溫度脅迫對(duì)烤煙生理機(jī)制的影響及相關(guān)調(diào)控研究進(jìn)展

葉曉青，曾嘉楠，鄒 勇，周 誠(chéng)，李俊業(yè)，李淮源，鄧世媛，陳建軍，王媛媛

（1.深圳煙草工業(yè)有限責(zé)任有限公司，廣東 深圳 518109；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣東 廣州 510642）

溫室效應(yīng)導(dǎo)致極端天氣事件頻繁發(fā)生，嚴(yán)重制約作物生產(chǎn)。煙草（Nicotiana tabacum）是重要的經(jīng)濟(jì)作物和模式作物，為一年生或有限多年生溫度敏感型草本植物［1］，極易受到環(huán)境因素影響。煙草生育前期若遭遇低溫脅迫，將導(dǎo)致煙株發(fā)育加速，葉片未積累足夠物質(zhì)，提前由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)為生殖生長(zhǎng)，即“早花現(xiàn)象”。生育后期若遭受高溫脅迫，將縮短正常大田生育期以及誘發(fā)各類(lèi)病害，導(dǎo)致煙葉減產(chǎn)，工業(yè)可用性降低，嚴(yán)重制約優(yōu)質(zhì)烤煙生產(chǎn)。

在烤煙田間生產(chǎn)中，溫度脅迫作為環(huán)境脅迫的表現(xiàn)形式之一，給國(guó)內(nèi)各煙區(qū)帶來(lái)不同程度影響［2］。在我國(guó)廣東韶關(guān)、梅州烤煙種植區(qū)［3］，每年2—3 月北方冷空氣南下，常造成種植區(qū)氣溫急劇下降，最低溫度低于8 ℃，使煙株生長(zhǎng)前期氣溫偏低，難以穩(wěn)定在正常生長(zhǎng)所需的13 ℃，進(jìn)而導(dǎo)致早花現(xiàn)象。數(shù)據(jù)顯示，1998 年廣東煙區(qū)低溫導(dǎo)致2 萬(wàn)hm2烤煙中50%出現(xiàn)早花。此外，處于亞熱帶季風(fēng)氣候的廣東煙區(qū)，烤煙生長(zhǎng)后期往往面臨高溫高濕天氣，不僅使大田生育期被迫縮短至100～105 d，造成上部煙葉非正常成熟，還會(huì)誘發(fā)煙株染上青枯病等根莖類(lèi)病害。我國(guó)廣西靖西縣烤煙種植區(qū)也發(fā)生因溫度脅迫導(dǎo)致的病害爆發(fā)情況，該地區(qū)5 月中下旬常處于30 ℃以上的高溫天氣，極端高溫氣候引起高溫高濕型病害爆發(fā)，如煙草黑脛病、青枯病，進(jìn)而導(dǎo)致煙葉減產(chǎn)、工業(yè)可用性降低［4］。處于中亞熱帶東部溫潤(rùn)氣候區(qū)的湖南煙區(qū)［5］，同樣也受極端氣溫災(zāi)害影響：春季湘中煙區(qū)常處于低溫寡照，導(dǎo)致煙株出現(xiàn)“早花”現(xiàn)象；夏季湘南煙區(qū)高溫頻發(fā)，引起煙田出現(xiàn)“高溫逼熟”現(xiàn)象，造成煙葉優(yōu)質(zhì)與高產(chǎn)矛盾比較突出。鄂西南煙區(qū)春季常處于低溫陰雨天氣，使煙株生長(zhǎng)環(huán)境溫度過(guò)低，煙株前期出現(xiàn)早花現(xiàn)象；夏季湖北西部煙區(qū)由于海拔高度較低，使烤煙生長(zhǎng)后期常遭遇高溫?zé)岷?，?yán)重影響煙葉風(fēng)格特色形成，易造成煙葉產(chǎn)質(zhì)量大幅下降［6］。溫度脅迫對(duì)西南產(chǎn)區(qū)的煙葉品質(zhì)也產(chǎn)生顯著影響，在平均海拔最高的云南煙區(qū)，中后期常多雨寡照、氣溫較低，導(dǎo)致煙株生理代謝減弱，造成致香型物質(zhì)種類(lèi)和含量不同，蛋白質(zhì)和總氮含量下降，影響煙葉產(chǎn)質(zhì)量［7-8］；位于中海拔的重慶煙區(qū)，移栽期時(shí)段的平均溫度為11～18 ℃，導(dǎo)致煙株生長(zhǎng)緩慢，進(jìn)而影響后期煙葉生長(zhǎng)發(fā)育以及品質(zhì)形成［9］。

綜上所述，生育溫度脅迫嚴(yán)重影響國(guó)內(nèi)煙草生長(zhǎng)、制約優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)。如何增強(qiáng)煙草自身應(yīng)對(duì)溫度脅迫的抗逆性，改善煙草抗逆栽培措施已成為國(guó)內(nèi)煙草行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展、國(guó)家煙草種植可持續(xù)發(fā)展的重要研究課題。本文重點(diǎn)回顧了近年來(lái)溫度脅迫對(duì)烤煙生長(zhǎng)的影響，針對(duì)高溫?zé)岷暗蜏乩浜?duì)國(guó)內(nèi)烤煙產(chǎn)質(zhì)量的影響及其影響機(jī)制進(jìn)行綜述，為篩選抗（耐）溫度脅迫的烤煙品種、改善栽培措施等提供理論參考。

1 溫度脅迫對(duì)煙株形態(tài)及生理的影響

1.1 溫度脅迫對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育的影響

烤煙的生長(zhǎng)發(fā)育階段主要分為苗期（播種期、萌發(fā)期、苗床期）、移栽期、還苗期、伸根期、團(tuán)棵期、旺長(zhǎng)期、現(xiàn)蕾期、打頂期、成熟期，且不同生育期的適宜溫度及對(duì)溫度脅迫的響應(yīng)不同（表1）。

表1 各生育期煙株在溫度脅迫下的響應(yīng)Table 1 Effects of temperature stresses at different stages on Flue-cured Tobacco

1.1.1 低溫脅迫 烤煙在苗期常遭遇冷害［10］，冷害一方面抑制幼苗生長(zhǎng)，另一方面誘導(dǎo)早花，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)煙葉減產(chǎn)。在種子萌發(fā)期，適宜的室溫（25～28 ℃）是烤煙種子正常萌發(fā)的必要條件。研究發(fā)現(xiàn)，將種子進(jìn)行短期低溫前處理有助于打破種子休眠、促進(jìn)種子萌發(fā)、提高種子萌發(fā)率，若萌發(fā)溫度長(zhǎng)期低于8 ℃則會(huì)抑制種子發(fā)芽，且種子發(fā)芽持續(xù)時(shí)間隨溫度降低而延長(zhǎng)［11］。在烤煙苗期，最適生長(zhǎng)溫度為25～28 ℃，此時(shí)期遭遇1～2 ℃的低溫易造成幼苗死亡，10～13 ℃低溫會(huì)使煙草生長(zhǎng)停滯，而16～17 ℃以下的低溫會(huì)導(dǎo)致成熟煙葉的品質(zhì)低劣［12-13］。在廣東韶關(guān)、梅州、連州煙區(qū)［3］，烤煙移栽時(shí)正值早春時(shí)節(jié)，此時(shí)土地還未回溫，較低的土壤溫度不利于煙苗發(fā)育，易造成煙株生長(zhǎng)緩慢，老根顏色變褐、變黑且無(wú)新根長(zhǎng)出，莖桿木質(zhì)化，蹲苗期延長(zhǎng)，煙株進(jìn)入還苗期和伸根期時(shí)間延后，進(jìn)而影響煙草的團(tuán)棵期和旺長(zhǎng)期。若此時(shí)再遭遇寡照、地表結(jié)霜等災(zāi)害，會(huì)造成煙苗晚發(fā)、生長(zhǎng)近乎停滯等現(xiàn)象。在云南烤煙育苗期，遇到“倒春寒”天氣，導(dǎo)致煙苗心葉葉片出現(xiàn)黃斑、葉片變薄、葉片邊緣內(nèi)卷或舌狀伸展等現(xiàn)象，而遭遇嚴(yán)重冷害的煙苗則會(huì)出現(xiàn)畸形、矮化，甚至造成生長(zhǎng)停止［14］。相關(guān)研究顯示，云南、貴州、四川等高海拔煙區(qū)，在烤煙成熟期常遭遇低溫脅迫，造成烤煙生理代謝強(qiáng)度減弱，抑制煙堿以及干物質(zhì)形成，影響煙葉品質(zhì)［7-9］。

低溫誘導(dǎo)“早花現(xiàn)象”，使采收時(shí)期的煙株留葉數(shù)降低、產(chǎn)能下降：煙株在6～12 片葉期，若氣溫低于13～18 ℃且持續(xù)10～20 d，會(huì)引起早花株率顯著增加，且留葉數(shù)減少。正常煙株留葉數(shù)為18～22 片，而“早花”煙株僅有13～15 片或更少［13］。

1.1.2 高溫脅迫 溫度高于30 ℃，烤煙種子萌發(fā)速度減緩；高于35 ℃，已萌動(dòng)種子活力降低。苗床期時(shí)，溫度高于30 ℃容易發(fā)生燒苗，葉片暗黃褶皺［13］。在團(tuán)棵期至旺張期，多數(shù)煙區(qū)（湘南、廣西靖西、湖北西部）［4-6］持續(xù)干旱高溫，煙株長(zhǎng)期遭受高溫脅迫，導(dǎo)致上部葉葉尖萎蔫下垂、枯焦，主脈一側(cè)葉肉組織萎蔫、黃化、扭曲、畸形或呈枯斑，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致數(shù)片新生葉干枯、歪頭，整株萎蔫甚至死亡?？緹熢谏笃谝渤Ｔ馐芨邷孛{迫［15］，即煙田溫度≥35 ℃持續(xù)3 d 及以上時(shí)，煙株生長(zhǎng)速度變緩，此時(shí)干物質(zhì)消耗量大于積累量，干物質(zhì)積累減少；而煙葉落黃速度加快，各部位煙葉落黃層次減弱，甚至出現(xiàn)白化，即“高溫逼熟”現(xiàn)象［16］。此現(xiàn)象的發(fā)生使煙葉品質(zhì)嚴(yán)重下降，降低工業(yè)可用性以及烤煙生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益?！案邷乇剖臁爆F(xiàn)象在水稻、小麥作物中也常出現(xiàn)，導(dǎo)致葉片發(fā)白、千粒重降低、產(chǎn)量及籽粒品質(zhì)降低等［17-18］。

1.2 溫度脅迫對(duì)煙株光合呼吸的影響

1.2.1 低溫脅迫 煙株在冬季育苗過(guò)程中常遭遇低溫冷害，導(dǎo)致許多生理過(guò)程發(fā)生紊亂，其中對(duì)光合作用的抑制效果明顯。低溫直接影響葉綠素的合成和光合器官的活性［19-20］，首先是葉綠體形態(tài)發(fā)生改變，膜系統(tǒng)被破壞，進(jìn)一步影響光合作用的主要環(huán)節(jié)（水氣交換通道、光合電子傳遞及碳同化等），嚴(yán)重限制光合產(chǎn)物的形成和能量的產(chǎn)生。隨著低溫脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片內(nèi)葉綠素含量呈下降趨勢(shì)，且葉綠素a/葉綠素b 增大［21］。低溫脅迫下葉片氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率顯著降低，說(shuō)明低溫中煙葉內(nèi)正常氣體交換受到限制，阻礙CO2供應(yīng)，造成胞間CO2濃度降低，進(jìn)而影響葉片的光合速率；葉片凈光合速率隨溫度降低而下降，且在8、3 ℃條件下發(fā)生低溫光抑制現(xiàn)象［19］。

煙株對(duì)低溫環(huán)境的耐受性在很大程度上取決于植株對(duì)于活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）的清除或防護(hù)能力。交替呼吸途徑在降低植物細(xì)胞ROS 中發(fā)揮重要作用，但低溫環(huán)境會(huì)抑制植物線粒體內(nèi)交替呼吸途徑，從而加速ROS 的積累，損傷光合機(jī)構(gòu)，降低煙株光合利用能力，光反應(yīng)系統(tǒng)電子傳遞受阻，降低碳同化能力和同化力（ATP 和NADPH）的積累［22-23］。

1.2.2 高溫脅迫 在植物響應(yīng)高溫脅迫的研究中，普遍認(rèn)為光合作用是植物對(duì)高溫響應(yīng)最敏感的生理過(guò)程［24-26］?？緹熑~片內(nèi)光合作用在高溫?zé)岷ο略馐苊黠@限制，在同等光照強(qiáng)度下，高溫處理的云煙87 上部葉蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和光合強(qiáng)度大幅下降，參與葉黃素循環(huán)的兩個(gè)關(guān)鍵酶（紫黃質(zhì)脫環(huán)氧化酶、玉米黃質(zhì)環(huán)氧化酶）活性均呈下降趨勢(shì)；可見(jiàn)，高溫對(duì)植株光合作用的破壞程度，取決于高溫對(duì)葉片光合相關(guān)酶活性的鈍化程度。在中度高溫脅迫后植物光合碳同化過(guò)程首先被抑制，主要原因是高溫導(dǎo)致核酮糖二磷酸縮化酶（Rubisco）的活性降低，但光系統(tǒng)Ⅱ（PhotosystemⅡ Complex，PS Ⅱ）的功能受到影響較小。當(dāng)溫度升高到一定程度，光系統(tǒng)Ⅱ會(huì)遭受不可逆?zhèn)?，?lèi)囊體膜結(jié)構(gòu)破損，電子傳遞發(fā)生紊亂。研究發(fā)現(xiàn)，30～45℃高溫處理15 min 后葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)顯著降低，光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心活性受到抑制［27］。而長(zhǎng)期處于高熱環(huán)境將造成細(xì)胞、葉片乃至植物的死亡［28］。

高溫脅迫直接影響呼吸酶活力，從而降低呼吸強(qiáng)度。研究發(fā)現(xiàn)，在高溫處理?xiàng)l件下，烤煙品種云煙87 的胞間CO2濃度隨處理時(shí)間延長(zhǎng)呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)，說(shuō)明長(zhǎng)時(shí)間的高溫脅迫導(dǎo)致煙葉呼吸作用變?nèi)酰?9］。在其他作物上的研究證實(shí)，不同品種對(duì)高溫脅迫的耐熱型與葉片呼吸強(qiáng)度有關(guān)，耐熱性越弱，葉片呼吸速率的降低幅度越大。另外，呼吸作用可以清除一些由于高溫產(chǎn)生的有害物質(zhì)，減輕高溫逆境危害。例如，耐熱性較強(qiáng)的黃瓜品種在高溫脅迫下降低呼吸作用，減少對(duì)有機(jī)物的消耗，維持代謝平衡［30-31］。

1.3 溫度脅迫對(duì)煙株碳氮代謝的影響

煙株內(nèi)的碳、氮代謝過(guò)程互為基礎(chǔ)、相互促進(jìn)，前期旺盛的氮代謝和營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)是保證后期旺盛的碳代謝和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累的基礎(chǔ)，而適宜的生長(zhǎng)溫度是決定碳氮代謝平衡的關(guān)鍵因子之一。

當(dāng)煙株生長(zhǎng)過(guò)程遭遇低溫脅迫時(shí)，會(huì)加大氣孔對(duì)CO2的擴(kuò)散阻力，減慢光合產(chǎn)物的輸送速度，進(jìn)而抑制葉片的光合作用，打亂碳代謝的平衡［32］；煙株體內(nèi)細(xì)胞環(huán)境發(fā)生變化，細(xì)胞趨于氧化態(tài)勢(shì)，提高蔗糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白裝卸能力，加快葉片頂端分生組織輸送蔗糖，啟動(dòng)成花誘導(dǎo)［33］，造成“早花現(xiàn)象”。在氮代謝方面，低溫脅迫降低葉片中大部分參與氮代謝的關(guān)鍵酶活性，影響根系對(duì)氮素的吸收，進(jìn)而減少葉片中的氮代謝物質(zhì)的積累，影響氮代謝的系列反應(yīng)［34］。當(dāng)然，植株本身對(duì)逆境適應(yīng)的生理機(jī)制也會(huì)對(duì)低溫脅迫作出反應(yīng)。研究表明，低溫促使植物可溶性蛋白積累加快，而可溶性蛋白含量的增加可以束縛更多水分，降低原生質(zhì)因結(jié)冰而損傷致死的可能。在低溫脅迫下，植株內(nèi)游離氨基酸迅速積累，提高了細(xì)胞液濃度，對(duì)細(xì)胞起保護(hù)作用［35］。此外，由于具有強(qiáng)親和性，游離氨基酸一定程度上提高了原生質(zhì)的保水能力和膠體穩(wěn)定性［36］。

高溫脅迫主要通過(guò)鈍化煙葉內(nèi)的碳氮代謝相關(guān)酶活性，從而影響煙株正常生理活動(dòng)。高溫常伴隨強(qiáng)光的發(fā)生，葉片硝酸還原酶（Nitrate Reductase，NR）活性降低，烤煙對(duì)硝態(tài)氮的利用率降低，說(shuō)明高溫強(qiáng)光一定程度上導(dǎo)致烤煙氮代謝出現(xiàn)不協(xié)調(diào)現(xiàn)象［37］。但當(dāng)煙株處于高溫逆境時(shí)，煙株通過(guò)產(chǎn)生更多的可溶性糖、脯氨酸、甜菜堿等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，用以維持烤煙的正常生長(zhǎng)［38］。

綜上所述，烤煙在遭遇外界極端溫度時(shí)，煙株體內(nèi)參與碳氮代謝的淀粉酶、蔗糖轉(zhuǎn)化酶、硝酸還原酶等關(guān)鍵酶活性受到抑制，蛋白質(zhì)合成受阻，影響正常的碳氮代謝過(guò)程，造成煙葉產(chǎn)質(zhì)量發(fā)生不同程度下降；在一定范圍內(nèi)的溫度脅迫下，植株本身會(huì)對(duì)脅迫作出響應(yīng)，以適應(yīng)環(huán)境。

1.4 溫度脅迫對(duì)烤煙抗氧化系統(tǒng)的影響

無(wú)論是高溫脅迫還是低溫脅迫，均會(huì)影響植株內(nèi)的抗氧化酶活性，細(xì)胞內(nèi)ROS 產(chǎn)生和清除的動(dòng)態(tài)平衡被打破，造成ROS 的過(guò)量積累［39-41］，引起膜脂過(guò)氧化，致使膜脂和膜蛋白受損，膜透性增大，膜結(jié)構(gòu)完整性破壞，最終導(dǎo)致蛋白質(zhì)和核酸變性，使植株發(fā)生代謝紊亂［42］。即使短暫的熱刺激也能促使ROS 含量升高。其中O2-、H2O2是ROS 的重要組成部分，在高溫強(qiáng)光脅迫下煙葉H2O2含量顯著升高，葉片內(nèi)膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛（MDA）含量增多，且超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）活性升高，過(guò)高的POD 活性促使POD-H2O2分解系統(tǒng)參與葉綠素降解，從而降低葉綠素含量［37,43］。但不同烤煙品種的抗氧化系統(tǒng)對(duì)溫度脅迫的響應(yīng)不同，其耐寒性和耐熱性也有所差異。研究表明，耐寒烤煙品種K326 的存活率顯著高于敏感型烤煙品種云煙203，SOD、POD、CAT 活性均高于云煙203［44］；抗寒性較差的品種其保護(hù)性酶活性呈先升高后降低的趨勢(shì)。

綜上所述，煙株在應(yīng)對(duì)不同溫度脅迫對(duì)生理形態(tài)、碳氮代謝、光合作用以及抗氧化系統(tǒng)的生理機(jī)制響應(yīng)方面存在異同性（圖1）。

圖1 溫度脅迫對(duì)烤煙生長(zhǎng)的影響及其影響機(jī)制Fig. 1 Effects and mechanisms of temperature stresses on growth of Flue-cured Tobacco

1.5 溫度脅迫對(duì)煙株植物蛋白和基因表達(dá)的影響

溫度脅迫會(huì)擾亂植物細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)。當(dāng)煙株受到熱脅迫時(shí)，細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，此時(shí)改變了膜的流動(dòng)性和通透性，促進(jìn)外胞體Ca2+的釋放。ROS 和NO 作為第二信使，迅速激活下游調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。高溫脅迫將導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+、ROS 和NO 增加以及錯(cuò)誤折疊或未折疊蛋白質(zhì)的過(guò)度積累，對(duì)植物細(xì)胞產(chǎn)生毒性［45］。

面對(duì)失衡的細(xì)胞體系，植物已經(jīng)進(jìn)化出應(yīng)對(duì)溫度脅迫的各種反應(yīng)，以盡量減少細(xì)胞損傷，包括快速合成熱休克蛋白（Heat Shock Proteins，HSPs），即通過(guò)穩(wěn)定和幫助重新折疊熱失活蛋白來(lái)保護(hù)細(xì)胞免受熱損傷的分子伴侶。熱應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)熱應(yīng)激反應(yīng)（Heat Shock Response，HSR），其中熱休克轉(zhuǎn)錄因子（Heat Shock Transcription Factor，HSF）激活一系列編碼熱休克蛋白的基因。研究表明，在高溫脅迫下超表達(dá)熱休克蛋白基因家族的ZmHSP16.9［46］、RcHSP17.8［47］、BcHSP70［48］、LeHSP21 等［49］通過(guò)增加煙草種子發(fā)芽率、葉綠素含量和抗氧化特性，維持光合作用水平，降低MDA 含量和電導(dǎo)率，均表現(xiàn)出顯著的熱脅迫抗性。此外，MsDJLP基因在抗寒性和耐熱性中均發(fā)揮正向作用［50］。

伴侶蛋白編碼基因占熱激響應(yīng)基因的比例較低，更多的HSR 基因編碼參與信號(hào)傳導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、各級(jí)代謝過(guò)程［51］。超表達(dá)脫氫蛋白基因cardhn［52］、非特異性脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白基因NtLTPI.38［53］、調(diào)控因子ClpB 蛋白基因［54］和擴(kuò)張蛋白基因PpEXP1［55］均通過(guò)減輕煙草的光合損傷、改善滲透調(diào)節(jié)和增強(qiáng)抗氧化能力調(diào)節(jié)煙草的光合能力和抗氧化能力，正向調(diào)節(jié)煙草的耐熱性。此外，超表達(dá)轉(zhuǎn)錄激活因子轉(zhuǎn)CAP2 基因［56］、植物發(fā)芽延遲家族基因NtDOG1L-T［57］和熱休克轉(zhuǎn)錄因子（HSF）基因BcHsfAl［56］的煙草幼苗的啟動(dòng)子活性在熱脅迫下被顯著激活，熱休克蛋白和熱休克因子基因的表達(dá)水平也相應(yīng)提高。N-乙酰谷氨酸激酶ZmNAGK 通過(guò)激活抗氧化相關(guān)防御信號(hào)，如抗壞血酸過(guò)氧化物酶2（Ascorbate Peroxidase 2，APX2）和超氧化物歧化酶C（Superoxide Dismutase C，SODC）以及熱休克網(wǎng)絡(luò)基因來(lái)增強(qiáng)植株耐熱性［58］。

2 溫度脅迫下烤煙抗逆調(diào)控措施

2.1 水肥調(diào)控

水肥管理調(diào)控對(duì)煙葉產(chǎn)量結(jié)構(gòu)有重要影響。高溫條件下進(jìn)行合理灌溉，在降低地溫的同時(shí)能促進(jìn)煙葉對(duì)氮磷鉀養(yǎng)分的吸收［59］，提高煙葉碳氮代謝關(guān)鍵酶活性，從而緩解高溫對(duì)煙株的損傷［60-64］。

硅、鉀元素是一種調(diào)節(jié)性元素，能夠調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，提高抗逆脅迫能力［65-67］。研究發(fā)現(xiàn)，增施鉀肥可保持原生質(zhì)膜的穩(wěn)定性，降低膜滲透率，葉片萎焉率大幅下降［68］，有效增強(qiáng)煙株的抗性。此外，在低溫脅迫下增施鋅肥也能顯著提高作物根系活力，減輕低溫對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞，同時(shí)促進(jìn)氮與干物質(zhì)積累，有效緩解營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期低溫對(duì)作物的傷害［69］。因此，在溫度脅迫時(shí)適當(dāng)增施部分功能抗逆性肥，有助于提高煙株抗逆性、維持煙株正常生命活動(dòng)、降低經(jīng)濟(jì)損失。與增施單一的功能性肥料相比，復(fù)配硅鉀肥的施用展現(xiàn)出更好的抗寒性效果［70］，也可以綜合考慮作物所處的非生物脅迫因素作出施肥調(diào)控措施，以達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)目的［71］。

2.2 外源物質(zhì)調(diào)控

與培育耐脅迫品種、基因編輯技術(shù)等分子調(diào)控手段相比，通過(guò)噴施外源物質(zhì)來(lái)緩解溫度脅迫效應(yīng)具有操作成本低、見(jiàn)效快的特點(diǎn)，應(yīng)用前景更廣。目前，多種外源物質(zhì)處理被證實(shí)能通過(guò)維持抗氧化系統(tǒng)和光合作用水平，恢復(fù)細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)，從而有效緩解或恢復(fù)溫度脅迫對(duì)煙株的損傷。外源物質(zhì)因?qū)囟让{迫下煙株的作用機(jī)理存在差異，其產(chǎn)生調(diào)控效果有所差異（表2）［72-95］。

表2 不同外源物質(zhì)對(duì)溫度脅迫下烤煙的緩解作用Table 2 Alleviating effects of exogenous substances on Flue-cured Tobacco under temperature stresses

2.2.1 緩解低溫脅迫 許金亮等［72］研究發(fā)現(xiàn)，噴施油菜素內(nèi)酯（0.01 mg/L Brassinolide，EBR）能顯著恢復(fù)烤煙幼苗在冷害中的生長(zhǎng)生理進(jìn)程。前人通過(guò)外源施加茉莉酸甲酯（Methyl Jasmonate，MeJA）提高煙草幼苗光合色素的含量，提高抗氧化酶活性，加速抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)（ASA-GSH)，降低ROS 和MDA 的積累量，增加可溶性糖和蛋白質(zhì)的積累，提高內(nèi)源激素脫落酸（Abscisic Acid，ABA）和生長(zhǎng)素（Auxin，IAA）含量，增強(qiáng)煙草抗寒性［73-74］，但施加MeJA過(guò)量則會(huì)導(dǎo)致煙草葉形指數(shù)增大、葉片狹長(zhǎng)、降低煙葉的商品價(jià)值［75］。

水楊酸（Salicylic Acid，SA）是一種植物內(nèi)源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和信號(hào)分子，主要從誘導(dǎo)抗氧化防御系統(tǒng)、調(diào)控激素穩(wěn)態(tài)和代謝物質(zhì)等方面緩解非生物脅迫［76-79］。當(dāng)烤煙遭受低溫危害（5 ℃）時(shí)，通過(guò)噴施不同濃度的SA 可提高葉片中抗膜脂過(guò)氧化能力，從而抵御低溫危害［80-81］。研究表明低溫脅迫下施用適宜濃度的外源褪黑素，可抑制煙草幼苗葉片中ROS 和MDA 的積累，煙葉內(nèi)脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量增加，膜脂過(guò)氧化水平降低，從而提高煙草幼苗抵御低溫脅迫的能力［81-82］。此外，外源β-氨基丁酸和鎂處理均可有效緩解烤煙低溫脅迫的損害［83-84］。

除通過(guò)維持光合作用、提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和抗氧化能力來(lái)抵御溫度脅迫的傷害外，還可通過(guò)穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、調(diào)控滲透平衡，達(dá)到提高抗性的效果。研究表明，CaCl2浸種后烤煙幼苗中結(jié)合鈣含量明顯提高，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性得到提高，烤煙幼苗在低溫下?lián)p傷有所緩解［85-86］；聚乙二醇（PEG）分子能改變各類(lèi)細(xì)胞的生物膜結(jié)構(gòu)，在低溫脅迫（5℃）下20%聚乙二醇（PEG）浸種可通過(guò)保持煙草幼苗膜系統(tǒng)穩(wěn)定性提高煙苗抗冷能力［87］。甜菜堿（GB）是一種次生代謝物，在調(diào)節(jié)滲透平衡中發(fā)揮重要作用。顧開(kāi)元等［88］發(fā)現(xiàn)，4℃低溫脅迫下，將紅花大金元根施0.15 mol/L GB、K326 根施0.1 mol/L GB 能顯著緩解低溫?fù)p傷，提高烤煙耐寒性。此外，將烤煙幼苗噴施外源過(guò)氧化氫（340 mg/L H2O2）也能顯著提高煙株滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量和增加生物量，從而有效緩解冷害中幼苗的損傷［72］。

2.2.2 緩解高溫脅迫 鈣對(duì)細(xì)胞膜、細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)功能具有重要維護(hù)作用，且作為第二信使的Ca2+參與植物對(duì)外界的反應(yīng)與適應(yīng)，調(diào)節(jié)植物細(xì)胞對(duì)逆境脅迫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程［89］。研究發(fā)現(xiàn)，外源鈣和氯化鈣均對(duì)高溫逆境下的烤煙光合作用有重要調(diào)控作用［90］。高溫43 ℃脅迫處理2 h，外源氯化鈣可改善煙葉氣孔導(dǎo)度、提高出氧復(fù)合體的熱穩(wěn)定性，活性氧積累因此減少，從而達(dá)到緩解效果［84］。適當(dāng)施鎂（48.0 mg/L）可通過(guò)增加CAT、POD、SOD 等抗氧化酶活性，提高煙株的干物質(zhì)量和葉片葉綠素合成量，緩解高溫強(qiáng)光脅迫下煙葉的日灼斑癥狀［91］。

葉面噴施氨基酸［92］、葡萄糖［93］后，作物在高溫脅迫下光合速率仍保持在較高水平，維持碳氮代謝平衡，促進(jìn)煙株在溫度脅迫下的生長(zhǎng)。此外，張清莉等［94］發(fā)現(xiàn)，外源施加0.2 mmol/L β-氨基丁酸，通過(guò)誘導(dǎo)熱激蛋白基因 NtHSP101 的表達(dá)提高煙草抗高溫脅迫能力。

3 展望

目前，我國(guó)大部分煙區(qū)存在烤煙春季生長(zhǎng)環(huán)境溫度過(guò)低，容易引起烤煙出苗質(zhì)量下降以及早花問(wèn)題，而夏季環(huán)境溫度過(guò)高，造成烤煙出現(xiàn)高溫逼熟、早衰等現(xiàn)象，仍嚴(yán)重制約烤煙的高效生產(chǎn)和發(fā)展。

現(xiàn)階段，溫度脅迫對(duì)烤煙的影響機(jī)制研究較為薄弱，前人研究多集中于煙株表觀和生理響應(yīng)，以及代謝組學(xué)、蛋白組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等方面，但也存在一些問(wèn)題，如未深度挖掘溫度脅迫對(duì)烤煙各代謝過(guò)程的影響；煙株生長(zhǎng)環(huán)境受溫度、水分、光強(qiáng)等綜合因素影響，目前研究?jī)H停留于單一脅迫對(duì)煙株生理的影響；尚未在烤煙遭受溫度脅迫前作出預(yù)測(cè)響應(yīng)；針對(duì)溫度脅迫對(duì)煙株的內(nèi)源激素含量及其體內(nèi)的動(dòng)態(tài)變化極具研究?jī)r(jià)值，但目前相關(guān)研究仍十分有限，且對(duì)于各內(nèi)源物質(zhì)是否存在互作進(jìn)而調(diào)控溫度脅迫下煙株體內(nèi)的生理體系仍有待探索。

針對(duì)目前與其他農(nóng)作物（玉米、水稻）的研究［95-97］比較，基于提高烤煙在溫度脅迫下抗逆性的角度，未來(lái)研究可注重以下方面：挖掘地方種質(zhì)資源，結(jié)合多組學(xué)技術(shù)鑒定耐熱基因；溫度脅迫與其他脅迫如干旱脅迫、鹽脅迫的交叉研究；植煙土壤微生物、植株根系微生物和內(nèi)生微生物也可能為提高作物耐高溫能力提供新思路；隨著高通量測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，可進(jìn)一步利用多組學(xué)或交叉組學(xué)等手段對(duì)烤煙溫度脅迫響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行深度挖掘；發(fā)展對(duì)烤煙溫度脅迫的預(yù)測(cè)研究。通過(guò)量化田間溫度與烤煙性狀的相關(guān)關(guān)系，采用模型模擬、近紅外光譜等技術(shù)建立煙-田監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，并形成便攜式儀器等產(chǎn)品加以推廣應(yīng)用，以最大程度做出抗逆響應(yīng)；根據(jù)烤煙品種特性，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀笠蛩睾吞镩g水肥狀況，制定抗逆栽培管理措施，以有效緩解實(shí)際生產(chǎn)中溫度脅迫對(duì)烤煙生長(zhǎng)發(fā)育的影響，對(duì)于應(yīng)對(duì)氣候變化下烤煙穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)發(fā)展具有重要意義。