基于稱重法的7個(gè)煙草品種旺長(zhǎng)期抗旱性評(píng)價(jià)

汪志威，胡秋舲，祖 達(dá)，劉仁祥

(1.六盤水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，貴州六盤水 553000；2.六盤水市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴州六盤水 553000；3.貴州大學(xué)，貴州貴陽(yáng) 550025)

近年來，受全球氣候變化的影響，西南地區(qū)極端干旱天氣頻發(fā)，嚴(yán)重影響作物安全生產(chǎn)。煙草是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，水分對(duì)其生命活動(dòng)具有重要作用，在生長(zhǎng)季節(jié)如果田間土壤含水量長(zhǎng)期低于50%，其產(chǎn)量和品質(zhì)將會(huì)遭受重大影響。貴州作為我國(guó)優(yōu)質(zhì)煙葉煙草生產(chǎn)地區(qū)，受伏旱威脅嚴(yán)重。因此，對(duì)煙草品種展開抗旱性鑒定，就必須有一套較好的抗旱性鑒定方法，對(duì)指導(dǎo)煙草安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。目前對(duì)作物的抗旱性鑒定方法研究多集中在水稻和玉米上，在煙草上尚沒有一種成型的方法，且抗旱性鑒定參考指標(biāo)尚不明確，不同人對(duì)抗旱鑒定指標(biāo)選擇不盡相同。蔣明義等以MDA作為抗旱鑒定指標(biāo)研究表明，抗旱水稻品種比不抗旱品種MDA含量增長(zhǎng)速度慢，且增幅較小；張海明等研究玉米和甘蔗的抗旱性也發(fā)現(xiàn)，抗性品種受干旱脅迫后MDA含量增長(zhǎng)速度慢；Singh研究了大麥的抗旱性，結(jié)果表明Pro可作為大麥抗旱鑒定的指標(biāo)，抗性品種在受干旱脅迫后Pro增長(zhǎng)加快；汪耀富等研究發(fā)現(xiàn)，干旱后煙葉中SOD活性先上升后下降；周冀衡等認(rèn)為，干旱脅迫下煙草葉片 SOD、CAT 活性均增強(qiáng)；覃鵬等研究表明，干旱脅迫下煙草多數(shù)保護(hù)酶活性均增強(qiáng)，抗旱品種上升幅度更大。煙草旺長(zhǎng)期是煙草產(chǎn)量和品質(zhì)形成的關(guān)鍵時(shí)期，也是伏旱容易出現(xiàn)的時(shí)期，明確不同煙草品種在旺長(zhǎng)期抗旱能力對(duì)指導(dǎo)煙草安全生產(chǎn)具有重要意義。鑒于此，筆者采用盆栽試驗(yàn)，在煙草旺長(zhǎng)期通過稱重法控制盆栽土壤相對(duì)含水量在30%～35%，連續(xù)處理21 d，測(cè)定葉片MDA、Pro、SOD和CAT含量的變化，并以此為聯(lián)合指標(biāo)采用隸屬函數(shù)法，對(duì)供試品種進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)，為煙草生產(chǎn)品種選擇提供指導(dǎo)，并為形成一套較為快速且準(zhǔn)確的煙草抗旱鑒定方法提供參考。

1 材料與方法

供試土壤(生土)為0～20 cm表層黃壤土，土壤pH 5.53，有機(jī)質(zhì)25.36 g/kg，全氮1.52 g/kg，有效磷17.35 mg/kg，速效鉀190.26 mg/kg，經(jīng)自然風(fēng)干過0.5 cm篩。移栽盆規(guī)格高45 cm，口徑37 cm。

試驗(yàn)材料為生產(chǎn)常用的NC82、K326、TN90、韭菜坪2號(hào)、畢納1號(hào)、南江三號(hào)和紅花大金元7個(gè)品種，均由貴州省煙草品質(zhì)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。

材料培養(yǎng)。試驗(yàn)在貴州大學(xué)煙草試驗(yàn)基地試驗(yàn)大棚里進(jìn)行。供試品種采用漂浮育苗，待煙苗6葉1心時(shí),選擇生長(zhǎng)整齊一致的植株移栽到盆中。每盆裝過篩土12.5 kg，后期培土2.5 kg，同時(shí)施煙草專用復(fù)合肥(N∶PO∶KO=1∶1∶2)100 g。以正常生長(zhǎng)的為對(duì)照，各處理3次重復(fù)，每重復(fù)3盆，每品種處理和對(duì)照各設(shè)置2盆為預(yù)備材料，其他管理按常規(guī)高產(chǎn)栽培進(jìn)行。

干旱處理。待供試品種植株生長(zhǎng)到旺長(zhǎng)期時(shí)，采用稱重法控制盆土相對(duì)含水量為30%～35%，連續(xù)處理21 d。于干旱處理后第7、14和21天08:00—09:00選取從上往下第5片葉，用冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室保存于超低溫冰箱。

加水量=盆缽整體理論重量-盆缽整體實(shí)際重量

盆缽整體理論重量=盆重+估計(jì)苗重+總干土重×(1+田間持水量×目標(biāo)值的最大值)

總干土重=盆缽裝土重/(自然含水量+1)

采用TBA法測(cè)定丙二醛(MDA)含量；采用茚三酮法測(cè)定脯氨酸(Pro)含量；采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定超氧化物歧化酶(SOD)活性；采用紫外吸收法測(cè)定CAT活性。

旱害指數(shù)。參照研究人員提出的冷害指數(shù)得出旱害指數(shù)，旱害指數(shù)是指干旱處理結(jié)果(TR)與非干旱處理結(jié)果(CK)之差占非干旱處理結(jié)果的百分比，即旱害指數(shù)=(TR-CK)/CK×100%。

2 結(jié)果與分析

從表1可以看出，干旱處理后，總體上隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，供試品種的MDA含量先升高后降低。干旱7 d后，韭菜坪2號(hào)的MDA含量最低，為6.52 μmol/g， 紅花大金元的MDA含量最高，為11.07 μmol/g。與對(duì)照相比，韭菜坪2號(hào)的MDA含量降低，但不顯著，其他材料除TN90和南江三號(hào)外均顯著或極顯著升高。干旱處理14 d后，K326的MDA含量最低，為22.07 μmol/g，最高的是TN90，為37.38 μmol/g，與對(duì)照相比，南江三號(hào)和K326的MDA含量降低，其他煙草品種MDA含量均顯著或極顯著升高。干旱處理21 d后，各煙草品種中MDA含量最低的是K326，為13.38 μmol/g，與各自對(duì)照相比，K326的MDA含量降低，但不顯著；NC82、TN90、韭菜坪2號(hào)、紅花大金元的MDA含量極顯著升高。

表1 不同品種干旱處理不同天數(shù)后煙草品種MDA含量比較Table 1 Comparison of tobacco MDA contents after different days of drought treatment

從表2可以看出，干旱對(duì)煙草旺長(zhǎng)期葉片的脯氨酸含量影響十分明顯，經(jīng)干旱處理后，各品種葉片脯氨酸含量極顯著高于各自對(duì)照。干旱7 d后，供試品種葉片脯氨酸含量最高的南江三號(hào)，為681.47 μg/g，最低的是紅花大金元，為412.51 μg/g；旱害指數(shù)最大的是K326，為69.74%，最小的是TN90，為38.04%。干旱14 d后，各材料葉片脯氨酸含量最高的是南江三號(hào)，為1 023.64 μg/g，最小的是紅花大金元，為471.71 μg/g；旱害指數(shù)最高的是K326，為115.18%，最小的是紅花大金元，為35.60%。干旱21 d后，供試品種葉片脯氨酸含量最高的是南江三號(hào)，為936.15 μg/g，最低的是紅花大金元，為406.33 μg/g；旱害指數(shù)最大的是南江三號(hào)，為96.21%，最小的是紅花大金元，為18.80%。綜合比較，干旱后脯氨酸含量較高的是K326，較低的是紅花大金元。

表2 不同品種干旱處理不同天數(shù)后葉片脯氨酸含量的比較Table 2 Comparison of tobacco proline contents after different days of drought treatment

由表3可知，連續(xù)干旱7 d后，與對(duì)照相比，供試品種SOD 活性除TN90略有下降外總體上呈增強(qiáng)趨勢(shì)，其中K326的SOD活性極顯著增強(qiáng)，旱害指數(shù)為11.60%。連續(xù)干旱處理14 d后，與對(duì)照相比，TN90的SOD 活性顯著降低，旱害指數(shù)為-9.10%，紅花大金元的SOD 活性略有降低，但不顯著；其他品種SOD 活性均呈上升趨勢(shì)，K326和南江三號(hào)葉片SOD 活性極顯著增強(qiáng)，旱害指數(shù)分別為11.85%、11.30%。連續(xù)干旱處理21 d后，與對(duì)照相比，K326和南江三號(hào)的SOD活性極顯著增強(qiáng)，旱害指數(shù)分別為11.51%和10.87%，其他品種SOD 活性呈下降趨勢(shì)，其中TN90和紅花大金元的SOD活性極顯著降低，旱害指數(shù)分別為-10.12%和-12.02%。

表3 不同品種干旱處理不同天數(shù)后煙草SOD活性的比較Table 3 Comparison of tobacco SOD activity after different days of drought treatment

由表4可知，連續(xù)干旱7 d后，與對(duì)照相比，供試品種韭菜坪2號(hào)和紅花大金元的CAT 活性略有下降，但不顯著；TN90的CAT活性顯著下降，旱害指數(shù)為-7.63%；NC82和南江三號(hào)的CAT活性略有增加，但不顯著，K326和畢納1號(hào)的CAT活性呈現(xiàn)顯著或極顯著增強(qiáng)，旱害指數(shù)分別為22.88%、7.40%。連續(xù)干旱處理14 d后，與對(duì)照相比，TN90、韭菜坪2號(hào)、畢納1號(hào)、紅花大金的CAT 活性顯著降低，旱害指數(shù)分別為-13.26%、-13.37%、-14.12%、-14.49%；NC82、K326和南江三號(hào)的CAT活性顯著或極顯著增強(qiáng)，旱害指數(shù)分別為12.84%、26.67%、10.06%。連續(xù)干旱處理21 d后，與對(duì)照相比，紅花大金元的CAT活性降低，但不顯著；TN90的CAT活性顯著降低，旱害指數(shù)為-9.38%；其他供試材料CAT 活性均呈增強(qiáng)趨勢(shì)，其中NC82、畢納1號(hào)和南江三號(hào)的CAT 活性顯著或極顯著增強(qiáng)，旱害指數(shù)分別為23.68%、13.06%、13.65%。

表4 不同品種干旱處理不同天數(shù)后煙草CAT活性的比較 Table 4 Comparison of tobacco CAT activity after different days of drought treatment

利用MDA含量、Pro含量、SOD活性和CAT活性的隸屬函數(shù)值對(duì)7個(gè)煙草材料進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果見表5。由表5可知，7個(gè)煙草品種可分為4類：高抗品種為K326和南江三號(hào)；中抗品種為NC82；不抗品種包括韭菜坪2號(hào)和畢納1號(hào)；干旱敏感材料包括TN90和紅花大金元。

表5 不同品種4個(gè)指標(biāo)隸屬函數(shù)值和抗旱性綜合評(píng)價(jià)比較Table 5 Comparison of subordinate function values and the comprehensive evaluation of drought resistance of different varieties

MDA是植物受脅迫后細(xì)胞膜質(zhì)過氧化物之一，是衡量植物受害程度的重要指標(biāo)。趙會(huì)杰等研究表明，干旱后煙草MDA含量較對(duì)照極顯著增加；汪耀富等研究發(fā)現(xiàn)，干旱后煙草MDA含量增加，干旱程度越嚴(yán)重， MDA含量越高；覃鵬等在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著干旱程度的增加供試煙草品種葉片MDA含量呈先升后降的趨勢(shì)。該研究發(fā)現(xiàn)，隨干旱時(shí)間延長(zhǎng)，供試品種的MDA含量先升高后降低，這與覃鵬的研究結(jié)果相同，但與汪耀富等的研究結(jié)果不盡相同。這可能是因?yàn)橼w會(huì)杰只測(cè)定了干旱20 d后煙草葉片MDA變化，而沒有測(cè)定干旱20 d前后煙草葉片MDA含量變化；汪耀富則是連續(xù)干旱10 d 后復(fù)水在測(cè)定煙草葉片MDA變化，該試驗(yàn)則是一直保持土壤相對(duì)含水量為30%～35%干旱處理21 d，并于第7、14、21天測(cè)定煙草葉片MDA變化，因此結(jié)果不同。該研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，高抗品種K326的MDA含量持續(xù)降低，而干旱敏感品種TN90和紅花大金元MDA含量顯著升高。這可能是在受到干旱脅迫后，高抗品種能迅啟動(dòng)應(yīng)答反應(yīng)，促進(jìn)某些基因的表達(dá)從而清除氧自由基對(duì)細(xì)胞膜的傷害，而干旱敏感品種缺乏這種基因從而缺乏應(yīng)答機(jī)制。

脯氨酸是植物蛋白質(zhì)的組成成分之一，在植物中廣泛以游離態(tài)存在。在干旱脅迫下，脯氨酸迅速積累。脯氨酸的積累可以在植物細(xì)胞質(zhì)中起著滲透調(diào)節(jié)的重要作用，而且在穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)、降低細(xì)胞酸性、減輕氨毒害、調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原等方面起著重要作用。孟軍等研究表明，Pro可以作為煙草抗旱性鑒定指標(biāo)，隨干旱時(shí)間延長(zhǎng)，煙草葉片Pro含量增加先增加后下降。崔保偉等研究發(fā)現(xiàn)，不同生育時(shí)期干旱烤煙葉片中游離脯氨酸的含量均增加。該研究結(jié)果表明，隨干旱時(shí)間延長(zhǎng)，煙草葉片Pro含量總體上呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，這與孟軍等的研究結(jié)果相同。高抗品種K32和南江三號(hào)在受干旱脅迫后，Pro增長(zhǎng)速率極顯著高于干旱敏感品種TN90和紅花大金元。這可能是因?yàn)镻ro的迅速積累，可有效減輕干旱對(duì)植物細(xì)胞的傷害，這與王韶唐的觀點(diǎn)相同。因此，Pro可以作物煙草旺長(zhǎng)期抗旱鑒定的參考指標(biāo)之一。

保護(hù)酶系統(tǒng)是作物的一種自我保護(hù)機(jī)制，在受到干旱脅迫時(shí)SOD和CAT等能有效清除干旱脅迫下產(chǎn)生的活性氧自由基，保護(hù)作物膜系統(tǒng)不受活性氧自由基的破壞，已被眾多研究者用作抗旱鑒定指標(biāo)。SOD和CAT能高效清除植物受脅迫產(chǎn)生的超氧陰離子自由基，對(duì)植物的抗性具有十分重要的作用。前人對(duì)不同植物的干旱研究表明，抗旱性越強(qiáng)，SOD活性上升幅度越大；SOD活性下降越多的其抗旱性越差。研究發(fā)現(xiàn)，干旱后煙葉中SOD活性先上升后下降，CAT 活性則一直下降。周冀衡等研究表明，干旱脅迫下，煙草葉片 SOD、CAT 活性均增強(qiáng)。覃鵬等研究認(rèn)為，干旱脅迫下煙草保護(hù)酶活性均有所增強(qiáng)，抗旱品種上升幅度更大。王茅雁等研究玉米的抗旱性與保護(hù)酶活性的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，抗旱性不同的品種在干旱脅迫下CAT的表現(xiàn)不同，抗旱性強(qiáng)的品種在干旱初期CAT活性保持不變或升高，在后期小幅度降低，抗旱性差的品種CAT活性則一直下降。該研究發(fā)現(xiàn)，隨著干旱時(shí)間的延長(zhǎng)，高抗品種K326和南江三號(hào)的葉片SOD、CAT活性顯著增加；干旱敏感品種TN90和紅花大金元在受干旱脅迫后，SOD和CAT活性降低，這與覃鵬等的研究結(jié)果相同。在應(yīng)對(duì)干旱脅迫過程中，高抗品種和敏感品種SOD和CAT活性變化表現(xiàn)出了高度的一致性：高抗品種SOD和CAT活性一致增加，敏感品種一致降低。因此，SOD和CAT活性可作為煙草旺長(zhǎng)期抗旱鑒定的重要參考指標(biāo)。

植物抗旱機(jī)制十分復(fù)雜，同一植物采用不同的抗旱鑒定方法，可能鑒定結(jié)果不一樣。選擇合適的抗旱鑒定方法，不僅能提高篩選抗旱品種的效率，還能提高抗旱鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用大田自然干旱鑒定，易于操作并且結(jié)果可靠，但是該方法受天氣影響大，也不宜開展多年試驗(yàn)，并且年份間的鑒定結(jié)果可能出現(xiàn)較大差異。利用盆栽試驗(yàn)，采用稱重法控制盆栽土壤含水量，可根據(jù)試驗(yàn)需求，合理選擇干旱脅迫時(shí)間，準(zhǔn)確控制干旱脅迫強(qiáng)度，便于進(jìn)行多年重復(fù)試驗(yàn)，鑒定結(jié)果較可靠且便于比較，是一種較好的干旱脅迫處鑒定法。但是稱重法工作量大，仍難以鑒定大批量材料。

隸屬函數(shù)法其以定量形式分析不同品種對(duì)干旱的反應(yīng)，能較為準(zhǔn)確地評(píng)定作物間以及品種間的抗旱性差異，使品種間的抗旱性更具可比性。該試驗(yàn)以稱重法作為煙草干旱處理方法，最大程度上保證供試材料生長(zhǎng)環(huán)境一致，以自身對(duì)照消除因品種特性帶來的誤差，采用隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)煙草的抗旱性，提高了鑒定結(jié)果的可靠性。該研究結(jié)果認(rèn)為，K326為抗旱品種，紅花大金元為干旱敏感品種，與前人研究的結(jié)果相同。這也許能說明采用稱重法作為抗旱鑒定處理方法，以與抗旱相關(guān)的指標(biāo)的隸屬函數(shù)值作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，是一種較好且較準(zhǔn)確的作物抗旱篩選鑒定方法。

4 結(jié)論

以稱重法控制盆栽土壤含水量，通過測(cè)定與抗旱性相關(guān)的指標(biāo)作為聯(lián)合鑒定指標(biāo)，選用隸屬函數(shù)值法對(duì)材料進(jìn)行抗旱性鑒定，是一個(gè)比較好的煙草抗旱性鑒定方法。干旱后MDA和Pro含量變化及SOD和 CAT的活性變化可以作為煙草旺長(zhǎng)期抗旱鑒定的重要參考指標(biāo)。該試驗(yàn)鑒定出2個(gè)高抗煙草品種K326和南江三號(hào)以及2個(gè)干旱敏感型材料TN90和紅花大金元。