干旱脅迫后復(fù)水對烤煙的農(nóng)藝性狀及內(nèi)源保護酶活性的影響

黃 婷，周冀衡，張 卓，劉曉穎，李 強，李鵬飛，邱 堯，高遲鑾；黃邵理

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草研究院，湖南 長沙410128；3.云南省煙草公司文山州公司，云南 文山 663000）

干旱一直以來都是植物生存的主要逆境因子之一，直接制約著植物的正常生長發(fā)育以及產(chǎn)量的提高。植株對干旱脅迫的響應(yīng)是一個復(fù)雜而系統(tǒng)的生理生化過程，并已形成了受遺傳性制約的適應(yīng)機制[1]。例如，植株體內(nèi)的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）能清除植株在干旱脅迫下所產(chǎn)生的活性氧，使植物膜免受活性氧的傷害[2-3]。

近年來，煙草在干旱脅迫下的應(yīng)對機制及其抗旱機理已有較多研究，并取得了一定的進展[4-5]。袁有波等[6]和覃鵬等[7]的研究表明，不同時期和不同程度的干旱脅迫會對煙草葉片三大保護酶的活性產(chǎn)生影響。但過去的研究主要集中在脅迫期間的變化及影響，而對干旱脅迫后復(fù)水條件下煙葉的生長及保護酶系的恢復(fù)情況研究較少。

紅花大金元和K 326是我國烤煙種植的主要品種，也是卷煙工業(yè)的主要原料。因此，試驗以紅花大金元和K 326這兩個不同烤煙品種為材料，研究在不同程度干旱脅迫后復(fù)水處理對烤煙農(nóng)藝性狀及保護酶系活性的影響，以期為逆境后烤煙的恢復(fù)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗于2013年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草基地防雨大棚內(nèi)進行，供試烤煙品種為K 326和紅花大金元（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草研究院），供試花盆為聚乙烯塑料盆（市購），供試土壤為黃棕壤。

1.2 試驗設(shè)計

采用盆栽試驗，選取K 326和紅花大金元長勢良好、形態(tài)較一致的5葉期煙苗，于4月15日將煙苗移栽到花盆中，裝干土2 kg/盆，在移栽還苗期保持土壤相對含水率在75%~85%之間。還苗后（即移栽后第15天）進行控水處理，試驗設(shè)置4個不同的干旱脅迫：T1，正常供水，使土壤相對含水量控制在80%左右，作對照（CK）；T2，輕度干旱，保持土壤相對含水量在65%左右；T3，中度干旱，保持土壤相對含水量在50%左右；T4，重度干旱，保持土壤相對含水量在35%左右，每天定期監(jiān)測盆栽土壤的水分含量，各處理干旱脅迫水平持續(xù)30 d左右,每個處理6次重復(fù)。

除水分管理外，其余栽培管理均按照正常煙葉生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程進行。各處理脅迫結(jié)束后第1天開始復(fù)水，每2 d進行一次復(fù)水處理，按正常供水量澆水。

1.3 測定項目及數(shù)據(jù)分析

在干旱脅迫的第30天以及復(fù)水的第1、4、8天對煙株進行株高、莖圍的測定；同時采摘煙株頂端以下的第5片葉（避開主脈）測定其葉長、葉寬以及SOD、POD和CAT活性；每項指標重復(fù)測定3次，取其平均值?？緹熮r(nóng)藝性狀采用常規(guī)方法測定，SOD、POD和CAT的活性分別采用鄒琦、愈創(chuàng)木酚法和李忠光的方法[8-10]測定。數(shù)據(jù)采用Excel 2007和DPS統(tǒng)計分析軟件進行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)水對不同干旱脅迫下K326和紅花大金元煙葉生長的影響

煙葉農(nóng)藝性狀能反應(yīng)出各處理煙葉的生長情況。從表1和表2中看出，脅迫結(jié)束后，干旱處理烤煙的農(nóng)藝性狀均比對照烤煙的差，且差異極顯著，這說明干旱脅迫不同程度地影響了烤煙的生長。復(fù)水后，各處理烤煙的生長情況均獲得一定程度的恢復(fù)。到復(fù)水的第8天，K 326處理2的煙株各項指標均已恢復(fù)到同期對照煙株的90%以上，而處理4煙株各項指標只恢復(fù)到同期對照煙株的75%左右；紅花大金元處理2的煙株各項指標恢復(fù)到同期對照煙株的85%左右，而處理4的煙株各項指標只恢復(fù)到同期對照煙株的60%左右。

表1 不同干旱脅迫復(fù)水后K326煙株的農(nóng)藝性狀Table 1 The agronom ic traits of K 326 tobacco p lant under different drought stress and after re-watering （cm）

表2 不同干旱脅迫復(fù)水后紅花大金元煙株的農(nóng)藝性狀Table 2 The agronom ic traits of HD tobacco plant under different drought stress and after re-watering （cm）

由此可見，復(fù)水處理有助于緩解干旱脅迫對煙株造成的傷害，同時恢復(fù)烤煙的正常生長發(fā)育；但是，隨著干旱程度的加劇，煙株的生長恢復(fù)效果變差，所需復(fù)水處理的時間變長。同時，從品種來看，K 326復(fù)水后煙株的生長恢復(fù)速度和效果均優(yōu)于紅花大金元。

2.2 復(fù)水對不同干旱脅迫下K326和紅花大金元煙葉SOD活性的影響

由圖1和圖2可知，脅迫結(jié)束時，K326和紅花大金元干旱處理的SOD活性均大于對照，且差異極顯著。這說明在干旱脅迫下，烤煙通過提高SOD活性，加快活性氧清除速度，來適應(yīng)干旱環(huán)境。復(fù)水的第1天，除對照外，其他處理煙葉的SOD活性都開始下降；其中，K 326的處理2和處理3以及紅花大金元的處理2，其煙葉的SOD活性均已接近對照煙株的水平，但兩個品種處理4煙株的SOD活性仍分別是同期對照煙葉的1.16倍和1.58倍。隨著復(fù)水處理的繼續(xù)，在第4天 時，K 326的處理4和紅花大金元的處理3，其煙葉的SOD也已經(jīng)接近對照煙株的水平，而紅花大金元處理4煙葉的SOD活性仍是對照煙株的1.22倍；到復(fù)水的第8天，紅花大金元處理4煙葉的SOD活性仍未恢復(fù)到對照煙株的水平。這可能是因為處理4的干旱脅迫較為嚴重，導(dǎo)致植株受到不可逆的傷害，其SOD活性已超出了保護膜系統(tǒng)所能承受的范圍。

圖1 不同干旱脅迫復(fù)水后K326煙葉SOD活性變化Fig.1 Changes of SOD activity in K 326 tobacco leaf under different d rought stress and after re-watering

由此可見，復(fù)水有助于煙葉SOD活性的恢復(fù)，但隨著干旱程度的加劇，可能會對煙株SOD造成無法恢復(fù)的損害。

2.3 復(fù)水對不同干旱脅迫下K326和紅花大金元煙葉POD活性的影響

由圖3和圖4可知，在干旱脅迫結(jié)束后，K326和紅花大金元各處理的POD活性變化與SOD的基本一致，干旱處理POD活性均高于對照；隨著干旱程度的加劇，POD的活性越來越高，且與對照處理差異極顯著。復(fù)水開始后，K 326和紅花大金元干旱處理的POD活性開始下降，復(fù)水的第1天，K 326的處理2和處理3以及紅花大金元的處理2 ，其煙葉的POD活性迅速下降到接近對照煙株的水平，但處理4煙葉的POD活性則分別是同期對照煙株的3.27倍和2.34倍；復(fù)水的第4天，K326的處理4和紅花大金元的處理3，其煙葉的POD活性已接近對照煙株的水平，但紅花大金元處理4的煙葉POD活性仍是對照的1.59倍；復(fù)水的第8天，紅花大金元處理4煙葉的POD活性也已經(jīng)恢復(fù)到CK水平。這表明在不同干旱程度下，兩個品種的POD活性在復(fù)水后均能較好地恢復(fù)到對照處理的水平。

2.4 復(fù)水對不同干旱脅迫下K326和紅花大金元煙葉CAT活性的影響

圖3 不同干旱脅迫復(fù)水后K326煙葉POD活性變化Fig.3 Changes of POD activity in K 326 tobacco leaf under different d rought stress and after re-watering

由圖5和圖6可知，干旱脅迫結(jié)束時，CAT活性變化與SOD和POD的活性變化不同，干旱處理的CAT活性均低于對照處理，且干旱程度越嚴重，CAT活性越低。復(fù)水開始后，除對照外，其他處理煙葉的CAT活性開始上升。復(fù)水的第1天，K326的處理2和處理3以及紅花大金元的處理2，其煙葉的CAT活性已經(jīng)明顯恢復(fù)到對照煙株的水平，而處理4的CAT活性則分別為同期對照煙株的22.81%和20.39%。隨著復(fù)水處理的繼續(xù)，在第4天，K326的處理4和紅花大金元的處理3 ，其煙葉的CAT活性已恢復(fù)到對照煙株的水平，而紅花大金元處理4煙葉的CAT活性已經(jīng)上升到對照煙株的83.05%；到第8天，紅花大金元處理4煙葉的CAT活性也上升到接近對照煙株的水平。這說明兩個品種烤煙的CAT活性在脅迫后通過復(fù)水能恢復(fù)到接近正常水平。

3 結(jié)論與討論

試驗結(jié)果表明，烤煙K 326和紅花大金元在干旱脅迫后通過復(fù)水處理能使其生長和保護酶活性得到一定程度的恢復(fù)，但是隨著干旱程度的加劇，兩個品種煙葉的生長和保護酶活性在復(fù)水后恢復(fù)所需的時間也越來越長；而且干旱加劇到一定程度，可能會給煙葉保護酶系統(tǒng)造成難以恢復(fù)的損害。SOD、POD和CAT是植物細胞抵御活性氧傷害的重要保護酶，當植物受到干旱脅迫時，會通過改變其活性達到自我保護和減少傷害的目的。在復(fù)水處理后，這3種保護酶活性基本都能恢復(fù)到正常水平，這表明因活性氧引起的膜脂過氧化和氧化還原平衡紊亂得到了修復(fù)；但是隨著干旱程度的加劇，保護酶活性的恢復(fù)越來越困難，所需的時間也越來越長，并且當干旱加劇到一定程度時，有可能使煙葉的保護酶功能喪失。

對比K 326和紅花大金元兩個品種在相同程度的干旱脅迫下復(fù)水后的生長狀況和保護酶活性的變化，可以發(fā)現(xiàn)K 326的生長和保護酶活性恢復(fù)速度總體上要比紅花大金元的快，特別是在處理4的情況下，K326煙株的生長狀況在復(fù)水第8天就已恢復(fù)到同期對照煙株的80%左右，其保護酶活性在復(fù)水的第4天就恢復(fù)到了對照煙株的水平，而紅花大金元煙株在復(fù)水第8天時保護酶活性才基本接近對照煙株的水平。這表明K 326的抗旱性要優(yōu)于紅花大金元，且抗旱性強的品種（K 326）保護酶在復(fù)水后的恢復(fù)速度要快于抗旱性弱（紅花大金元）的品種，這與張靜等[11]和陳恒旺等[12]的研究結(jié)果基本一致。

綜上所述，上述結(jié)果可為煙草在干旱脅迫后的“傷害—修復(fù)—補償”機制以及烤煙品種的抗逆性篩選等研究提供一定的依據(jù)。同時，試驗發(fā)現(xiàn)復(fù)水后的K326保護酶系的恢復(fù)能力優(yōu)于紅花大金元，表明K326品種對干旱地區(qū)適應(yīng)性更強，可為煙區(qū)品種的優(yōu)化布局提供參考。但是，研究采用的是盆栽試驗，且僅以K 326和紅花大金元兩個品種為研究對象，因此煙株在大田環(huán)境中的干旱脅迫表現(xiàn)以及其他烤煙品種是否也存在類似現(xiàn)象還得進一步研究。

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