外源小球藻對干旱脅迫下烤煙幼苗生理特性的影響

關鍵詞：小球藻；固氮；干旱；烤煙

doi：10.13304/j.nykjdb.2023.0797

中圖分類號：S572 文獻標志碼：A 文章編號：1008-0864（2025）06-0064-08

Effect of Exogenous Chlorella vulgaris on Physiological Characteristics of Flue-cured Tobacco Seedlings UnderDroughtStress

ZOU Shenghao ，YUQiwei ²⁸ ，HEShuai2，ZHANGXuewei3，MAQian2，MAGuanka ² ，XI Feihu1， LUO Dongshengl，WANG Maoxian2*，LUO Zhenbao ^2* ， JING Yanqiu1* （1.Colege ofTobacco，HenanAgriculturalUniversity，Zhengzhou450o2，China；2.GuizhouProvince Tobacco CompanyBiie City Company，Guizhou Bijie551799，China;3.China TobaccoGuangdong IndustrialCo.，Ltd.，，Guangzhou510599，China）

Abstract：To study theefect of exogenous Chlorellonphysiological characteristicsofflue-cured tobacco seedlings under drought stress，the tobacco variety‘Zhongyan1OO’was as the experimental material.The seedling of fluecured tobacco was sprayed water as control（CK），and treated withdrought（D），and was sprayed by5O（T1），100 （T2），15O times（T3）of Chlorellvulgaris on the basisof drought treatment.The physiological characteristics of flue-cured tobacco seedlings under diferent treatments were compared.The results showed that the application of Chlorella vulgaris increased the antioxidant enzymeactivity，soluble protein content，photosynthetic characteristics andchlorophyllcontent of tobacco，anddecreased thecontent of malondialdehyde and proline decreased.T1 treatment had the best efecton promoting growth and developmentof flue-cured tobacco under drought stress.In conclusion，theapplicationofChlorellvulgaris could effectivelyaleviatethe impactofdroughtstress onsedlingof flue-cured tobacco.

KeyWords：Chlorella vulgaris；nitrogen fixation；drought；flue-curedtobacco

微藻（microalgae）是一類能夠進行光合自養的微生物，因其富含生物活性物質、大量的氮磷元素及維生素、氨基酸等物質被廣泛應用于各種領域[-4，不僅能夠改善土壤水肥條件，還能直接提供植物生長發育所需的營養從而提高產量5，且能提供植物激素如生長素、細胞分裂素等促進植物生長[6-8]。小球藻（Chlorella）作為一種常見的微藻生物，易于獲取、培養，且有固氮作用，可為植物提供所需的氮元素，其分泌的微藻多糖能夠防止葉綠體內過氧化，保障光合作用的正常進行。小球藻自身還含有大量天然色素，其裂解死亡后葉綠素能被烤煙吸收利用。由小球藻分泌產生的特有生物活性物質小球藻生長因子（chlorellagrowthfactor，CGF）可以提高植物抗氧化酶活性，降低自由基水平，有助于增強植物的抗旱能力[0-]。目前關于微藻緩解植物干旱脅迫的研究[12-13]較多，但對于煙草方面卻鮮有報道。因此，本研究以烤煙品種‘中煙100'為試驗材料，探究小球藻對干旱脅迫下烤煙幼苗的抗氧化系統、滲透調節物質和光合特性等的影響和作用機制，以期為小球藻緩解烤煙干旱脅迫提供理論基礎和數據支撐。

1材料與方法

1.1 試驗材料

以烤煙品種‘中煙100'作為試驗材料，由河南農業大學生態實驗室提供。蛋白核小球藻種購自南京吉言生物科技有限公司。

采用盆栽試驗，盆口和盆底直徑分別為36和28cm ，高 30cm ，供試土壤為褐土，質地為砂質土，土壤 pH7.89 ，有機質 12.85g?kg^-1 ，全氮 0.73g?kg^-1 全磷 0.46g?kg^-1 ，速效鉀 133.68mg?kg^-1 ，速效磷15.93mg?kg^-1 ，堿解氮 89.68mg?kg^-1 。

1.2試驗設計

試驗于2023年5月于河南農業大學試驗大棚內進行，每盆裝土約為盆容量的 2/3 。以噴施清水為對照（CK），分別設置干旱處理（D）及在干旱處理的基礎上將小球藻稀釋50（T1）、100（T2）、150倍（T3）后施用于烤煙幼苗，共計5個處理（表1），每處理重復6次，共30盆。選擇4葉1心時期的煙苗進行移栽，每盆移栽1株。干旱處理為CK處理土壤平均含水量的 45%～50% 。小球藻均采取葉面噴施，將正反面均勻噴濕，但不形成液滴落下，每株用量約 30mL ，每隔2d施用1次。使用土壤水分測定儀每3d測定土壤含水率進行控水，澆水時間避開施用小球藻當天。于移栽緩苗7d后（5月24日）開始干旱處理，分別于干旱處理的第0、5、10和15天自上而下取第3＼～5片葉用于各項生理指標的測定。

1.3 試驗指標

1.3.1抗氧化酶活性與丙二醛含量測定采用北京索萊寶科技有限公司生產的檢測試劑盒測定過氧化氫酶（catalase，CAT）、過氧化物酶（peroxidase，POD）、超氧化物歧化酶（superoxidedismutase，SOD）活性和丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量。

1.3.2滲透調節物質含量測定采用考馬斯亮藍染色法[14測定可溶性蛋白（solubleprotein，SP）含量，采用水合芘三酮法[15]測定脯氨酸（proline，Pro）含量。

1.3.3根系活力測定 采用氯化三苯基四氮唑法測定根系活力。

1.3.4光合特性和葉綠素使用便攜式光合測定儀（Li-6400，美國LI-COR公司）在天氣晴朗的 測定煙葉的凈光合速率（netphotosynthesisrate， P_n ）、氣孔導度（stomatalconductance， G_s ）、胞間 CO₂ 濃度（intercellular CO₂ concentration， C_i） 、蒸騰速率（transpiration rate， T_r ）等光合特性指標，采用乙醇浸提比色法測定葉綠素（chlorophyll，Chl）和類胡蘿卜素（carotenoid，Car）含量。

1.4 數據分析

使用Excel2010和SPSS27軟件進行試驗數據的整理和分析，采用LSD（leastsignificantdifference）法進行差異顯著性分析。使用Origin2021軟件制作圖表。

2 結果與分析

2.1小球藻對干旱脅迫下烤煙抗氧化性能的影響

由圖1可知，與CK相比，干旱脅迫下烤煙抗氧化酶活性提升，且隨著干旱處理時間的延長，3種酶活性的增幅變大。施用小球藻后，烤煙幼苗的超氧化物歧化酶活性提高，過氧化氫酶和過氧化物酶活性顯著提高。其中，T1處理的效果最佳，其超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶活性較D處理提升 9.31%～23.82%.23.85%-33.35%. 14.01%-20.77% T2 處理次之，除超氧化物歧化酶外，其他2種酶的活性均顯著提高；T3處理的過氧化物酶活性顯著增加。隨著干旱處理時間的延長，施用小球藻處理烤煙幼苗的抗氧化酶活性逐漸提升。

注：不同小寫字母表示同一時間不同處理間在 Plt;0.05 水平差異顯著。

Note：Different lowercaseletters indicate significant diferences between diffrent treatments ofsame time at Plt;0.05 level.

由圖2可知，由于活性氧積累，D處理的丙二醛含量顯著提升；而噴施小球藻后，烤煙幼苗的丙二醛含量顯著降低，且隨著小球藻稀釋倍數的增加丙二醛含量的降幅呈減小趨勢。與D處理相比，T1處理丙二醛的降幅最大，為 25.72% 27.96% ;T2、T3處理在干旱脅迫10和15d時丙二醛含量顯著降低。于CK處理相比，T1、T2和T3處理的丙二醛含量有所升高，在干旱脅迫5和10d時，3個處理表現為 T3gt;T2gt;T1 ;在干旱脅迫15d時表現為 T2gt;T3gt;T1 。綜上所述，施用不同水平的小球藻均能有效緩解烤煙幼苗因干旱脅迫造成的活性氧積累，使得丙二醛含量得到降低，其中較高水平的小球藻處理效果更好。

2.2小球藻對干旱脅迫下烤煙根系活力影響

由圖3可知，與CK處理相比，干旱脅迫降低了烤煙幼苗的根系活力，而施用小球藻能顯著提升干旱脅迫下烤煙幼苗的根系活力。與D處理相比，T1處理烤煙幼苗根系活力顯著提升，在干旱脅迫5、10和15d分別提升 14.35%，17.56% 和26.47% ;T2和T3處理在干旱脅迫5和15d時與D處理差異不顯著，在干旱脅迫10d時，T2處理的根系活力顯著高于D處理。

2.3小球藻對干旱脅迫下烤煙滲透調節物質 影響

在干旱脅迫下，植物可通過增加滲透調節物質含量來維持體內的水分平衡及正常生理代謝。由圖4可知，與CK相比，干旱脅迫下烤煙幼苗的可溶性蛋白含量顯著上升；施用小球藻后，烤煙幼苗的可溶性蛋白含量進一步得到提升。其中，T1處理在干旱脅迫5d時的可溶性蛋白含量較D處理顯著增加 16.21% ，在干旱脅迫10和15d時較D處理物可通過增加滲透調節物

注：不同小寫字母表示同一時間不同處理間在 Plt;0.05 水平差異顯著。

Note：Differentlowercase letters indicate significant differences between different treatments of same time at Plt;0.05 level.

與CK相比，干旱脅迫下烤煙幼苗的脯氨酸含量顯著增加，在干旱脅迫5、10和15d分別顯著提高 84.58% / 132.32% 和 154.45% 。施用小球藻處理烤煙幼苗的脯氨酸含量較D處理有不同程度的降低。其中，T3處理較D處理顯著降低 13.36%～ 17.06% 之間，忙T2處理次之，T1處理與D處理差異不顯著。綜上所述，施用小球藻能增加干旱脅迫下烤煙幼苗的可溶性蛋白含量，調節過高的脯氨酸含量，對于維持干旱條件下烤煙滲透壓平衡有著一定的幫助。

2.4小球藻對干旱脅迫下烤煙光合特性和葉綠 素影響

由表2可知，與CK處理相比，干旱脅迫下烤煙幼苗的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率顯著降低，胞間 CO₂ 濃度顯著提升；噴施小球藻后，烤煙幼苗的凈光合速率顯著提升，蒸騰速率、氣孔導度和胞間 CO₂ 濃度有所降低。與D處理相比，T1處理在干旱脅迫5d時的凈光合速率顯著提高 49.94% ；氣孔導度和胞間 CO₂ 濃度分別顯著降低 43.86% 和16.87% ，蒸騰速率降低 17.17% ，但差異不顯著；T2處理次之；T3處理對氣孔導度的影響較小，與D處理差異不顯著。隨著稀釋倍數的增加，小球藻對烤煙幼苗光合特性的提升效果逐漸降低。

由表3可知，干旱脅迫下烤煙幼苗的葉綠素含量顯著降低，而施用小球藻后，葉綠素含量有所提升，不同處理表現為 T1gt;T2gt;T3 。與D處理相比，T1處理在干旱脅迫5和10d時的葉綠素a含量顯著提升 23.69% 和 9.54% ；在干旱脅迫10和15d時的葉綠素b含量顯著提高 62.18% 和21.72% ;類胡蘿卜素含量顯著提升 28.70%. ）39.02% 。T3處理在干旱脅迫 10d 的葉綠素b含量較D處理顯著增加，與CK處理差異不顯著。綜上所述，干旱脅迫下施用小球藻后烤煙幼苗的光合特性和葉綠素含量顯著提升，且隨著稀釋倍數和干旱處理時間的增加，效果逐漸降低。

3討論

在干旱脅迫下，烤煙的水分代謝能力下降，活性氧累積，引發氧化損傷并產生丙二醛等氧化應激產物，使植物細胞功能受損[18-19]。本研究發現，施用不同稀釋倍數的小球藻后，干旱脅迫下烤煙的抗氧化酶活性得到提升，小球藻活性成分中的糖蛋白對于纖維細胞具有生物保護和修復作用，從而提升了烤煙幼苗的抗氧化酶活性，同時能夠清除自由基，抑制脂質過氧化[20]。小球藻自身也能夠為植物提供一定的營養元素，如氨基酸、維生素和微量元素等，進而參與抗氧化酶的合成和調控，光合產物如葡萄糖和脂類可作為合成抗氧化酶的底物，減少丙二醛的產生。

烤煙根系因干旱而無法吸收水分，植株會合成更多的可溶性蛋白和脯氨酸來維持滲透壓的穩定，施用小球藻后，烤煙的根系活力和可溶性蛋白含量得到了提升。小球藻能夠給植物提供額外的氮源，而氮是合成蛋白質的關鍵元素之一，同時小球藻自身含有的鐵、磷等元素和生長因子CGF等可以促進根系發育和可溶性蛋白的合成，而抑制脯氨酸合成。脯氨酸是調節植物滲透壓平衡的重要物質，但過高水平的脯氨酸會對植物產生毒性效應，影響植物細胞正常代謝和酶系統2]。施用小球藻后的脯氨酸含量較未施用處理降低，這與前人研究結果一致。

干旱對烤煙的光合作用有顯著影響，其破壞了葉片的光合組織結構，導致細胞功能受損，使得光合性能降低，并且活性氧積累可引起葉綠素分解[22]。施用小球藻后，烤煙幼苗的凈光合速率和葉綠素含量得到了顯著提升，這與張靖潔等23在小油菜上的研究結果一致；對于氣孔導度的降低與李巖等24在蠶豆上的研究結果基本一致，即小球藻所分泌的脫落酸誘導了氣孔的關閉，促使蒸騰速率下降；而胞間 CO₂ 濃度的降低，推測可能與小球藻和烤煙的共生體系有關。

本研究探究了在干旱脅迫下施用不同稀釋倍數小球藻對烤煙幼苗生理特性的影響，結果表明，施用小球藻對干旱環境下烤煙幼苗的生理特性有積極的影響；隨著干旱時間的增加，小球藻對烤煙抗氧化酶活性和根系活力的效果逐漸提升，而對滲透調節和光合特性的效果逐漸減弱，其中較高水平的小球藻處理效果更佳。小球藻為烤煙幼苗提供了更多的外源營養元素，且其分泌的多糖、維生素和植物激素等有利于增強烤煙幼苗的抗氧化能力與光合特性，其特有的生長因子CGF在一定程度上會影響烤煙幼苗相關酶的合成與滲透調節物質的累積，促進細胞生長分裂。小球藻在烤煙種植過程中具有潛在的應用價值，但其作用機理還需要進一步的深入研究。

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