基于實(shí)驗(yàn)室條件的干旱脅迫下4 個(gè)烤煙品種（系）的生理響應(yīng)及抗旱性評(píng)價(jià)

李 冬，王艷芳，王麗君，趙世民，董昆樂(lè)，申洪濤，劉 領(lǐng)*

1.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南省洛陽(yáng)市開(kāi)元大道263 號(hào) 471023

2.河南省煙草公司洛陽(yáng)市公司技術(shù)中心，河南省洛陽(yáng)市開(kāi)元大道246 號(hào) 471023

3.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，鄭州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)第3 大街9 號(hào) 450000

烤煙（Nicotiana tabacum）是重要的葉用經(jīng)濟(jì)作物，在整個(gè)生育期內(nèi)對(duì)水分的需求較高［1-4］。豫西煙區(qū)是典型的干旱、半干旱地區(qū)，年降水量少且時(shí)空分布不均，水資源匱乏，農(nóng)田灌溉條件不足，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)責(zé)熑~產(chǎn)量和品質(zhì)，對(duì)烤煙的種植及農(nóng)民增收極其不利。因此，鑒定不同烤煙品種（系）耐旱性，篩選抗旱種質(zhì)材料，對(duì)烤煙耐旱新品種選育及烤煙生產(chǎn)具有重要意義。

干旱脅迫導(dǎo)致植物新陳代謝發(fā)生紊亂，產(chǎn)生大量的活性氧，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性，造成氧化損傷，葉綠素合成受阻，葉片中的葉綠素含量降低，致使光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）受損，電子傳遞和光合磷酸化過(guò)程受到抑制，葉片的光合作用減弱，進(jìn)而影響到植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育［5-8］。利用聚乙二醇（PEG-6000）模擬干旱脅迫來(lái)鑒定不同植物種間的抗旱性，已成為目前科學(xué)研究中較為常用的方法［9］。尚曉穎等［10］研究表明，在嚴(yán)重干旱脅迫下抗旱型烤煙品種具有較高的根系活力、根系總吸收面積、活躍吸收面積和保護(hù)酶活性；胡瑋等［11］研究認(rèn)為，在干旱脅迫下光合速率下降幅度較小的烤煙品種，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗旱性；陳征等［12］利用15%PEG-6000 模擬中度干旱環(huán)境，發(fā)現(xiàn)中度干旱脅迫對(duì)耐旱型品種影響程度較小，對(duì)抗旱性弱的烤煙品種具有較強(qiáng)的抑制作用。盡管前人關(guān)于烤煙幼苗抗旱性的研究已有大量報(bào)道，但多數(shù)僅從生長(zhǎng)指標(biāo)或生理特性等方面單一反映烤煙幼苗地抗旱性，未能系統(tǒng)全面地對(duì)其抗旱能力進(jìn)行綜合分析。因此，以豫西煙區(qū)主栽的4 個(gè)烤煙品種（系）為材料，通過(guò)PEG 模擬干旱脅迫，對(duì)烤煙幼苗在不同程度干旱脅迫下生物量積累、活性氧代謝、抗氧化系統(tǒng)及光合熒光參數(shù)進(jìn)行比較，并采用隸屬函數(shù)和主成分分析法對(duì)其抗旱能力進(jìn)行綜合分析，旨在進(jìn)一步闡明烤煙幼苗的抗旱機(jī)制，為培育抗旱性烤煙品種提供依據(jù)。

1 材料方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試烤煙品種（系）為豫煙6 號(hào)（Y6）、LY1306、豫煙10 號(hào)（Y10）和云煙87（Yun87），種子由河南省煙草公司洛陽(yáng)市公司提供。PEG-6000 購(gòu)買(mǎi)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院旱作與節(jié)水生理生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。煙草種子用10%H2O2消毒10 min，蒸餾水沖洗干凈后浸種8 h，之后于育苗盤(pán)中催芽，放置于光周期14 h/10 h（晝/夜），溫度（28/20±2）℃（晝/夜），光照強(qiáng)度4 000 Lx 的GZX 型光照培養(yǎng)箱（北京中興偉業(yè)儀器公司）中培養(yǎng)。當(dāng)煙苗出現(xiàn)4 片真葉時(shí)，選取生長(zhǎng)健壯且形態(tài)長(zhǎng)勢(shì)一致的烤煙幼苗，用蒸餾水小心沖洗干凈根部，然后移入盛有Hoagland營(yíng)養(yǎng)液（pH5.7±0.2）的不透明水培盆中（盆缽規(guī)格：41 cm×31 cm×14.5 cm），每盆定植20 株煙苗。

試驗(yàn)設(shè)置4 個(gè)處理：①CK：對(duì)照（Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液）；②LS：輕度脅迫（Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液+10%PEG-6000）；③MS：中度脅迫（Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液+15%PEG-6000）；④SS：重度脅迫（Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液+20%PEG-6000），每處理20 株，3 次重復(fù)。溶液配制以Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液為基礎(chǔ)，加入相應(yīng)質(zhì)量的PEG-6000 配制成不同濃度的PEG 溶液模擬干旱脅迫，每2 d 更換1 次處理液，于干旱脅迫處理6 d后選取從上至下第3 片展開(kāi)的葉片進(jìn)行光合熒光及其他生理生化指標(biāo)的測(cè)定。

參考王焱等［13］的方法進(jìn)行PEG-6000 溶液水勢(shì)的計(jì)算：

式中：Ψs為溶液的水勢(shì)（MPa）；C為PEG-6000溶液濃度（g·kg-1H2O）；T為溫度（℃）。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 植物生物量的測(cè)定

于試驗(yàn)處理6 d 后取樣，各處理采取煙苗6 株，先用蒸餾水小心沖洗煙株幼苗2 次，然后用吸水紙將水分吸干，從根莖結(jié)合處剪斷，分別稱(chēng)量并記錄地上部鮮質(zhì)量和地下部鮮質(zhì)量。

1.3.2 葉綠素相對(duì)含量的測(cè)定

采用SPAD-502PLUS 葉綠素儀（日本Konica Minolta 公司）測(cè)量葉綠素相對(duì)含量（%），每片葉共測(cè)定葉基、葉中和葉尖3 個(gè)部位，計(jì)算其平均值。

1.3.3 光合參數(shù)的測(cè)定

采用LI-6400 型光合作用儀（美國(guó)LI-COR 公司）于上午09:00—11:00 測(cè)量光合參數(shù)［凈光合速率（Net photosynthetic rate,Pn）、氣孔導(dǎo)度（Stomatal conductance,Gs）、蒸騰速率（Transpiration,Tr）和胞間CO2濃度（Intercellular CO2concentration,Ci）］。測(cè)定時(shí)人工控制CO2濃 度400 μmol·mol-1，溫度25 ℃，空氣相對(duì)濕度50%～70%，有效光合輻射（PAR）800 μmol·m-2·s-1。

1.3.4 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定

采用PAM-2100 便攜式調(diào)制熒光儀（德國(guó)Walz公司）測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)。先測(cè)定穩(wěn)態(tài)熒光（Fs）、光下最大熒光（Fm'）和光下最小熒光（Fo'），經(jīng)過(guò)暗適應(yīng)20 min 后測(cè)定初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）。并通過(guò)以上測(cè)定的葉綠素?zé)晒鈪?shù)計(jì)算以下參數(shù)：

1.3.5 生理指標(biāo)的測(cè)定

采用氮藍(lán)四唑光化還原法測(cè)定超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase,SOD）活性；采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過(guò)氧化物酶（Peroxidase,POD）活性；采用紫外吸收法測(cè)定過(guò)氧化氫酶（Catalase,CAT）活性；采用硫代巴比妥酸比色法測(cè)定丙二醛（Malondialdehyde,MDA）含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）［14］。參照王愛(ài)國(guó)等［15］的方法測(cè)定超氧陰離子（）的產(chǎn)生速率。

1.4 抗旱性綜合評(píng)價(jià)

1.4.1 隸屬函數(shù)分析法

為消除不同品種間基礎(chǔ)性狀的差異，首先計(jì)算出所有品種各個(gè)指標(biāo)的抗旱系數(shù)（抗旱系數(shù)＝干旱脅迫下測(cè)定值/對(duì)照測(cè)定值），然后再求出每個(gè)品種所有指標(biāo)隸屬函數(shù)值的平均值并進(jìn)行比較，平均值越大說(shuō)明該品種的抗旱能力越強(qiáng)［16］。參照蔡建國(guó)等［17］的方法采用隸屬函數(shù)法對(duì)不同烤煙品種（系）的抗旱能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

隸屬函數(shù)值的計(jì)算：

式中：Xij為i 品種（系）j 指標(biāo)的測(cè)定值，Xjmax和Xjmin分別為j 指標(biāo)所有品種（系）中的最大值和最小值。若j 指標(biāo)與抗旱性呈正相關(guān)，采用公式（6）；反之，采用公式（7）。

1.4.2 主成分分析法

各綜合指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算：

式中：Wj表示第j 個(gè)主成分在所有主成分中的權(quán)重，Pj為第j 個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率。

各品種（系）綜合評(píng)價(jià)D 值的計(jì)算：

式中：U（Fj）為第j 個(gè)主成分得分經(jīng)隸屬函數(shù)化所得的值，根據(jù)公式（9）計(jì)算該品種（系）抗旱性的綜合評(píng)價(jià)D 值。對(duì)各品種（系）D 值進(jìn)行排序，得分越高者，排名越靠前，抗旱性越強(qiáng)；反之，抗旱性則越弱［18］。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，圖表中數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；采用IBM SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析及主成分分析，采用Origin 9.0 軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)不同烤煙品種（系）幼苗生長(zhǎng)的影響

由表1 可知，隨著干旱脅迫程度的增強(qiáng)，4 個(gè)烤煙品種（系）幼苗的地上部鮮質(zhì)量均表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，但不同烤煙品種（系）對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)程度不同。在輕度脅迫下，LY1306 的地上部鮮質(zhì)量下降程度不明顯，Y6、Yun87 和Y10 的地上部鮮質(zhì)量均顯著降低。在重度脅迫下，不同品種（系）的地上部鮮質(zhì)量均急劇降低且達(dá)到最小值，降低幅度排序依次為L(zhǎng)Y1306＜Y6＜Yun87＜Y10，分別較各自對(duì)照降低41.31%、50.76%、55.64%和67.56%。

隨著干旱脅迫程度的增強(qiáng)，4 個(gè)烤煙品種（系）幼苗的地下部鮮質(zhì)量表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。在輕度脅迫下，不同烤煙品種（系）的地下部鮮質(zhì)量均顯著增加，增加幅度排序依次為L(zhǎng)Y1306＞Y6＞Yun87＞Y10，分別較各自對(duì)照提高10.36%、10.20%、7.31%和7.09%。在重度脅迫下，不同品種（系）的地下部鮮質(zhì)量均急劇降低，降低幅度排序依次為L(zhǎng)Y1306＜Y6＜Yun87＜Y10，分別較各自對(duì)照降低18.74%、22.18%、26.26%和35.52%。

表1 不同干旱脅迫程度對(duì)烤煙幼苗生物量的影響①Tab.1 Effects of different level drought stress on biomass of flue-cured tobacco seedlings (g·株-1)

2.2 干旱脅迫對(duì)不同烤煙品種（系）幼苗O2.-產(chǎn)生速率的影響

由圖1 可知，隨著干旱脅迫程度的增加，4 個(gè)烤煙品種（系）幼苗的O2.-產(chǎn)生速率均表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，但不同烤煙品種（系）對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)程度不同。在輕度脅迫下，Y6 和LY1306 的O2.-產(chǎn)生速率與對(duì)照間差異均不明顯，Yun87 和Y10 的O2.-產(chǎn)生速率均顯著提高。在中度脅迫下，不同品種（系）與對(duì)照間均存在顯著差異。在重度脅迫下，不同品種（系）的O2.-產(chǎn)生速率均急劇升高且達(dá)到最大值，增加幅度排序依次為L(zhǎng)Y1306＜Y6＜Yun87＜Y10，分別較各自對(duì)照提高76.12%、129.60、180.87%和313.11%。

圖1 不同干旱脅迫程度對(duì)烤煙幼苗O2.-產(chǎn)生速率的影響Fig.1 Effects of different level drought stress on O2.-generation rate of flue-cured tobacco seedlings

2.3 干旱脅迫對(duì)不同烤煙品種（系）幼苗MDA 含量的影響

由圖2 可知，隨著干旱脅迫程度的提高，4 個(gè)烤煙品種（系）幼苗的MDA 生成量均表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，但不同烤煙品種（系）對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)程度不同。在輕度脅迫下，與各自對(duì)照相比，Y6 的MDA 含 量 無(wú) 明 顯 變 化，LY1306、Yun87 和Y10 的MDA 含量均顯著增加。在中度脅迫下，不同品種（系）與對(duì)照間均存在顯著差異。在重度脅迫下，不同品種（系）的MDA 含量均急劇增加且達(dá)到峰值，增加幅度排序依次為Y6＜LY1306＜Yun87＜Y10，分別較各自對(duì)照提高173.09%、222.66%、543.30%和570.43%。

圖2 不同干旱脅迫程度對(duì)烤煙幼苗MDA 含量的影響Fig.2 Effects of different level drought stress on MDA content of flue-cured tobacco seedlings

2.4 干旱脅迫對(duì)不同烤煙品種（系）幼苗抗氧化酶活性的影響

由圖3 可知，隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加，Y6、LY1306 和Y10 的SOD 活性表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。在輕度脅迫下，Y10 的SOD 活性顯著提高且達(dá)到峰值，Yun87 的SOD 活性無(wú)明顯變化，Y6和LY1306 的SOD 活性在中度脅迫下均達(dá)到峰值。在重度脅迫下，不同品種（系）的SOD 活性均達(dá)到最小值，降低幅度排序依次為Y6＜LY1306＜Yun87＜Y10，分別較各自對(duì)照降低7.00%、8.63%、18.27%和21.22%。

隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加，4 個(gè)烤煙品種（系）幼苗的POD 活性均表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。在輕度脅迫下，Yun87 和Y10 的POD 活性均顯著提高且達(dá)到峰值，在中度脅迫下Y6 和LY1306 的POD 活性均達(dá)到峰值。在重度脅迫下，不同品種（系）的POD 活性均達(dá)到最小值，降低幅度排序依次為L(zhǎng)Y1306＜Y6＜Yun87＜Y10，分別較各自對(duì)照降低18.21%、19.49%、55.09%和62.31%。

隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加，4 個(gè)烤煙品種（系）幼苗的CAT 活性均表現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。在輕度脅迫下，4 個(gè)烤煙品種（系）幼苗的CAT 活性均顯著提高且達(dá)到峰值。在重度脅迫下，不同品種（系）CAT 活性均達(dá)到最小值，降低幅度排序依次為Y6＜Yun87＜LY1306＜Y10，分別較各自對(duì)照降低20.94%、25.88%、40.38%和64.79%。

圖3 不同干旱脅迫程度對(duì)烤煙幼苗SOD、POD 和CAT活性的影響Fig.3 Effects of different level drought stress on activities of SOD,POD and CAT of flue-cured tobacco seedlings

2.5 干旱脅迫對(duì)不同烤煙品種（系）幼苗葉綠素相對(duì)含量的影響

由圖4 可知，隨著干旱脅迫強(qiáng)度的增加，Y6 和LY1306 的SPAD 值均表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，Yun87 和Y10 的SPAD 值 均逐漸 降 低。Y6 的SPAD 值在中度脅迫下達(dá)到最大值；LY1306 的SPAD 值在輕度脅迫下達(dá)到最大值，在中度脅迫下雖有所降低但仍高于對(duì)照。在重度脅迫下，不同品種（系）的SPAD 值均達(dá)到最小值，降低幅度排序依次為Y6＜LY1306＜Yun87＜Y10，分別較各自對(duì)照降低7.79%、13.90%、44.37%和47.94%。

圖4 不同干旱脅迫程度對(duì)烤煙幼苗SPAD 值的影響Fig.4 Effects of different level drought stress on SPAD value of flue-cured tobacco seedlings

2.6 干旱脅迫對(duì)不同烤煙品種（系）幼苗光合參數(shù)的影響

由圖5 可知，隨著干旱脅迫程度的提高，不同烤煙品種（系）幼苗的Pn均表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，但不同烤煙品種（系）對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)程度不同。在輕度脅迫下，與各自對(duì)照相比，LY1306的Pn無(wú)明顯變化，Y6、Yun87 和Y10 的Pn均顯著降低。在重度脅迫下，不同烤煙品種（系）的Pn均達(dá)到最小值，降低幅度排序依次為L(zhǎng)Y1306＜Y6＜Yun87＜Y10，分別較各自對(duì)照降低47.19%、50.21%、72.30%和73.98%。

隨著干旱脅迫程度的提高，不同烤煙品種（系）幼苗的Tr均表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，但不同烤煙品種（系）對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)程度不同。在輕度脅迫下，與各自對(duì)照相比，LY1306 的Tr無(wú)明顯變化，Y6、Yun87和Y10的Tr均顯著降低。在重度脅迫下，不同烤煙品種（系）的Tr均達(dá)到最小值，降低幅度排序依次為Y6＜LY1306＜Yun87＜Y10，分別較各自對(duì)照降低了38.97%、53.02%、55.72%和63.18%。

隨著干旱脅迫程度的提高，不同烤煙品種（系）幼苗的Gs均表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，但不同烤煙品種（系）對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)程度不同。在輕度脅迫下，與各自對(duì)照相比，Y6 的Gs無(wú)明顯變化，LY1306、Yun87 和Y10 的Gs均顯著降低。在重度脅迫下，不同烤煙品種（系）的Gs均達(dá)到最小值，降低幅度排序依次為Y10＜LY1306＜Y6＜Yun87，分別較各自對(duì)照降低36.10%、36.20%、37.73%和46.64%。

隨著干旱脅迫程度的提高，不同烤煙品種（系）幼苗的Ci均表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，但不同烤煙品種（系）對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)程度不同。在輕度脅迫下，與各自對(duì)照相比，Y6 的Ci無(wú)明顯變化，LY1306、Yun87 和Y10 的Ci均顯著升高。在重度脅迫下，不同烤煙品種（系）的Ci均達(dá)到最大值，升高幅度排序依次為Y6＜Y10＜Yun87＜LY1306，分別較各自對(duì)照提高20.35%、26.43%、27.26%和36.31%。

圖5 不同干旱脅迫程度對(duì)烤煙幼苗光合參數(shù)的影響Fig.5 Effects of different level drought stress on photosynthetic parameters of flue-cured tobacco seedlings

2.7 干旱脅迫對(duì)不同烤煙品種（系）幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由圖6 可知，隨著干旱脅迫程度的提高，不同烤煙品種（系）幼苗的Fv/Fm均表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，但不同烤煙品種（系）對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)程度不同。在輕度脅迫下，與各自對(duì)照相比，LY1306和Yun87 的Fv/Fm均無(wú)明顯變化，Y6 和Y10 的Fv/Fm均顯著降低。在重度脅迫下，不同品種（系）的Fv/Fm均達(dá)到最小值，降低幅度排序依次為L(zhǎng)Y1306＜Yun87＜Y6＜Y10，分別較各自對(duì)照降低6.86%、7.39%、10.93%和11.98%。

隨著干旱脅迫程度的提高，不同烤煙品種（系）幼苗的ΦPSⅡ均表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，但不同烤煙品種（系）對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)程度不同。在重度脅迫下，不同品種（系）的ΦPSⅡ均急劇下降且達(dá)到最小值，降低幅度排序依次為Yun87＜Y6＜Y10＜LY1306，分別較各自對(duì)照降低31.72%、42.20%、51.97%和56.06%。

隨著干旱脅迫程度的提高，不同烤煙品種（系）幼苗的qP 均表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)，但不同烤煙品種（系）對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)程度不同。在重度脅迫下，不同品種（系）的qP 均達(dá)到最小值，降低幅度排序依次為Yun87＜Y6＜Y10＜LY1306，分別較各自對(duì)照降低14.55%、16.76%、18.65%和25.20%。

隨著干旱脅迫程度的提高，不同烤煙品種（系）幼苗的NPQ 均表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，但不同烤煙品種（系）對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)程度不同。在輕度脅迫下，與各自對(duì)照相比，LY1306 的NPQ 無(wú)明顯變化，Y6、Yun87 和Y10 的NPQ 均顯著升高。在重度脅迫下，不同品種（系）的NPQ 均達(dá)到最大值，升高幅度排序依次為Y10＜LY1306＜Y6＜Yun87，分別較各自對(duì)照提高78.63%、89.26%、117.30%和126.36%。

圖6 不同干旱脅迫程度對(duì)烤煙幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Fig.6 Effects of different level drought stress on chlorophyll fluorescence parameters of flue-cured tobacco seedlings

2.8 不同烤煙品種（系）幼苗耐旱性綜合評(píng)價(jià)

隸屬函數(shù)是一種在多指標(biāo)測(cè)定基礎(chǔ)上對(duì)植物抗旱能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的有效途徑，可以克服利用單一指標(biāo)或少數(shù)指標(biāo)對(duì)植物抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)的缺點(diǎn)［19］。通過(guò)對(duì)烤煙幼苗在不同程度干旱脅迫下生理、光合和熒光指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)處理，得出各項(xiàng)指標(biāo)隸屬函數(shù)平均值分別為0.80、0.65、0.38 和0.24，見(jiàn)表2。表2 表明4 個(gè)烤煙品種（系）的抗旱能力為Y6 和LY1306 抗旱性較強(qiáng)，Yun87 和Y10 抗旱性較弱。

表2 4 個(gè)烤煙品種（系）各項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)的隸屬函數(shù)值Tab.2 Subordinate function values of all indexes of four flue-cured tobacco cultivars(lines)

2.9 干旱脅迫下烤煙幼苗生理生化指標(biāo)的主成分分析

由表3 可知，經(jīng)過(guò)主成分分析將16 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成14 個(gè)主成分，按累積貢獻(xiàn)率≥85%確定主成分個(gè)數(shù)，選擇前3 個(gè)主成分作為評(píng)價(jià)烤煙抗旱性的綜合指標(biāo)，其中前1 ～3 個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率分別為74.94%、8.33%、7.02%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)90.29%?？緹熆购敌栽u(píng)價(jià)第1 主成分中最大光化學(xué)效率的特征向量最大，地上部鮮質(zhì)量、O2.-、MDA、Pn、Tr、Ci、ΦPSⅡ、qP 和NPQ 的特征向量較大；第2 主成分中POD 活性的特征向量最大，其次為CAT 活性和SOD 活性；第3 主成分中特征向量最大的為SPAD 值，其次為Gs和地下部鮮質(zhì)量。根據(jù)各綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率的大小用公式（3）可求出其權(quán)重。經(jīng)計(jì)算，3 個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為0.830、0.092 和0.078。

通過(guò)利用SPSS 22.0 軟件對(duì)4 個(gè)烤煙品種（系）16 個(gè)測(cè)定指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，轉(zhuǎn)化為3 個(gè)主成分，計(jì)算得到4 個(gè)烤煙品種（系）的主成分得分，并將其隸屬函數(shù)化，利用公式（4）可計(jì)算出各自的D值，并對(duì)其排序見(jiàn)表4。表4 表明，Y6 和LY1306 抗旱能力較強(qiáng)，Yun87 和Y10 抗旱能力最弱。

表3 干旱脅迫下烤煙幼苗生理生化指標(biāo)的主成分分析Tab.3 Principal component analysis of physiological and biochemical indexes of flue-cured tobacco seedlings under drought stress

表4 4 個(gè)烤煙品種（系）的綜合指標(biāo)、D 值及抗旱性排序Tab.4 Comprehensive index values,D values and drought resistance order of four flue-cured cultivars(lines)

3 討論

在干旱環(huán)境中植物往往會(huì)形成各種抗旱耐旱的形態(tài)結(jié)構(gòu)，其中生物量的積累是對(duì)逆境響應(yīng)最直觀(guān)的體現(xiàn)，也是遭受生理傷害的綜合反映［20-22］。本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，不同烤煙品種（系）幼苗在輕度干旱脅迫下具有一定的耐受性，能通過(guò)刺激根系伸展，擴(kuò)大根系對(duì)水分的吸收面積，降低地上部生物量分配比例，減少地上部水分蒸發(fā)，從形態(tài)分布上來(lái)適應(yīng)干旱環(huán)境，以維持體內(nèi)水分平衡及其正常生長(zhǎng)發(fā)育，而在中度脅迫下出現(xiàn)激發(fā)閾值，達(dá)到耐旱能力的極限，在重度脅迫下不同烤煙品種（系）煙苗的根系生長(zhǎng)則均受到不同程度的抑制，與王寧等［23］在節(jié)節(jié)麥上的研究結(jié)果基本一致，但與李澤等［24］在油桐上的研究結(jié)果存在一定的差異，可能與試驗(yàn)植物材料的抗性、脅迫方式及程度的差異有關(guān)。

在干旱脅迫下，植株的正常光合作用通常會(huì)受到一定程度的抑制［25］。本研究中發(fā)現(xiàn)，在輕度和中度脅迫下Y6 和LY1306 能通過(guò)促進(jìn)葉綠素的合成，增強(qiáng)光合作用來(lái)抵御干旱脅迫造成的損傷，具有較強(qiáng)的抗旱能力；Yun87 和Y10 由于自身調(diào)節(jié)能力較低，活性氧積累過(guò)量，抑制了葉綠素的合成，這與王蕾等［26］的研究結(jié)果相似。本試驗(yàn)中Y6和LY1306 在干旱脅迫下的變化幅度顯著低于Yun87 和Y10，說(shuō)明干旱脅迫下Y6 和LY1306 能在一定程度上減少水分蒸騰，關(guān)閉氣孔以限制CO2進(jìn)入葉片，維持較強(qiáng)的保水能力，減緩光合速率的降低，Yun87 和Y10 則可能由于組織內(nèi)部受損程度嚴(yán)重，葉綠體類(lèi)囊體結(jié)構(gòu)遭到破壞，葉綠素發(fā)生降解或合成受阻，葉肉細(xì)胞光化學(xué)活性受到抑制，而導(dǎo)致光合作用能力降低。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)能夠準(zhǔn)確完整地反映出逆境脅迫下植物光合作用過(guò)程中發(fā)生的變化，其中以Fv/Fm的變化最為敏感［27-28］。本試驗(yàn)中，在輕度干旱脅迫下Y6 和LY1306 的Fv/Fm無(wú)明顯變化，Yun87和Y10 的Fv/Fm均顯著降低，說(shuō)明在輕度干旱脅迫下，Y6 和LY1306 的PSⅡ反應(yīng)中心具有一定的忍耐能力和適應(yīng)性，可通過(guò)提高非輻射性熱耗散來(lái)阻止過(guò)剩光能向PSⅡ的傳遞，以減輕PSⅡ反應(yīng)中心的受破壞程度，免受因吸收過(guò)多光能而造成的光氧化傷害［29］。在中度和重度干旱脅迫下，各個(gè)烤煙品種（系）均遭受到不同程度的光抑制，光能利用能力和轉(zhuǎn)化效率降低，電子傳遞受阻，從而造成植物內(nèi)部不可逆?zhèn)Γ夂献饔脟?yán)重降低，這與張金政等［30］在玉簪上的研究結(jié)果一致。

干旱脅迫下植物細(xì)胞內(nèi)ROS 大量積累，導(dǎo)致膜系統(tǒng)受到破壞，引發(fā)膜脂過(guò)氧化反應(yīng)，產(chǎn)生一系列的自由基連鎖反應(yīng)，對(duì)植物組織和細(xì)胞膜造成傷害［31-32］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，Y6 和LY1306 的抗氧化能力較強(qiáng)，能夠通過(guò)自身調(diào)節(jié)能力清除體內(nèi)過(guò)量的活性氧自由基，以維持體內(nèi)的正常生理代謝活動(dòng)；而Yun87 和Y10 由于抗氧化能力較低，體內(nèi)活性氧大量積累，植物體細(xì)胞膜受損嚴(yán)重，膜脂過(guò)氧化作用加劇，導(dǎo)致其對(duì)干旱脅迫的耐受能力下降。隨著干旱脅迫程度的提高，4 個(gè)烤煙品種（系）幼苗的抗氧化酶活性整體呈先升高后降低的趨勢(shì)，說(shuō)明烤煙幼苗能夠通過(guò)適度干旱鍛煉以激發(fā)自身的抗氧化系統(tǒng)來(lái)提高抗旱能力，抵御干旱脅迫造成的氧化損傷，提高植物耐旱性；而隨著脅迫程度地持續(xù)升高，烤煙幼苗體內(nèi)的活性氧積累達(dá)到一定程度，則導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成受阻，抗氧化酶活性急劇降低；在中度脅迫下，Yun87 和Y10 的抗氧化系統(tǒng)已經(jīng)受到損傷，超出了自身抵御能力的閾值，難以有效地清除活性氧自由基，對(duì)干旱脅迫的抵抗能力較弱，這與路之娟等［33］在不同苦蕎品種上的研究結(jié)果基本一致。

植物抗旱性是一個(gè)復(fù)雜的綜合性狀，受遺傳特性和外部環(huán)境共同影響［19］，由膜結(jié)構(gòu)、生理生化反應(yīng)及光合熒光特性等多種指標(biāo)來(lái)共同反映的結(jié)果，各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)也不盡一致，因此利用單一指標(biāo)的研究對(duì)植物抗旱性的進(jìn)行評(píng)價(jià)，通常無(wú)法準(zhǔn)確地反映出其抗旱能力［34-35］。本研究中通過(guò)測(cè)定能反映植物抗旱性的16 項(xiàng)生理生化指標(biāo)，結(jié)合采用隸屬函數(shù)法和主成分分析法對(duì)4 個(gè)烤煙品種（系）進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)定，得出Y6 和LY1306 抗旱性較強(qiáng)，Yun87 和Y10 抗旱性較弱，這與其在不同程度干旱脅迫下的生理響應(yīng)規(guī)律基本一致。但本研究?jī)H通過(guò)模擬干旱脅迫試驗(yàn)對(duì)洛陽(yáng)煙區(qū)4 個(gè)主栽烤煙品種（系）幼苗的抗旱性進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，而參試烤煙品種（系）在田間乃至整個(gè)生育期的實(shí)際抗旱性能仍需要進(jìn)一步驗(yàn)證。另外，鑒于植物耐旱性狀通常是由多個(gè)基因共同控制的，抗旱機(jī)制較為復(fù)雜，從分子水平和遺傳特性上挖掘不同烤煙品種（系）的抗旱機(jī)制仍需要深入研究。

4 結(jié)論

在實(shí)驗(yàn)室條件下研究表明，干旱脅迫可顯著影響烤煙幼苗的生長(zhǎng)和生理代謝活動(dòng)。但供試4個(gè)煙草品種（系）在生物量分配、生理生化、光合作用和葉綠素?zé)晒鈪?shù)方面對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)基因型間存在明顯差異，Y6 和LY1306 受干旱脅迫的影響程度最小，Yun87 次之，Y10 最大。結(jié)合隸屬函數(shù)和主成分分析法綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，Y6 和LY1306 屬于耐旱型品種（系），Yun87 和Y10 屬于干旱敏感型品種。