統來緩解脅迫傷害，增強其抗旱性。與云煙100相比，干旱脅迫下紅花大金元受干旱脅迫的程度較輕，耐旱能力更強。

[1]高輝，張紅芳，袁思安，等.植物內源激素對干旱脅迫的響應研究[J].綠色科技，2013（11）：5-7.

[2]劉球，吳際友，李志輝.干旱脅迫對植物葉片解剖結構影響研究進展[J].湖南林業科技，2015，42（3）：101-104.

[3]牛志強，劉國順，師婷婷，等.煙草NCED3基因的克隆及其干旱脅迫表達分析[J].中國煙草學報，2015，21（3）：100-106.

[4]邱孟柯，回振龍，黃曉鵬，等.黃腐酸對霧培馬鈴薯幼苗抗旱性的影響[J].干旱地區農業研究，2013，31（3）：155-161.

[5]任磊，趙夏陸，許靖，等.4種茶菊對干旱脅迫的形態和生理響應[J].生態學報，2015，35（15）：5131-5139.

[6]TAJI T,OHSUMI C,IUCHI S,et al.Important roles of drought-and cold-inducible genes for galactinol synthase in stress tolerance in Arabidopsis thaliana[J].Plant Journal,2002,29(4):417-426.

[7]盛業龍，王莎莎，許美玲，等.24個烤煙品種田間抗旱性的比較篩選與綜合評價[J].熱帶作物學報，2014，35（12）：2340-2348.

[8]劉錦春，鐘章成，何躍軍.干旱脅迫及復水對喀斯特地區柏木幼苗活性氧清除系統的影響[J].應用生態學報，2011，22（11）：2836-2840.

[9]王智真.24-表油菜素內酯對葡萄幼苗緩解水分脅迫的生理效應[D].楊凌：西北農林科技大學，2015.

[10]張彩鳳，王慧，潘虹，等.低溫脅迫下葉面噴施腐植酸鉀對紅掌生理生化指標的影響[J].山西農業科學，2015，43（2）：167-171.

[11]侯福林.植物生理學實驗教程[M].北京：科學出版社，2004.

[12]高俊鳳.植物生理學實驗技術[M].西安：世界圖書出版公司，2000.

[13]趙翔，李娜，王棚濤，等.脫落酸調節植物抵御水分脅迫的機制研究[J].生命科學，2011，23（1）：115-120.

[14]尉慶豐，張英利.旱地農業中綜合保水技術的抗旱增產效應[J].土壤通報，1995，26（3）：108-110.

[15]周莉娜，孫麗蓉，毛暉，等.黃腐酸抗旱營養劑對小麥和玉米生長的影響[J].干旱地區農業研究，2012，30（1）：154-158.

[16]AHMED I M,DAI H X,ZHENG W T,et al.Genotypic differences in physiological characteristics in the tolerance to drought and salinity combined stress between Tibetan wild and cultivated barley[J].Plant Physiology&Biochemistry,2013,63:49-60.

[17]CAMPOS H,TREJO C,PE?A-VALDIVIA C B,et al.Stomatal and non-stomatal limitations of bell pepper(Capsicum annuumL.)plants under water stress and re-watering:Delayed restoration of photosynthesis during recovery[J].Environmental and Experimental Botany,2014,98:56-64.

[18]薛測產.黃腐酸抗旱龍不同處理對冬小麥抗逆性影響的研究[J].腐植酸，2005（5）：35-38.

[19]DUAN J,ZHANG M,ZHANG H,et al.OsMIOX,a myo-inositol oxygenase gene,improves drought tolerance through scavenging of reactive oxygen species in rice(Oryza sativaL.)[J].Plant science,2012,196:143-151.

[20]FAHAD S,HUSSAIN S,MATLOOB A,etal.Phytohormones and plant response to salinity stress:areview[J].PlantGrowth Regulation,2015,75(2):391-404.

[21]GOMES F P,OLIVA M A,MIELKE M S,et al.Osmotic adjustment,proline accumulation and cell membrane stability in leaves of Cocos nucifera submitted to drought stress[J].Scientia hortic-ulturae,2010,126(3):379-384.

[22]杜長霞，李娟，郭世榮，等.外源亞精胺對鹽脅迫下黃瓜幼苗生長和可溶性蛋白表達的影響[J].西北植物學報，2007，27（6）：1179-1184.

[23]白建芬，裴玉賀，趙秋霞，等.干旱脅迫下玉米幼苗幾種生理生化指標的變化[J].山東農業科學，2012（3）：25-28.