干旱脅迫對煙草幼苗生理特性的影響

段麗麗　劉仁祥

摘要：為研究干旱脅迫對煙草幼苗根、莖、葉生理特性的影響，對煙草幼苗進行20%PEG6000干旱脅迫處理，于脅迫處理2 h、24 h后進行根、莖、葉3個部位的取樣，通過測定干旱脅迫下煙草幼苗的生理指標了解其抗旱特性。結果表明：根、莖、葉3個部位的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase， SOD）活性隨干旱脅迫時間的增加都呈現出先增加后降低的趨勢；根、莖、葉3個部位的過氧化物酶（peroxidase， POD）活性隨干旱脅迫時間的增加呈現出不同的變化；煙苗根和莖的過氧化氫酶（catalase， CAT）活性呈現出增加的趨勢，葉片的CAT活性隨脅迫時間的增加呈現出先升高后降低的趨勢；隨干旱脅迫時間的增加，根的丙二醛（malondialdehyde， MDA）含量呈現出先增加后降低的變化趨勢，煙苗莖和葉的MDA含量隨脅迫時間的增加而增加，在脅迫24 h時達到1.09和6.76 nmol/g。生理指標相關性分析表明煙草幼苗中CAT活性與MDA含量呈極顯著正相關關系（P＜0.01），相關系數為0.91。該研究結果可為進一步研究煙草抗旱性研究提供理論依據。

關鍵詞：煙草；干旱；生理特性；酶活性

中圖分類號：S572文獻標志碼：A生長在自然環境中的植物，受到干旱、低溫、鹽、高溫等自然環境的脅迫，而干旱對植物生長發育的影響位于前列［1-5］。近年來，由于全球氣候變暖、土地沙漠化等氣候問題導致土壤保水能力和含水量降低，進而導致農作物大量減產［6］。水分對植物的生長發育至關重要［7-8］，干旱顯著影響植物各階段的生長發育、生理生化代謝過程和生態環境，是植物成活與生長的重要限制因素之一［9］。干旱脅迫會導致植物的生理生化過程受到損害，例如細胞膜結構、關鍵酶活性、活性氧積累與合成、氣孔調節和其他氣體交換特性等［10-11］。孫穎等［12］研究干旱脅迫對3種地被植物生長的影響發現，葉綠素含量、自由水/束縛水比值隨干旱程度的提高呈現下降的趨勢，而細胞膜透性隨脅迫程度的提高呈現升高的趨勢。劉文瑜等［13］通過研究干旱脅迫對不同藜麥品種苗期生理特性的影響表明，隨干旱脅迫程度的加劇，藜麥幼苗葉片MDA含量、POD酶活性呈現逐漸增高的趨勢，SOD和CAT酶活性呈現先升高后降低的趨勢。

煙草Nicotiana tabacum L.（2n=4x=48）起源于熱帶，是茄科煙草屬植物，是一種以葉片為收獲物的重要經濟作物和商業作物，在全世界120多個國家廣泛種植［14-18］。同時，煙草也是一種進行生物學研究的模式植物［19］和重要的植物生物反應器［20-22］?？緹煹恼麄€生育期對水分的需求量大，不同生育階段對水分的需求不同，當田間持水量小于50%時會影響煙草的生長發育，導致產量減少和品質下降［23-25］。中國西南地區是我國的烤煙主產區，該地區地形地貌復雜多樣，降水分布極不均勻，該區域春旱災害頻發，影響煙苗移栽存活率和煙苗生長，而后期補苗則會導致煙草生長不整齊，從而使得生產成本增加和質量均勻性下降，因此，季節性干旱已成為限制我國西南地區煙葉生產的主要問題［26］。為此，本研究以烤煙主栽品種‘K326為試驗材料，研究不同干旱脅迫時間下煙草根、莖、葉3個組織的酶活性變化，探究煙草不同組織對干旱脅迫的響應，以期為干旱脅迫下煙草的響應機制提供理論基礎。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗材料為烤煙品種‘K326，由貴州省煙草品質研究重點實驗室提供。

1.2試驗設計

試驗于2021年2—4月在貴州大學煙草研究基地進行。將煙草種子播種于育苗盤中，采用漂浮育苗方式進行育苗，漂盤放置于貴州大學煙草研究基地的溫室大棚中，白天溫度為16 h/25 ℃，夜間溫度為8 h/20 ℃，濕度為75%，育苗期間采用正常管理。試驗設置對照（CK）、脅迫2 h（短時脅迫）、脅迫24 h（長時脅迫）3個處理組。待煙苗長至5葉1心時用20%PEG6000進行處理，將20%PEG6000完全淋透基質，處理前取的樣品為CK（0 h），淋透后2 h和24 h后取煙苗根、莖、葉3個部位的組織，每個處理混合3株取樣并設置3次重復，將取好的樣品放入凍存管后再轉入液氮中，最終于-80 ℃長期保存備用。

1.3生理指標測定方法

超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性及丙二醛（MDA）含量測定參考文獻［27］的方法進行測定，按照樣本鮮重進行酶活性及MDA含量計算。

1.4數據分析及做圖

試驗數據用Excel 2019進行整理，DPS軟件的Duncan新復極差法進行差異性分析，不同小寫字母表示差異顯著。用 Origin 2021繪圖軟件進行繪圖，采用平均值±標準差數據進行做圖。

2結果與分析

2.1干旱脅迫下煙苗SOD活性變化

干旱脅迫下煙苗SOD活性變化見圖1所示。由圖1可知，根、莖、葉3個部位的SOD活性隨干旱脅迫時間的增加，SOD活性增加，SOD活性都呈現出先增加后降低的趨勢。根、莖、葉3個部位的SOD活性在干旱脅迫2 h后達到164.92、64.99、196.21 U/g，其中，葉片SOD活性最高，莖中的SOD活性最低。與CK相比，干旱脅迫2 h和24 h的根、莖、葉SOD活性均達到顯著差異。

2.2干旱脅迫下煙苗POD活性變化

圖2為干旱脅迫下煙苗POD活性變化。從圖2可以看出，根、莖、葉3個部位的POD活性隨干旱脅迫時間的增加呈現出不同的變化。與CK相比，根中的POD活性隨干旱時間的增加呈現出先增加后降低的變化趨勢，在脅迫2 h后酶活性達到37 750.99 U/g，但差異不顯著。煙苗莖和葉中的POD活性呈現出隨干旱脅迫時間的增加而增加的趨勢，在干旱脅迫24 h后，莖和葉中的POD活性分別為6 769.59和5 040.05 U/g。

2.3干旱脅迫下煙苗CAT活性變化

干旱脅迫下煙苗CAT活性變化見圖3所示。在干旱脅迫下，隨干旱脅迫時間的增加，煙苗根和莖的CAT活性呈現出增加的趨勢，在干旱脅迫24 h時，根和莖的CAT活性分別達到24.61和33.20 U/g， 與CK（0 h）相比，達到顯著差異。煙苗葉片的CAT活性隨脅迫時間的增加呈現出先升高后降低的趨勢，在脅迫2 h后，CAT活性達到234.25 U/g，與CK（0 h）相比，達到顯著差異。

2.4干旱脅迫下煙苗MDA含量變化

由圖4可知，根、莖、葉3個部位的組織在干旱脅迫下呈現出不同的變化。在干旱脅迫下，隨干旱脅迫時間的增加，根的MDA含量呈現出先增加后降低的變化趨勢，在干旱脅迫2 h時，MDA含量達到1.87 nmol/g，但未達到顯著差異。煙苗莖和葉的MDA含量隨干旱脅迫時間的增加而增加，在干旱脅迫24 h時達到1.09和6.76 nmol/g。與CK相比，莖的MDA含量在干旱脅迫24 h后達到顯著差異，葉片的MDA含量在干旱脅迫2 h后達到顯著差異。

2.5不同生理指標間的相關性分析

煙苗干旱脅迫下根、莖、葉中的SOD、POD、CAT活性和MDA含量相關性分析結果見表1。由表1可知，在干旱脅迫下，煙草幼苗中CAT活性與MDA含量呈極顯著正相關關系（P＜0.01），相關系數為0.91，而其他指標間沒有顯著的相關關系。說明在干旱脅迫下，煙草幼苗通過提高CAT活性及MDA含量來抵御干旱，提高自身的抗旱能力。

3結論與討論

在非生物脅迫中，干旱是影響植物生長的主要脅迫之一［28］。植物遭受逆境脅迫時，會引起細胞膜損傷和膜透性的增加，細胞內活性氧的增加，誘發脂質過氧化作用，導致胞液外滲、代謝失調，最終導致死亡［29-30］。SOD、POD、CAT是植物體內主要的抗氧化保護酶，其中，SOD被認為是防御活性氧（ROS）反應的基礎，提高植株內的CAT和POD活性，是植物重要的抗旱機制［31-32］。許多研究表明，在不同程度的干旱脅迫下，SOD、POD、CAT活性隨干旱程度的增加呈現出先上升后下降的趨勢［33-35］。本研究結果表明，干旱脅迫下，煙苗的根、莖、葉SOD、POD、CAT活性隨干旱脅迫時間的增加，呈現出先增加后降低或者一直增加的趨勢。這些研究結果與高鵬飛［36］對光叉委陵菜、張冬野［35］對番茄幼苗的研究結果一致。

MDA是植物體膜脂過氧化的重要產物之一， 可作為反映植物體受損的重要生理指標。研究表明， MDA具有細胞毒性，其含量累積會導致植物細胞膜穩定下降，MDA含量越高，說明植物受損程度越嚴重［37］。本研究結果發現，在干旱脅迫下，隨干旱脅迫時間的增加，根的MDA含量呈現出先增加后降低的變化趨勢，而煙苗莖和葉的MDA含量隨脅迫時間的增加而增加，表明干旱脅迫使煙苗的MDA含量變高，說明干旱脅迫導致植物受損嚴重。

生理指標間的相關性分析表明，煙草幼苗中CAT活性與MDA含量呈極顯著正相關關系（P＜0.01），相關系數為0.91，而其他指標間的相關性未達到顯著或者極顯著相關。說明在干旱脅迫下，煙草幼苗通過提高CAT活性及MDA含量來抵御干旱，提高自身的抗旱能力。這與馬亞珺等［38］研究低溫脅迫對紫花苜蓿幼苗升力特性的研究結果一致。

綜上所述，干旱脅迫下，煙苗隨著干旱脅迫時間的增加，煙苗根、莖、葉3個部位的SOD、POD、CAT活性和MDA的含量呈現出不同的變化趨勢。在干旱脅迫下，煙苗通過提高抗氧化酶（SOD、POD、CAT）活性來清除活性氧，減輕對植物的損害。該研究結果為研究干旱脅迫下煙苗酶活性的變化奠定理論基礎。參考文獻：

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（責任編輯：于慧梅）

Effect of Drought Stress on the Physiological Characteristics

of Nicotiana tabacum L. Seedlings

DUAN Lili LIU Renxiang

（1.College of Agriculture， Guizhou University， Guiyang 550025， China; 2.Journal Editorial Department， Guizhou University，

Guiyang 550025， China; 3.Guizhou Key Laboratory for Tobacco Quality Research， Guiyang 550025， China）Abstract： In order to study the effects of drought stress on physiological characteristics of roots， stems and leaves of Nicotiana tabacum L. seedlings， we treated the tobacco seedlings with 20% PEG6000 drought stress. The roots， stems and leaves tissues of tobacco seedlings were sampled after 2 h and 24 h of drought stress treatment， and the drought resistance indexes of tobacco seedlings were determined by measuring the physiological indicators of tobacco seedlings under drought stress. The results showed that， with the increase of drought stress time， the activity of superoxide dismutase （SOD） in roots， stems and leaves showed a trend of first increasing and then decreasing， while the activity of peroxidase （POD） in the root， stem， and leaf showed different changes. The activity of catalase （CAT） in roots and stems of tobacco seedlings showed an increasing trend， but that in leaves increased at first and then decreased with the increase of stress time. With the increase of drought stress time， the malondialdehyde （MDA） content in roots showed a trend of first increasing and then decreasing. However， the MDA content in stems and leaves of tobacco seedlings increased with the increase of stress time， and reached 1.09 and 6.76 nmol/g after drought stress 24 h， respectively. The correlation analysis of physiological indicators showed a highly significant positive correlation between CAT enzyme activity and MDA content in tobacco seedlings， with a correlation coefficient of 0.91. These research results could provide a theoretical basis for further research on tobacco drought resistance.

Key words： Nicotiana tabacum L.; drought stress; physiological characteristics; enzyme activity